高水分成品大米不同储存条件品质的变化

张乐道 李秀娟 任广跃 段 续 张忠杰 张长峰 陈 曦

(河南科技大学食品与生物工程学院1，洛阳 471023)

(国家粮食局科学研究院2，北京 100037)

(国家农产品现代物流工程技术研究中心3，济南 250103)

稻谷被去除稻壳和皮层后成为大米，米粒是富含淀粉和蛋白质等营养物质的亲水胶体物，大米加工时受机械损伤且胚乳直接接触外界环境，极易受湿、热、氧、虫、霉等影响而变质，特别在高温高湿条件下，大米陈化，霉变速度加快，酸度增加、黏性下降、品质劣变［1］。近年来，随着人们生活水平不断提高，人们对大米的食用品质及食用安全性要求越来越高。大米水分控制在15.5%～16.5%之间蒸煮米饭保持较高的食味值［2］，并且较高水分大米能保证整精米率及保持米的质构和酶活力，提高米饭的食味品质，且水分偏高的大米的食味值要高于水分低的大米。马涛等［3］研究表明较高水分的糙米比低水分糙米的食味值高，对中高水分的稻谷加水，糙米食味值略有增加但变化不明显。夏吉庆等［4］的研究也发现，含水率增高，最高黏度也增高，崩解值下降，符合稻米的含水率高则食味品质好的规律。因此维持大米自身原有水分对保持大米的食味值有重要作用。大米自身的水分保证米粒自身充足的结合水，使米粒的亲水凝胶颗粒空间结构不被破坏。目前，通过合理控制大米的含水量及储存条件以达到既能安全储藏大米又能保证其加工及食味品质的目的，从而消除劣变大米对消费者造成的安全隐患，具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

大米:2016年10月购于山东济南，品种为临稻16，该稻米收获于2016年10月，并在收获后2 d委托山东省齐河县国家军粮储备库加工为一级大米，在10℃、相对湿度65% ～70%条件下储存备用。25 kg大米包装编织袋:北京古船米业有限公司。

储存条件设定:2017年4—9月期间分别在三个条件下储存:①通过制冷设备控制低温库内温度维持在15℃，相对湿度控制在65% ～70%之间，实现低温储粮;②人工气候箱内控制温度20℃，模拟准低温储粮环境，控制相对湿度68%，该湿度低于霉菌生长的临界湿度70%，同时能避免大米失水;③人工气候箱控制温度25℃，相对湿度55%，模拟大米超市流通环境温湿度(较高温度，较低湿度)。每个月取样一次测定各指标变化。

1.2 主要仪器与设备

S－3000N扫描电子显微镜;E－1010离子溅射仪;CR－400色差计;自行研发的温湿度传感器(探头精度:±0.2℃，±2%);HY－5回旋振荡器;CT410旋风式样品磨;博勒飞CT3质构仪;RXZ智能型人工气候箱。

1.3 指标测定方法

1.3.1 含水量测定方法

按照GB/T 21305—2007《谷物及谷物制品水分的测定》进行。

1.3.2 脂肪酸值测定

按照GB/T 20569—2006《稻谷储藏品质判定规则》的附录A稻谷脂肪酸值测定方法进行。

1.3.3 色差值测定

色差计校正完毕，将样品放在测量池内，盖上镜片，将测量探头垂直放在测量池上，按测量键，待屏幕显示出数据后测量完成。每批样品测量5次，取平均值。

1.3.4 质构测定方法

大米蒸煮方法:参照GB/T 20569—2006《稻谷储藏品质判定规则》的附录B中的方法。具体操作为:分别称取10 g大米样品于铝盒中，用30 mL蒸馏水淘洗一次，再用30 mL蒸馏水冲洗一次，用纱布将水沥干，加入12 mL蒸馏水，轻微晃动铝盒使内部米粒表面平整无明显堆积，盖上铝盒盖子。每个样品做4个平行，蒸锅内加适量水煮沸后，将加好水的铝盒放于蒸屉上，盖上锅盖，持续蒸煮40 min，停止加热，焖10 min，20℃环境放置60 min。

大米质构测定方法:样品预处理:将放至20℃的大米放于质构仪上进行预压缩，以平整表面及蒸煮时米粒之间形成的不规则空隙。测定参数设定:测试类型:压缩，探头TA44圆柱形探头，目标负荷:3 000 g，触发点负载450 g，测试速度2 mm/s，返回速度2 mm/s，数据频率:100点/s。

