不同贮藏条件对发芽蒸谷米品质的影响

王翠玲，戴常军，刘 晴，王 晶，张俐俐，董晓慧，史冬梅,

（1.黑龙江省农业科学院，农产品质量安全研究所，黑龙江哈尔滨 150000；2.黑龙江省农业科学院绥化分院，黑龙江绥化 152000；3.黑龙江省农业科学院，黑龙江哈尔滨 150000）

发芽蒸谷米（germinated parboiled rice，GPR）是稻米经发芽、蒸煮和干燥等处理后生产的大米制品。发芽蒸谷米由于其营养价值高于普通白米和糙米而广受欢迎[1]。发芽蒸谷米是集发芽糙米与蒸谷米的优点于一体的新型大米类制品，既提高了样品中总酚含量和抗氧化活性，还合成了大量的γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）。GABA具有多种生理功能，如降低血压、抑制癌细胞、加速大脑的新陈代谢等[2-3]。发芽蒸谷米会使稻米的内源酶被激活、淀粉糊化和酶失活，使其营养组成和感官品质都得以改善，并可通过控制其含水量延长样品的保质期[4-5]。

黑稻米是一种富含花色苷、β-胡萝卜素和多酚类等生物活性物质的有色稻米，属于水稻中的特殊品种。大量研究表明，如花色苷等生物活性物质有助于改善血脂水平、抗炎、降低氧化应激和预防糖尿病等[6-7]。黑稻米中花色苷的含量和抗氧化活性普遍高于白色稻米。目前，以黑稻米为原料制备的发芽蒸谷米的研究并未有相关报道。而以普通稻米制备的商业化GPR保质期很短（一般在3个月左右），这主要是由于包装中的含氧量影响脂质水解和氧化反应，从而导致产品的酸败加剧。已报道的针对蒸谷米储藏温度的研究也只是基于（30±2）℃进行，并无低温贮藏的相关研究[8]。因此，本研究首次基于不同贮藏条件（包装材料、氧气和贮藏温度）对储藏6个月期间内GPR的品质和生物活性化合物的含量进行研究与分析。能够对未来发芽蒸谷黑米的商业化生产、贮藏条件的选择以及保质期的延长提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试黑稻米品种（绥098038；2019年产；黑龙江绥化） 黑龙江省农业科学院提供；γ-氨基丁酸、硼酸盐缓冲液、2-羟基-1-萘甲醛、2,2-二苯基-1-吡啶并肼基（≥98%） 西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司；实验所需化学试剂为色谱级（其中，酸类试剂为电子（MOS）级） 天津市科密欧化学试剂有限公司；RBiopharm黄曲霉毒素总量酶联免疫检测试剂盒 德国拜发公司；铝层压聚乙烯（aluminum-laminated polyethylene，ALPE）、聚酰胺-聚乙烯（polyamidepolyethylene，PAPE） 诚德科技股份有限公司。

GL-21M高速冷冻离心机 上海市离心机机械研究厂；Daogrs S8xs型电蒸箱 意大利联合电器集团公司；DGG-9203A型电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验设备有限公司；WJ-HW-80L小型精密实验室烘箱恒温鼓风烘干机 杭州五佳机械设备有限公司；FC-2K小型砻谷机 日本YAMAMOTO有限公司；Multivac C-400真空包装机 莫迪维克（上海）贸易有限公司；STRIKE 300旋转蒸发仪 优莱博技术（北京）有限公司；A2-SET-HP通风湿度计 罗卓尼克（广州）有限公司；Millipore-Q密理博超纯水仪美国密理博（中国）有限公司；Synergi 4μm Hydro-RP 80 A色谱柱（150 mm×4.6 mm） 美国Phenomenex有限公司；Evolution 350紫外可见分光光度计 赛默飞世尔科技（中国）有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 发芽蒸谷米的制备 以黑稻米为原材料，其含水率（w.b.）约为11%。然后将其保持在（23±1）℃，相对湿度（RH）为（52%±2%）的条件下备用。制备发芽蒸谷米时，将黑稻米（500 g）放置于35 ℃的水（1.5 L）中浸泡24 h，洗涤、沥干后在35 ℃的气候室（RH为90%）中孵育16 h[9]。发芽后，可观察到一个小胚根，长约0.5～1 mm。将发芽的黑稻米在电蒸箱中蒸煮30 min，最后用烘干机在50 ℃，含湿量为25 g/kg干空气，风速为1.0 m/s的条件下烘干3 h，最终获得水分含量为12%～14%的GPR。

