真空包裝糙米儲藏過程中品質(zhì)變化分析

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(1.浙江工業(yè)大學 食品工程與質(zhì)量控制研究所,浙江 杭州 310014;2.杭州市糧油中心檢驗監(jiān)測站,浙江 杭州 310014;3.杭州市糧食收儲有限公司,浙江 杭州 310014)

稻谷是我國第一大糧食作物,其消費量占我國糧食總量的59%左右,是我國流通和消費量最多的糧種,也是我國主要的儲備糧,占糧食總儲備的50%以上[1]。但我國稻谷傳統(tǒng)的原糧儲藏方式存在容積率低、塵埃附著性強和稻殼中農(nóng)殘遷移率高等問題[2]。與稻谷相比,糙米儲藏可以減少20%的重量和30%的運輸體積,并降低10%的流通成本、節(jié)省30%的倉容,是稻谷儲藏的有效替代形式之一。但由于脫除了外層穎殼的保護,糙米在儲藏過程中更易出現(xiàn)陳化現(xiàn)象,造成品質(zhì)劣變,表現(xiàn)為脂肪酸值升高、蛋白質(zhì)降解和生理活性降低等[3],如何減緩儲藏過程中糙米品質(zhì)的劣變,是糙米儲藏過程重點關注的問題。

糙米初始含水率、儲藏溫度和包裝方式是影響糙米儲藏過程品質(zhì)變化的3個主要因素。由于保留了完整的胚,糙米在氧氣存在的條件下會因呼吸活動旺盛而加速陳化變質(zhì)[4],因此隔絕氧氣的真空包裝是糙米儲藏和運輸?shù)膬?yōu)選包裝方式。目前,我國糧食包裝主要為塑料編織袋、復合塑料袋等,防潮性和阻隔性較差,糧食易受潮、發(fā)霉和生長害蟲[5]。筆者研究了不同初始含水率和儲藏溫度對真空包裝糙米儲藏期間各理化指標及質(zhì)構特性等的影響,分析糙米最適宜的儲藏條件和延緩品質(zhì)劣變的方法,為糙米儲藏工藝條件的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 糙米樣品

稻谷樣品為浙江省本地粳稻,經(jīng)脫殼加工得到糙米樣品,分別調(diào)節(jié)初始含水率為13.5%,16%,18%。

1.2 主要實驗儀器

HWS智能型恒溫恒濕箱,寧波江南儀器廠;RXZ智能型人工氣候箱,寧波江南儀器廠;DDS-307電導率儀;759UV型紫外可見分光光度計,上海奧譜勒儀器有限公司;Allegra 64R Centrifuge臺式高速冷凍離心機;HunterLab ColorQ色差儀;TAXT Plus物性測試儀;HYJD超純水器,杭州永潔達凈化科技有限公司;PASS-JL精米機(SB-027)。

1.3 試驗方法

1.3.1 模擬儲藏方式

分別將不同含水率的糙米樣品(500 g)用透明真空包裝袋包裝,抽真空后置于恒溫恒濕箱中儲藏,分別模擬糧食儲藏低溫庫、準低溫庫和標準常溫庫的溫度,將恒溫恒濕箱的溫度分別控制在4,16,30 ℃,濕度75%,儲藏期間每隔1個月取樣測定各指標。

1.3.2 相關指標測定方法

糙米含水率按照GB 5497—1985中105 ℃恒質(zhì)量法測定;發(fā)芽率按照GB/T 5520—2011測定;脂肪酸值按照GB/T 15684—2015測定,結果以每100 g樣品消耗氫氧化鉀毫克數(shù)表示;直鏈淀粉按照GB/T 15683—2008測定;過氧化氫酶按照GB/T 5522—2008測定,結果以每克樣品消耗過氧化氫毫克數(shù)表示;丙二醛參考《植物生理學試驗教程》中的方法測定;色澤使用HunterLab ColorQ色差儀測定;質(zhì)構特性(黏著性、硬度)使用質(zhì)構儀測定;電導率測定參照李洪洋等[6]的方法。

2 結果與分析

2.1 糙米儲藏過程中發(fā)芽率變化

如圖1所示,隨著儲藏時間的延長,不同儲藏條件下糙米的發(fā)芽率均呈下降趨勢。其中溫度對糙米發(fā)芽率的影響極其顯著(P<0.01),溫度越高,糙米發(fā)芽率下降趨勢越快,4 ℃儲藏的糙米到第5個月時發(fā)芽率仍大于85%,而30 ℃儲藏的糙米到第4個月時,13.5%和16%含水率的糙米發(fā)芽率已降為0。詹啟明等[7]的研究表明:不管是氣調(diào)儲藏還是常規(guī)儲藏的糙米,其發(fā)芽率均隨著儲藏時間的延長而降低,且于35 ℃高溫儲藏下的糙米的發(fā)芽率的下降速率明顯快于其他較低溫度下儲藏的糙米。經(jīng)分析,認為是由于長時間的高溫儲藏破壞了籽粒胚的活性,從而嚴重損傷籽粒的發(fā)芽能力,使得糙米基本失去了活性。除儲藏溫度外,糙米樣品發(fā)芽率均隨著初始含水率的降低而逐漸升高,30 ℃儲藏時,13.5%含水率的糙米發(fā)芽率比18%的高32.7%。