样品测定参数设定:测试类型:TPA质构分析，探头TA43尼龙探头，目标负荷:60%，触发点负载5 g，测试速度2 mm/s，返回速度2 mm/s，数据频率:100点/s。测定时维持测定环境及米饭温度为20℃。用质构仪自带数据处理软件TexturePro CT V1.0处理数据。

1.3.5 扫描电镜微观结构观察

取储藏前后及对照品的大米样品，在自封袋内用手术刀切下断胚端及大米中部的横断面，大约3 mm厚，将制好的样品用导电胶粘在圆柱底座上，放入日立E－1010离子溅射仪中镀金膜，镀膜时间设置为90 s，用扫描电镜观察，加速电压设置为15 kV，束流58 μA，分别放到不同的倍数观察拍照。

1.4 数据处理方法

运用EXCEL工作表及SPSS21.0进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 水分变化

如图1所示，三种不同条件下储藏的大米，同一时间含水量存在显著差异。25℃、55%储存时，储存前3个月水分显著降低，直到趋近解析平衡，水分变化趋于稳定。15℃、65% ～70%及20℃、68%储存时，水分下降缓慢，储存5个月后，大米水分仍保持在15.5%以上，达到保水保质的储存效果。

图1 不同储存条件下大米水分变化

吴子丹等［5］表明大米品种对解吸—吸附参数影响不明显，因此在计算CAE方程时可以不考虑品种的影响。CAE方程如式1所示。

式中:ERHr为粮食平衡相对湿度/%;M为粮食含水率/%(湿基);t为粮食温度/℃;A1、A2、B1、B2、D为CAE方程中与粮食种类有关的参数。

表1 大米吸附解吸平衡参数

将大米参数带入方程(1)求解得到表2中不同温度，不同含水量的大米解吸—吸附平衡湿度。由表2可以看出，在每一储存阶段给定的环境湿度均低于粮堆相对湿度，二者均低于大米的解吸平衡湿度，所以大米处于缓慢的失水状态，逐渐趋于稳定。但储存环境出现偶尔的湿度异常波动，粮食的水分会略微上升，与本研究中大米的水分变化一致。

表2 各储存阶段粮食的状态

2.2 脂肪酸值的变化

脂肪酸值通常被认为是大米储藏期间品质劣变的敏感指标，因为油脂的分解较蛋白质和淀粉快［6］。有研究证实储存期间三酰基甘油酯降解，油脂水解产生游离脂肪酸［7］。由图2可知，随着储藏时间的延长，脂肪酸值呈现极显著差异(P＜0.01)，总体呈增加趋势。储藏期内，大米脂肪酸值上升可能是因为脂类在酶的作用下分解生产了脂肪酸，而脂肪酸含量的下降则是由于脂肪酸在氧化酶的作用下分解。在7月份脂肪酸值明显降低，温度越高，水分越大，大米脂肪酸值降低幅度越明显，脂肪酸值持续增加后迅速下降，可能是酸类物质进一步分解产生醛、酮类化合物，表明大米品质劣变速度加快，这与陈玮等［8］的观点一致。在同一时间，准低温及25℃与低温储存大米脂肪酸值呈显著性差异(P＜0.05)，这说明储藏环境和大米本身的水分都是影响脂肪酸值变化的主要因素，水分越高、储存温度越高，脂肪酸值变化越快。该结论与周凤英等［9］研究结果一致。

图2 不同储存条件下大米脂肪酸值变化

2.3 色差值的变化

由表3可知，随着储存时间延长，L值逐渐降低，在储存前两个月15℃与20℃之间无显著性差异，但与25℃差异显著;7月份之后，15℃储存与20、25℃之间L值差异显著，20℃与25℃之间无显著性差异，这说明低温储存更有利于保持大米的光泽，而大米自身水分和储存环境温度较高，都会减弱大米的亮度值。15℃储存，a值无显著性差异，20℃与25℃储存，a值都逐渐变大。随着储藏时间的增加，b值均增加，这与Park等［10］的研究结果一致，储藏期间大米的颜色会由奶白色变成黄色，b值升高，但15、20、25℃储藏，同一时间，b值无显著性差异。

