糙米储藏中品质特性变化及调控研究进展

姚亚静，芦熹坤，李建颖，关文强，刘建福，刘斌

（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300000）

水稻是中国主要粮食作物之一，从国家统计局数据来看，我国2015年～2019年间稻谷平均年产量为20 909.58万吨，约占粮食总产量的1/3，在粮食生产和消费中占主导地位[1-2]。糙米是稻谷脱去外保护皮层稻壳后的颖果，包含米糠、胚和胚乳3个部分。与精白米相比，糙米的营养价值更高，含有更多的蛋白质、维生素、矿物质、粗纤维、不饱和脂肪酸等营养成分。另外，糙米还含有多种生物活性物质，具有提升人体免疫力、抗氧化、预防疾病等功效[3-5]。糙米中含有的多酚具有抑制血小板凝聚、降低心脑血管等慢性疾病发病率等功能[6]，米糠多糖具有降血脂、抗肿瘤、抗辐射和降血糖、提高免疫力等生理功效[7]。

由于稻谷生产具有季节性，为了保持大米的稳定供给，需要对其进行储藏。但是由于稻壳占稻谷籽粒质量18%～20%，并且稻谷表面粗糙，储存1 m3容积的糙米实际上相当于储存1.60 m3容积的稻谷。糙米储藏可以提高仓容利用率、减小运输压力、改善仓储条件。随着人们健康意识的提高，糙米逐渐被人们所接受[8]。例如在日本，主要是以糙米形式进行储藏。但是糙米由于没有外层颖壳保护，同时具有完整胚，呼吸强度较大，所以更容易在储藏过程中发生陈化现象，导致品质的劣变[9]。本文主要对糙米在不同储藏环境和技术条件下各品质指标的变化趋势进行分析，探讨糙米储藏过程中品质劣变和调控机理，为糙米储藏过程中的品质评价、劣变控制及其储藏保鲜技术开发应用提供参考。

1 物理特性

1.1 色泽

在储藏过程中，糙米中色素物质、脂肪酸值等的变化导致颜色发生变化，是糙米品质变化最直观的外观表征之一[10]。糙米颜色的变化与储藏时间、温度、气体环境以及自身含水量有很大的关系。随着储藏时间的延长，糙米的含水量增加，颜色变暗趋势明显[11]。通过控制糙米水分含量，以及在低温的环境下储藏，可以使糙米颜色变化减缓。顾佳缘等[12]研究发现，在储藏过程中糙米的叶黄素含量与L*值呈极显著正相关，与a*值、b*值呈极显著负相关；且在储藏过程中，L*值呈下降趋势，a*和b*值则随储藏时间的延长而增加。叶黄素含量在储藏过程中呈下降趋势，且温度越高、含水量越高，下降越明显。Park等[13]研究了糙米在不同温度（4、20、30、40℃）条件下储藏 4个月后颜色的变化，发现颜色从乳白色变成黄色；储藏一个月后，4℃条件下b*值变化很小（从10.5到10.86），高于20℃条件下b*值增加迅速，之后保持相对恒定。b*值下降可能与脂质氧化有关。也有研究表明10% O2+90% N2包装与100% N2、真空包装相比颜色变化速率较慢，可以延缓糙米陈化[14]。

1.2 质构特性

糙米蒸煮后的质构特性可以直观地反映糙米劣变程度。糙米在蒸煮时，蛋白质通过与水结合增加分散质和黏滞质的聚集或通过二硫键网络结构的增加而影响其质构变化，其中影响较大的是黏度和硬度[15]。糙米在储藏初期，米粒结构紧密，淀粉颗粒之间间隙小，吸水速率慢，水分很难进入，使得淀粉糊化困难，米饭硬度高。而随着储藏时间的延长，糙米淀粉老化越来越严重，不能再保持籽粒的完整性，蒸煮后米饭变得松散，硬度随之降低。因此，随着储藏时间的延长，蒸煮后米粒的硬度呈现先上升后下降的趋势[16-17]。李岩等[18]研究常规和气调（充氮98%以上）储藏条件下糙米质构特性的变化，发现米饭的硬度和黏度随着糙米储藏时间的延长而增大，且糙米储藏温度越高，蒸煮后米饭的硬度和黏度增大越明显。同时，相比常规储藏，气调储藏有效延缓了米饭硬度和黏度等的品质劣变。

