真空包装糙米储藏过程中品质变化分析

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(1.浙江工业大学 食品工程与质量控制研究所,浙江 杭州 310014;2.杭州市粮油中心检验监测站,浙江 杭州 310014;3.杭州市粮食收储有限公司,浙江 杭州 310014)

稻谷是我国第一大粮食作物,其消费量占我国粮食总量的59%左右,是我国流通和消费量最多的粮种,也是我国主要的储备粮,占粮食总储备的50%以上[1]。但我国稻谷传统的原粮储藏方式存在容积率低、尘埃附着性强和稻壳中农残迁移率高等问题[2]。与稻谷相比,糙米储藏可以减少20%的重量和30%的运输体积,并降低10%的流通成本、节省30%的仓容,是稻谷储藏的有效替代形式之一。但由于脱除了外层颖壳的保护,糙米在储藏过程中更易出现陈化现象,造成品质劣变,表现为脂肪酸值升高、蛋白质降解和生理活性降低等[3],如何减缓储藏过程中糙米品质的劣变,是糙米储藏过程重点关注的问题。

糙米初始含水率、储藏温度和包装方式是影响糙米储藏过程品质变化的3个主要因素。由于保留了完整的胚,糙米在氧气存在的条件下会因呼吸活动旺盛而加速陈化变质[4],因此隔绝氧气的真空包装是糙米储藏和运输的优选包装方式。目前,我国粮食包装主要为塑料编织袋、复合塑料袋等,防潮性和阻隔性较差,粮食易受潮、发霉和生长害虫[5]。笔者研究了不同初始含水率和储藏温度对真空包装糙米储藏期间各理化指标及质构特性等的影响,分析糙米最适宜的储藏条件和延缓品质劣变的方法,为糙米储藏工艺条件的优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 糙米样品

稻谷样品为浙江省本地粳稻,经脱壳加工得到糙米样品,分别调节初始含水率为13.5%,16%,18%。

1.2 主要实验仪器

HWS智能型恒温恒湿箱,宁波江南仪器厂;RXZ智能型人工气候箱,宁波江南仪器厂;DDS-307电导率仪;759UV型紫外可见分光光度计,上海奥谱勒仪器有限公司;Allegra 64R Centrifuge台式高速冷冻离心机;HunterLab ColorQ色差仪;TAXT Plus物性测试仪;HYJD超纯水器,杭州永洁达净化科技有限公司;PASS-JL精米机(SB-027)。

1.3 试验方法

1.3.1 模拟储藏方式

分别将不同含水率的糙米样品(500 g)用透明真空包装袋包装,抽真空后置于恒温恒湿箱中储藏,分别模拟粮食储藏低温库、准低温库和标准常温库的温度,将恒温恒湿箱的温度分别控制在4,16,30 ℃,湿度75%,储藏期间每隔1个月取样测定各指标。

1.3.2 相关指标测定方法

糙米含水率按照GB 5497—1985中105 ℃恒质量法测定;发芽率按照GB/T 5520—2011测定;脂肪酸值按照GB/T 15684—2015测定,结果以每100 g样品消耗氢氧化钾毫克数表示;直链淀粉按照GB/T 15683—2008测定;过氧化氢酶按照GB/T 5522—2008测定,结果以每克样品消耗过氧化氢毫克数表示;丙二醛参考《植物生理学试验教程》中的方法测定;色泽使用HunterLab ColorQ色差仪测定;质构特性(黏着性、硬度)使用质构仪测定;电导率测定参照李洪洋等[6]的方法。

2 结果与分析

2.1 糙米储藏过程中发芽率变化

如图1所示,随着储藏时间的延长,不同储藏条件下糙米的发芽率均呈下降趋势。其中温度对糙米发芽率的影响极其显著(P<0.01),温度越高,糙米发芽率下降趋势越快,4 ℃储藏的糙米到第5个月时发芽率仍大于85%,而30 ℃储藏的糙米到第4个月时,13.5%和16%含水率的糙米发芽率已降为0。詹启明等[7]的研究表明:不管是气调储藏还是常规储藏的糙米,其发芽率均随着储藏时间的延长而降低,且于35 ℃高温储藏下的糙米的发芽率的下降速率明显快于其他较低温度下储藏的糙米。经分析,认为是由于长时间的高温储藏破坏了籽粒胚的活性,从而严重损伤籽粒的发芽能力,使得糙米基本失去了活性。除储藏温度外,糙米样品发芽率均随着初始含水率的降低而逐渐升高,30 ℃储藏时,13.5%含水率的糙米发芽率比18%的高32.7%。

