不同浓度CO2对青稞气调储藏品质的影响

白术群，冉娅琳，郑艳丽，贾晓昱，李喜宏*，陈兰

1. 中粮营养健康研究院有限公司（北京 102209）；2. 天津科技大学省部共建食品营养与安全国家重点实验室（天津 300457）；3. 国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津 300384）；4. 天津绿新低温科技有限公司（天津 300457）

青稞（Hordeum vulgareL.），属禾本科家族作物，采后因其内外颖壳分离，籽粒外露，在国内外许多研究中，又被广泛称为“裸大麦”[1]。其由于具有耐寒、早熟、产量稳定、适应性广等特点，被广泛种植于国内高海拔地区[2]。与普通谷物相比，青稞除含高含量的蛋白质、维生素、膳食纤维，及低含量的脂肪和碳水化合物外，还含有丰富的β-葡聚糖、多酚类化合物，是一种独特的“三高两低”谷物，其正成为人类最具应用前景的经济作物之一[3]。近几年，随着青稞体内的功能因子被证实具有抗氧化、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、降血糖、降血脂、免疫调节等多种生物学活性，其在食品、保健及相关行业中被广泛开发利用，引起国内外学者越来越多的关注，深受消费者对健康饮食的推崇[4-5]。然而，青稞由于储存环境以及自身特性因素，通常会引起谷物内部经历复杂的物理、化学和生物变化，导致作物氧化水平升高、质地不佳和品质裂变[6]。

气调储藏（controlled atmosphere storage，CAS）作为国内外最先进的经济绿色储粮技术之一[7]，通过调控储藏环境中气体组成及浓度，防止霉菌生长，延缓谷物品质下降[8]。CO2作为一种无毒无害的常用气体，来源广泛，其通过排除储存容器内部的O2，在低氧环境下减少谷物蛋白质、脂肪和淀粉氧化，改变酶代谢活性，降低细胞呼吸速率，减缓陈化速率，有效控制粮食正常代谢[9-11]。国内外大量研究表明，CO2气调储藏能降低组织内α-淀粉酶活力，提高水稻保质期[12]。同时，CO2气调储藏能有效保持谷物籽粒细胞，这在燕麦[13]、大豆[14]、玉米[15]方面均有报道。此外，相关研究发现气体浓度对谷物储藏期间产品质量起重要调控作用[16]。然而，目前应用CA储藏来探究青稞中适宜CO2浓度对品质属性影响的研究较少。因此，此次试验通过调节青稞储藏环境的CO2浓度，研究CO2水平对储藏品质调控及理化性质的影响，旨在确定最佳青稞气调储藏条件，为青稞气调储藏提供理论依据与实践指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

“藏青2000”青稞（产自西藏自治州地区林芝县，选择颜色、大小、籽粒饱满度基本一致，无病虫害的无壳青稞）。

三氯甲烷、硫代硫酸钠（上海源叶生物科技有限公司）；高锰酸钾（北京世纪奥科生物技术有限公司）。

1.2 主要仪器与设备

NR110精密色差仪（深圳市盛波光电科技有限公司）；DDS-307电导率仪（上海精密科学仪器有限公司）；SB-4200超声清洗器（宁波新芝生物科技股份有限公司）。

1.3 材料处理

称取250.0 g青稞样品包装于由涤棉材质制成的布袋中（15 cm×10 cm），随机分为4组，并将样品置于容量5 L的密闭气调瓶中，通过气体配送系统将CO2、N2和O2以不同比例送入气调发生装置，处理为：（1）空气；（2）20% CO2+3% O2；（3）50% CO2+3% O2；（4）80% CO2+3% O2。将试样置于恒温梯度箱，调节温度25±0.5 ℃，湿度60%～65%储藏100 d，每7 d调节1次气体，每20 d采样与品质分析，每个处理含3次重复。

