硅窗氣調(diào)包裝對大米儲藏品質(zhì)的影響*

肖榕暉

（福建省糧油科學技術(shù)研究所，福建 福州 350002）

大米在儲藏的過程中極易受到陳化、霉變、受潮等危害，嚴重影響大米的儲藏時間和營養(yǎng)口感[1]。我國每年有大量的收獲的水稻需要進行儲藏，但是由于大米在加工完成后失去了稻殼的保護，在儲藏過程中容易受到外界溫度、濕度等因素的影響，從而降低大米的品質(zhì)[2]。

氣調(diào)儲藏是指在大米包裝物中填充二氧化碳、氮氣等氣體，以降低包裝袋內(nèi)的氧氣濃度，從而降低大米的呼吸強度，減少害蟲和霉菌活動[3]。研究表明，在包裝袋內(nèi)填充氮氣且濃度達到95%以上時，不僅可以起到大米保鮮的作用，還能減少大米的營養(yǎng)損失[4]。

硅窗氣調(diào)是通過在包裝盒或包裝袋上鑲嵌一定面積的硅橡膠膜，利用硅橡膠膜良好的透氣性能和對CO2和O2合適的透過比來達到自動調(diào)節(jié)包裝容器內(nèi)氣體成分組成的一種氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)[5]。硅橡膠膜對包裝內(nèi)的氣體含量、組成比例具有一定的調(diào)節(jié)作用。根據(jù)果蔬、谷物等不同農(nóng)產(chǎn)品的生理特性，在包裝材料中使用一定面積的硅橡膠膜來調(diào)節(jié)并維持穩(wěn)定適宜的儲藏環(huán)境，能夠有效延長農(nóng)產(chǎn)品的貨架期，且具有高效、節(jié)能、便利等特點。因此，硅窗氣調(diào)保鮮技術(shù)在短時間內(nèi)引起國內(nèi)外眾多學者的高度關(guān)注，并在果蔬與谷物的儲藏保鮮中得到廣泛應(yīng)用。

本文著重對硅窗氣調(diào)法在大米儲藏過程中的應(yīng)用，以及對大米的儲藏穩(wěn)定性及品質(zhì)變化展開研究。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮大米：由福州某米業(yè)有限公司提供，初始平均含水量為12.87%；

FC-8硅橡膠膜：中科院蘭州物理化學所生產(chǎn)；

UV-754 分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：東西儀(北京)科技有限公司；

二硝基水楊酸：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 包裝儲藏方式[5,6]

分別稱取大米1 kg采用編織袋、復(fù)合袋包裝。復(fù)合袋包裝的大米：用真空包裝機包裝，使真空度達到－0.01 MPa；

另一組在復(fù)合袋包裝側(cè)壁中央切開一個0.5 cm2等不同面積的窗口，這些窗口用FC-8 硅橡膠膜覆蓋，形成一個有硅窗的包裝盒。使用氣調(diào)的氣體組合是：5% O2和10% CO2，85%的N2作為填充氣。

3種方式各封裝6袋，于人工氣候箱中模擬儲藏（溫度30 ℃、濕度60%），間隔30 d取樣測定1次。

1.2.2 還原糖含量

用二硝基水楊酸法（DNS顯色法）測定大米中的還原糖含量[7]。

1.2.3 大米質(zhì)構(gòu)測定

參考戰(zhàn)旭梅等描述的方法[8]，大米經(jīng)處理后蒸煮成米飯，測定米飯的硬度、彈性、黏度。其中，大米粘度降低率按照以下公式計算：

大米粘度降低率=（大米起始粘度－不同天數(shù)后大米粘度）/大米起始粘度×100%

1.2.4 谷物寄生昆蟲種群繁殖抑制率的檢測

大米寄生昆蟲種群繁殖抑制率的檢測參考鐘建軍等報道的方法[9]進行。實驗用的谷物寄生昆蟲來源于某糧食倉庫，經(jīng)采集后人工培養(yǎng)3代以上。其中，赤擬谷盜用過80目的全麥粉、酵母按9:1的比例配成的飼料飼養(yǎng)；玉米象以小麥作為飼料飼養(yǎng)；銹赤扁谷盜用燕麥片、全麥粉、酵母按6:3:1的比例配成的飼料飼養(yǎng)。飼養(yǎng)溫度為(27±2)℃，相對濕度為(70±5)%，隨機挑選成蟲（羽化3 d）開展試驗。

