糙米贮藏技术研究进展

陈冰洁，乔勇进*，雷天慧，张 怡，王 晓

(1上海市农业科学院农产品保鲜加工研究中心，上海农产品保鲜加工工程技术研究中心，上海 201403；2上海市文来中学，上海 201101)

稻米是世界上大多数人特别是亚洲、南美和非洲人民广泛食用的食品，稻米消费占我国居民口粮消费的60%—65%，稻米的充足供应关乎国家的粮食安全。一般而言，我国的稻米多以稻谷的形式贮藏，然而，近几年稻谷库存总量急速增加，根据国家粮食局统计数据，2013—2017年我国稻谷库存平均每年增加2 600 万t，截至2017年1月库存已高达1.4 亿t，现有的仓容已难以满足库存需求。糙米作为稻谷脱壳后的另一种形态，储藏所需仓容比稻谷要少30%—40%，同时能降低25%的运输量和相应的经营管理经费[1]，解决了稻壳资源产地不集中、综合利用效果差及环境污染严重等问题。精米也可有效减少仓容，但精米几乎只含有胚乳，结构暴露，贮藏稳定性极差。相对来说，糙米作为流通和储存对象具有许多优点，不仅贮藏时间长、稳定性高，同时能大幅度提高仓容的利用率，减少运输管理费用。

此外，糙米因保留胚芽、米糠层，含有丰富的营养素和精米所缺乏的天然生物活性物质(如γ-氨基丁酸、γ-谷维醇、谷胱甘肽、神经酰胺等)，这些被证实具有抗癌、防治糖尿病、高胆固醇和肥胖症等功效[2]，对人体健康和现代文明病的预防和治疗具有重要意义。因此，糙米被美国FDA(食品药品监督管理局)列为全谷物健康食品，倡议直接食用。

然而，由于失去稻壳保护，糙米胚和胚乳呈暴露状态，容易机械损伤；酶活性增加导致储存期间脂质降解加速[3]，造成糙米品质下降；同时糙米易生虫霉变，降低其食用价值和经济价值[4-5]。 因而，无论是从粮食流通的角度，还是从营养健康的角度，对糙米的贮藏保鲜研究具有十分重要的现实意义。本研究综述糙米的储藏技术，展望我国糙米储藏研究的未来发展方向，以期为我国糙米安全储藏提供技术参考。

1 影响糙米贮藏保鲜的因素

1.1 含水量

影响糙米贮藏品质的主要因素之一是含水量，含水量高时，糙米代谢活动旺盛，营养物质分解加速，易引起发热、霉变、生虫等劣变；含水量低时，生命活力低，糙米代谢异常，丧失使用价值[6]。

1.2 贮藏温度

贮藏温度的高低与糙米贮藏安全密切相关。有研究发现[7]，将糙米储藏温度控制在10 ℃以下，可以有效防止霉变、抑制虫鼠繁殖及呼吸作用，能极大程度地保持糙米的新鲜。

1.3 储藏湿度

储藏环境湿度越大，糙米越容易受潮霉变、滋生病虫，湿度越小则糙米越不易变质。通常情况下，储藏糙米较为适宜的湿度是小于70%，在此条件下，霉菌的生长繁殖会受到一定程度的抑制[8]。

1.4 包装材料

高温高湿环境下，用阻隔性较好的包装材料能够有效地控制包装袋内气体含量和水蒸气的变化，并且能够抵御外界微生物和害虫的入侵，达到延长保质期的目的。

2 糙米的储藏特性

糙米营养物质丰富、脂质含量高、胚和胚乳直接暴露在外，在高温高湿的外界环境(尤其是盛夏梅雨季节)，极易发生变色、异味、发霉等不可逆转的品质劣变，严重的还会产生有毒和致癌性的物质[9]，即人们常说的陈化，主要表现为米质变脆，无光泽，脂肪酸值上升，有陈米味，米汤溶出物减少，蒸煮后米饭硬度增加，黏度下降。

3 糙米贮藏技术

3.1 低温处理

低温储藏应用范围较广，是目前公认较优的食品储藏方法之一。日本从20世纪末就开始普及糙米低温储藏法，是较早研究糙米储藏保鲜的国家之一。日本科技人员研究得出，在15—20℃ 的低温储藏条件下，糙米保质期可以延长到3年，若将低温仓温度控制在10 ℃以下，相对湿度控制在70%以下，则糙米的保质期可以延长到5年左右。

