不同储藏年限稻谷的储藏特性、生理生化指标及其糊化特性分析

周显青 祝方清 张玉荣 彭 超

(河南工业大学粮油食品学院;河南粮食作物协同创新中心;粮食储藏安全河南省协同创新中心1,郑州 450001)(湖北大学知行学院2，武汉 430011)

稻谷是地球上重要的粮食作物之一，世界人口食物热量的21%取自稻米[1]。我国有超过8亿人口以稻米作为主粮，我国的稻谷总产量和消费量均居世界首位，是名副其实的“稻米王国”。稻谷的消费特点和国家出于加强宏观调控及防震减灾的考虑等因素决定了我国每年生产的稻谷有部分需要经历一定时间储藏[2]。据报道，我国稻谷库存量大概为全年稻谷产量的40%，近年来每年有多于500亿斤的稻谷用于储藏，平均储藏时间为16个月左右[3]。储藏过程中由于温度、湿度、酶、微生物等储存环境的影响，稻谷或大米的品质会不可避免地发生劣变，最终影响其食用价值[2]。

有关稻谷在储藏过程中的品质变化，已有相关研究报道。王肇慈等[4]表明淀粉在储存过程被酶水解成糊精、麦芽糖，进而被分解成葡萄糖导致含量下降，但由于其总量大，所以淀粉在储藏中的变化并不明显。王若兰等[5]研究发现，对脂肪酶和脂肪氧化酶缺失的样品检测其脂肪酸值、过氧化值，发现脂肪酸值和过氧化值的增速明显降低，说明这两种酶在一定程度上会加速稻谷的陈化。Chratil等[6]将稻米置于不同储藏温度下，对其品质的变化规律进行了研究，发现储藏温度对稻米的理化性质和功能特性有较大的影响。Aibara等[7]探讨了在储藏过程中米糠脂肪及脂肪酸的变化规律，发现米糠脂肪随着储藏时间的延长而逐渐降解，脂肪酸呈逐渐增加的趋势。但到目前为止，储藏稻谷的品质均是在实验室中设置不同储藏条件进行研究，随着稻谷库存量逐年增大，储粮技术的不断发展，明确库存稻谷的品质特性是目前需要解决的问题。

本研究以库存籼稻、粳稻为原料，对稻谷的储藏品质(脂肪酸值、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、丙二醛含量、电导率、发芽率、巯基含量)、糊化特性进行测定，分析各指标的品质变化及差异性，对探讨稻谷品质变化的进程及规律，分析不同品质稻谷的加工适应性具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 原料

稻谷样品共80份，由籼稻主产区江西省、粳稻主产区吉林省提供；其中中央储备粮江西省提供储藏年限为1～4年籼稻40份，每年各10份；中央储备粮吉林省提供储藏年限为1～4年粳稻40份，每年各10份。按照GB 5491—1985《粮食、油料检验扦样、分样法》[8]进行采样，样品经过除杂后在4 ℃下冷藏存放。

1.2 仪器与设备

JXFM110锤式旋风磨，101C-3型电热鼓风干燥箱，PQX多段可编程人工气候箱，HY-4调速多用振荡器，TU-1810紫外可见分光光度计，JLG-Ⅱ实验型砻谷机、JNM-Ⅱ型碾米机，DDS-11At电导率仪，RVA快速黏度分析仪。

1.3 方法

1.3.1 水分、脂肪酸值、发芽率

按照GB 5497—1985《粮食、油料检验 水分测定法》[9]、GB/T 20569—2006《稻谷储存品质判定规则》[10]、GB/T 5520—2011《籽粒发芽试验》[11]的方法分别检测样品水分、脂肪酸值和发芽率。

1.3.2 过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性

按照GB/T 5522—2008《粮油检验 粮食、油料的过氧化氢酶活动度的测定》[12]的方法进行检测。

过氧化物酶活性参照文献[13]中的方法。糙米经过锤石旋风磨粉碎。称取糙米粉1.00 g，加入少量 20 mmol/L KH2PO4提取液，充分混匀，经过4 000 r/min离心15 min后，将上清液用 20 mmol/L KH2PO4稀释定容至10 mL容量瓶中，测其酶活性。

