不同收储条件对粳稻南粳5055储藏品质的影响

邵小龙 徐 文 时小转 丁 超 刘 珏

(南京财经大学食品科学与工程学院；江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心； 江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室1，南京 210023) (武汉轻工大学电气与电子工程学院2，武汉 430023)

大量研究表明稻谷收获时间对稻谷品质有重要影响。Bal S等[1]研究了水稻抽穗后15～45 d的生物学成熟度及籽粒含水量变化，结果表明在最适收获时间收割获得了最大的粮食公顷产量和优良的碾磨品质。张桂莲等[2]研究了收获时间对水稻种子萌发及其生理特性的影响。徐润琪等[3]做了适期收割对稻谷损失影响的研究，其结果显示如要保证田间稻谷爆腰率不超过10%，则收获期稻谷平均含水率必须大于20%，由此可见，收获时间会影响稻谷产量、种子质量和加工品质。

近年来，稻谷储藏品质研究大多关注稻谷入库后的储藏环节，即各种储藏条件如温度、时间、湿度、储粮害虫、微生物等对稻谷品质变化的影响，如王娜[4]研究了温度、相对湿度、储藏时间对稻谷陈化速度的影响及该过程中稻谷淀粉、脂质、蛋白质等主要化学成分的变化情况；白玉玲[5]研究了不同储藏时间与稻谷储藏品质之间存在的显著性影响及昆虫取食对于稻谷的储藏品质的影响；陈玉兰[6]研究了储藏温度对稻谷储藏品质的影响，张玉荣[7]、Chrastil J[8]和姚明兰[9]等都有相关方面的研究。Sarker[10]、林镇清等[11]研究发现储藏温度、相对湿度以及含水率对稻谷储藏特性、加工特性以及食味值均有影响。而收获时间这一人为因素对稻谷储藏品质影响方面的研究，国内外都鲜有报道。稻谷入库前诸多因素如水肥管理、气象条件、收获时间等对稻谷储藏品质是否有影响也值得探讨。

邵小龙等[12]通过检测南粳5055的气味变化、质构特性及微观条件，探讨了不同收获期粳稻的品质变化，而本研究则侧重于收获时间、储藏温度及时间对粳稻品种南粳5055储藏品质的影响。通过检测含水率、发芽率[13,14]、游离脂肪酸值[15-19]、表面颜色等重要储藏品质指标，分析各因素对南粳5055储藏品质的影响；建立基于储藏温度的稻谷游离脂肪酸生成变化的化学反应动力学模型，并通过Arrhenius方程计算游离脂肪酸稳定的活化能[20]，用于比较不同收获时间稻谷的耐储性能，从而确定有利于南粳5055储藏的适宜收获时间。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验稻谷品种为南粳5055，属于早熟晚粳稻品种，采样于南京市江宁区汤山镇孟墓村藏龙湾农场试验田。南粳5055综合了母本武粳13的粳米特性和父本关东194的软米特性, 米饭晶莹剔透，口感柔软滑润，富有弹性，冷而不硬，食味品质极佳，深受消费者喜爱，在江苏省沿江地区被广泛种植[21]。

1.2 仪器与设备

101-34S型电热恒温鼓风干燥箱；PQX-1000A型分段可编程人工气候箱；GNP-9160型隔水式恒温培养箱；FW100型高速万能磨粉机；CM-5型色差仪。

1.3 方法

1.3.1 样品准备

自南粳5055抽穗后42 d，每隔6 d采样1次，共采样5 次(分别为42、48、54、60、66 d)。样品经人工脱粒、除杂、过筛。参考汪楠[22]等的方法，将刚收获的湿稻谷置于30 ℃、50%RH培养箱中干燥湿基含水量至14.5 ℃。将处理好的粳稻各分为21 组，每组200 g，分装于塑料袋(复合PA/PE材料)热封后于15、25、35 ℃的恒温箱中各放入7 组样品进行储藏，储藏周期为210 d，每30 d各取一组样品测定粳稻品质指标。每次采样结束后，立即对样品进行上述处理，同时对其进行编号。

1.3.2 含水率测定

根据国标GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》，经过预处理后采用直接干燥法。每个样品做三次平行，以下指标均同。

1.3.3 脂肪酸值测定

参考GB/T 5510—2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》。

1.3.4 发芽率测定

参考GB/T 5520—2011《粮油检验 籽粒发芽试验》。

1.3.5 表面色差分析

用色差仪测定粳稻样品的明度(L*)值、红绿色调(a*)值和黄蓝色调(b*)值，利用公式(1)计算色差(△E*)值。

(1)

