储藏条件与优质籼稻品质变化关系的研究

舒在习，陈一帆，张 威，王平坪，戴 煌

（武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉 430023）

稻谷是我国最主要的粮食作物，大米全年消费量约1.4 亿吨，在我国粮食安全中占有极其重要的地位。稻谷在储藏过程中仍在进行新陈代谢活动，导致其数量和质量下降。研究表明，储藏条件的优化可以有效延缓稻谷品质的劣变速度。在储藏条件中，温度、水分含量、气体成分是重要的环境因子，在不同程度上影响稻谷的品质变化。Ahmad 等研究发现在低温下储藏的稻米品质明显好于高温下的稻米。稻谷含水量是影响其储藏稳定性的关键因素，也直接影响到稻谷储藏期间的品质。Sun 等的研究表明采用高浓度CO气调储藏稻谷可以减缓稻谷储藏期间的品质劣变速度。

稻谷在储藏期间的品质主要是指理化品质和蒸煮食用品质，而表征稻谷理化品质与蒸煮食用品质的指标众多，且指标之间有交互和重叠的现象。Zhao等的研究表明，短链支链淀粉含量较高的大米食用品质好，Xu 等认为，总体呈低蛋白质含量、低直链淀粉含量状态的稻谷食用品质好。脂肪酸含量变化作为衡量稻谷品质变化的敏感性理化指标，也反映了其食用品质的劣变程度。米汤固形物和碘蓝值的下降对米饭的光泽、口感和味道有影响，表明稻米食用品质出现劣变，很大程度上体现了淀粉结构的变化。米饭食味计与感官评价趋势一致，说明米饭食味计测得的米饭质构等指标能客观体现稻米食味品质。众多品质指标纷繁复杂，可以采用主成分分析法进行数据处理，包括降维和可视化，获得具有代表性的品质评价指标。

储藏条件中的温度、水分含量、气体成分对优质籼稻的品质变化无疑具有重大影响，但这3 个因子对品质的影响程度是有差别的。目前的研究大多集中于其中1 个因子或2 个因子对不同稻谷品种或不同品质指标的影响，并未研究储藏条件对品质特征指标影响的主次关系。因此探明影响优质籼稻品质变化的主次因子，对于有针对性地开发稻谷保质储藏技术，有效减缓储藏期间品质下降具有重要指导意义。

本文依据不同储藏温度、水分含量和气体成分交叉设计出21 种储藏模式，定期检测每种储藏模式下优质籼稻的16 项品质指标，通过主成分分析法对所测指标进行降维处理，获得具有代表性的品质特征指标，并将代表性特征指标和3 种储藏环境因子进行相关性分析，以期探明储藏条件对优质籼稻品质的影响，明确影响优质籼稻品质变化的主次环境因子，为研发优质籼稻保质储藏技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

优质籼稻“丰优22” 产地湖北省沙洋县；普通包装袋（材料PE，规格220 mm×330 mm×0.14 mm）、气调包装袋（材料PA，规格220 mm×330 mm×0.2 mm）武汉市九益包装制品有限公司；氮气 纯度99.9%，武汉市明辉气体科技有限公司；无水乙醇、95%乙醇、氢氧化钾、氢氧化钠、冰乙酸 分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；碘 分析纯，湖北大学化工厂；碘化钾 分析纯，武汉市江北化学试剂有限责任公司。

AL204 电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JSFM-1 粮食水分测试磨 成都施特威科技发展公司；THU358 砻谷机、TM05C 碾米机 佐竹机械（苏州）有限公司；JXFM 锤式旋风磨 上海嘉定粮油仪器有限公司；GZX-9070MBE 数显鼓风干燥箱、HHS 电热恒温水浴锅 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；SATAKE 米饭食味鉴定团、SATAKE 米饭硬度黏度计 佐竹机械（苏州）有限公司；DZQ45L/2真空充气包装机 上海人民包装股份有限公司人民仪表厂；KBF115 恒温恒湿培养箱 德国BINDER；JZDZ-I 脂肪酸值振荡器 国家粮食局成都粮食储藏科学研究所；T6 分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；DDS-11A 型电导率仪 上海雷磁仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 将水分含量13.5%、14.5%、15.5%的优质籼稻样品按表1 的要求分组处理、编号，非气调储藏样品采用普通包装袋包装，每袋1 kg；氮气气调储藏样品采用气调包装袋包装，每袋1 kg，用真空充气包装机充入99.9%氮气并热合袋口，置于相应温湿度的培养箱内模拟储藏，培养箱温度波动范围±0.1 ℃。在模拟储藏期间每隔7 d 检查1 次样品，若发现害虫及时筛理清除；每隔60 d 测定1 次样品水分含量，并与原始水分相比较，采用调质或摊晾措施控制水分含量波动范围不超过0.2%。