1.2.2 发芽蒸谷米的贮藏 将100 g GPR样品放置在由两种材料制成的15 cm×18 cm包装袋中：铝层压聚乙烯（ALPE）：厚度为117 μm，水蒸气渗透性为6.45×10-8kg/（m2·d·Pa），氧气透过率为0.0215 L/（m2·d）；聚酰胺-聚乙烯（PAPE）：厚度为90 μm，水蒸气渗透性为2.25×10-7kg/（m2·d·Pa），氧气透过率为0.12 L/（m2·d）。将样品袋在大气压（≈ 900 mbar）和低压（下文统称真空（60 mbar））条件下用Multivac C-400真空包装机进行热封。然后，将包装样品分别放置在冰箱（温度（4±2）℃，RH为（55%±5%））和贮藏室（温度（30±2）℃，RH为（35%±5%））。贮藏室模拟目前的非冷藏储存，由于近些年全球气温普遍升高，多数情况下的常温贮存达不到理想状态的20～25 ℃，最终确定以30 ℃为本研究的贮藏温度[10]。表1中列出了基于现有文献资料[8-10]及相关预实验所确定的待测实验样品编码及其涉及到的多因素实验条件的组合情况，每月从不同贮藏条件分别随机抽取3份样品进行品质分析（n=3），贮藏期为6个月。

表1 实验因素组合及样品编码Table 1 Combination of experimental factors and the sample code

1.2.3 水分含量和活度的测定 水分含量（moisture content，MC）采用直接干燥法进行测定[11]。在密闭、恒温的水分活度仪测量舱内，试样中水分扩散平衡，此时水分活度仪测量舱内的传感器或数字化探头显示出的响应值（相对湿度对应的数值）即为样品的水分活度（water activity，Aw）[12]。

1.2.4 生物活性物质的测定

1.2.4.1γ-氨基丁酸（GABA）含量的测定 基于KHUHAWAR等[13]的提取方法进行了改进，将20 mL的80%（体积比）甲醇加入到1.2 g的GPR中，随后匀浆3 min。将混合物在4 ℃下以5000 r/min离心10 min，随后通过滤纸进行过滤，重复上述步骤2次，使用旋转蒸发仪在50 ℃下蒸发合并萃取液。将提取物重新溶解在5 mL超纯水中，并放置在-22 ℃条件下备用。将1 mL待测样品添加到0.6 mL硼酸盐缓冲液（pH8）中并滴加1 mL的2-羟基-1-萘醛衍生试剂（质量体积比0.75%）。将混合物置于80 ℃水浴中加热10 min，最终用甲醇定容至5 mL。GABA检测是基于HAYAT等[14]的方法改进后通过HPLC进行测定。将20 μL样品注入色谱柱中。通过使用流动相A（甲醇100%）和流动相B（H2O）以1 mL/min的流速洗脱样品。梯度洗脱程序从0 min时使用50%流动相A开始，然后在1 min时增加到60%，在4 min时增加到70%，在7 min时增加到80%，在9 min时增加到90%，然后在11 min时减少到50%，直到18 min运行结束。检测波长为254 nm、柱温30 ℃。检测结果以mg GABA/100 g GPR（以干基计）表示。

1.2.4.2 总 花 色 苷 含 量（Total anthocyanin content，TAC）的测定 将1 g的GPR样品加入到20 mL酸化的甲醇（40%甲醇:浓盐酸=98:2，体积比）中，均质化10 min后以180 r/min振荡1 h。将样品在4 ℃下以5000 r/min离心10 min，留取上清液部分利用酸化后的甲醇定容至25 mL，保存在-22 ℃备用。基于SUTHARUT等[15]所述改良的pH示差法来测定提取物中总花色苷的含量。使用分光光度计在pH为1.0和4.5的缓冲液中分别测定样品在510 nm和700 nm的吸光度。TAC以mg 矢车菊素-3-葡萄糖苷（cyanidin-3-glucoside equivalents，CGE）/100 g GPR（干基）表示。

1.2.4.3 总酚含量（Total phenolic content，TPC）的测定 取1 g的GPR用3 mL的80%（体积比）甲醇进行两次萃取，每次萃取时将离心管中的混合物置于60 ℃水浴中，并在孵育过程中涡旋两次。随后，以10000 r/min离心10 min，合并上清液并用80%甲醇定容至10 mL，放置于-22 ℃留存备用。基于Folin-Ciocalteu比色法[16]进行TPC分析。避光孵育2 h后使用分光光度计在760 nm处测量吸光度，TPC以mg 没食子酸当量（Gallic acid equivalents，GAE）/100 g GPR（干基）表示。