分別取30頭赤擬谷盜、玉米象、銹赤扁谷盜成蟲放入裝有飼料的試驗昆蟲盒內(nèi)，用紗布封口，隨后放入大米堆內(nèi)部，每個處理重復(fù)3次，設(shè)對照試驗組（普通常壓儲藏）與硅窗氣調(diào)儲藏實驗組。培養(yǎng)14 d實驗結(jié)束后取出昆蟲盒觀察成蟲的存活情況，記錄試蟲的存活數(shù)，并按照以下公式計算種群繁殖抑制率：

昆蟲種群繁殖抑制率=（對照組平均含蟲個數(shù)－處理組平均含蟲個數(shù)）/對照組平均含蟲只數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 包裝方式對大米還原糖含量的影響

由圖1曲線可以看出：真空儲藏及硅窗氣調(diào)儲藏的大米還原糖含量均隨著儲藏時間延長而緩慢遞增；用編織袋包裝大米的還原糖含量則隨儲藏時間延長，而呈現(xiàn)出先陡增而后緩慢下降的趨勢，含量在90 d時達到峰值之后不斷降低。

圖1 包裝方式對大米還原糖含量的影響

以上結(jié)果可能是由于編織袋包裝無法有效阻礙大米接觸空氣中的水分與氧氣，使大米中的淀粉顆粒在淀粉酶的作用下發(fā)生緩慢降解，從而導(dǎo)致還原糖含量增加。大米中還原糖含量下降，可能是由于還原糖分子中的游離羥基、醛基等還原基被氧化所致；此外，編織袋包裝為微生物的生長提供有利環(huán)境，還原糖因微生物的生長繁殖，被快速消耗，導(dǎo)致含量下降。相比較3種不同的包裝方式，硅窗復(fù)合包裝大米的還原糖含量在儲藏過程一直持續(xù)較低。這表明，硅窗復(fù)合袋包裝對延緩淀粉分解為還原糖具有一定的阻滯作用。

2.2 不同包裝方式對大米硬度的影響

蒸煮米飯的質(zhì)構(gòu)特性可以反映大米經(jīng)儲藏后的陳化劣變程度。由圖2可見，3種包裝方式下米飯的硬度均隨著儲藏時間的增加而呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，90 d時米飯的硬度達到最大。編織袋包裝大米的硬度大于抽真空包裝與硅窗氣調(diào)包裝，并且硅窗氣調(diào)包裝大米米飯的硬度增加趨勢最為緩慢。分析其原因，可能是與大米的陳化程度有關(guān)。有研究表明，大米陳化后不溶性直鏈淀粉含量增加，不溶性直鏈淀粉含量與蒸煮大米的硬度呈正相關(guān)，與粘度呈負相關(guān)[10]。此外，陳化大米中蛋白質(zhì)的溶解性降低以及與淀粉的相互作用的改變也是導(dǎo)致大米硬化的原因之一[11,12]。

隨著儲藏時間的增加，在大米儲藏前期米飯淀粉老化速度加劇，與蛋白質(zhì)的結(jié)合緊密，使米飯硬度增加[13]。真空包裝與硅窗氣調(diào)包裝能夠有效延緩大米的陳化速度，從而阻礙了大米硬度的增加。

圖2 不同包裝方式對大米硬度的影響

2.3 不同包裝方式對大米彈性的影響

蒸煮米飯的彈性表示米飯受到擠壓在一段時間內(nèi)恢復(fù)形變的能力，由圖3可以看出隨儲藏時間的延長，大米經(jīng)蒸煮后彈性逐漸降低。且采用編織袋包裝的大米蒸煮后彈性下降最為顯著，抽真空包裝次之，采用硅窗復(fù)合袋包裝的大米在儲藏末期其蒸煮米飯彈性略有下降。可能是由于大米因在儲藏過程中由于陳化品質(zhì)下降，在蒸煮過程中米粒腹、背部因吸水率差異而引起以上2個部分局域體積膨脹不一致產(chǎn)生龜裂，淀粉膠束樣復(fù)合物因龜裂而結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)松散狀，導(dǎo)致米飯失去原有的彈性[14,15]。