2 生理特性

2.1 发芽

发芽率是评定种子生命力和新陈度的重要指标之一，可以衡量糙米储藏品质的优劣，不同储藏条件会影响糙米的发芽。储藏温度、储藏时间、气体环境及水分含量是影响糙米发芽率的主要因素。张玉荣等[19]将糙米置于15、25、35℃条件下储藏210 d，发现糙米发芽率随着储藏的进行而呈现下降趋势，温度越高下降越快，35℃条件下糙米的发芽率在120 d后已经趋近于0。而15℃和25℃条件下储藏的糙米，在储藏结束后仍有50%以上的发芽率。过高温度储藏降低糙米发芽率的主要原因是糙米的胚部长时间受到高温作用后导致籽粒发芽率降低。而在低温环境下，这种影响力则比较微弱。王若兰等[20]研究发现98% N2和40% CO2气调储藏与常规储藏相比可以更好地保持发芽率，且98% N2储藏的效果更好。另外，随着糙米的含水量从13.5%增加到17.0%，发芽率降低更快，水分含量为17.0%的糙米在储藏4个月时，对照组和CO2组发芽率已经降为0。

2.2 生活力

生活力是指粮食或种子能否发芽、长成植株的一种潜在的能力[19]。采用2，3，5-氯化三苯基四唑染色法测定，根据糙米胚部染色的范围来确定糙米是否具有生活力[19，21]。张玉荣等[22]研究认为低温时糙米呼吸活动较弱，代谢产生有毒物质的速率较慢，可长时间维持高生活力，高温时代谢较快，生活力降低较快。糙米在低温（15、20℃）条件下生活力降低比较慢，储藏300 d后生活力从 76%降到（53±4.2）%、（61±1.4）%；而在高温（35℃）条件下储藏180 d后生活力从76%降到（6±1.4）%，趋近于 0。

3 生化特性

3.1 水分含量

在储藏过程中，糙米水分含量对品质的劣变、微生物的生长和繁殖、谷粒物理性质改变有非常重要的作用[23]。随着储藏时间的延长，糙米水分含量逐渐降低。在储藏过程中，水分含量主要受环境中的水分、温度的影响，尤其是温度对它的影响更大。有文献[13，24]表明，在储藏温度低于20℃时，糙米水分含量降低较为缓慢，可以更好地保持糙米的水分。

3.2 电导率

细胞膜在细胞代谢活动中非常重要，起到隔离细胞与外界环境的作用。它不仅对参与细胞代谢活动的酶活性有影响，而且可以调节细胞间的物质交流和运输[25]。细胞电解质渗漏的主要原因是膜脂过氧化导致的膜功能变化，而电解质渗漏导致电导率显著增加，膜透性增强[26]。随着储藏时间的延长，稻谷细胞膜通透性逐渐增强，电导率逐渐增大[27]。此外，温度也是影响电导率变化的主要因素。高树成等[28]通过对不同品种的糙米在储藏过程中电导率变化研究，发现在准低温（20℃）和农户储藏条件下，糙米的电导率均随着储藏时间的延长而呈现上升趋势，但准低温条件下变化趋势较小。

3.3 脂肪酸值

糙米在储藏期间，脂肪的变化也是影响糙米品质的重要因素。在光、热、酶等因素作用下，脂肪会水解为游离脂肪酸，随着储藏时间的延长，游离脂肪酸逐渐增多，最终引发糙米的酸败。此外糙米中脂肪酸值越高，糙米的气味和感官品质越差，因此经常用脂肪酸值来反映糙米的劣变程度[29]。脂肪酸值的变化程度受糙米水分、温度、环境中气体成分影响较大。孙辉等[30]通过研究不同水分含量（13%、14%、15%、16%、17.5%、18.5%）的糙米在15、20、30℃条件下储藏6个月脂肪酸值的变化，发现水分含量为18.5%的脂肪酸值明显高于其它水分含量；温度低于20℃时不同水分含量的糙米脂肪酸值差异不大，且明显低于30℃的脂肪酸值。詹启明等[31]发现气调储藏（98%以上氮气）下糙米脂肪酸值的上升趋势明显低于常规储藏，表明气调储藏可以有效延缓脂肪酸值的增加。