1.4 脂肪酸值变化的动力学分析

采用SAS 9.4软件对不同收获时间的粳稻脂肪酸值的变化趋势进行不同动力学级数方程拟合，进而确定反应级数，零级反应、一级反应和二级反应分别见公式(2)、(3)和(4)：

y=b0+b1x

(2)

y=e(b0+b1x)

(3)

(4)

式中：y指实验测得的脂肪酸值/mgKOH/100 g；x指储藏时间/d；b0、b1指拟合后的参数。

然后按公式(5)进行一级动力学模型分析：

lnC=lnC0±kt

(5)

式中：C为任意时间测定的脂肪酸值/mgKOH/100 g；C0为初始脂肪酸值/mgKOH/100 g；t为储藏时间/d；k为一级动力学常数/d-1。

运用Arrhenius方程，即公式(6)。

(6)

将公式(5)进行转化为公式(7)的形式，由斜率可算得反应动力学活化能。

(7)

式中：Eα为活化能/kJ/mol；A为指数前置因子；R为气体常数，8.314 J/(mol·K)；T为绝对温度/K。

1.5 数据统计分析方法

采用SPSS 24.0分析软件，利用方差分析(ANOVA)对各指标进行差异显著性分析，各指标相关性分析利用Pearson 相关性分析。采用SAS 9.4软件对脂肪酸值变化进行动力学分析。其余数据颜色图表采用office 2016软件处理绘制。

2 结果与分析

2.1 不同收获时间的粳稻储藏品质变化及其影响因素分析

图1为不同收获时间粳稻在15、25、35 ℃储藏温度下含水率及脂肪酸值的变化。对于不同收获时间的粳稻含水率而言，经过210 d的储藏，相同储藏条件下，粳稻含水率变化情况差异明显，其中42、48、54 d收获的粳稻含水率变化情况较接近，60、66 d收获的粳稻含水率变化情况较接近，且前者含水率高于后者，即收获时间越靠后，水分降低速率越快，反之则越慢。另外随着储藏时间的延长，粳稻含水率总体上呈下降趋势，且储藏温度越高，下降趋势越明显，林镇清等[11]通过研究于高大平仓房中储存的稻谷，得出了相似结论。

图1 不同收获时间粳稻在不同储藏条件下的 含水率及脂肪酸值变化

通过方差分析研究收获时间、储藏温度及时间对粳稻含水率的影响，分析结果见表1，如表1所示，收获时间与储藏温度及时间均对粳稻含水率变化有极显著影响(P<0.01)，由F值检验可知各影响因素对粳稻含水率影响的显著性顺序为储藏温度>储藏时间>收获时间。

另外，图1还体现了不同收获时间的粳稻在不同储藏温度下脂肪酸值随储藏时间的变化。随着储藏时间的增加，粳稻脂肪酸值呈上升趋势，且储藏温度越高脂肪酸值上升速率越快，这和前人的研究结果一致[17]。而收获时间对脂肪酸值的影响也较明显，其中42 d收获的粳稻脂肪酸值在各储藏温度储藏前期均低于其他收获时间收获的粳稻。但其随储藏时间变化增加的幅度最大，最终在210 d时与其他收获时间的样品游离脂肪酸值相差较小。

表1 收获时间及储藏条件对粳稻含水率影响的方差分析

注： **表示极显著水平(P< 0.01)；* 表示显著水平(P< 0.05),下同。

通过方差分析研究收获时间、储藏温度及时间对粳稻脂肪酸值的影响，分析结果见表2，如表2所示，收获时间与储藏温度及时间均对粳稻脂肪酸值变化有极显著影响(P<0.01)，由F值检验可知各影响因素对粳稻脂肪酸值影响的显著性顺序为储藏时间>储藏温度>收获时间。

表2 收获时间及储藏条件对粳稻脂肪酸值影响的方差分析

图2为不同收获时间粳稻在15、25、35 ℃储藏温度下发芽率及色差(ΔE*)值变化。对于不同收获时间的粳稻而言，储藏温度为15 ℃时，随着储藏时间的延长发芽率下降趋势不明显，各收获时间的粳稻间基本无差异且均在90%以上；储藏温度为25 ℃时，储藏150 d前各收获时间的粳稻发芽率差异不明显且变化不大，储藏150 d后下降明显；储藏温度为35 ℃时，不同收获时间的样品发芽率在90 d前下降速率较慢，90 d后迅速下降，在210 d都降为0%，这与张玉荣等[7]的结论一致，其中42 d收获粳稻发芽率下降速度明显慢于其余4 个收获时间。