表3 不同储存条件的色差值

2.4 质构指标变化

由图3可知，延长储藏时间会增加蒸煮米饭的硬度，储存环境温度越高，硬度增加越快。从4～8月份，15℃储存与20℃储存，同一时间，差异不显著，与25℃储存，存在显著性差异，可能与储存环境温度较高及大米水分降低有关。到9月份，20℃与25℃储存，硬度之间无显著性差异，与15℃低温储存存在显著性差异。已有研究表明［11］，储藏过程中，巯基减少，二硫键交联增多，导致蛋白质在淀粉粒周围包裹形成坚固的网状结构，从而影响淀粉粒的膨胀和柔润，使米饭不易糊化，因而米饭变硬。另外，Gregory等［7］认为储藏期间游离脂肪酸的量增加，与直链淀粉结合包裹在淀粉粒中，游离脂肪酸－直链淀粉复合物增加，影响蒸煮米饭的黏度相关。

图3 不同储藏条件下硬度随时间变化

由图4可知，增加储存时间可降低蒸煮米饭的黏性，25℃储存黏性下降最快，在储存1个月以后，不同储存条件下，同一时间段大米黏性有显著性差异，说明低温、准低温储存可以较好地保持大米的黏性。Tananuwong等［12］认为米饭黏性小而硬度高的另一个原因，是巯基在储存过程中被氧化。

图4 不同储藏条件黏性随时间变化

由图5可知，延长储藏时间使蒸煮米饭弹性减小，储存环境温度越高，米饭弹性越小，15℃与20℃储存条件下差异不显著，与25℃储存存在显著性差异。一方面是储存温度的影响，另外25℃，55%的储存环境，大米失水严重，也是导致蒸煮米饭弹性下降的原因。

图5 不同储藏条件弹性随时间变化

由图6可以看出，储存过程中，低温、准低温、25℃条件下，内聚性逐渐变大，但差异不显著，可能与质构测定条件有关。温度越高的储存条件内聚性越大，这与Zohu等［13］的结果一致。

图6 不同储藏条件内聚性随时间变化

2.5 各指标间相关性分析

由表4可以看出:大米自身的水分与L值呈显著正相关，与蒸煮米饭的硬度呈显著负相关，与黏性、弹性呈极显著正相关，与内聚性相关性不显著。储存过程中大米的脂肪酸值与L值、黏性、弹性极显著负相关，与b值、硬度、内聚性极显著正相关。L值与脂肪酸值、b值、硬度、内聚性呈极显著负相关。蒸煮米饭的硬度与黏性、弹性呈极显著负相关，与内聚性呈极显著正相关。由此可知，大米的含水率影响的质构特性，脂肪酸值的变化导致外观颜色变化，从而使得蒸煮米饭的质构特性发生改变。

表4 各指标间相关性分析

2.6 扫描电镜微观结构观察

2.6.1 不同储藏条件米粒表面微观结构

选取有代表性的米粒，调节放大至1 000倍，观察大米米粒表面的显微结构，得到不同储藏条件下米粒表面的图片，如图7可以看出，大米表面不平整，分布有裂纹和空洞，有凸起和大小不均的小坑，这是加工过程中去糠、去胚等操作造成的米粒表面机械损伤。在图7a原样米粒表面可以清晰可见许多小孔，是米粒内部与外界物质交换的通道，随着储藏时间延长，米粒表面变得更加粗糙。图7b(15℃，65% ～70%)和图7c(20℃，68%)表面变化程度较弱。而图7d(25℃，55%)大米表面干裂，裂纹较多，空隙变大，这是因为大米失水较严重，储藏过程中容易起糠。这与包金阳等［14］的研究结果一致，大米起糠实际为表皮裂开并翘起，说明大米自身的水分变化影响大米微观结构的变化。

2.6.2 不同储藏条件米粒去胚部位微观结构

选取有代表性的米粒，调节放大至3 500倍。观察大米米粒去胚部位的显微结构，得到不同储藏条件下米粒去胚部位的图片(如图8所示)。由图8可以看出，米粒去胚部位组织结构凸凹不平，有清晰可见的蛋白球镶嵌其中，随着储藏时间的增加，去胚部位表面形成空洞，小孔空隙变大，裂纹增多。15℃，65% ～70%和20℃，68%条件下储存的大米，去胚部位扫描结果显示较25℃储存变化不明显。

图8 不同储藏条件下大米去胚部位的显微结构形态(×3 500)

