稻谷品质变化及其影响因素研究探索*

崔 皓 薛 毅 王小庆 刘 奕 龙苏舒

(1 中国储备粮管理集团有限公司成都分公司 610015)(2 成都中储粮质量监督检测有限公司 610052)

稻谷是我国主要粮食品种之一，我国水稻种植面积的90%以上分布在秦岭、淮河以南地区，成都平原、长江中下游平原、珠江流域的河谷平原和三角洲地带是我国水稻主产区，这些地区多处于亚热带季风气候，夏季高温多雨的外界环境会对稻谷收获和储存带来一定影响，从而导致稻谷品质变化。因此，研究稻谷品质变化的影响因素，总结品质变化规律，做好品质控制和维持，减少稻谷产后数量和质量损失，对保障粮食安全有着重要意义。目前，在稻谷收储阶段的品质变化规律已有很多研究，邢常瑞等[1]通过定性推理的方式，构建了基于稻谷——环境生态相互作用的系统模型，指导预测稻谷品质变化趋势和最终的价值见图1。

根据这一定性推理系统，了解从收获到储存的各静态环节稻谷品质变化机理，分析品质变化影响因素，探索稻谷品质变化规律，可以更好地为稻谷收获后预处理及储藏环节提供科学有效建议。

1 稻谷品质变化机理及敏感指标

稻谷在储存期间品质的变化是不可逆的，其间酶活性减弱，呼吸强度降低，生命活力减弱，物理化学性状改变，导致品质发生变化[2]。目前已有很多研究[3][4]探索稻谷品质变化过程的机理，探寻品质变化的敏感指标。

1.1 脂肪酸值

稻谷中脂肪含量较少，约为2%，主要分布在米胚和种皮中[3]。稻谷中脂肪含量虽少，但最容易发生变化，经酯酶的催化能分解成甘油和游离脂肪酸，稻谷加工时，皮层的脂肪酶作用于脂类，产生游离脂肪酸，并与其他脂类氧化导致稻谷产生异味。同时游离脂肪酸与直链淀粉形成配合物，影响淀粉糊化，使稻谷的蒸煮食用品质变差。因此游离脂肪酸的含量变化对储藏稻谷品质劣变有很大影响[5]。

1.2 直链淀粉含量

稻谷中的淀粉在储存过程中的变化主要体现为直链淀粉含量增加，米饭粘性降低，亲水性增加，糊化温度增高，从而使米饭的口感变硬。

质变的机制除上文提到的脂肪酸与淀粉之间的互相作用之外，另一种可能性是直链淀粉间的分子聚合降低了糊化与分散的性能。

因此，储藏稻谷的直链淀粉含量及粘度是鉴定其稻米蒸煮品质的重要指标。

1.3 可溶蛋白质含量

稻谷储存过程中，蛋白质含量变化较小，但可溶性氮降低。这是由于在空气、光、热的作用下，淀粉外围蛋白质其巯基(-SH)氧化成二硫键，二硫键数量增多使得蛋白质聚体更加致密，这些通过二硫键交联的蛋白质又进一步限制了淀粉的膨润，进而影响米饭的流变特性，大米食用品质因此受到影响[6]。权萌萌等[7]认为，稻谷在储藏过程中，蛋白质、淀粉、脂肪三者的含量和结构都会发生变化，它们之间相互作用，相互制约。

1.4 酶活力

稻谷在储藏过程中发生的生物化学变化主要是在各种酶的作用下进行的，酶活性的减弱或者丧失，就会导致稻米的陈化[8]。

储藏过程中，作用于淀粉的酶主要是淀粉酶。淀粉酶活性减弱，会造成淀粉粘度降低，进而对稻谷的食用品质产生一定影响[9]。

多酚氧化酶会引起稻谷发生酶促褐变，致使稻谷表面颜色不断加深。

过氧化物酶是稻谷中活性氧防御系统的重要保护酶，可以有效阻止活性氧的积累，降低稻谷品质变化的速度[10]。刘慧等[10]研究了稻谷在储藏过程中酶活力的变化，发现酶活力的变化主要与储藏时间相关，同时相比于淀粉酶和多酚酶，过氧化物酶对储藏时间更加敏感。张来林等[11]同样研究发现，稻谷中过氧化氢酶活力随着储藏时间延长以及储藏温度升高而不断下降。