图1 储藏过程中糙米发芽率的变化Fig.1 Changes in germination rate of brown rice during storage

2.2 糙米储藏过程中电导率变化

程建华等[8]研究表明:随着储藏时间的延长,细胞膜结构逐渐松散破裂,细胞半透膜的通透性增加,细胞内的电解质和可溶性物质流失,造成种子生活力降低,因此糙米浸出液的电导率越高,糙米生活力越差。童茂斌等[4]的研究表明:随着储藏时间的延长,糙米浸出液的电导率呈现持续上升的趋势,且这种变化趋势随着储藏温度的升高而越为明显。从图2可以看出:糙米电导率随储藏时间的增加而逐渐增大,含水率对糙米电导率的影响极其显著(P<0.01),初始含水率越高,糙米的电导率增加越快。30 ℃储藏5个月后,含水率为18%的糙米电导率增加到78.6 μS/cm,相比于含水率13.5%的糙米高了18.98 μS/cm。温度对糙米电导率的影响也极其显著(P<0.01),初始含水率为18%的糙米于30 ℃储藏5个月时,糙米的电导率达到78.9 μS/cm,比18 ℃下储藏的糙米的电导率高16.7 μS/cm,而4 ℃下储藏的糙米的电导率只有56.5 μS/cm,这是因为高温会通过脂质过氧化作用破坏膜结构的完整性,细胞膜透性增强,细胞中电解质渗漏,导致浸出液电导率急剧上升[9]。

图2 储藏过程中糙米电导率的变化Fig.2 Changes in conductivity of brown rice during storage

2.3 糙米储藏过程中丙二醛(MDA)变化

从图3可以看出:各储藏条件下,糙米的丙二醛含量(MDA)均随着储藏时间的延长而呈增加。分析认为储藏温度对糙米MDA值的影响极其显著(P<0.01),储藏温度越高,相同含水率的糙米的MDA值上升越快。在相同含水率条件下,4 ℃和16 ℃储藏糙米的MDA差异不显著,30 ℃和16 ℃差异显著(P<0.05),而4 ℃和30 ℃差异极显著(P<0.01)。含水率对MDA值的影响不显著(P>0.05)。这与李宏洋等[6,10]的研究结果一致。低温会抑制脂质的氧化反应,所以MDA的积累也较少,而高温则加速脂肪氧化,生成氢过氧化物,并快速分解为MDA。随着储藏时间的延长,糙米活力逐渐丧失,从而减缓了MDA的生成量,且持续高温会引起部分MDA的挥发,从而导致其含量下降。

图3 储藏过程中糙米丙二醛浓度的变化Fig.3 Changes in Malondialdehyde content of brown rice during storage

2.4 糙米储藏过程中直链淀粉变化

糙米直链淀粉质量分数是决定大米蒸煮结构特性的主要因素[11]。从图4可以看出：直链淀粉质量分数随着储藏时间的延长而增加,储藏温度对糙米中直链淀粉质量分数的影响极其显著(P<0.01)。尤其是在30 ℃条件下储藏时,含水率18%的糙米中直链淀粉含量从9.17%上升到了14.95%,相比于16 ℃和4 ℃储藏糙米的11.58%和10.85%,其增加趋势尤其明显。同一温度下,糙米含水率对其直链淀粉含量的影响极其显著(P<0.01),初始含水率越高,储藏期间直链淀粉增加也越高且越快。因此,通过低温和低含水率可有效控制储藏期间糙米中直链淀粉的增加。

图4 储藏过程中糙米直链淀粉的变化Fig.4 Changes in amylose content of brown rice during storage

2.5 糙米储藏过程中过氧化氢酶活性的变化

储藏期间粮食在呼吸过程中会产生有氧化作用的过氧化氢,过氧化氢酶活性越高,分解过氧化氢的能力越强,所以过氧化氢酶活性大小在一定程度上可以说明糙米活力的高低[12],糙米储藏过程中过氧化氢酶活性的变化如图5所示。随着储藏时间的延长,糙米中过氧化氢酶活性会逐渐降低。含水率对过氧化氢酶的影响极其显著(P<0.01),从图5中可以看出:30 ℃储藏条件下变化尤其明显,13.5%的糙米下降了17.46%,而18%的糙米下降了21.43%,说明含水率越高,酶活性下降越快。同时温度对过氧化氢酶的影响也极其显著(P<0.01),30 ℃的储藏条件会使酶快速降低活性,第5个月18%含水率的糙米在30 ℃的储藏条件下的过氧化氢酶比16 ℃低14.12%,但4 ℃和16 ℃条件下的过氧化氢酶变化并不显著,说明高温会使过氧化氢酶活性快速降低。这可能是高温会使糙米加速氧化,从而加速MDA的积累,MDA具有强交联性质可以破坏蛋白质的结构和催化功能,而过氧化氢酶是一种敏感型蛋白质,因此在一定程度上降低了它的活性[13]。