低温贮藏利用的原理主要是在低温环境下糙米中营养物质的损失延缓、霉菌的生长和虫害的滋生得到抑制[10]。脂肪酸含量是评价糙米品质的重要指标，一般来说脂肪酸值越高，糙米品质越差，研究发现低温下储存的糙米比高温下储存样品脂肪酸值、过氧化值和羰基值都低[11]。司柯等[12]也发现，随着贮藏时间的增加，糙米脂肪酸值呈上升趋势，黏度呈下降趋势，且温度越高，脂肪酸值上升越快，黏度下降越快。朱立树等[13]从表现食味品质的糊化特性着手，发现随着储藏时间的延长，糙米的峰值黏度、最低黏度等指标都呈上升的趋势，且温度越高，变化差异越显著，由此说明低温储藏为糙米储藏的最佳条件。相比室温及低温，低于冰点的温度使糙米种子的呼吸和脂质水解的速率达到最小化[14]，这同时表明在条件允许的情况下，冻藏能最大限度保持糙米品质。低温储藏作为一项较成熟的储粮技术，虽然投资费用多、运行成本高，但能有效保持糙米的品质，满足人民对“高品质”生活的要求，所以应用较广泛。

3.2 蒸汽法

蒸汽法主要是通过加热的方式使脂肪酶受热失去活性来延长糙米保质期。过热蒸汽的干燥动力学速率显著高于微波热风干燥，可降低淀粉糊化焓，增加糊化程度，提高清除能力，增加铁还原抗氧化能力[15]。罗达文等[16]表明，120 ℃ 高压蒸汽条件下处理5 min可以有效地钝化脂肪酶活性，且抑制糙米在储藏过程中脂肪酸含量和总饱和脂肪酸百分比的上升，能有效地延长糙米的货架期。高压蒸汽法稳定效果好，但操作繁琐、能源利用率低，不适用于大规模推广。

3.3 冷杀菌技术

3.3.1 高压处理

高压处理作为一种非热处理技术，已被证明广泛用于食品保鲜，其对食品营养价值和感官品质几乎没有影响[17]。WANG等[18]证实高压处理(特别是在200 MPa，10 min)可以有效降低糙米在贮藏过程中的酸败。于勇等[19]采用一步式超高压与两步式超高压处理糙米，得出在100—300 MPa压力范围内，超高压处理后的糙米酚类、黄酮类含量以及抗氧化活性随着压力的增大而增大，且两步式高压处理组糙米的上述指标高于一步式高压处理组。YU等[20]研究表明高压处理可以改变糙米的微观结构，促进水分的吸附特性，改善糙米的食用品质。超高压技术与传统的热处理相比，可以最大限度保持食品营养成分，减少热敏成分的损失，并且不会产生热处理所带来的蒸煮味，因此能够更好地保持食品原有的性状与风味。

3.3.2 微波处理

微波是非电离能，能够通过交变电磁场中的“分子摩擦”在穿透介质内部产生热来杀死糙米中的微生物和害虫[21]。微波对糙米贮藏过程中稳定化效果显著，在较优的微波工艺条件下，储藏4周后的糙米的游离脂肪酸值较未处理糙米减少了13.7%[22]。微波辐射对糙米的黄曲霉和寄生曲霉活性也有影响，随着微波处理时间的增加，两种菌株的数量均显著降低，菌株存活率极低，但糙米的颜色、外观、质地和可接受性显著降低[23]。由此得出微波处理糙米贮藏效果较好，但因为存在一定的热效应，会造成糙米品质下降，同时也可能会存在辐照残留，影响食品的安全性，所以微波处理的功率和时间要控制得当。

3.3.3 超声波处理

超声波作为物理处理技术，具有操作时间短、重复性高、能耗低等特点，在食品加工和食品检测中引起广泛的关注[24]。超声波处理和微酸性电解水的综合作用对蜡状芽孢杆菌具有杀菌作用[25]。专家用超声波和超高压进行比较，对糙米进行处理，得出两种处理方式均造成糙米硬度、胶黏性和咀嚼性显著下降，但超声波处理比超高压处理更能缩短蒸煮时间。同时，两种处理方式均显著提高了糙米抗氧化活性，但超声波处理样品的总抗氧化能力及DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除能力都高出超高压处理样品[26]。超声波作为一种廉价、简单的保鲜技术，不仅可以增加糙米的贮藏效果，还可以改善糙米的贮藏品质。