1.2.5 抗氧化活性的测定 清除2,2-二苯基-1-吡啶并肼基（DPPH）自由基活性[17]，吸取上述TPC测定时的提取物200 μL，与新鲜制备的DPPH溶液（60 μmol/L的80%甲醇溶液，2.8 mL）混合。在避光环境中孵育30 min后，在517 nm下测得的吸光度，其抗氧化活性表示为：mg Trolox当量（Trolox equivalents，TE）/100 g GPR（干基）。采用铁离子还原/抗氧化能力法（Ferric reducing antioxidant potential，FRAP）进行总抗氧化性的测定[18]。将混合物避光孵育30 min后，在593 nm处测定吸光度，FRAP以mg TE/100 g GPR（干基）表示。

1.2.6 脂质过氧化的测定 丙二醛（Malondialdehyde，MDA）采用硫代巴比妥酸法（TBARS）进行测定，通过对MOKO等[19]方法稍作调整，将GPR（约50 mg）与正丁醇（25 mL）混合，取出5 mL混合溶液，并加入5 mL的TBA试剂。将该溶液在95 ℃下孵育2 h。使用分光光度计在528 nm处测量吸光度的增加，以mg TBA/g GPR（干基）表示。

1.2.7 酸败度的感官评价 GPR样品无需事先浸泡，按1:1.5（质量体积比）的饭水比煮熟。食用前将煮熟的GPR在室温下于密闭容器中放置30 min。称取约15 g煮熟的GPR装在盘子中，以随机顺序提供给小组成员。感官评价来自于经过培训后的20名工作人员（年龄在24～44岁，10名男性，10名女性）。酸败评价基于KLAYKRUAYAT等[10]的方法采用线性15 cm刻度（0 cm为不酸败，15 cm为强烈酸败气味）。要求小组成员比较在不同条件下储存6个月前后GPR的酸败情况。此外，小组成员可要求选择接受或拒绝样品。

1.2.8 微生物指标的测定 依据GB 4789.2-2016的相关标准内容进行GPR样品的菌落总数的测定[20]；依据GB 4789.15-2016对GPR样品的霉菌和酵母菌进行测定[21]；通过黄曲霉毒素总量（AFT）酶联免疫检测试剂盒对GPR的黄曲霉毒素总量进行测定。依据相关标准和试剂盒说明书所述进行具体操作步骤。

1.3 数据处理

本研究的检测结果表示为3次重复样品的平均值±标准偏差。方差分析（单向方差分析），在95%置信水平下，用Duncan多重范围检验确定均值之间的差异，检测结果分析时：显著性差异（P＜0.05）用不同的小写字母表示，无显著性差异（P＞0.05）用ns表示。感官评价是在完全随机区组设计（randomized complete blocks design，RCBD）中进行的。使用SPSS和Origin等软件进行相关数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 贮藏条件对水分含量和水分活度的影响

如表2所示，与30 ℃的储存相比较，在4 ℃相对湿度为55% 的贮藏条件下，GPR样品的MC（11.51%～12.25%）和Aw（0.56～0.62）在6个月的贮藏期内变化较小。两种包装材料在常压和真空条件下无破损现象，均可正常使用。在30 ℃时，在常压和真空条件下PAPE 30A和PAPE 30V包装中GPR样品的MC和Aw值在6个月内有明显的下降，分别为8.19%和9.43%，0.27和0.33。但是，在ALPE包装中的GPR样品则基本保持不变。实验结果说明在30 ℃的储存条件下，ALPE可以有效阻止GPR的水分流失。

表2 贮藏期内GPR的水分含量和水分活度的变化Table 2 Changes in moisture content and water activity of GPR during storage

