不同储藏温度下蒸谷米和大米物理特性对比研究

2021-11-15张玉荣董永强梁彦伟

河南工业大学学报（自然科学版） 2021年5期

张玉荣，董永强，梁彦伟

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，河南郑州 450001

大米是稻谷经清理除杂、砻谷、碾米而成，而蒸谷米是稻谷经清理、浸泡、蒸煮、烘干、冷却、砻谷、碾米等加工而成。由于蒸谷米加工工艺中的湿热处理，稻谷中皮层与胚芽中的水溶性维生素和无机盐会随水分渗透到胚乳的内部，在碾米过程中被保留，使得胚乳内的维生素和矿物质含量增加，可以有效地提高蒸谷米的营养价值[1]。大米由于失去了颖壳的保护，具有亲水性的营养物质直接暴露在外，易受外界湿热、虫霉的影响而发生品质劣变，其中最直观的品质变化是稻米物理特性的变化。据周显青等[2]报道，随储藏时间的延长，由于稻米细胞膜的完整性和流动性逐渐丧失，其电导率逐渐升高。李潮鹏等[3]研究储藏条件对大米基本理化特性影响时发现，在低温和常温储藏条件下，大米的水分含量先增高而后趋于稳定，白度逐渐下降，菌落总数随着储藏时间延长及温湿度增高显著增加。Park等[4-5]研究了不同储藏温度下大米水分、色泽的变化，发现低温储藏有利于其色泽和水分含量的保持。此外，对进口稻米感染细菌和霉菌的情况进行了调研，发现储藏条件是影响其感染程度的重要因素[6]。关于蒸谷米色泽的变化一直受到学者的广泛关注。水热处理过程中，颖壳及米糠中的色素向胚乳扩散，蒸煮时发生的美拉德反应都可能是蒸谷米色泽加深的原因[7]。浸泡液、浸泡温度和时间、蒸煮温度和时间、干燥方式以及抛光率是影响蒸谷米色泽变深的主要因素[8-9]。国内外有较多加工工艺对蒸谷米理化特性影响的研究，已有研究表明，采用不同蒸煮工艺参数制得的蒸谷米的整米率和总色差有显著差异，且随着蒸煮处理强度的加大，其整米率有所上升，总色差增大[10]；刘园等[11]研究发现，综合考虑蒸谷米的蒸煮品质和营养品质，最适的蒸煮条件为 100 ℃、30 min。也有较多关于蒸谷米营养成分、储存特性、食用品质的描述[12]，但关于蒸谷米和普通大米在不同储藏温度下理化性质的变化还没有系统的研究，作者以同批次籼稻谷加工成的蒸谷米和大米为研究对象，对不同温度储藏条件下样品的水分含量、色泽、籽粒硬度、电导率和菌落总数进行测定，使用相关软件对所得数据进行分析及处理，研究并对比了储藏过程中蒸谷米和大米物理特性变化，以期从物理特性方面揭示储藏过程中蒸谷米的品质变化，为科学储备蒸谷米成品粮提供量化指标依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

蒸谷米和大米样品:中粮江西米业有限公司2017年产的同批次籼稻谷加工而成,加工精度均为一级，无异常色泽和气味，水分含量分别为14.26%和13.92%。

1.2 主要试剂

氢氧化钠：武汉宏信康精细化工有限公司；硫酸：洛阳昊华化学试剂有限公司；硼酸：中国医药(集团)上海化学试剂公司；硫酸铜、硫酸钾：天津市科密欧化学试剂有限公司；碳酸钠：郑州派尼化学试剂厂；甲基红：天津市化学试剂研究所；溴甲酚绿：上海化学试剂总厂试剂三厂。以上试剂均为分析纯。

1.3 主要仪器与设备

TGL-18MS台式高速冷冻离心机：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；K1100全自动凯式定氮仪：山东海能科学仪器有限公司；LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；SW-CJ-2FD (标准型)净化工作台：苏州博莱尔净化设备有限公司；R-400色差计：日本柯尼卡美能达公司；DDS-307 A电导率仪：上海仪电科学仪器股份有限公司；JXFM110锤式旋风磨：上海嘉定粮油仪器有限公司；HWS恒温恒湿箱：宁波东南仪器有限公司；JSFM-Ⅱ粮食水分测试磨：成都施特威科技发展公司；BGZ-30电热鼓风干燥箱：上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；JYDB型硬度指数测定仪：浙江伯利恒仪器设备有限公司；HHS电热恒温水浴锅：天津市华北实验仪器有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 模拟储藏

蒸谷米和大米样品用缝制的纱布包装成袋，每袋1 kg左右，置于3个恒温恒湿箱中，温度分别设置为15、25、35 ℃，相对湿度均设置为75%，储藏期300 d，每30 d取样1次，对相关指标进行测定并分析。