3.4 丙二醛含量

在储藏过程中，糙米中的脂类会水解产生游离脂肪酸，并在脂肪氧化酶的作用下产生氢过氧化物，然后进一步分解产生醛、酮类等小分子产物，其中主要产物为丙二醛。丙二醛是引起大米蒸煮后出现“陈米臭”现象的主要成分之一[32]。丙二醛含量随储藏时间的延长呈现先上升后下降的趋势。温度、气体环境都对其有显著性影响。柴芃宇等[33]通过研究15、25、35℃条件下不同气调储藏（CO2、N2、真空）以及常规储藏方式条件下糯性糙米丙二醛含量的变化，发现15℃下丙二醛含量变化比较小，而25℃和35℃下变化较为明显，尤其是35℃。另外气调储藏可以抑制脂质氧化反应，丙二醛含量变化较小，其中真空储藏的效果最好。周绪霞等[34]研究也表明了低温可以抑制脂质氧化反应，且4℃和16℃储藏条件下产生的丙二醛含量无显著性差异。

3.5 酶类变化

糙米中含有多种酶，包括过氧化物酶、脂肪氧化酶等[10]。在储藏过程中，糙米籽粒进行呼吸作用会产生有害物质过氧化氢，过氧化氢的氧化作用会使糙米品质发生不好的变化。而过氧化氢酶可以分解过氧化氢，对糙米籽粒起到保护作用。因此过氧化氢酶活力可以作为评价糙米新鲜程度的重要指标之一。随着储藏时间的延长，过氧化氢酶活力会不断减弱。并且温度越高，过氧化氢酶活力越低[35]。童茂彬等[36]对不同温度（20、25、30、35℃）条件下常规储藏和充氮（98%）储藏糙米过氧化氢酶活进行研究，发现气调储藏可减缓过氧化氢酶活力的下降，有利于糙米的储藏。

4 热特性和糊化特性

4.1 热特性

淀粉糊化是指淀粉颗粒在水中受热后吸水膨胀，分子间和分子内氢键发生断裂，淀粉分子扩散的过程。应用差示扫描量热仪对5种稻米陈化前后的热力学特性进行探讨，4、38℃储藏9个月后，可以发现4℃储藏前后稻谷的糊化温度基本不变，而38℃储藏后稻米的糊化温度明显升高[37]。糊化温度升高说明糊化所需的能量越多，越难糊化[38]。Ding等[39]研究发现，随着储藏的进行糊化焓变增加，在7个月后略微降低。研究发现直链淀粉、蛋白质、脂类对米粉糊化温度、焓变有重要影响。直链淀粉和蛋白质含量高的米粉，糊化温度高。脂类可以降低糊化焓变及温度，使糊化更容易进行[40]。

4.2 糊化特性

糊化特性是反映淀粉品质的一项重要指标，快速粘度仪法是测量淀粉糊化特性最常用的一种方法，糊化特征值与糙米食味之间具有显著相关性。影响糙米糊化特性的最主要因素是糙米直链淀粉的含量，直链淀粉含量越大，糙米的口感就越差，因此淀粉的组分不一样使得糙米的糊化性质会有所不同。刘欣等[41]将不同水分含量的糙米在不同温湿度动态条件下储藏240 d，发现随着储藏时间的延长，糙米的峰值黏度、热浆黏度和最终黏度均呈现上升趋势，回生值先增加后下降。水分含量相同的条件下，温度越高，上升的趋势越快。同一温度下的不同水分含量的糙米，其初始水分含量越高，黏度值越大，且随着时间的延长有显著地增加。宋伟等[42]研究结论与上述研究结果一致。

5 展望

糙米因其营养价值高，逐步进入大众的视野。但是在储藏过程中糙米的品质会发生一系列劣变。为了延缓糙米品质劣变，目前较为有效的方法是低温贮藏，但是低温成本高耗能大。有学者发现，气调储藏也可以减缓糙米品质劣变。但是因其技术含量高、费用高等条件，限制了气调储藏方法的推广。除此之外，也有学者研究了红外辐照对糙米贮藏稳定性的影响。因此可以将低温、气调与辐照处理、保鲜材料结合起来，以提高糙米质量，延缓劣变，也为糙米储藏保鲜提供了新思路。