1.5 丙二醛含量

丙二醛是细胞内部膜脂过氧化过程的产物之一，能破坏细胞的内部结构，与细胞的衰老有显著的相关性。

丙二醛在细胞内的产生来自于脂肪酸的分解过程，而且与细胞内的自由基水平有关[12]。

由此可见，丙二醛含量的升高会导致稻谷细胞损伤，从而造成品质变化。万立昊等[12]研究发现，丙二醛含量变化随储藏时间呈上升趋势。

1.6 敏感指标之间相关性

由于稻谷的品质变化是各成分互相作用的结果，因此各敏感指标之间也存在一定的相关性。其中，丙二醛含量与脂肪酸值变化趋势基本一致；酶活力与脂肪酸值呈负相关，与可溶蛋白质含量呈正相关。这说明在储藏过程中，稻谷的各项敏感指标变化并不是孤立的，而是密切相关的。

2 稻谷储存期间品质变化影响因素

2.1 定性变量

图1模型中稻谷收获后的初始状态，包括品种、温度、水分以及主要品质指标可以理解为稻谷品质变化过程中的定性变量。这些变量对稻谷储藏期间的品质变化有着决定性的作用。

图1 基于生态多变量的稻谷收储过程定性推理系统[1]

虽然随着储藏时间的增加，稻谷的脂肪酸值、蛋白质和淀粉的变化趋势相同，但不同品种的稻谷在储藏期间脂肪酸值的数值变化及其变化形式都有着较为显著的差异，同时不同品系的稻谷由于本身蛋白质和直链淀粉的含量不同，储藏期间的变化也有所不同[13]。

杨超等[14]同样研究发现，虽然变化趋势相同，但储存时间相同的情况下，粳稻脂肪酸值的变化明显小于籼稻脂肪酸值的变化。

稻谷的初始水分含量对储藏期间稻谷各项敏感指标的变化都有很大的影响。通常水分含量越高，稻谷品质变化速度就会越快。万立昊等研究发现，水分含量越高，粮温越高，黄粒米数量增加以及稻谷霉变得越快；同时高水分含量的稻谷脂肪酸值及丙二醛含量上升速率也快。

2.2 环境变量

稻谷储藏期间的外部环境条件，如：外部温度、相对湿度、大气条件等，都会对稻谷品质变化产生不同程度的影响。

我国七大储粮生态区域气候差异明显，储藏期间粮食生态系统条件各异，从而导致粮食品质变化的影响因素有所不同。鲁西地区属于第四储粮区，储藏期间夏季高温是影响稻谷品质变化的重要因素[15]。四川盆地冬暖夏热，降水较多，日照少、湿度高，过夏粮温、水分是影响稻谷品质变化的重要因素[16]。而广东福建等南方沿海地区属于高温高湿的第七储粮区，是我国最湿热的地方，严重的虫害问题是储粮工作的一大困难[17]。同时，高温高湿的环境利于微生物的生长繁殖，进一步加速稻谷的发霉变质[18]。

温度是影响稻谷品质变化的一个重要因素。粮堆温度、仓内温度与仓外温度变化呈正相关[19]，多个研究[11][15][19]表明温度越高，稻谷脂肪酸值升高速率、过氧化氢酶下降速率越快，稻谷品质变化越快。

2.3 生物因素

霉菌和害虫是稻谷储藏过程中影响品质变化的主要生物因素。

霉菌污染稻谷后，会致使稻谷中淀粉酶活力明显下降，脂肪酸值显著升高，从而影响稻谷的储存品质及食用品质[20]。

高水分稻谷(14%以上)一旦真菌生长，会分泌脂肪酸水解酶，也会导致脂肪酸值升高，同时，真菌生长产生毒素，导致稻谷食用品质劣变，危害食品安全[21]。

稻谷中的虫害及其代谢物会造成稻谷水分增加、发热，促进稻谷中脂类物质水解和氧化，水解产物游离脂肪酸增多，氧化产物醛、酮类物质增加，造成大米品质(外观品质、储存品质、食用品质)劣变[21]。