吸取上述酶液1 mL，空白为l mL KH2PO4，再加入3 mL的反应混合液(pH 6.0的0.1 mol/L磷酸缓冲液50 mL于烧杯中，加入愈创木酚28 μL，于磁力搅拌器上加热搅拌，直至愈创木酚溶解，待溶液冷却后，加入30%过氧化氢19 μL，混合均匀，保存于冰箱中备用)，开始反应。在470 nm波长处测吸光度值，每1 min后读1次，测定5 min的数据。按照公式(1)计算过氧化物酶活性。

(1)

式中：POD为过氧化物酶活性；ΔA470为反应时间内吸光值的变化；Vt为提取酶液总体积/mL；Wf为糙米(干基)的质量/g；Vs为测定时取用酶液体积/mL；t为反应时间/min。

1.3.3 丙二醛含量和电导率

丙二醛含量测定参考文献[14]中的方法，称取糙米粉2.00 g，加入10%的三氯乙酸溶液研磨匀浆，经4 000 r/min离心10 min后将上清液定容至 10 mL，测定丙二醛的含量。

吸取上述清液2 mL(空白加2 mL蒸馏水)，加入2 mL 0.6%的硫代巴比妥酸溶液，混匀。将混合物放入沸水浴15 min，取出冷却。经离心后取上清液测定450、532 nm和600 nm波长处的吸光度值。按照式(2)和式(3)分别计算丙二醛的浓度和含量(mmol/g)。

c=6.54×(A532-A600)-0.56×A450

(2)

(3)

式中：MDAC为丙二醛含量；c为丙二醛浓度；A532为样品在532 nm处的吸光值；A600为样品在600 nm处的吸光值；A450为样品在450 nm处的吸光值。n为提取液体积/mL；m为糙米质量/g。

电导率(ECR)测定参考文献[15]中方法，挑选40粒无损伤的完整糙米称重(M1)，用蒸馏水冲洗3次，用滤纸吸干浮水后放到带塞试管中，加50 mL蒸馏水浸泡，同时做一空白样，30 ℃水浴下恒温13 h。用DDS--11At电导率仪在室温下(25 ℃)分别测定浸泡液(EC1)和空白液(EC0)的电导率，按照公式(4)计算其电导率：

(4)

1.3.4 巯基含量测定

参照文献[16]方法：稻谷经过砻谷后用锤石旋风磨粉碎，过80目筛后，称取150 mg糙米粉，用1 mL Tris-Gly 缓冲液溶解混匀后加入4.7 g 盐酸胍，并用此缓冲液定容至10 mL。

巯基含量(-SH)：取该溶液1 mL(以不含蛋白的Tris-Gly 缓冲液作对照)，加3 mL 脲-盐酸胍溶液和0.05 mL Ellman's 试剂，于412 nm 处比色。按照公式(5)计算-SH 含量：

-SH(μmol/g)=73.53×A412×D/C

(5)

式中：A412为412 nm 处的吸光值；D为稀释因子，取5.02；C为样品质量浓度/mg/mL。

1.3.5 糊化特性

按照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性测定 快速粘度仪法》[17]进行测定。

1.4 数据统计与分析

运用EXCEL、SPSS 20.0等软件对数据进行数据处理、方差分析、主成分分析。

2 结果与讨论

2.1 稻谷的品质特性分析

2.1.1 储藏特性

2.1.1.1 脂肪酸值与发芽率

样品脂肪酸值、发芽率测定结果见表1。两种稻谷的脂肪酸值随着储藏年限的增加均呈上升趋势。籼稻脂肪酸值储藏1年时均值为17.14 mg/100 g，储藏4年时均值为30.07 mg/100 g。储藏4年时，有50%的样品达到轻度不宜存程度，且4年之间均存在显著性差异，数据较为离散，样品间的差异较大。而粳稻储藏1年时均值为18.80 mg/100 g，储藏4年时均值为35.25 mg/100 g，储藏2年时分别有10%的样品达到轻度不宜存和重度不宜存，储藏4年时有60%的样品达到轻度不宜存，30%的样品达到重度不宜存，其中最大达到41.9 mg/100 g，储藏1～3年无显著性差异，但均与储藏4年的有显著性差异。籼稻同一年限的脂肪酸值数据均较集中，粳稻在储藏2年时数据较为离散，变异系数达33.79%，样品间的差异较大。可见，两种稻谷的脂肪酸值变化趋势基本相同，样品间的差异可能是由于品种的耐储特性、环境条件及储藏时间造成的。