表1 样品分组处理与编号Table 1 Experimental sample group processing and numbering

1.2.2 检测指标与方法 新收获的优质籼稻样品分组处理前，测定其黄粒米含量、发芽率、电导率、-淀粉酶活性、脂肪酸值、胶稠度、直链淀粉含量、米汤固形物、碘蓝值和米饭硬度、米饭黏度、米饭平衡度、米饭弹性、外观评分、口感评分、综合评分等指标，分组储藏360 d 后，再测定各组样品的上述指标。

1.2.2.1 黄粒米含量 参考GB/T 5496-1985《粮食、油料检验 黄粒米及裂纹粒检验法》。

1.2.2.2 发芽率 参考GB/T 5520-2011《粮油检验发芽试验》。

1.2.2.3 电导率 随机选取80 粒无损伤稻谷并称重，先用自来水冲洗3 次，再用纯净水冲洗3 次，用滤纸吸干水分，放入装有200 mL 纯净水的加盖锥形瓶中，在25 ℃下浸泡24 h，期间摇匀2～3 次，使用电导率仪测定浸泡液电导率。

1.2.2.4-淀粉酶活性 参考GB/T 5521-2008《粮油检验 谷物及其制品中-淀粉酶活性的测定 比色法》。

1.2.2.5 脂肪酸值 参考GB/T 20569-2006《稻谷储存品质判定规则》中的附录A 测定脂肪酸值。

1.2.2.6 胶稠度 参考GB/T 22294-2008《粮油检验大米胶稠度的测定》。

1.2.2.7 直链淀粉含量 参考GB/T 15683-2008《大米 直链淀粉含量的测定》。

1.2.2.8 米汤固形物和碘蓝值 参照王肇慈稻米蒸煮特性试验方法测定，具体操作步骤如下：

称取相当于7.0 g 干重一级大米的试样置于铜丝笼中，在流水中洗5 遍以淘去米糠，再用蒸馏水洗1 遍，置于200 mL 高型烧杯中，加50 ℃蒸馏水洗至120 mL，在沸水锅中煮20 min（100 ℃开始计时），取出铜丝笼置烧杯上至不再有米汤滴下，将烧杯中米汤冷却至室温。

米汤固形物：将米汤稀释至100 mL，离心后取10 mL 于已知质量的小烧杯中，烘干，称重。米汤固形物以每克干大米的米汤中含有干物质的毫克数来表示。

碘蓝值：取测定米汤固形物的离心液1.0 mL 于约50 mL 蒸馏水中，加入0.5 mol/L HCl 溶液5 mL及0.2 g/100 mL 碘试剂1 mL，定容100 mL，在分光光度计上于波长600 nm 处，用10 mm 比色皿测定吸光度。米汤碘蓝值用吸光度表示。

1.2.2.9 米饭食味品质指标 米饭硬度、米饭黏度、米饭平衡度、米饭弹性、外观评分、口感评分、综合评分使用佐竹机械有限公司配套仪器和规定的米饭制作、测定方法测定。

1.3 数据处理

实验数据使用Excel 统计，采用SPSS 19.0 软件进行标准化处理、主成分分析、pearson 相关性分析。相关性分析显著水平＜0.05、＜0.01，主成分分析采用特征值＞1 提取主成分。