1.4 相关指标测定方法

1.4.1 颜色与整体视觉质量

参照Haydon等[17]方法测定，将青稞样品装入培养皿中，等距测定5个位置样品表面颜色，计算平均值，结果以L*、a*和b*值表示。

1.4.2 水分测定

将不同储藏条件的青稞经粉碎，过0.425 mm（40目）标准铜筛后，称取5.000 g样品，干燥，根据Alves等[18]方法计算水分含量。

1.4.3 脂肪酸值（FAV）

FAV值采用滴定法测定。将10.0 g青稞样品与50.0 mL无水乙醇溶液混合，将混合物以2 000 r/min离心5 min后，收集上清液进行分析，结果表示为中和100.0 g干物质试样中的游离脂肪酸所需的KOH毫克当量。

1.4.4 过氧化值

参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》，采用滴定法进行测定，结果以meq/kg表示。

1.4.5 过氧化氢酶活力

根据GB/T 5522—2008《粮油检验 粮食、油料的过氧化氢酶活动度的测定》进行测定与分析，结果以mg H2O2/g表示。

1.4.6 相对电导率

通过在25 ℃的75 mL去离子水中吸收50粒样品24 h，应用数字电导率仪测定青稞浸出液的电导率。

1.5 数据统计与分析

试验结果经重复试验后获得，结果以“平均值±标准偏差”表示，并使用SPSS 13.0软件进行统计分析，经LSD检验，p≤0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 色值与整体视觉质量评价

谷物表皮颜色变化主要与机体内部生物化学反应有关，是直观反映贮藏品质的重要指标之一[18]。整体视觉质量评价如图1（A）所示，在储藏第100天时，未处理组样品表皮明显黄化，且少量籽粒出现褐变。然而，CO2处理组的青稞籽粒颜色均保持较好。这可能与高浓度CO2降低细胞呼吸速率、延缓蛋白质变化有关，这与焦义文[19]对气调储藏影响小麦白度变化研究一致。如图1（B）所示，贮藏期100 d内，各试验组青稞L*值（亮度）均呈下降趋势，与对照组相比，CO2气调处理组L*值下降速率显著低于CK组（p＜0.05），且随CO2浓度升高，青稞组织亮度保持越好，其中，80% CO2组L*值最高（43.56）。如图1（C和D）所示，褐变指数（a*值）和黄化指数（b*值）均随储藏青稞时间的增加而呈上升趋势，CK组明显高于CO2处理组，且CO2浓度越高，试样的褐变和黄化变程度越低，这可能与低氧高CO2条件下促进青稞酶促反应失活、减缓青稞籽粒褐变有关。

注：A、B、C、D分别为青稞整体视觉图及L*、a*、和b*图；A中的（f）（g）为青稞储藏0d照片，（h）（i）（g）（k）分别为储藏第100天时CK、20%CO2、50%CO2和80%CO2样品照片。

2.2 不同浓度CO2处理对青稞水分含量影响

从图2可知，水分随储藏时间增加呈缓慢下降趋势。与CK组相比，经CO2气调处理的青稞样品水分含量在贮藏期内始终较高，且高浓度CO2（20%～80%）水分与气调浓度呈正相关。此外，在贮藏第100天时，20%，50%和80% CO2气调储藏的青稞水分含量由初值（8.10%）分别降至6.02%，6.72和6.97%，而CK组的水分含量仅为5.23%，说明在温和的储藏温度下，CO2气调可以有效减少青稞含水量的流失。

图2 不同处理对青稞水分含量的影响

2.3 不同浓度CO2处理对青稞FAV影响

游离脂肪酸（FAV）作为脂质氧化和水解反应的重要产物之一，被认为是粮食裂变的特征指标[20]。如图3所示，青稞的FAV值随储藏时间延长呈逐渐增加。与对照组相比，储藏在高浓度CO2气调环境中青稞样品的FAV值较低。尤其在经过100 d储藏后，CK组青稞FAV值增至26.82 mg KOH/100 g，超过稻谷脂肪酸安全值（25 mg KOH/100 g），而高浓度CO2气调组（20%，50%和80%）的FAV值分别为21.56，23.88和19.13 mg KOH/100 g，说明在常规储藏的青稞样品中脂质水解和氧化作用更快，表明高浓度CO2的CA储藏可显著抑制脂质水解速率，维持储藏质量。