表1 稻谷脂肪酸值、发芽率分析

两种稻谷的发芽率均随储藏年限的延长呈明显下降趋势。籼稻储藏1年时发芽率均值为60.6%，储藏4年均值为10.8%，下降了约50%；粳稻储藏1年时均值为63.6%，储藏4年时均值为10.9%，降了约53%。籼稻发芽率储藏1年与2、3年有显著性差异，并且均与4年存在显著性差异；粳稻发芽率在4年之间均存在显著性差异。两种稻谷在储藏2～4年时均有较大的变异系数，说明稻谷经过储藏其发芽率有不同程度的降低。在储藏过程中的发芽率变化由于储藏温湿度及虫酶对胚产生了损伤[18]。

2.1.1.2 过氧化氢酶活性和过氧化物酶活性

稻谷过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性的检测结果见表2。两种酶类均随储藏时间的延长呈相近下降趋势。籼稻储藏1年过氧化氢酶活性均值为15.89 mg/g，储藏4年均值为7.74 mg/g，储藏3和4年无显著差异，而均与1、2年存在显著差异，储藏3年时数据较为离散，样品间的差异大。粳稻储藏1年过氧化氢酶活性均值为13.82 mg/g，储藏4年时为7.13 mg/g；储藏1、2、4年有显著差异，储藏1～2年时数据较为离散，样品间的差异大，而3年时数据较为集中，样品间的差异小。

表2 稻谷过氧化氢酶、过氧化物酶活性分析

籼稻储藏1年时的过氧化物酶活性均值为66.73 U/g，而储藏4年时为367.03 U/g；储藏3年时差异性达到显著水平，且随着储藏年限的增加，变异系数逐渐升高，数据较为离散，说明样品间的差异较大。粳稻储藏1年的过氧化物酶活性均值为70.57 U/g，储藏4年时为33.67 U/g；且储藏1～3年均存在显著差异，3、4年无显著差异，储藏3年时数据较为集中，变异系数较小，说明储藏3年的粳稻样品间的差异小，储藏4年时变异系数大。可见，随着储藏年限的增加，样品间的差异逐渐增大。两种酶活性的下降，会导致分解稻谷籽粒中对细胞产生危害的过氧化物的能力降低，从而加速稻谷品质的劣变。

2.1.1.3 丙二醛含量、电导率和巯基含量

稻谷丙二醛含量、电导率与巯基含量的测定结果见表3。丙二醛含量和电导率均随储藏年限的延长呈升高趋势，两种稻谷的变化趋势是一致的。稻谷的胚和皮层所含的脂类物质会水解产生游离脂肪酸，游离脂肪酸经过脂肪氧化酶的氧化作用产生醛酮类物质，丙二醛是其主要产物[19]。对于丙二醛含量，籼稻储藏1年时均值为0.64 mmol/g，储藏4年时其高达1.24 mmol/g，储藏1、2年无显著差异，而均与3、4年有显著性差异，储藏2、3年时数据较为离散，变异系数较大，样品间差异较大；而粳稻储藏1年时均值为0.62 mmol/g，储藏4年时其升至1.47 mmol/g，且1、3、4年间均有显著差异，1～4年的变异系数均大，样品间的差异较大。丙二醛含量的增加表明稻谷的膜脂过氧化程度增加，稻谷品质下降。随着储藏的时间的延长，细胞开始死亡，酶类物质活性下降，游离脂肪酸氧化明显减少，导致丙二醛含量开始下降[20]。细胞中膜脂过氧化导致膜功能的变化是引起细胞电解质渗漏的主要原因[21]。

表3 稻谷丙二醛、电导率和巯基含量分析

对于电导率，籼稻储藏1年时其均值为66.09 μs/(cm·g)，储藏4年时为78.22 μs/(cm·g)，储藏4年与1、2年有显著差异，1～3年差异性不显著；储藏3～4年的数据较离散，受样品间的差异和储藏时间的影响大；而粳稻储藏1年时均值为67.29 μs/(cm·g)，储藏4年时为73.96 μs/(cm·g)，储藏3年时差异达显著水平，储藏3、4年时数据较为离散，变异系数大，可见，在储藏后期出现样品间的差异性较大的现象，并随储藏时间的延长，细胞膜透性增强，电解质发生渗漏，电导率增大。两种稻谷的巯基含量均随储藏时间的延长呈明显降低趋势。籼稻储藏1年时其均值为1.00 μmol/g，储藏4年时降至0.65 μmol/g，年限间均呈现显著差异，且变异系数呈升高趋势，说明巯基含量降低显著，储藏后期样品间的差异性增大；而粳稻储藏1年时其均值为0.99 μmol/g，储藏4年时降至0.71 μmol/g；且储藏1、2、4年有显著差异，储藏3年时的粳稻变异系数最大，样品间的差异增大。有研究表明稻谷的巯基含量受稻谷水分和储藏温度的影响较大[22]。