1.4.2 水分含量的测定

参照 GB 5009.3—2016的方法测定。

1.4.3 色泽的测定

将色差计开机预热5 min，选用CIE-L*、a*、b*色空间表示方法，使用白板进行色差计的校正，随后将蒸谷米和大米样品放入测试盒中，填满、压实并刮平，装好后把壳拧紧，将测试盒有玻璃的一面放到色差计传感器下进行测定，每个样品多次测定，记录L*(亮度)、a*(红绿度)、b*(黄蓝度)。

1.4.4 籽粒硬度的测定

参照 GB/T 21304—2007的方法测定。

1.4.5 蒸谷米和大米电导率、菌落总数的测定

电导率参考文献[13]的方法测定。菌落总数参照 GB 4789.15—2016的方法测定。

1.5 数据处理

采用Excel 2016对数据进行整理、计算，用SPSS 22.0统计软件进行分析，用Origin 2017作图。

2 结果与讨论

2.1 蒸谷米和大米储藏期间水分含量的变化

水分含量是稻米基本的质量指标，也是影响其理化性质及储藏稳定性的重要指标。水分含量对米饭的硬度、黏度、食味有显著影响。当水分含量过高时，微生物的生长和繁殖速率会加快，易发酵，易产生异味，不利于稻米的安全储藏[14-16]。由于蒸谷米经过烘干、缓苏处理，其水分含量在安全水分范围，相对于大米来说，蒸谷米水分更均匀。蒸谷米和大米储藏期间水分含量的变化见图1。

由图1可知，随储藏时间的延长，15 ℃储藏条件下，蒸谷米的水分含量在0～60 d基本稳定，60～150 d略有下降，而后趋于稳定，储藏300 d，其水分含量仅降低了1.7%；大米的水分含量在0～120 d不断升高，之后波动变化，270 d后趋于稳定，储藏300 d，其水分含量升高了4.2%。25 ℃和35 ℃储藏条件下，蒸谷米和大米的水分含量都呈现先下降后趋于稳定的变化趋势，两者的水分含量分别在150 d和180 d后趋于稳定，水分含量变化速率和储藏温度成正比；储藏300 d，在25 ℃条件下，蒸谷米和大米的水分含量分别降低了6.1%和1.0%，在35 ℃储藏条件下，蒸谷米和大米的水分含量分别降低12.1%和6.9%。可以看出，不同储藏条件下，蒸谷米的水分含量变化率较大米快，蒸谷米的保水性不如大米，从而使得蒸谷米的水分含量在储藏过程中能更快地趋于稳定。

图1 不同储藏温度下蒸谷米和大米水分含量的变化

2.2 蒸谷米和大米储藏期间色泽变化

稻米的色泽是其最直观的外在表现，包括颜色和光泽两方面，色泽的变化也是国家稻米储存品质判定规则的一项重要检测指标[17]。蒸谷米的色泽呈琥珀色，晶莹透明，原因可能是浸泡时稻壳的颜色扩散到大米的内部[18]，优质新鲜稻米颗粒饱满，外表光滑，有光泽，但大米失去了颖壳的保护，易受湿、热、虫、霉的影响而发生脂肪和蛋白的氧化，导致稻米表面颜色变黄、失去光泽[19]。影响稻米色泽的因素有稻米品种、加工工艺及设备、水分含量、储藏温湿度及储藏时间等[20]。蒸谷米和大米储藏期间色泽L*、a*和b*的变化分别见图2—图4。

图2 不同储藏温度下蒸谷米和大米色泽L*的变化

图3 不同储藏温度下蒸谷米和大米色泽a*的变化

图4 不同储藏温度下蒸谷米和大米色泽b*的变化

由图2可以看出，随着储藏时间的延长，在3种不同储藏温度下，蒸谷米的L*整体变化不大，而大米的L*在3种温度下均明显下降。在15 ℃和25 ℃储藏条件下，蒸谷米的亮度L*趋于稳定，基本不变；在35 ℃储藏条件下，0～210 d其L*略微降低，之后趋于稳定，储藏300 d，其L*仅降低了1.38%。而大米在不同温度储藏条件下，其L*都随储藏时间的延长而降低，在210 d后趋于稳定，且储藏温度越高，L*下降速率越快，储藏期内，其L*在15、25、35 ℃储藏条件下分别降低了1.95%、2.45%、3.29%。整体来看，不同储藏条件下蒸谷米的L*变化率较大米小，表明蒸谷米的亮度较大米稳定，不易变色。