2 结果与分析

2.1 优质籼稻品质指标间相关性分析

由表2 可知，1～21 组黄粒米含量均未超过1.0%，符合国家标准《稻谷》的规定，且不同组别之间差异不大，说明该指标变化不灵敏。所有实验组电导率、脂肪酸值、胶稠度、直链淀粉含量均较初始值上升，发芽率、-淀粉酶活性、米汤固形物、碘蓝值均较初始值下降，其中脂肪酸值、发芽率、米汤固形物、碘蓝值变化规律明显。通过不同组别间的实验结果对比分析发现，随着储藏温度的升高和水分含量的增大，脂肪酸值的上升率增加，1 组（15 ℃、13.5%）、10组（20 ℃、14.5%）、12 组（25 ℃、14.5%）、21 组（30 ℃、15.5%）上升率分别为18%、52%、59%、127%。第21 组脂肪酸值上升至39.5 mg KOH/100 g，超过籼稻“宜存”范围，说明在温度30 ℃、水分含量15.5%条件下优质籼稻储藏期不宜超过1 年。发芽率的下降率呈现类似的规律性，1 组、10 组、12 组、21 组下降率分别为11%、23%、34%、100%。第21 组发芽率降至0%，稻谷籽粒全部失活。同时发现，在储藏温度、水分含量相同的情况下，氮气储藏组品质变化率小于空气储藏组，说明氮气储藏具有延缓品质变化的作用。

表2 不同条件下优质籼稻“丰优22”储藏前后理化品质的变化Table 2 Changes of physical and chemical quality of high-quality indica rice "Fengyou 22" before and after storage under different conditions

米饭平衡度（米饭黏度/米饭硬度）能综合反映米饭黏度和米饭硬度的变化情况，与米饭的质构密切相关。由表3 可知，随着储藏温度的升高和水分含量的增大，米饭平衡度的下降率增加，1 组（15 ℃、13.5%）、10 组（20 ℃、14.5%）、12 组（25 ℃、14.5%）、21 组（30 ℃、15.5%）下降率分别为39%、59%、61%、72%。在360 d 储藏期内，米饭外观评分、口感评分和综合评分均较初始值下降，随着储藏温度的升高和水分含量的增大，3 项评分值的下降率均增加，1 组、10 组、12 组、21 组外观评分的下降率分别为16%、21%、30%、38%，口感评分的下降率分别为23%、30%、36%、42%，综合评分的下降率分别为9%、14%、18%、23%。与理化品质类似，氮气储藏也有延缓食味品质变化的作用。

表3 不同条件下优质籼稻“丰优22”储藏前后米饭食味品质的变化Table 3 Changes in the eating quality of high-quality indica rice "Fengyou 22" before and after storage under different conditions

对21 组不同储藏条件下的优质籼稻样品储藏360 d 后所检测的16 个指标进行相关性分析，结果如表4 所示。黄粒米含量与脂肪酸值、碘蓝值呈显著正相关（＜0.05）；发芽率与脂肪酸值、米饭黏度、米饭平衡度、外观评分、口感评分、综合评分呈极显著相关（＜0.01），与米汤固形物、米饭硬度、米饭弹性呈显著相关（＜0.05）；电导率仅与米饭黏度呈显著负相关（＜0.05）；脂肪酸值与米饭平衡度、米饭弹性、综合评分呈显著负相关（＜0.05），与外观评分、口感评分呈极显著负相关（＜0.01）；米汤固形物与米饭硬度、米饭黏度、米饭平衡度呈极显著相关（＜0.01），与外观评分、口感评分、综合评分呈显著相关（＜0.05）；米饭硬度与米饭平衡度呈极显著负相关（＜0.01），与米饭黏度、外观评分、口感评分、综合评分呈显著负相关（＜0.05）；米饭黏度与米饭平衡度呈极显著正相关（＜0.01），与外观评分、口感评分、综合评分呈显著正相关（＜0.05）；米饭平衡度与外观评分、口感评分、综合评分呈极显著正相关（＜0.01）；米饭弹性与外观评分、口感评分呈显著相关（＜0.05），与综合评分呈极显著相关（＜0.01）；外观评分与口感评分、综合评分呈极显著正相关（＜0.01）；口感评分与综合评分呈极显著正相关（＜0.01）。

表4 优质籼稻“丰优22”品质指标间相关系数矩阵Table 4 Correlation coefficient matrix between “Fengyou 22” quality indicators

由此可见，各指标之间的信息相互重叠，互相影响，关系很复杂，给统计分析带来较大的困难，有必要采用主成分分析法将较多的指标简化为少数几个代表性指标。

2.2 优质籼稻品质指标主成分分析

对所测得的16 个指标进行主成分分析，筛选出少数能充分反映多个指标所提供信息的关键性指标。由表5 得知，排名前3 的成分方差贡献率分别为40.594%、15.097%和10.935%，比重较大，排名前5 的主成分累积贡献率达到81.055%＞80%，且特征值均大于1，表明将16 个指标综合为5 个主成分可以反映优质籼稻品质情况的大部分信息。