2.1.2 糊化特性

稻谷的糊化特性指标测定结果见表4。两种稻谷的峰值黏度、最低黏度、最终黏度、峰值时间均在储藏2年时达最大；对于峰值黏度，籼稻储藏2年与4年有显著差异性，均与1、3年无显著差异；而粳稻储藏1～3年无显著差异，但均与储藏4年有显著差异，可能是由于样品间的差异引起的，Zhou等[24]研究同样表明稻米储藏一段时间后峰值黏度比新稻高。对于最低黏度，两种稻谷储藏1、3、4年无显著性差异，均与2年有显著性差异，且相同年限内数据较为离散，样品间的差异性大。籼稻和粳稻衰减值呈现波动的趋势，无明显变化规律，籼稻在年限之间无显著性差异，而粳稻储藏4年与1、2、3年有显著差异。籼稻和粳稻最终黏度同样是在储藏2年为最大，而对于回生值，籼稻呈现先增后降趋势，储藏2年时最大，储藏4年时最小；而粳稻随呈上升趋势，储藏4年时最大，2、4年无显著差异，均与1、3年有显著差异。籼稻、粳稻的峰值时间均是储藏2年与3、4年有显著性差异。糊化温度随储藏年限的延长而增加，两种稻谷均值储藏4年最大，且储藏1、2、4年间有显著性差异。相同储藏年限籼稻的峰值黏度、最低黏度、最终黏度、回生值均高于粳稻，这与籼稻的直链淀粉含量比粳稻高有关，稻谷的糊化特性的差异主要源于其直链淀粉含量的差异[23]，其次受储藏条件和储存时间的影响。

表4 稻谷糊化特性分析

2.2 主成分分析

利用主成分分析可更直观分析不同储藏年限稻谷的品质特性，由于各指标有不同的量纲，需对数据进行标准化处理，按照特征值大于1的原则进行主成分分析，结果见图1。由图1a可知，籼稻脂肪酸值、丙二醛含量、电导率、糊化温度与PC1呈负相关，而过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、发芽率、巯基含量与PC1呈正相关，即脂肪酸值、丙二醛含量、电导率、糊化温度越小，过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、发芽率、巯基含量越高，PC1的贡献率越大、PC1得分越高；由图1b可知，随储藏年限的延长PC1得分逐渐降低，即储藏1年的籼稻具有低脂肪酸值、丙二醛含量、电导率、糊化温度，高过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、发芽率、巯基含量；储藏4年的则相反。

由图1c可知，粳稻脂肪酸值、丙二醛含量、回生值、糊化温度与PC1呈负相关，过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、发芽率、巯基含量、衰减值与PC1呈正相关。即脂肪酸值、丙二醛含量、回生值、糊化温度越高，过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、发芽率、巯基、衰减值越低，则PC1贡献率越高、PC1得分越高。由图1d可知，随储藏时间的增加，PC1得分逐渐降低，即储藏1年的粳稻具有低的脂肪酸值、丙二醛含量、回生值、糊化温度、高的过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、发芽率、巯基含量、衰减值；储藏4年的则相反。

图1 主成分分析

储藏2年时PC2得分均较高，说明储藏2年的籼稻具有高的最低黏度、最终黏度、回生值、峰值时间，低衰减值，而粳稻具有高的峰值黏度、最低黏度、最终黏度，峰值时间。

3 结论

随着储藏时间的增加，两种稻谷的发芽率、酶活性、巯基含量降低，其降幅相近；脂肪酸值、丙二醛含量、电导率增加，其增幅基本一致。糊化特性指标中其糊化温度上升，两种稻谷的峰值黏度、最低黏度、最终黏度、峰值时间在储藏2年时达到最大，且籼稻高于粳稻。

籼稻的脂肪酸值、巯基含量在年限间均存在显著性差异，在储藏过程中变化最为敏感；而粳稻的发芽率在年限间均存在显著性差异，在储藏过程中变化最为敏感。两种稻谷的过氧化氢酶活性、丙二醛含量在年限间的差异性基本相同。利用主成分分析可清晰看出不同储藏年限稻谷的品质特性变化。