通过方差分析研究收获时间、储藏温度及时间对粳稻发芽率的影响，分析结果见表3，如表3所示，储藏温度及时间对粳稻发芽率变化有极显著影响(P<0.01)，由F值检验可知各影响因素对粳稻发芽率影响的显著性顺序为储藏温度>储藏时间；而收获时间对粳稻发芽率变化影响不显著(P>0.05)。

图2 不同收获时间粳稻在不同储藏条件下的 发芽率及色差(ΔE*)值变化

表3 收获时间及储藏条件对粳稻发芽率影响的方差分析

方差来源Ⅲ型平方和自由度均方F值显著性模型883 006.042a1463 071.860149.253**收获时间580.1794145.0450.343储藏温度43 043.513221 521.75650.929**储藏时间27 821.58173 974.5129.405**误差44 793.708106422.582校正总计927 799.750120

另外，从图2还可以看出，在储藏过程中，不同收获时间的粳稻色差(ΔE*)值差异较小，且变化趋势相似，即在前三个月的储藏过程中，不同收获时间的粳稻色差(ΔE*)值较小，之后此值随储藏时间的延长而变化明显。当储藏温度为15 ℃时，除66 d收获的粳稻外，其余粳稻色差(ΔE*)值在储藏期达180 d后才发生明显变化；当储藏温度为25、35 ℃时，各收获时间的粳稻在储藏期达90 d后便开始发生明显变化。

通过方差分析研究收获时间、储藏温度及时间对粳稻表面色差的影响，分析结果见表4。如表4所示，收获时间对粳稻表面色差值有显著影响(P<0.05)，而储藏温度及时间对粳稻表面色差(ΔE*)值变化有极显著影响(P<0.01)，而由F值检验可知各影响因素对粳稻发芽率影响的显著性顺序为储藏温度>储藏时间>收获时间。

表4 收获时间及储藏条件对粳稻表面色差影响的方差分析

2.2 不同收获时间的粳稻储藏过程品质指标的相关性分析

由表5可知，收获时间与明度(L*)值极显著负相关(P<0.01)，与红绿色调(a*)值极显著正相关(P<0.01)，这表明收获时间的延长使得粳稻表面亮度变暗，颜色变红。储藏温度与含水率、发芽率极显著负相关(P<0.01)，与脂肪酸值、红绿色调(a*)值极显著正相关(P<0.01)，这表明随着储藏温度的提高，粳稻的含水率、发芽率降低，而脂肪酸值升高，且表面颜色变红。储藏时间与含水率、发芽率极显著负相关(P<0.01)，与脂肪酸值、色差值极显著正相关(P<0.01)，这表明随着储藏时间的增加，粳稻的含水率、发芽率降低，而脂肪酸值升高，且表面色差增大。含水率与脂肪酸值极显著负相关(P<0.01)，这表明储藏期间粳稻含水率降低，可能导致过氧化物酶活性的降低，给脂肪酸值的上升提供了便利，从而使粳稻品质劣变。含水率与发芽率呈极显著正相关(P<0.01)，这表明储藏期间随着含水率的降低，粳稻的新鲜度和生命力也随之减低。另外，含水率与红绿色调(a*)值、色差(ΔE*)值极显著负相关(P<0.01)，这表明随着粳稻水分的降低，粳稻表面颜色逐渐发绿且色差逐渐减小。脂肪酸值与发芽率呈极显著负相关(P<0.01)，说明脂肪酸值的升高会导致粳稻生命力的下降。脂肪酸值和发芽率均与各色度值呈极显著相关(P<0.01)。

表5 不同收获时间的粳稻储藏品质性状间的相关性分析

2.3 粳稻脂肪酸值变化的动力学分析

运用化学反应动力学模型能够直观地反映粳稻储藏过程中品质的变化[7]。粳稻在储藏过程中，脂肪酸值的变化对其品质劣变敏感性强，是判断其储藏品质的一项重要指标[23]，故根据2.1中脂肪酸值测定结果，结合化学反应动力学探讨不同收获时间的粳稻脂肪酸值变化规律，以此研究收获时间对粳稻储藏品质的影响。