圖3 不同包裝方式對大米彈性的影響

2.4 不同包裝方式對大米黏度的影響

大米的粘度是影響大米食味性的重要指標之一，研究表明，大米的粘度與大米中支鏈淀粉與直鏈淀粉含量比密切相關(guān)，大米糊化漸冷卻時，在淀粉分子之間，特別是直鏈淀粉分子之間發(fā)生一些重新聚合所帶來的粘度增加值，此時發(fā)生了淀粉分子的回生或重排。隨著儲存時間的增加，大米的回生值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，大米糊化冷卻后再老化的速率上升，導(dǎo)致大米的粘度下降。大米粘度的變化主要受儲藏溫度、儲藏時間、大米自身的緩慢呼吸代謝過程等因素的影響。合理的儲藏方式將會延緩大米粘度的下降率，如圖4所示，與常規(guī)編織袋包裝以及抽真空包裝相比較，硅窗氣調(diào)包裝能夠有效降低大米在儲藏過程中的粘度下降率，大米粘度降低率減少約20%。

圖4 不同包裝方式對大米粘度的影響

2.5 硅窗氣調(diào)儲藏對谷物寄生昆蟲種群繁殖抑制率的影響

谷物寄生昆蟲在其生活中對濕度的要求有適生濕度、最適濕度、不活動濕度和致死濕度之分。赤擬谷盜、玉米象、銹赤扁谷盜屬于糧食蛀食性害蟲，因此糧食中的水分含量會直接影響各蟲態(tài)的生長發(fā)育與行為活動。在一定的溫度條件下，糧食水分含量愈低，谷物寄生昆蟲的死亡率愈高。其中，玉米象在糧食水分含量8%以下時不能進行正常的生命活動，水分含量在9.5%時能產(chǎn)少數(shù)卵，但不能孵化，當水分水分含量在9%以下時雌成蟲則完全停止產(chǎn)卵[16]。由圖5所示，硅窗氣調(diào)包裝對銹赤扁谷盜和玉米象具有較強的種群繁殖抑制作用，其中對赤擬谷盜的種群抑制率較強，平均抑制率為52.36%，對銹赤扁谷盜與玉米象的種群繁殖抑制率亦均達到40%以上，分別為47.61%與44.12%。硅窗氣調(diào)包裝能夠有效阻礙空氣中的水分滲透進入包裝袋內(nèi)，并且可以通過調(diào)節(jié)大米的緩慢呼吸代謝過程，從而降低大米代謝水分的產(chǎn)生，對有效抑制谷物寄生昆蟲的繁殖發(fā)揮重要作用。

圖5 硅窗氣調(diào)包裝對谷物寄生昆蟲種群繁殖抑制率的影響

2.6 大米包裝袋較優(yōu)硅窗面積的選擇

如圖6所示，對包裝材料不同硅窗面積進行探討發(fā)現(xiàn)，當硅窗面積由0.25 cm2增加至0.5 cm2時，能夠顯著抑制大米中還原糖含量的升高。然而隨著硅窗面積的進一步分別增加至1.0、2.0 cm2時，隨著儲藏時間的延長，大米中還原糖含量并未呈現(xiàn)出較大的變化，表明當硅窗面積占總包裝面積的0.5 cm2時，即可有效抑制大米自身的呼吸代謝作用，并降低淀粉酶活性，延緩大米品質(zhì)的劣變過程。因此，考慮到生產(chǎn)成本與實際生產(chǎn)需要，將硅窗面積定為0.5 cm2即為最佳選擇面積。

圖6 不同硅窗面積對大米還原糖含量的影響

3 小結(jié)

大米在儲藏過程中品質(zhì)易發(fā)生變化甚至劣變，主要表現(xiàn)為：米飯的硬度增加，彈性降低，口感變差等。抽真空儲藏及硅窗氣調(diào)儲藏的大米還原糖含量隨儲藏時間的延長緩慢增加，編織袋包裝的大米還原糖含量呈先上升后下降的趨勢。在180 d的儲藏期內(nèi)3種包裝方式儲藏的大米樣品其蒸煮米飯的硬度、粘度、彈性皆隨儲藏時間延長而下降，但其中硅窗氣調(diào)保藏大米的陳化速度低于編織袋包裝與抽真空包裝。這表明硅窗氣調(diào)法在大米儲藏過程中能夠有效阻止大米因自身生理生化反應(yīng)、酶促分解以及微生物滋生等因素導(dǎo)致的品質(zhì)劣變過程。通過對硅窗面積的探討發(fā)現(xiàn)當硅窗面積為0.5 cm2時，即可有效降低大米在儲藏過程中的品質(zhì)劣變，并抑制谷物寄生昆蟲的繁殖，發(fā)揮對大米的保鮮功能，因此，硅窗氣調(diào)包裝在大米保鮮儲藏中具有廣闊的開發(fā)潛力與應(yīng)用前景。