2.2 贮藏条件对生物活性物质的影响

目前，对于GPR中γ-氨基丁酸（GABA）的研究发现其含量一般为（19.22±0.03）mg/100 g[14]。如图1所示，不同包装材料与氧气含量对GABA含量几乎无影响。GABA含量主要受贮藏时间与温度的影响，随贮藏时间及温度的增加而降低。在30 ℃的储存期内，GABA含量在1个月后显著下降至（14.25±0.29）～（16.32±0.38）mg/100 g（P＜0.05），然而该值在2个月后基本保持不变。在储存6个月后，在4 ℃条件下GPR保留的GABA含量仍维持在（16.82±0.81）～（17.43±0.42）mg/100 g。此结果表明低温储存可以有效抑制GABA的减少。另一方面，在相同温度下储存在不同包装袋中的GPR的GABA含量差异不显著（P＞0.05）。在储存过程中影响GABA含量的储存条件的相关研究较少。PARNSAKHORN等[22]已报道在4 ℃和37 ℃条件下贮存8个月后发芽糙米中GABA含量的下降幅度分别为30.90%和28.70%，两者均无显著性差异（P＞0.05）。然而，本研究发现，在4 ℃储存后GABA含量仅下降了9.65%～11.58%，且在6个月贮藏期后高于30 ℃时的含量（30.52%～33.24%）。发芽蒸谷米GPR的胚乳在淀粉糊化过程中变硬，所以在贮藏过程中更耐破坏。在较高温度条件下GABA的降解机理可能是由于水分子的流失和γ-丁内酰胺的形成而引起的结构分解[23]。然而，GPR的低温储存导致GABA含量的增加，这可能是由于GABA作为一种防御机制在应对冷胁迫时的积累作用[10]。因此，在4 ℃下储存的GPR中GABA含量在储存过程中略有波动。因为GABA含量受储存温度的影响，GPR应在低温下储存以保存其GABA的含量。

图1 贮藏条件对GABA含量的影响Fig.1 The effects of storage conditions on GABA content

有色稻米中花色苷种类主要包括矢车菊素-3-葡萄糖苷和芍药素-3-葡萄糖苷。在本研究的黑稻米中GPR的总花色苷含量（TAC）约为5.68 mg CGE/100 g。TAC的变化情况如图2所示，在4 ℃条件下贮藏2个月后，GPR样品中的TAC含量无显著性变化（P＞0.05），而在30 ℃条件下变化显著（P＜0.05），TAC含量降低较快，这是由于花色苷在较高温度下易降解。将GPR储存在4 ℃时可有效减少总花色苷的损失。由于花色苷具有抗氧化特性，因此花色苷在30 ℃条件下贮藏3个月后发生降解可能是由于花色苷与脂质氧化自由基的反应[24]。这些现象都与氧化产物的形成有关，氧化产物在3个月后迅速增加，6个月后，贮藏在30 ℃处的GPR中TAC约为储存在4 ℃时TAC的一半。而不同包装材料和含氧量对TAC含量并无影响。

图2 贮藏条件对TAC的影响Fig.2 The effects of storage conditions on TAC

如图3所示，GPR的初始总酚含量（TPC）为（105.08±3.11）mg GAE/100 g。6个月后，在4 ℃贮藏条件下所有包装中的GPR的TPC为（69.03±1.68）～（97.85±1.64）mg GAE/100 g，均高于在30 ℃时相同变量贮藏条件下TPC的含量，4 ℃的真空ALPE包装中TPC含量最高。据SRIPUM等[5]相关研究证明有色稻米和发芽糙米中的TPC在6个月后均会下降。氧气和储存时间对黑稻米TPC的影响较大，光照、温度、氧含量、pH和贮藏时间等因素都会影响稻米中酚类化合物的稳定性[25-26]。如图3可知，在其它条件不变的情况下，贮藏6个月后，真空状态下TPC含量明显高于正常大气压下TPC含量。较低的氧气传输速率可以保护酚类化合物。

图3 贮藏条件对TPC的影响Fig.3 The effects of storage conditions on TPC

2.3 贮藏条件对抗氧化活性的影响

GPR的抗氧化能力可能来自多种成分，包括酚酸、类黄酮、花色苷、原花青素、生育酚、γ-异黄醇和植酸等物质。由DPPH自由基清除活性和铁还原/抗氧化电位（FRAP）确定GPR在贮藏过程中抗氧化能力的变化如图4（A）、（B）所示。抗氧化能力均随贮藏时间的延长而降低。在贮藏6个月后，4 ℃下GPR的DPPH和FRAP值明显高于在30 ℃下储存的值。DPPH自由基清除能力并未受到包装材料与含氧量的影响。而FRAP含量却受到含氧量的影响较大，由图4（B）可知，贮藏6个月后真空状态下的FRAP值比正常大气压下的含量高。而抗氧化能力的丧失程度可能与脂质氧化直接相关，这是在高温下暴露于氧气中储存的结果[5,27]。在真空中储存比正常气压下更能保持GPR的抗氧化能力。