2.3.1 反应动力学级数的确定

利用SAS 9.4对不同收获时间的粳稻在储藏过程中脂肪酸值的变化进行各动力学反应级数模型拟合，决定系数见表6，其中，决定系数越大，则表明其拟合程度越好。由表6可知，在相同储藏条件下，不同收获时间的粳稻一级动力学模型决定系数(R2)基本保持不变，而零级和二级动力学模型决定系数(R2)均随收获时间的延长而变化明显。脂肪酸值的一级动力学决定系数(R2)均在0.98以上，且一级动力学模型拟合程度显著高于零级和二级。因此，为了较好地反映不同收获时间的粳稻在储藏过程中脂肪酸值的变化规律，而采用一级动力学模型，此结论与前人[24,25]所得一致。

2.3.2 反应动力学参数及反应活化能的确定

运用一级动力学模型对不同收获时间的粳稻在储藏过程中脂肪酸值变化进行分析，其动力学参数及反应活化能见表7。粳稻在相同储藏条件下，随着收获时间的延长，脂肪酸值的动力学常数呈现出先增大后减小的趋势，且均为48 d收获的粳稻常数值最大。随着储藏温度的升高，脂肪酸值的动力学常数均增大，如54 d收获的粳稻从15 ℃上升至25 ℃，再从25 ℃上升至35 ℃，动力学常数由0.002 64 d-1最终上升至0.004 28 d-1，这说明储藏温度越高，粳稻劣变速度越快，这与张玉荣等[7]的结论一致。

表6 不同收获时间的粳稻脂肪酸值变化的动力学模型决定系数(R2)

表7 不同收获时间的粳稻脂肪酸值变化的动力学参数与反应活化能

反应动力学主要计算活化能，活化能越大说明品质越难变化，因此，在储藏过程中反应活化能高意味着粳稻脂肪不易降解而导致稻谷品质劣变，由表7可知，各收获时间的粳稻脂肪酸活化能(Eα)的大小顺序为：48 d >54 d > 66 d > 60 d > 42 d，由此可得，Eα随着收获时间的推迟而呈先上升后下降的趋势，且在48、54 d收获的粳稻Eα较高，即较不易发生脂肪降解而引起脂肪酸值的升高。其中，42 d与48 d收获的粳稻差异明显，这可能与42 d收获的粳稻成熟度不高有关；Eα在收获时间超过48 d后开始下降，这是由于脂肪酸为一中间产物，随着收获时间的推迟脂肪酸分解成其他物质。综上可知，收获时间对粳稻品质劣变有较大影响，且南粳5055的最佳收获时间在抽穗后48～54 d范围内。

另外，邵小龙等[26]通过分析水稻抽穗到成熟过程中籽粒理化指标和低场核磁共振(LF-NMR)数据，得出抽穗49 d左右后籽粒的整体品质趋于稳定；刘兵等[27]分析南粳5055的外观品质、加工特性及蒸煮特性等指标时，发现其在抽穗后48～54 d内收割可获得较佳的综合品质。上述结论均与本试验所得结论相符，再次佐证了南粳5055在抽穗后48～54 d范围内收割较适宜。

3 结论

通过定时检测7个月储藏期的粳稻含水率、脂肪酸值、发芽率及表面颜色等理化指标，发现收获时间、储藏温度及时间3个因素对南粳5055的含水率、脂肪酸值有显著影响，其中，收获时间、储藏温度及时间对含水率的影响顺序为储藏温度>储藏时间>收获时间，对脂肪酸值的影响顺序为储藏时间>储藏温度>收获时间。各指标的相关性分析结果显示含水率、脂肪酸值和发芽率两两相关，影响粳稻的食用品质和生命力；脂肪酸值和发芽率均与各色度值呈极显著相关。

不同温度下储藏粳稻的脂肪酸值变化符合化学反应一级动力学模型，比较不同收获时间的南粳5055脂肪酸值增加的活化能(Eα)，发现其存在差异，Eα大小顺序为：48 d>54 d>66 d>60 d>42 d，由此可得，48、54 d收获的粳稻反应活化能较高，在储藏过程中较不易发生脂肪降解而引起脂肪酸值的升高。基于以上结论可知，除了储藏条件外，粳稻的收获时间对其储藏品质也有显著性影响；通过游离脂肪酸值变化的活化能比较可知，本实验稻谷的最佳收获时间在抽穗后48～54 d范围内。因此，对于粳稻南粳5055而言，除储藏温度和时间外，收获时间也对粳稻储藏品质有重要的影响。