不同环境条件下负压储藏对优质稻品质的影响

元世昌，黄亚伟，王若兰，姜 江，何学书，刘早早

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

优质稻因营养价值高、口感好等优点得到了广大消费者的青睐，因而近年来优质稻的种植面积逐年增加，逐渐取代普通稻成为储备的主要粮种[1-2]。优质稻籽粒在储藏期间仍进行生命活动，而环境因子是影响其生命代谢的主要因素之一[3]。我国根据气候特征划分了七大储粮区域，长期实践及数据显示低温干燥环境下稻谷品质劣变缓慢，而高温湿润地区，尤其是华南储粮区，长夏无冬、降水丰沛[4]，给储粮工作带来了极大的困难。

优质稻除淀粉含量高外，蛋白质、脂肪、色素的含量也较高，然而这些成分在储藏过程中易分解[5]，从而导致优质稻品质的变化[6]。王洪亮等[7]将两种优质稻进行常温储藏，其储藏、加工、食用品质均随着时间的延长而下降。刘利等[8]对比了普通稻与优质稻的碘蓝值，得出优质稻碘蓝值下降速率快于普通稻，不宜长期储藏。黄晰雯等[9]研究了储藏条件对优质稻品质变化的影响，得出温度、水分含量越高，脂肪酸值上升越快，发芽率下降越快，其中，温度对优质稻品质影响最大。因此，传统的储藏方式很难延缓优质稻品质的下降，不能满足其储藏要求。研究表明，气调储藏技术通过营造一个低氧或绝氧的环境来抑制粮食的呼吸作用，可有效减缓其品质的变化。目前，我国气调储粮技术主要有CO2气调、N2气调、负压储藏等，其中，CO2气调、N2气调在保持稻谷品质方面效果显著[10-11]，但由于CO2、N2气调需制备气体，成本高、工艺烦琐，存在着一定的局限性。

负压储粮作为一种新型储粮技术，操作简单，属于绿色、经济储粮范畴，符合当今生态储粮的趋势。目前，负压储藏较多应用于真空袋包装的肉类[12]、果蔬[13]、成品粮[14]方面，而对于原粮鲜有报道。当今，科学技术完全可以满足大规模负压储粮对仓房建设气密性和压力的要求[15]，故作者模拟西南、华中、华南3种储粮难度较大的区域，研究在不同负压下优质稻品质的变化情况，旨在为未来实仓负压储粮提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

武运粳23：江苏中江种业有限公司，2017年10月产自江苏省淮安市洪泽县，按照GB/T 17891—2017规定达到了优质粳稻的标准。

1.2 仪器与设备

PC-1改进型塑料真空储粮罐: 上海越磁电子科技有限公司; HWS-300恒温恒湿培养箱：宁波东南仪器有限公司；RS-0.5旋片式真空泵：上海树立仪器仪表有限公司；KP830泵吸式气体检测仪：河南中安电子探测技术有限公司；CR-410色彩色差计：日本美能达有限公司；FSJ-Ⅱ锤片式旋风磨：中储粮成都粮食储藏科学研究所；JGMJ8098稻谷精米检测机：上海嘉定粮油仪器有限公司；BLH-2950标准型粮食振荡器：浙江伯利恒仪器设备有限公司。

1.3 主要试剂

95%乙醇、无水乙醇：分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；氢氧化钾：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、邻苯二甲酸氢钾：分析纯，洛阳昊华化学试剂有限公司。

1.4 方法

1.4.1 条件设置及样品处理

负压的设置： 罐体模拟仓(图1)，可准确调节罐内真空度(负压的绝对值越大,则真空度越高)，抽真空30 d，真空度变化小于6%。资料显示，当氧气体积分数低于8%时，大多数害虫生长、发育和繁殖受到抑制；氧气体积分数低于2%时，可抑制大多数好氧霉菌，同时杀死害虫[4]。因此，试验依据氧气体积分数来确定负压。通过气体检测仪对罐内氧气进行实时检测，确定氧气体积分数为2%、8%时对应的负压为-0.97、-0.84 kg/cm2。此外，试验再置一个低压对照(-0.52 kg/cm2)和一个常规对照(0 kg/cm2)。

图1 真空储粮罐Fig.1 Vacuum storage tank

微环境的设置：依据西南中温低湿区、华中中温高湿区及华南高温高湿区3个储粮较难区域的年平均温湿度，设置了25 ℃、RH65%；25 ℃、RH85%；35 ℃、RH85% 3种储藏微环境。

样品处理：将安全水分(13.5%～14%)的优质粳稻分装至真空罐内，每罐3 kg，并在罐内用饱和碘化钾和饱和氯化钾溶液控制湿度为65%、85%，抽真空处理。将真空罐放置在设定好的恒温恒湿箱中储藏，每隔1个月取样并测定指标。

1.4.2 指标测定

发芽率的测定参照GB/T 5520—2011；脂肪酸值的测定参照GB/T 15684—2015；出糙率的测定参照GB/T 5495—2008；黄度指数的测定参照GB/T 24302—2009。