2.4 储存时间

随着稻谷储藏时间的延长，稻谷霉菌数量呈下降趋势，这是由于储藏时间延长，稻谷中水分含量及营养物质减少，霉菌生长受到抑制[10][22]。

多项研究[10][12][22]发现，稻谷储藏时间与可溶性蛋白含量、酶活力呈负相关，与脂肪酸值呈正相关关系。其中，稻谷脂肪酸值在储藏前期变化速率较中后期低[10][12]，储藏前期稻谷脂肪酸值增加主要与脂肪酶水解相关。而后期由于酶活性降低，脂肪酸值增加主要是因为细胞膜脂中不饱和脂肪酸受活性氧自由基攻击，细胞膜活性降低，加速了脂肪氧化，同时微生物也可能分泌脂肪酶和水解酶，共同导致脂肪酸值的快速增加。

3 应用品质变化规律进行仓储管理及质量管理的建议与探索

3.1 仓储管理建议

由于稻谷品质变化是在稻谷初始状态、自然环境、生物及储藏时间等因素影响下，稻谷中淀粉、脂肪、蛋白质、酶等多种成分互相作用的结果，因此，各品质变化敏感指标的变化既有其特殊性，互相之间也都具有一定的相关性。虽然各因素作用下稻谷的品质变化受到不同程度和形式的影响，但稻谷各指标呈现的变化趋势基本是确定的。因此，根据稻谷品质变化的基本趋势和各因素的不同影响，可以对稻谷收获后预处理和储藏环节提出以下建议：

(1)稻谷收获后及时清理，控制水分，防止霉菌、虫害孳生，防止真菌生长产生毒素，危害食品安全。

(2)根据储藏区域的气候等环境特点，确定影响稻谷品质变化的环境因素，选择合适的控制手段(低温、干燥、除菌除虫等)，为稻谷储藏创造合适的环境条件。

(3)储藏期间实时监控稻谷品质变化敏感指标，及时发现异常变化，快速确认导致异常变化的影响因素，从而及时做出补救措施。

(4)根据稻谷品种、储藏条件等因素掌握稻谷品质随储藏时间延长的变化规律，合理选择稻谷轮换时间，在保证稻谷宜存的同时尽量减少经济损失。

3.2 质量管理方法探索

为进一步加强中央储备粮质量安全管理工作，更好服务国家粮食安全战略，质量检验向质量管理发展成为了各级质检机构应对当前重要任务的必经之路。

PDCA循环是全面质量管理的思想基础和方法依据。其含义是将质量管理分为计划(Plan)、执行(Do)、检查(Check)、调整(Action)四个阶段。这一方法可以运用在稻谷静态储藏期间质量管理活动中：

首先确定稻谷品质变化监测、各种物理化学控制手段等各项工作计划(Plan)，并按计划实施推进各项工作(Do)。

其次检查工作效果(Check)，即确认监测指标、方法等是否及时有效地反应稻谷品质变化；各种控制手段是否能够经济高效地减缓稻谷品质变化、解决异常品质变化带来的不利影响等。

最后根据工作结果调整下一步计划(Action)，将成功的工作方法保留并进一步常态化、流程化、标准化，不成功的纳入下一个循环，持续改进，不断提高质量管理能力。

4 总结与展望

稻谷品质变化是一个复杂的过程，通过总结他人研究结果探索其规律只是第一步，后续工作主要可以分为两个方面：一是在实际工作中进行探索实践，通过不断实验印证总结各因素的不同影响作用，探索各生物化学敏感指标与易于检测的物理指标之间的关系，更高效简捷地监测品质变化。二是利用好现有数据资源，收集整理辖区稻谷质量与储存品质指标的变化数据，利用各种数理统计方法对其进行分析与建模，进一步探索预测稻谷品质变化的方法，更好地为稻谷收储工作提供科学有效地指导。