圖1 儲藏過程中糙米發(fā)芽率的變化Fig.1 Changes in germination rate of brown rice during storage

2.2 糙米儲藏過程中電導率變化

程建華等[8]研究表明:隨著儲藏時間的延長,細胞膜結構逐漸松散破裂,細胞半透膜的通透性增加,細胞內(nèi)的電解質(zhì)和可溶性物質(zhì)流失,造成種子生活力降低,因此糙米浸出液的電導率越高,糙米生活力越差。童茂斌等[4]的研究表明:隨著儲藏時間的延長,糙米浸出液的電導率呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢,且這種變化趨勢隨著儲藏溫度的升高而越為明顯。從圖2可以看出:糙米電導率隨儲藏時間的增加而逐漸增大,含水率對糙米電導率的影響極其顯著(P<0.01),初始含水率越高,糙米的電導率增加越快。30 ℃儲藏5個月后,含水率為18%的糙米電導率增加到78.6 μS/cm,相比于含水率13.5%的糙米高了18.98 μS/cm。溫度對糙米電導率的影響也極其顯著(P<0.01),初始含水率為18%的糙米于30 ℃儲藏5個月時,糙米的電導率達到78.9 μS/cm,比18 ℃下儲藏的糙米的電導率高16.7 μS/cm,而4 ℃下儲藏的糙米的電導率只有56.5 μS/cm,這是因為高溫會通過脂質(zhì)過氧化作用破壞膜結構的完整性,細胞膜透性增強,細胞中電解質(zhì)滲漏,導致浸出液電導率急劇上升[9]。

圖2 儲藏過程中糙米電導率的變化Fig.2 Changes in conductivity of brown rice during storage

2.3 糙米儲藏過程中丙二醛(MDA)變化

從圖3可以看出:各儲藏條件下,糙米的丙二醛含量(MDA)均隨著儲藏時間的延長而呈增加。分析認為儲藏溫度對糙米MDA值的影響極其顯著(P<0.01),儲藏溫度越高,相同含水率的糙米的MDA值上升越快。在相同含水率條件下,4 ℃和16 ℃儲藏糙米的MDA差異不顯著,30 ℃和16 ℃差異顯著(P<0.05),而4 ℃和30 ℃差異極顯著(P<0.01)。含水率對MDA值的影響不顯著(P>0.05)。這與李宏洋等[6,10]的研究結果一致。低溫會抑制脂質(zhì)的氧化反應,所以MDA的積累也較少,而高溫則加速脂肪氧化,生成氫過氧化物,并快速分解為MDA。隨著儲藏時間的延長,糙米活力逐漸喪失,從而減緩了MDA的生成量,且持續(xù)高溫會引起部分MDA的揮發(fā),從而導致其含量下降。

圖3 儲藏過程中糙米丙二醛濃度的變化Fig.3 Changes in Malondialdehyde content of brown rice during storage

2.4 糙米儲藏過程中直鏈淀粉變化

糙米直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)是決定大米蒸煮結構特性的主要因素[11]。從圖4可以看出：直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)隨著儲藏時間的延長而增加,儲藏溫度對糙米中直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)的影響極其顯著(P<0.01)。尤其是在30 ℃條件下儲藏時,含水率18%的糙米中直鏈淀粉含量從9.17%上升到了14.95%,相比于16 ℃和4 ℃儲藏糙米的11.58%和10.85%,其增加趨勢尤其明顯。同一溫度下,糙米含水率對其直鏈淀粉含量的影響極其顯著(P<0.01),初始含水率越高,儲藏期間直鏈淀粉增加也越高且越快。因此,通過低溫和低含水率可有效控制儲藏期間糙米中直鏈淀粉的增加。

圖4 儲藏過程中糙米直鏈淀粉的變化Fig.4 Changes in amylose content of brown rice during storage

2.5 糙米儲藏過程中過氧化氫酶活性的變化

儲藏期間糧食在呼吸過程中會產(chǎn)生有氧化作用的過氧化氫,過氧化氫酶活性越高,分解過氧化氫的能力越強,所以過氧化氫酶活性大小在一定程度上可以說明糙米活力的高低[12],糙米儲藏過程中過氧化氫酶活性的變化如圖5所示。隨著儲藏時間的延長,糙米中過氧化氫酶活性會逐漸降低。含水率對過氧化氫酶的影響極其顯著(P<0.01),從圖5中可以看出:30 ℃儲藏條件下變化尤其明顯,13.5%的糙米下降了17.46%,而18%的糙米下降了21.43%,說明含水率越高,酶活性下降越快。同時溫度對過氧化氫酶的影響也極其顯著(P<0.01),30 ℃的儲藏條件會使酶快速降低活性,第5個月18%含水率的糙米在30 ℃的儲藏條件下的過氧化氫酶比16 ℃低14.12%,但4 ℃和16 ℃條件下的過氧化氫酶變化并不顯著,說明高溫會使過氧化氫酶活性快速降低。這可能是高溫會使糙米加速氧化,從而加速MDA的積累,MDA具有強交聯(lián)性質(zhì)可以破壞蛋白質(zhì)的結構和催化功能,而過氧化氫酶是一種敏感型蛋白質(zhì),因此在一定程度上降低了它的活性[13]。