2 结果与分析

2.1 不同微环境下负压对优质稻脂肪酸值的影响

图2是3种储粮微环境下负压储藏优质稻脂肪酸值的变化。脂肪酸值是评价稻谷储藏品质的敏感指标，也是评判稻谷宜存程度的重要参数。由图2a可知，在模拟西南储粮区(中温低湿)时，随着真空度的增强，脂肪酸值增加的趋势变缓。在储藏180 d后，常压和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2条件下的脂肪酸值分别达38.3、35.49、30.22、27.9 mg/100 g，其中，常压和-0.52 kg/cm2条件下脂肪酸值均达到重度不宜存状态，而-0.84、-0.97 kg/cm2条件下脂肪酸值均为轻度不宜存状态。因此，负压储藏可以延缓优质稻脂肪酸值的升高。在储藏前60 d，优质稻脂肪酸值有所下降，这可能是不饱和脂肪酸氧化生成醛、酮类等酸败物质的速度大于脂肪水解的速度[16]。图2b、图2c脂肪酸值的变化趋势同图2a。图2b模拟华中储粮区(中温高湿)，常压和-0.52 kg/cm2条件下脂肪酸值在约130 d、172 d达到重度不宜存状态，而-0.84、-0.97 kg/cm2条件下在180 d脂肪酸值均未达到重度不宜存状态。图2c模拟华南储粮区(高温高湿)，-0.97 kg/cm2在第165天左右达到重度不宜存状态，与对照组相比，延缓了45 d。同时，无论常压还是负压储藏180 d后，其脂肪酸值均在50 mg/100 g以上，比西南、华中储粮区变化幅度大。可知，高温高湿条件下可增强优质稻中脂肪酶的活性，加速脂肪酸值的升高[17]。因此，实际仓储过程中，控制粮仓的温湿度尤为重要。

注：a为西南中温低湿储粮区；b为华中中温高湿储粮区；c为华南高温高湿储粮区，图3、图4、图5同。图2 不同微环境下负压储藏优质稻脂肪酸值的变化Fig.2 Change of fatty acid value of high quality rice stored under different microenvironmentalnegative pressure

优质稻脂肪酸值的方差分析见表1，储藏时间、真空度、温湿度对优质稻脂肪酸值的影响均达到了极显著的水平(P<0.01)，F储藏时间>F温湿度>F真空度，说明储藏时间影响最大。因此，储藏优质稻时应实时检测脂肪酸值，掌控储藏状态，合理出仓。此外，负压储藏虽可延缓优质稻脂肪酸值的升高，但影响更大的是储藏温湿度。

表1 优质稻脂肪酸值的方差分析Table 1 Variance analysis of fatty acid value of high quality rice

注：P>0.05为影响不显著；P<0.05为影响显著；P<0.01为影响极显著，表2、表3、表4同。

2.2 不同微环境下负压对优质稻发芽率的影响

图3 不同微环境下负压储藏优质稻发芽率的变化Fig.3 Change of germination rate of high quality rice stored under different microenvironmentalnegative pressure

图3是3种不同微环境下负压储藏优质稻发芽率的变化。发芽率是衡量稻谷能否作为种子粮的重要指标之一。由图3可知，随着时间的延长，优质稻发芽率逐渐下降，同时，对比常压储藏，负压储藏发芽率下降较快。图3a模拟西南储粮区(中温低湿)，优质稻储藏60 d，常压和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2条件下的发芽率从初始的80%分别降至61%、50%、41%、43%，而储藏至第180天，常压条件下发芽率降至8%，负压条件下发芽率几乎降至0。图3b、图3c发芽率变化趋势与图3a相同。图3b模拟华中储粮区(中温高湿)，优质稻储藏至第60天，常压条件下发芽率为81%，而负压条件下发芽率均在60%左右；储藏至第120天后，负压条件下发芽率均在10%以下，而常压条件下发芽率为20%。图3c模拟华南储粮区(高温高湿)，优质稻储藏至第60天，负压条件下发芽率均在10%左右，常压条件下发芽率则为19%。由此可知，负压不适合储藏种子粮，可能是因为负压造成空间氧气体积分数低，优质稻进行大量无氧呼吸产生酒精或其他中间产物及有机酸类，毒害粮粒的细胞原生质，使机体受到损伤或完全丧失生活力[4]。

优质稻发芽率的方差分析见表2，储藏时间、温湿度对优质稻发芽率的影响均达到了极显著的水平(P<0.01)，真空度达到了显著水平(P<0.05)，其中，温湿度影响程度大于真空度(F温湿度>F真空度)。综上分析，负压不宜储藏种子粮。对于常压储藏下的种子粮，应严格控制温湿度，降低种子的呼吸强度，使种子保持活力。

表2 优质稻发芽率的方差分析Table 2 Variance analysis of germination rate of high quality rice

2.3 不同微环境下负压对优质稻出糙率的影响

图4 不同微环境下负压储藏优质稻出糙率的变化Fig.4 Change of the brown rice yield of high quality rice stored under different microenvironmental negative pressure