由图3可知，在15 ℃储藏条件下，随储藏时间的延长，蒸谷米的a*略微降低，而大米略微升高，变化趋势都较为平缓，储藏期内，蒸谷米的a*降低了6.90%，大米a*升高了8.43%。在25 ℃储藏条件下，蒸谷米的a*在0～180 d基本不变，之后缓慢升高，而大米的a*随储藏时间的延长平稳增加，储藏期内，蒸谷米和大米的a*分别升高了4.93%和27.71%。在35 ℃储藏条件下，蒸谷米的a*在0～60 d略微上升，60～210 d快速升高，210～240 d趋于平缓，240～270 d又快速上升，270～300 d略微下降，而大米的a*随储藏时间的延长快速上升，储藏300 d，蒸谷米和大米的a*分别升高了35.22%和78.31%。整体来看，15 ℃储藏条件下，蒸谷米和大米的a*都比较稳定，25 ℃和35 ℃储藏条件下，蒸谷米的a*的变化率比大米小，表明蒸谷米的红绿值更稳定。

由图4可以看出，在15 ℃储藏条件下，蒸谷米的b*在0～120 d不断降低，之后波动缓慢升高，而大米的b*随储藏时间的延长一直平稳缓慢上升，储藏300 d，蒸谷米的b*降低了1.16%，大米的b*升高了6.10%。在25 ℃储藏条件下，蒸谷米的b*在0～120 d呈逐渐降低的趋势，之后波动升高，最后趋于稳定，而大米的b*随储藏时间的延长一直平稳上升。在35 ℃储藏条件下，蒸谷米的b*在0～120 d缓慢波动上升，120 d后快速升高，而大米随储藏时间的延长一直快速升高，储藏300 d，蒸谷米和大米的b*分别升高了15.90%和28.91%。整体来看，不同储藏条件下，随储藏时间延长，蒸谷米的b*变化率较大米小，表明蒸谷米的黄蓝值更稳定。

综上所述，在不同储藏条件下，随储藏时间的延长，蒸谷米和大米色泽中的L*降低，而a*和b*逐渐升高，都向色泽变暗、颜色加深的方向发展，且温度越高，变化趋势越明显，低温储藏可以延缓两者色泽的变化，但整体来看，蒸谷米色泽变化较大米小，储藏过程中色泽更稳定。影响蒸谷米和大米色泽的因素较多，其中，随着温度的升高，大米呼吸速度加快，营养消耗加快，导致色泽下降明显；蒸谷米与大米储存过程中会出现陈化现象，这一现象也会增加其色泽变化[21]。

2.3 蒸谷米和大米储藏期间籽粒硬度变化

稻米的籽粒硬度反映其抵御挤压、摩擦、粉碎和撞击的能力，其硬度越高，越不易受外力作用而破碎，在加工过程中的整精米率就越高。影响稻米籽粒硬度的因素有稻米品种和水分含量等。稻谷经蒸煮、烘干等加工工艺处理后，容易脱壳，也改善了籽粒的结构力学特性，碾米时，碎米率显著降低，出米率得到提高。蒸谷米碎米率的降低，可能是由于水热处理改变了蒸谷米籽粒的硬度，改善了其加工特性。籽粒硬度是评价粮食的重要指标，影响其加工工艺及食品加工品质[22]。蒸谷米和大米储藏期间籽粒硬度的变化见图5。

由图5可知，3个不同温度下储藏的蒸谷米籽粒硬度整体变化不大，而大米的籽粒硬度在3个温度下均明显下降，且高温对其影响较大。在15 ℃储藏条件下，蒸谷米籽粒的硬度在0～90 d不断升高，之后波动下降，最后趋于平稳，而大米籽粒的硬度在0～120 d波动降低，之后平稳下降，储藏300 d，蒸谷米籽粒的硬度指数基本不变，而大米籽粒的硬度指数降低了7.42%。在25 ℃储藏条件下，蒸谷米籽粒的硬度呈现先升高后略微降低的趋势，在第90天达到最大，而大米籽粒的硬度在0～60 d缓慢下降，之后快速降低，210 d后逐渐趋于平稳，储藏300 d，蒸谷米籽粒的硬度指数基本不变，而大米籽粒的硬度指数降低了10.25%。在35 ℃储藏条件下，蒸谷米籽粒的硬度在0～120 d平缓降低，之后达到稳定状态，而大米籽粒的硬度在0～240 d快速降低，之后达到平衡状态，储藏300 d，蒸谷米和大米籽粒的硬度指数分别降低了3.01%和12.16%。整体来看，不同储藏条件下，随储藏时间延长，蒸谷米籽粒硬度指数的变化率明显低于大米，表明在储藏过程中，蒸谷米籽粒的硬度更不易受内外因素的影响，较大米更稳定。