3.3.4 红外干燥

红外干燥作为一种高干燥效率、前景良好的干燥技术，对糙米的颜色、微观结构、蒸煮特性和糊化特性均有积极的影响[27]。红外辐射预处理能有效减缓糙米中游离脂肪酸的生成，降低水分含量，抑制虫害和霉变[28]，同时催化式红外辐射在抑制游离脂肪酸生成和虫害繁殖方面达到了与气调保鲜技术相似的保藏效果[29]。DING等[30]用红外加热糙米，再经回火和自然冷却处理，有效地降低脂肪酶的活性并显著减少游离脂肪酸的生成，延长了糙米的储存期，同时DING等[31]还发现，红外辐射干燥对蛋白质和淀粉颗粒的微观结构和热性质的稳定作用高于空气干燥，储存4个月后，红外辐射干燥与空气干燥相比，显著减缓糙米变黄及吸水量和体积膨胀率的增加，降低了糊化温度范围和糊化焓。

3.3.5 辐照处理

辐照作为一种非热技术可有效消除昆虫、微生物和病毒的危害，提高食品的安全性和耐贮性。MIKHAIEL等[32]研究表明，γ-射线辐照处理糙米后，能起到很好的驱虫害作用，EL-NAGGAR等[33]用γ-射线和微波共同作用处理稻谷，发现1.0 kGy的γ-射线辐照辅以30 s的微波处理，能使稻谷中杂拟谷盗、烟草甲、米螟、谷蠢等害虫在24 h内全部死亡。黄曲霉是造成糙米及糙米制品采后损失的典型霉菌，它可以产生对人类健康构成威胁的黄曲霉毒素，黄曲霉毒素具有致突变性，致畸性和致癌性。大量研究发现水稻在收获、处理、运输和储存过程中受到黄曲霉的污染会产生高水平的霉菌毒素[34]。朱佳廷等[35]研究发现辐照对稻米中黄曲霉毒素B有降解效果，且降解率随着辐照剂量的增加而增加，在4.0 kGy的辐照剂量下，黄曲霉毒素B降解率达42%。低剂量辐照还能降低游离脂肪酸值的含量，对淀粉颗粒的平均范围和形状没有显著影响。然而，随着辐照剂量和储存时间的增加，淀粉颗粒和窄裂缝的黑斑变得更宽[36]。总的来说，低剂量γ-射线辐照处理能杀害储粮害虫，延长储藏期，并且不会对谷物的蒸煮品质、食用品质产生不利的影响，甚至还会提高糙米品质。

3.4 气调

通过改变环境中气体组成的气调处理是一种延长新鲜农产品保质期的常用技术[37]。已经证实将氧吸收剂引入糙米储存系统中，脂质的水解活性受到抑制[38]。尹绍东等[39]证实粳糙米在4个月的气调储藏后启封，在原有温度条件下又进行2个月的常规储藏，糙米品质仍会延续启封前的趋势变化。王若兰等[40]通过正交试验发现98% N2和40% CO2气调储藏不仅可以维持糙米较高的发芽率，同时还能有效地延缓还原糖的变化。气调贮藏作为一种较理想的贮藏方式，同时存在成本较高、仪器复杂、受气调库内部环境影响较大等缺点，尚未大范围推广，而随着小包装技术的发展，自发气调储藏技术已得到消费者广泛认可和接受。

3.5 包装

包装在食品行业中变得越来越重要，其诸如便利性和分配等功能的进步正在受到越来越多的关注，包装系统主要被用来充当屏障，保护稻米免受周围环境的影响。LEE等[41]分别对大蒜和洋葱中分离的五种精油、烯丙基二硫化物(AD)和烯丙基硫醇的抗昆虫活性进行评估，得出含有5%AD(AD-5)的膜对昆虫的渗透具有最强的抵抗力，将AD-5应用于糙米包装，得到AD-5不仅具有防虫效果，并且能够保持米饭的感官品质。香米的香气与2-乙酰基-1-吡咯啉(2AP)含量密切相关，水稻中存在的2AP的量将取决于收获后处理和贮存期的环境。真空与层压OPPAILLDPE包装糙米可以稳定2AP 和正己醛的含量，且糙米的颜色在贮藏期间保持相对不变[42]。NICKOLAS等[43]在制造聚丙烯聚合物袋过程中，将杀虫剂溴氰菊酯以大约3gkg的浓度掺入单根纱线中，得出这种包装袋可以有效地限制储存产品甲虫通过袋子渗透到储存的谷物或碾磨的谷物产品中，从而起到抑制害虫的作用。