图4 贮藏条件对抗氧化活性的影响Fig.4 The effects of storage conditions on antioxidant activity

2.4 贮藏条件对脂质过氧化的影响

GPR含有大量的脂质，尤其是在麸皮外层，所以极易发生脂质自氧化反应。本研究采用硫代巴比妥酸（TBA）法监测脂质氧化的变化。在528 nm处吸光度的增加可用于表示脂质氧化的二次产物丙二醛（MDA）。由图5可知，TBA值在初始阶段缓慢升高，而在3个月贮藏期后迅速升高。一般情况下，发芽蒸煮糙米的TBA值在30 ℃下存储3个月后显著增加，而用ALPE包装的蒸煮米TBA值增速比其他包装材料低[28]。由于高温和富氧条件加速了脂质氧化的速率，在真空条件下贮藏时TBA值明显下降。吸光度随着贮藏时间而增加可能与包装材料的透氧性有关[8]。结果表明，使用ALPE包装的GPR具有较低的吸光度。此外，在4 ℃下储存的TBA值（（2.41±0.16）～（5.23±0.25）mg/g）在6个月后低于30 ℃的TBA值（（6.74±0.15）～（9.13±0.28）mg/g）。

图5 贮藏条件对脂质过氧化的影响Fig.5 The effects of storage conditions on lipid peroxidation

2.5 酸败度的感官评价

由20名小组成员评估的酸败度分数与硫代巴比妥酸法测定结果高度相关（R2=0.9943），如图6（A）所示。由图6（B）可知所有条件下的酸败评分均较初始值显著提高（P＜0.05），说明贮藏温度、氧气浓度和包装材质都会对酸败的评分产生影响。所有GPR样品在贮藏6个月后酸败评分依然较低，并且所有样品都在小组成员的可接受范围内。储存在真空ALPE中的GPR的酸败评分最低，可能是因为这种包装材料可以很好地保护GPR免受氧气的影响。

图6 酸败度的感官评价Fig.6 Sensory evaluation of rancidity

2.6 微生物特性

由表3可知，在贮藏期间，菌落总数呈逐渐增加的趋势，但均未超过104CFU/g，而在整个储存期间内未检测到酵母菌和霉菌。目前，国内并没有现行有效的蒸谷米相关的微生物限量标准，而欧盟及其它国家标准规定蒸谷米的微生物限量为菌落总数不得高于106CFU/g，酵母菌和霉菌计数不得高于500 CFU/g[29-30]。在30 ℃下贮藏的GRP样品菌落总数高于4 ℃，贮藏温度显著影响了微生物的生长（P＜0.05）。此外，贮藏在真空包装中GPR的细菌数明显低于常压包装。随着贮藏时间的延长，黄曲霉毒素含量显著增加（P＜0.05）。相同的贮藏期内，在30 ℃处的黄曲霉毒素含量高于4 ℃处的含量。贮藏6个月后，在30 ℃时储存在真空PAPE和真空ALPE包装中的GPR分别含有（2.83±0.07）μg/kg和（2.65±0.36）μg/kg的黄曲霉毒素，显著低于PAPE（4.52±0.36）μg/kg。所有GPR样品的黄曲霉毒素总量并未超过国家标准规定的限量值10 μg/kg[31]。表明本研究过程中待测样品的微生物指标符合相关要求，可放心食用。

表3 不同条件下贮藏6个月的GPR的微生物指标Table 3 Microbiological indicators of GPR stored for 6 months under different conditions

3 结论

本研究分析了在6个月贮藏期间内，贮藏条件（温度、包装材料和氧气）对GPR的理化性质、生物活性化合物、抗氧化活性、感官评价和微生物特性的影响。结果表明：包装材料ALPE比PAPE的密闭性更好，更有助于发芽蒸谷米的贮藏，延缓酸败。GPR的水分含量和水分活度在4 ℃和真空ALPE下贮藏期间保持不变。生物活性化合物，包括总花色苷含量、总酚含量、抗氧化活性和GABA含量随贮藏温度和时间的增加而降低，将GPR储存在4 ℃的真空ALPE中是保存其生物活性化合物的最适贮藏条件。尽管随着贮藏时间的延长酸败程度略有增加（特别是在30 ℃时），但该产品的酸败仍然在可接受范围内。此外，在6个月贮藏期后，GPR中的微生物数量和黄曲霉毒素含量均小于国家相关标准的规定，说明实验过程中GPR样品的微生物指标符合标准要求并可放心食用。本研究能够对未来发芽蒸谷黑米的商业化生产，贮藏条件的选择以及保质期的延长提供一定的理论基础。