图3 不同处理对青稞脂肪酸值的影响

2.4 不同浓度CO2处理对青稞过氧化值影响

过氧化值是粮食储藏油脂氧化酸败的重要指标之一。通常认为过氧化值越高，青稞油脂氧化程度越严重[21]。由图4可知，随着储藏时间延长，过氧化值呈先增加后下降趋势。试样储藏至75 d时，对照组和20% CO2气调组的过氧化值提前出现峰值（2.18 meq/kg和1.86 meq/kg），随后缓慢下降。而50%CO2和80% CO2处理组的过氧化值仍处于缓慢上升阶段。说明高CO2气调处理能明显减缓过氧化值上升速率，延缓青稞的油脂氧化。在青稞储藏100 d时，CK组与CO2气调组（20%，50%和80%）的过氧化值分别由储藏前的0.62 meq/kg分别增加至1.98，1.73，1.51和1.33 meq/kg。高浓度CO2气调储藏的青稞过氧化值均低于常规储藏组，这可能与CO2气调通过调控脂质代谢、抑制油脂氧化酸败、提高储藏品质有关。

图4 不同处理对青稞相过氧化值的影响

2.5 不同浓度CO2处理对青稞过氧化氢酶活力影响

过氧化氢酶活力通常被认为是衡量粮食储藏新鲜程度的重要指标[22]。如图5所示，随储藏时间延长，试样过氧化氢酶活力逐渐下降。青稞经100 d储藏后，CK组过氧化氢酶活力降低至47.62 mg H2O2/g，CO2气调组（20%，50%和80%）的过氧化氢酶活力分别降低至50.21，53.20和58.85 mg H2O2/g，且CO2浓度越高，其酶活力下降速率越缓慢。研究结果表明高浓度CO2气调效果比常规储藏效果显著。这可能与在较高CO2分压条件下，青稞籽粒细胞呼吸作用被加强，导致过氧化氢酶结构及催化性质被破坏，促使青稞新鲜度降低有关[23]。

图5 不同处理对青稞过氧化氢酶活力的影响

2.6 不同浓度CO2处理对青稞相对电导率影响

相对电导率（RLR）是衡量谷物籽粒细胞衰老程度、评估组织活力的重要生理指标[24]。如图6所示，RLR随储藏时间延长呈上升趋势。在试样储藏100 d内，与经CO2气调处理组相比，对照组RLR更高，第100天时达59.3%，分别是20% CO2，50% CO2和80% CO2处理组的1.096，1.07和1.145倍。此外，在80% CO2气调储藏条件下青稞试样的RLR含量在整个贮藏期内增加量最低（35.3%～51.8%）。结果表明80% CO2的CA条件能显著抑制细胞呼吸作用，有效保护青稞籽粒细胞，维持较高生理品质。

图6 不同处理对青稞相对电导率的影响

3 结论

储藏100 d内，与常规储藏相比，气调储藏对青稞整体视觉质量、水分、脂质氧化程度及相对电导率均有显著影响。且随CO2浓度升高，试样的脂肪酸氧化、水解及酸败速率缓慢，细胞损伤程度明显降低。此外，80% CO2气调组能显著维持组织水分含量，抑制青稞FAV值增加，提高机体抗氧化与应激能力，延缓相对电导率增加，保持样品外观色泽和新鲜度。综上所述，高CO2气调处理（80% CO2和3% O2）抑制采后青稞陈化速率效果最佳，对其储藏品质维持较好。