3.6 化学保鲜剂

化学保鲜技术是利用一定浓度的化学物质保鲜糙米，达到防止糙米变色、变味、变质的效果，从而延长贮运和销售时间。该法操作简便、费用低，保鲜效果好，是生产中常用的保鲜方法。美国研制了包含丙酸、氢氧化钠、氢氧化铵等多种潮解物的保鲜剂，该保鲜剂能有效的抑制水分移动，并保持水分含量在最合理的范围，达到了保鲜效果。DAS等[44]发现用parad保鲜剂处理样品使糙米游离脂肪酸含量和丙二醛含量在贮藏期间变化较小，可阻止碳水化合物、蛋白质和脂质的流失，延长糙米货架期。ARTHUR等[45]用昆虫生长调节剂(IGR)甲氧普林以1.25 mgkg和2.5 mgkg的浓度处理糙米，在27 ℃ 相对湿度60%下保存3个月，发现两种浓度都可以完全抑制赤拟谷盗的后代发育，几乎没有导致样品重量损失及谷粒的损坏。

3.7 生物保鲜技术

生物保鲜技术主要是利用生物防腐剂与微生物和细菌之间存在的拮抗作用来达到抑制害虫杀灭霉菌的作用，已经成为一种替代化学品残留的前瞻性技术。目前，开发无毒、高效、低成本和实用的生物源保鲜剂已成为研究的重要方向。多杀菌素是刺糖多胞菌发酵液中提取的无公害高效生物杀虫剂，作为一种天然产品被许多国家和国际认证机构批准用于有机农业，研究发现多杀菌素可通过控制害虫的成虫和幼虫来有效地控制与储存的谷物相关的甲虫和蛾类害虫[46]。经过证明，很多植物精油起到良好的保鲜、灭虫、杀菌的功能[47-48]。SONGSAMOE等[49]表明，当白兰花的精油浓度大于300 μLL时可抑制孢子萌发和黄花菌丝体的生长，且精油处理的糙米与无精油处理的对照(4周)进行比较，保质期延长了4倍(16周)，硬度减少了13。同时SONGSAMOE等[50]也证实从水葫芦根中提取的佛手精油经紫外线处理后抑制糙米黄曲霉的生长，从而达到延长糙米保质期的目的，生物保鲜技术发展迅速，原料来源广，保鲜方式多元，为糙米的保鲜提供了较好的发展方向。

3.8 等离子处理

等离子体是由处于基态和激发态的活跃粒子(如电子、离子、自由基和原子等)组成，通过施加能量发生电离，电子通过碰撞反过来将能量传递给物质，导致解离和激发状态。将糙米样品接种蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌O157：H7，等离子体处理20 min可导致细菌计数减少约2.30 log CFUg[51]。低压等离子体还有利于减少烹饪时间，降低脂肪酸值以及糙米中α-淀粉酶和LOX(脂氧合酶)的活性，从而延长糙米的贮藏期[52]。KITIYA 等[53]证实用40 W氩冷等离子体处理25 min抑制黄曲霉的生长最有效，糙米谷物棒在40 W的等离子体处理20 min，能够保证25 ℃和100%RH的储存条件不受黄曲霉的侵染长达20 d。冷等离子体不会产生太多的热量，减少对食物营养的损害。

4 结论与展望

随着人们生活水平的提高及研究技术的发展，具有保健功能的糙米的开发和利用受到越来越多的关注，糙米的贮藏保鲜技术也成为了研究重点。日本对糙米贮藏技术研究较早，且日臻成熟，处于世界先进水平。相比而言，我国糙米储藏的整体水平偏低。因此，探究糙米贮藏技术及原有技术的协同作用，进行相关的研究与开发利用，将有助于糙米产业的发展，为供应营养健康的糙米食品提供保障。