表5 主成分特征值及贡献率Table 5 Principal component eigenvalues and contribution rate

从表6 可知，对第一个主成分贡献较大的是发芽率、脂肪酸值、米汤固形物、米饭硬度、米饭黏度、米饭平衡度、外观评分、口感评分、综合评分，其中，发芽率的正载荷量最大，大部分指标随着稻谷新鲜度的降低而降低，因此定义为“新鲜度因子”，结合表7 可知，其回归方程为：

表6 成分矩阵Table 6 Component matrix

表7 主成分的特征向量Table 7 Eigenvectors of principal components

第二个主成分中电导率的正载荷量最大，电导率体现稻谷细胞膜的完整度、通透性。因此将其定义为“完整因子”，其回归方程为：

第三个主成分中碘蓝值的正载荷量最大，碘蓝值与稻米胚乳淀粉结构的变化相关，因此将其定义为“结构因子”，其回归方程为：

第四个主成分中直链淀粉含量的正载荷量最大，指标体现稻谷直链淀粉含量的变化，因此将其定义为“成分因子”，其回归方程为：

第五个主成分中直链淀粉含量的正载荷量仍然最大，胶稠度的正载荷量次之，胶稠度反映的是米胶在冷却后的延展性及米饭的延展性，因此将其定义为“延展因子”，其回归方程为：

综合主成分得分F 与5 个主成分（F、F、F、F、F）的回归方程如下：

F=0.501F+0.186F+0.135F+0.096F+0.082F

综上所述，综合主成分得分F 与指标X 之间的回归方程如下：

从表8 不同储藏条件下的21 组样品各主成分得分、综合得分和排名结果可以看出，排名前三的是第9、第1 和第2 组，储藏温度、水分含量和是否气调分别是20 ℃、14.5%和氮气气调，15 ℃、13.5%和非气调，20 ℃、13.5%和氮气气调。排名后三的是第21、第13 和第14 组，储藏温度、水分含量和是否气调分别是30 ℃、15.5%和非气调，30 ℃、14.5%和氮气气调，30 ℃、14.5%和非气调。综合得分排名与实际情况较一致，储藏温度越高品质劣变越快，气调储藏可以减缓品质劣变程度，说明主成分分析法在分析所测16 个指标时保留了绝大部分信息，较为真实地反映了品质变化的实际状况。

表8 主成分得分及综合得分排名Table 8 Principal component score and comprehensive score ranking

综合上文的成分矩阵表和对应解析内容以及综合得分情况，选择发芽率、电导率、碘蓝值和直链淀粉含量作为优质籼稻“丰优22”的品质特征指标。

2.3 品质特征指标与储藏条件的相关性分析

将4 个品质特征指标与3 种储藏条件进行Pearson相关性分析，气调方式赋值O浓度0%，非气调方式赋值O浓度21%，结果如表9 所示。

表9 品质特征指标与储藏条件的相关系数Table 9 Correlation coefficient of quality characteristic index and storage condition

由表9 可知，储藏温度与发芽率呈极显著负相关（＜0.01）；水分含量与碘蓝值呈极显著正相关（＜0.01）；气体成分与电导率呈显著负相关（＜0.05）。储藏温度对优质籼稻品质影响最大，水分含量影响次之，气体成分影响最小。

3 结论

将不同水分含量的优质籼稻，在不同温度和不同气体成分条件下储藏360 d，测定储藏前后样品的理化、生理生化和食味品质指标的变化，对所测指标进行相关性分析和主成分分析，并求得主要特征指标与储藏条件之间的相关系数。研究发现，不同指标之间的信息相互重叠、互相影响、关系复杂；降维得到的4 个具有代表性的品质特征指标是发芽率、电导率、碘蓝值和直链淀粉含量，这4 个主要指标可以反映优质籼稻品质情况的大部分信息；储藏条件中温度对优质籼稻品质影响最大，水分含量影响次之，气体成分影响最小。本研究对储藏条件与优质籼稻品质变化关系进行探索，其结果为开发优质籼稻保质储藏技术提供理论依据，建议在储藏生产实践中，首先考虑控温储藏技术，其次是控水储藏技术，再次是气调储藏技术；在经济条件允许的情况下，逐步实现控温、控水和气调相结合的综合储藏技术。