圖5 儲藏過程中糙米過氧化氫酶活性的變化Fig.5 Changes in catalase activity of brown rice during storage

2.6 儲藏過程中糙米脂肪酸值變化

脂肪酸值的變化是反映糧食品質(zhì)劣變程度的重要指標(圖6)。由圖6可知:30 ℃儲藏5個月,18%和13.5%初始含水率糙米的脂肪酸值分別增加了36.74和18.22,說明低含水率有利于糙米的品質(zhì)保持,并對糙米脂肪酸值影響極其顯著(P<0.01)。同時,儲藏溫度也對糙米脂肪酸值影響極其顯著(P<0.01),相同含水率的條件下,4 ℃和16 ℃的糙米樣品的脂肪酸增加速率明顯比30 ℃的糙米樣品低,第5個月時4 ℃儲藏條件下,18%含水率糙米的脂肪酸值為38.37,而30 ℃,18%的糙米脂肪酸達到了56.89,已經(jīng)不適宜食用。微生物在高溫和高含水率的條件下會分泌大量的脂肪酶加速脂肪水解,從而導致脂肪酸值增加迅速[14]。Genkawa等[15]從脂肪酸值角度考慮,低含水率儲藏糙米可以起到與低溫儲藏一樣有效的作用。宋偉等[16]從實驗的角度考慮不同含水率的糙米,低溫條件會延緩脂肪酸值的增加,而低含水率的糙米脂肪酸值增長尤其緩慢。但脂肪酸并非脂質(zhì)酸敗的最終產(chǎn)物,而是處在動態(tài)平衡中的一個中間產(chǎn)物,其性質(zhì)不穩(wěn)定,還可進一步氧化分解為醛、酮類物質(zhì),所以脂肪酸值隨著儲藏時間的延長呈先升高后下降的趨勢[17]。

圖6 儲藏過程中糙米脂肪酸值的變化Fig.6 Changes in fatty acid value of brown rice during storage

2.7 儲藏過程中糙米黏著性和硬度的變化

儲藏過程中糙米黏著性和硬度的變化如表1所示。5個月的儲藏期內(nèi),糙米的質(zhì)構特性變化主要表現(xiàn)為黏度降低和硬度增加。不同儲藏條件下的糙米,蒸煮成米飯后的硬度隨儲藏期延長而有不同程度的增大;黏著性隨儲藏期延長而有不同程度的降低。相同儲藏溫度下的糙米樣品,含水率越高,黏著性越大,硬度也越大:第5個月時在16 ℃儲藏的糙米樣品,含水率為18%的樣品黏著性為-35.7 gs,硬度為841.7 g,而13.5%的樣品黏著性為-45.6 gs,硬度為743.6 g;而同一含水率的糙米樣品,儲藏溫度越高,黏著性也越小,硬度越大:第5個月時含水率為13.5%的糙米在4 ℃時,黏著性為-35.7 gs,硬度為841.7 g,在30 ℃時黏著性為-35.7 gs,硬度為841.7 g。分析認為隨著儲藏時間的延長,不溶性淀粉增加,使糊化溫度提高,淀粉粒的強度增加,使煮出的米飯黏度降低硬度增加。可見低溫和低含水率有利于米飯黏性和硬度的保持。

3 結 論

隨著儲藏時間的延長和儲藏溫度的升高,不同初始含水率糙米的發(fā)芽率、過氧化氫酶活性和黏著性均逐漸降低,而脂肪酸值、電導率、丙二醛含量、直鏈淀粉含量和硬度則逐漸增加。4 ℃儲藏時糙米的各項指標明顯優(yōu)于16 ℃和30 ℃儲藏,如13.5%初始含水率的糙米在4 ℃儲藏5個月后,脂肪酸值升高了7.55,而16 ℃儲藏5個月后升高了10.63;丙二醛升高了0.1 μmol/L,而16 ℃的升高了0.17 μmol/L。同時含水率越高,品質(zhì)劣化越明顯,如4 ℃下儲藏5個月時,含水率16%的糙米比13.5%的糙米的脂肪酸值高13.74,而過氧化氫酶活性低1.59%。低溫、低含水率的儲藏條件有利于延長糙米儲藏期,降低糧庫的儲藏成本,長期保持糙米的新鮮程度。由于實驗時間有限,本實驗并沒能檢測到儲藏后期脂肪酸值等指標的變化過程,后續(xù)對脂肪酸降解的小分子物質(zhì),或者是脂肪分解得到的非脂肪酸成分的分析可以更進一步解釋說明糙米儲藏中的各品質(zhì)指標的變化,并且有助于探討糙米的陳化品質(zhì)變化機理。

表1 儲藏過程中糙米黏著性和硬度的變化