图4是3种不同微环境下负压储藏优质稻出糙率的变化。出糙率是稻谷加工品质的一个重要指标，也是收储企业收购粮食时关注的一个重要参数。GB 1350—2009规定，出糙率是稻谷定等指标之一，粳稻出糙率≥81%时为一等稻谷，出糙率≥79%时为二等稻谷，出糙率越高，其价格也会越高。图4各储藏条件下出糙率均随时间延长而下降，但负压可延缓出糙率的下降，且真空度愈高，出糙率下降趋势愈缓慢。图4a模拟西南储粮区(中温低湿)，优质稻储藏180 d，常压和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2条件下出糙率从84.79%(一等)分别降至79.57%(二等)、79.94%(二等)、80.45%(二等)、81.79%(一等)。其中，常压储藏出糙率下降最快，这可能是因为常压条件下优质稻自身营养物质消耗较快，如胚中的脂肪分解等，从而出现较多的不完善粒；也可能是对照组稻谷不断与外界进行水分和能量交换，水分通过稻壳散失过多，从而出糙率下降较快，而负压储藏是在密闭环境下，水分不易受影响，出糙率下降稳定[18]。图4b模拟华中储粮区(中温高湿)与图4a变化相似。图4c模拟华南储粮区(高温高湿)，优质稻储藏180 d，常压和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2条件下出糙率从84.79%(一等)分别降至76.95%(四等)、77.59%(三等)、78.87%(三等)、80.38%(二等)。综合比较3个储粮区，高温高湿条件下优质稻出糙率下降较快，可能因为温度越高，优质稻品质下降越快，其出糙率下降越快；高温高湿条件下，仓内温湿度、稻壳的吸湿和稻谷的失水很难达到一个平衡，致使稻谷水分不断变化，从而出糙率下降幅度较大[18]。

优质稻出糙率的方差分析见表3，储藏时间、真空度、温湿度对优质稻发芽率的影响均达到了极显著的水平(P<0.01)，F储藏时间>F温湿度>F真空度，说明储藏时间影响最大，其次是温湿度，最后是真空度。综上，真空度越高越有利于提升优质稻的出糙率，但在进行负压储藏时，控制温湿度应作为前提条件。

表3 优质稻出糙率的方差分析Table 3 Variance analysis of the brown rice yieldof high quality rice

2.4 不同微环境下负压对优质稻黄度指数的影响

图5是3种不同微环境下负压储藏优质稻黄度指数的变化。黄度指数可用来表示大米的黄变程度，其值越大，大米发黄程度越深。黄变不仅会影响大米的营养价值，而且会降低其商业价值。图5a模拟西南储粮区(中温低湿)，相比常压储藏，负压储藏黄度指数增加缓慢。储藏180 d，常压和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2条件下优质稻黄度指数从23.77分别增加了3.36、2.27、1.99、1.47，但肉眼均观察不出黄变。图5b模拟华中储粮区(中温高湿)，优质稻储藏180 d，常压条件下黄度指数达29.87，肉眼可观察其黄变；而-0.52 kg/cm2条件下黄度指数为28.03，优质稻发生轻微黄变；-0.84、-0.97 kg/cm2储藏黄度指数分别为27.16、26.97，均未发生黄变。图5c模拟华南高温高湿储粮区，储藏180 d，常压条件下优质稻黄度值数可达45.31，肉眼可看出已严重黄变；而负压条件下黄度指数均达40以上，同样发生严重黄变。相比西南、华中储粮区，华南储粮区黄变更严重，这可能是因为高温高湿促进了稻谷内部美拉德反应的发生，生成褐色物质，导致米粒发黄[19]。

图5 微环境下负压储藏优质稻黄度指数的变化Fig.5 Change of yellowness index of high quality rice stored under negative pressure microenvironments

优质稻黄度指数的方差分析见表4，储藏时间和温湿度均对优质稻黄度指数有极显著影响(P<0.01)，而真空度对优质稻黄度指数无影响(P=0.388>0.05)。F温湿度>F储藏时间，说明温湿度影响优质稻黄度指数程度最大。因此，负压不能延缓优质稻黄度指数的上升，储藏优质稻时，应严格控制储藏温湿度，延长其黄变时间。

3 结论

通过定期测定优质稻的脂肪酸值、发芽率、出糙率及黄度指数，研究了不同温湿度下负压对优质稻品质的影响。结果表明：真空度越高，优质稻脂肪酸值上升速率和出糙率下降速率越缓慢，负压可以明显延缓优质稻品质的下降。负压对优质稻黄度指数影响并不显著，负压储藏可加剧发芽率的下降。温湿度对各指标均有显著影响，其中华南高温高湿环境下优质稻品质变化程度最大，储藏180 d，脂肪酸值达到50 mg/100 g以上，黄度指数上升至40以上，出糙率最多下降到76.95%，优质稻严重劣变。对比方差分析中的F值，可知温湿度对优质稻品质的影响远大于负压。因此，负压条件下储藏优质稻，建议首先控制储藏温湿度，在粮食降至安全水分下，粮温下降后再进行抽负压处理；其次选择较高的负压，从而减缓优质稻品质的劣变。

表4 优质稻黄度指数的方差分析Table 4 Variance analysis of yellowness index of high quality rice