图5 储藏过程中糙米过氧化氢酶活性的变化Fig.5 Changes in catalase activity of brown rice during storage

2.6 储藏过程中糙米脂肪酸值变化

脂肪酸值的变化是反映粮食品质劣变程度的重要指标(图6)。由图6可知:30 ℃储藏5个月,18%和13.5%初始含水率糙米的脂肪酸值分别增加了36.74和18.22,说明低含水率有利于糙米的品质保持,并对糙米脂肪酸值影响极其显著(P<0.01)。同时,储藏温度也对糙米脂肪酸值影响极其显著(P<0.01),相同含水率的条件下,4 ℃和16 ℃的糙米样品的脂肪酸增加速率明显比30 ℃的糙米样品低,第5个月时4 ℃储藏条件下,18%含水率糙米的脂肪酸值为38.37,而30 ℃,18%的糙米脂肪酸达到了56.89,已经不适宜食用。微生物在高温和高含水率的条件下会分泌大量的脂肪酶加速脂肪水解,从而导致脂肪酸值增加迅速[14]。Genkawa等[15]从脂肪酸值角度考虑,低含水率储藏糙米可以起到与低温储藏一样有效的作用。宋伟等[16]从实验的角度考虑不同含水率的糙米,低温条件会延缓脂肪酸值的增加,而低含水率的糙米脂肪酸值增长尤其缓慢。但脂肪酸并非脂质酸败的最终产物,而是处在动态平衡中的一个中间产物,其性质不稳定,还可进一步氧化分解为醛、酮类物质,所以脂肪酸值随着储藏时间的延长呈先升高后下降的趋势[17]。

图6 储藏过程中糙米脂肪酸值的变化Fig.6 Changes in fatty acid value of brown rice during storage

2.7 储藏过程中糙米黏着性和硬度的变化

储藏过程中糙米黏着性和硬度的变化如表1所示。5个月的储藏期内,糙米的质构特性变化主要表现为黏度降低和硬度增加。不同储藏条件下的糙米,蒸煮成米饭后的硬度随储藏期延长而有不同程度的增大;黏着性随储藏期延长而有不同程度的降低。相同储藏温度下的糙米样品,含水率越高,黏着性越大,硬度也越大:第5个月时在16 ℃储藏的糙米样品,含水率为18%的样品黏着性为-35.7 gs,硬度为841.7 g,而13.5%的样品黏着性为-45.6 gs,硬度为743.6 g;而同一含水率的糙米样品,储藏温度越高,黏着性也越小,硬度越大:第5个月时含水率为13.5%的糙米在4 ℃时,黏着性为-35.7 gs,硬度为841.7 g,在30 ℃时黏着性为-35.7 gs,硬度为841.7 g。分析认为随着储藏时间的延长,不溶性淀粉增加,使糊化温度提高,淀粉粒的强度增加,使煮出的米饭黏度降低硬度增加。可见低温和低含水率有利于米饭黏性和硬度的保持。

3 结 论

随着储藏时间的延长和储藏温度的升高,不同初始含水率糙米的发芽率、过氧化氢酶活性和黏着性均逐渐降低,而脂肪酸值、电导率、丙二醛含量、直链淀粉含量和硬度则逐渐增加。4 ℃储藏时糙米的各项指标明显优于16 ℃和30 ℃储藏,如13.5%初始含水率的糙米在4 ℃储藏5个月后,脂肪酸值升高了7.55,而16 ℃储藏5个月后升高了10.63;丙二醛升高了0.1 μmol/L,而16 ℃的升高了0.17 μmol/L。同时含水率越高,品质劣化越明显,如4 ℃下储藏5个月时,含水率16%的糙米比13.5%的糙米的脂肪酸值高13.74,而过氧化氢酶活性低1.59%。低温、低含水率的储藏条件有利于延长糙米储藏期,降低粮库的储藏成本,长期保持糙米的新鲜程度。由于实验时间有限,本实验并没能检测到储藏后期脂肪酸值等指标的变化过程,后续对脂肪酸降解的小分子物质,或者是脂肪分解得到的非脂肪酸成分的分析可以更进一步解释说明糙米储藏中的各品质指标的变化,并且有助于探讨糙米的陈化品质变化机理。

表1 储藏过程中糙米黏着性和硬度的变化