2.6.3 不同储藏条件胚乳横切面细胞表面的微观结构

选取有代表性的米粒，调节放大至3 500倍。观察大米米粒胚乳横断面的显微结构，得到不同储存条件下米粒横断面的图片，如图9可以看出，围绕着蛋白质膜包裹的复合淀粉体周围有很多小孔，储存时间增加，小孔增多变大，细胞表面被包裹的复合淀粉体之间的界限变模糊。15℃、65% ～70%条件下储存的大米细胞表面变化不明显，20℃、68%条件下储存的大米，细胞表面小孔明显增多，25℃、55%储存的大米细胞表面小孔明显增多并且变大，说明15℃储存，温湿度的变化对胚乳细胞表面影响不明显。20℃以上储存时，温湿度对胚乳细胞表面的微结构影响较为明显。由此可见，储存条件影响大米的微观结构。

图9 不同储存条件下大米胚乳细胞表面的显微结构形态(×3 500)

2.6.4 不同储存条件胚乳横切面淀粉粒的微观结构

图10 不同储存条件下大米胚乳淀粉粒的显微结构形态(×2 000)

为了考察储存条件对胚乳淀粉颗粒形态的影响，对不同储存条件的大米样品进行处理后，放大至2 000倍，观察大米胚乳显微结构，得到胚乳淀粉的微结构，如图10所示。粳米胚乳细胞是由单粒淀粉体和复合淀粉体组成的。大米胚乳细胞中主要含单粒淀粉体(直径2.6～7.0 μm)和复合淀粉体(直径6.0～14.0 μm)，还有一些是分散在淀粉体周围的蛋白体和脂肪滴(直径2 μm 左右)。Yu等［15］指出，单粒淀粉体为晶状多面体形，主要含直链淀粉和支链淀粉形成的结晶区和无定形区。由图10可以看出，储存在15℃、65% ～70%及25℃、55%条件下，胚乳淀粉粒多是复合淀粉体颗粒，棱角清晰，紧密结合，裸露的单粒淀粉较少，呈不规则的多面体，排列致密。在复合淀粉粒的连接处镶嵌有许多小的蛋白体颗粒。淀粉颗粒连接处的缺口，应为制样时的断层导致淀粉粒脱落散出所致。20℃、68%条件下储存的大米，其复合淀粉颗粒周围出现明显的裂纹，淀粉粒棱角变得模糊，这可能是在脱支酶导致复合淀粉粒表面脱支引起的。这说明较高水分的大米在20℃储存时，淀粉粒结构会发生明显变化，复合淀粉粒之间裂纹增多。而储存在25℃、55%条件下的大米，淀粉粒排列仍较为规整，但包裹复合淀粉体的蛋白质造体膜有明显的爆开翘起，可能是因为25℃，55%的储存环境，大米失水较为严重，水分降低后，淀粉粒颗粒聚集，密度变大所致。周显青等［16］的研究表明随着稻谷储存时间的延长，细胞膜透性和膜脂过氧化程度逐渐增大，其体内抗氧化酶(POD、CAT)活性逐渐降低。由此推断，自由基损伤会导致细胞微结构发生变化。

3 结论

在三种储藏条件(15℃，RH 65% ～70%;20℃，RH 68%;25℃，RH 55%)下，将高水分粳稻大米(含水量16.2%)储存5个月，结果发现:低温、准低温储存大米水分维持在15.5%以上，保水保质效果很好;25℃，55%条件储存的大米，失水严重;脂肪酸值整体呈增加趋势，不同储存条件下差异显著;L值降低，b值升高，a值变化不明显，无明显规律;蒸煮米饭的硬度增大，黏性、弹性下降，内聚性略有增加。经指标间相关性分析表明:大米自身的水分与L值呈显著正相关，与蒸煮米饭的硬度呈显著负相关，与黏性、弹性呈极显著正相关，与内聚性相关性不显著。大米的脂肪酸值与L值、黏性、弹性呈极显著负相关，与b值、硬度、内聚性呈极显著正相关。蒸煮米饭的硬度与黏性、弹性呈极显著负相关，与内聚性呈极显著正相关。大米的含水率变化导致蒸煮米饭的质构特性发生改变。米粒表面及去胚部的机械损伤，在储存过程中易发生品质劣变，裂纹空隙增大，淀粉粒裸露，加工程度影响大米的储存特性，大米自身的水分变化决定大米表面的微观结构。胚乳横切面上围绕着蛋白质膜包裹的复合淀粉体周围有很多小孔，在储存过程中，小孔增多变大，复合淀粉体之间的界限变得模糊。15℃储存，对胚乳细胞表面及淀粉粒的排列影响不明显，20℃以上储存大米微观结构发生明显改变。