图5 不同储藏温度下蒸谷米和大米籽粒硬度的变化

2.4 蒸谷米和大米储藏期间电导率变化

细胞膜是活细胞与外界环境进行物质和信息交流的桥梁，也是隔离外界环境的安全屏障，它为活细胞进行新陈代谢提供场所及安全保障，膜渗透的增加被认为是植物组织衰老的主要特征之一[23]。相对于大米来说，蒸谷米增加了浸泡、蒸煮、烘干和冷却等工艺，这些工艺都会或多或少的改变稻米细胞膜的通透性，从而影响稻米的新陈代谢及各种理化反应，并最终影响其质量及储藏品质。蒸谷米和大米储藏期间电导率的变化见图6。

图6 不同储藏温度下蒸谷米和大米电导率的变化

由图6可知，3种储藏条件下，蒸谷米的电导率变化趋势基本相同，0～60 d蒸谷米的电导率较为稳定，60～120 d快速上升，120 d后波动变化，最后趋于稳定，而大米的电导率在0～90 d快速升高，90～180 d处于稳定状态，180～240 d略微升高，之后趋于稳定，储藏300 d，蒸谷米和大米的电导率分别升高了30%和145%。整体来看，在不同储藏温度下，储藏300 d后，蒸谷米和大米的电导率均有所增加，但大米的变化速率显著高于蒸谷米，且温度越高，其变化速率越快，表明蒸谷米的细胞膜通透性更稳定，更易于安全储藏。

2.5 蒸谷米和大米储藏期间菌落总数变化

由于失去了颖壳的保护，稻米在加工、转运和储藏过程中易受微生物的侵染，其中主要是细菌、霉菌和酵母菌，在适宜的环境中，这些微生物会迅速繁殖，进而引起大米发热、霉变、结块，产生有毒有害的代谢产物，严重影响大米的食用品质和卫生品质[24]。蒸谷米和大米储藏期间菌落总数的变化见图7。

图7 不同储藏温度下蒸谷米和大米菌落总数的变化

由图7可知，在15、25、35 ℃条件下，蒸谷米的菌落总数呈波动上升趋势，但整体变化不大，而大米的菌落总数在15、25、35 ℃条件下均呈现上升的趋势，其菌落总数分别增加了300、1 400、1 000 CFU/g。在15 ℃条件下，蒸谷米和大米的菌落总数变化最小， 35 ℃储藏条件下升高较快，25 ℃储藏条件下升高最快。整体来看，低温会抑制稻米微生物的生长繁殖，储藏期内，蒸谷米菌落总数的增加量要小于大米，表明蒸谷米表面更不易附着微生物，也不利于微生物的生长繁殖，能更好地保持其卫生品质。

2.6 多因素方差分析

为研究蒸谷米和大米的物理特性指标与储藏时间、储藏温度以及各指标间的相关性，进行相关性分析，分析结果分别见表1和表2；为研究储藏时间和储藏温度对蒸谷米和大米的物理特性指标影响的显著性，进行多因素方差分析，分析结果见表3。

表1 蒸谷米物理特性指标与储藏条件及指标间的相关性

表2 大米物理特性指标与储藏条件及指标间的相关性

表3 蒸谷米和大米物理特性指标与储藏条件的多因素方差分析

由表1可知，储藏时间与蒸谷米的b*、电导率和菌落总数呈极显著正相关，相关系数在0.472及以上，与a*呈显著正相关，与水分含量呈显著负相关；储藏温度与a*、b*呈极显著正相关，相关系数分别为0.714和0.700，与水分含量、L*和硬度指数呈极显著负相关，相关系数均小于或等于-0.747；此外，蒸谷米的a*和b*与水分含量之间呈极显著负相关，L*与水分含量之间呈极显著正相关，相关系数的绝对值均在0.802及以上。

由表2可知，储藏时间与大米的a*、b*、电导率和菌落总数呈极显著正相关，相关系数在0.539及以上，与L*和硬度指数呈极显著负相关，相关系数分别为-0.856和-0.836，与水分含量无显著相关性；储藏温度与a*、b*呈极显著正相关，相关系数分别为0.693和0.661，与水分含量和硬度指数呈极显著负相关，相关系数分别为-0.907和-0.475，与L*呈显著负相关；此外，大米的L*、a*和b*与硬度指数之间有极显著相关性，相关系数绝对值均在0.837及以上，电导率和菌落总数分别与色泽之间有极显著相关性。

由表3可知，储藏时间和储藏温度及两者交互作用对大米的物理特性指标均有极显著影响(P<0.01)，对于蒸谷米，储藏时间对L*无显著影响，储藏温度对菌落总数无显著影响，对电导率有显著影响(P<0.05)，储藏时间和储藏温度的交互作用对蒸谷米的L*、电导率无显著影响。

整体来看，蒸谷米的色泽、硬度指数和电导率与储藏时间的相关性较大米弱，菌落总数与籽粒色泽、硬度和电导率的相关性更弱；蒸谷米的色泽、菌落总数和电导率较大米更耐受储藏条件影响，表明蒸谷米抵御外界环境条件及虫霉侵染能力较大米强。