微生物對(duì)儲(chǔ)藏稻谷結(jié)塊及品質(zhì)影響的研究

何 榮 章 鋮 陳尚兵 汪 靜 鄒昱成 邢常瑞 袁 建 鞠興榮

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心；江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)時(shí)期，實(shí)施科技興糧工程、促進(jìn)糧食科技創(chuàng)新發(fā)展是貫徹國(guó)家糧食安全新戰(zhàn)略的根本要求[1]。“十三五”規(guī)劃提出：“堅(jiān)持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，堅(jiān)守耕地紅線，實(shí)施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，提高糧食產(chǎn)能，確保谷物基本自給、口糧絕對(duì)安全[2]。”國(guó)家對(duì)糧食安全問(wèn)題是高度重視，因此糧食科技工作需要緊緊圍繞國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略，聚焦糧食安全，重點(diǎn)攻克綠色生態(tài)儲(chǔ)糧、糧食節(jié)約減損、質(zhì)量衛(wèi)生安全等重大科技難題[3]。

糧食作為生命體，收獲后到儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)與環(huán)境形成了儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)，儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)包括溫度、濕度、微氣流等非生物因素和微生物、蟲(chóng)害等生物因素，這些均是影響儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素[4]。而糧食結(jié)塊是糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中存在的一個(gè)重大安全問(wèn)題，糧食結(jié)塊不僅會(huì)降低糧食品質(zhì)，還會(huì)對(duì)糧食出倉(cāng)造成困難，經(jīng)常造成漏斗堵塞，在清理糧食結(jié)塊的過(guò)程偶有人員傷害等事故發(fā)生[5]。結(jié)露會(huì)使糧堆局部水分含量升高，易引起糧食呼吸旺盛，微生物活動(dòng)加劇，若處置不當(dāng)則最終會(huì)引起糧堆結(jié)塊[6]。實(shí)際生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)糧食儲(chǔ)藏環(huán)境的管理，如合理通風(fēng)以及在鋼板筒倉(cāng)外層采取保溫等措施，可以有效避免糧食結(jié)塊的發(fā)生[7]。微生物活動(dòng)是導(dǎo)致糧食結(jié)塊的主要成因，微生物為了生存就必須從環(huán)境中分解和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，用以合成自身的細(xì)胞物質(zhì)并獲得代謝所需要的能量，而糧食就是微生物天然的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)[8]；并且糧食中微生物的活動(dòng)時(shí)刻影響著糧食的品質(zhì)，甚至降低糧食的營(yíng)養(yǎng)成分，影響糧食的食用價(jià)值和加工質(zhì)量[9]。

微生物活動(dòng)易導(dǎo)致稻谷結(jié)塊，而對(duì)于糧食結(jié)塊起最大“貢獻(xiàn)”的微生物卻鮮有研究；此外，以及稻谷結(jié)塊品質(zhì)變化與成因之間的關(guān)系尚不明確，其中蘊(yùn)含許多科學(xué)問(wèn)題亟待解決。相比細(xì)菌而言，霉菌更易引起糧堆結(jié)塊[10]，本實(shí)驗(yàn)選用黑曲霉、白曲霉、黃曲霉、產(chǎn)黃青霉、灰綠曲霉這5種常見(jiàn)的霉菌對(duì)稻谷進(jìn)行污染的接種處理，最終引起稻谷結(jié)塊，通過(guò)測(cè)定結(jié)塊稻谷的質(zhì)量指標(biāo)，分析稻谷品質(zhì)變化與稻谷結(jié)塊成因之間的關(guān)系，以期為我國(guó)糧食安全儲(chǔ)藏提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2017年南京秋收新糧(粳稻)；直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液、乙醇、鹽酸、氫氧化鈉(所涉及的化學(xué)試劑均為優(yōu)級(jí)純)；α-淀粉酶活性檢測(cè)試劑盒、過(guò)氧化物酶測(cè)試盒、脂肪酶(LPS)活性檢測(cè)試劑盒；黑曲霉、白曲霉、黃曲霉、灰綠曲霉、產(chǎn)黃青霉：均來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室對(duì)儲(chǔ)糧霉菌的分離純化。

PQX-300D多段可編程人工氣候箱、Perten RVA4500型快速黏度分析儀、BLH-3250型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī)、JNMJ6型檢驗(yàn)?zāi)朊讬C(jī)、D/max 2500 PC型X射線衍射儀、TM3000型掃描電子顯微鏡、Spectramax M2e型多功能酶標(biāo)儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微生物培養(yǎng)與接種

將黑曲霉、白曲霉、黃曲霉、產(chǎn)黃青霉、灰綠曲霉五種有害霉菌分別接種于馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)，置于28 ℃、85% RH恒溫培養(yǎng)箱中，待霉菌生長(zhǎng)14 d后產(chǎn)生大量的孢子，用無(wú)菌水(121 ℃、20 min)沖洗培養(yǎng)基表面，制作成霉菌的孢子懸浮液，采用平板計(jì)數(shù)法分別測(cè)定5種霉菌孢子懸浮液的孢子濃度，并將其濃度調(diào)整至105～106CFU/mL。之后將5種霉菌孢子懸浮液，置于4 ℃冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

將稻谷樣品(熱風(fēng)滅菌處理)分為若干份，每份質(zhì)量50 g，分裝于直徑為150 mm的培養(yǎng)皿。并隨機(jī)抽取裝有稻谷樣品的培養(yǎng)皿若干，作為空白對(duì)照組，其余為實(shí)驗(yàn)組。實(shí)驗(yàn)組的每份稻谷樣品表面接種1 mL菌液，由于所接種的霉菌類別不同，將接種黑曲霉、白曲霉、黃曲霉、產(chǎn)黃青霉、灰綠曲霉的實(shí)驗(yàn)組依次命名為實(shí)驗(yàn)組1～5，此外實(shí)驗(yàn)組設(shè)平行對(duì)照若干。對(duì)照組的每份稻谷樣品加入1 mL無(wú)菌水，充分混勻后將培養(yǎng)皿放置于的人工氣候箱中儲(chǔ)藏(28 ℃、60% RH)。樣品從接種霉菌起，每7 d，隨機(jī)選取實(shí)驗(yàn)組1～5與對(duì)照組中的稻谷樣品各1份進(jìn)行菌落總數(shù)的測(cè)定。

1.2.2 霉菌孢子懸浮液孢子數(shù)測(cè)定

參照LS/T 6132—2018《糧油檢驗(yàn) 儲(chǔ)糧真菌的檢測(cè)》孢子計(jì)數(shù)法進(jìn)行測(cè)定[11]。

1.2.3 霉菌菌落總數(shù)測(cè)定

參照GB 4789.15—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn)》霉菌和酵母計(jì)數(shù)進(jìn)行測(cè)定[12]。

1.3 稻谷質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)

出糙率測(cè)定：參照GB/T5495—2008《糧油檢驗(yàn) 稻谷出糙率檢驗(yàn)》執(zhí)行[13]；不完善粒測(cè)定：參照GB/T 5494—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料的雜質(zhì)、不完善粒檢驗(yàn)》執(zhí)行[14]；整精米率測(cè)定：參照GB/T 21719—2008《稻谷整精米率檢驗(yàn)法》執(zhí)行[15]；堊白粒率測(cè)定：參照GB/T 17891— 2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》執(zhí)行[16]。

1.4 稻米粉品質(zhì)測(cè)定

1.4.1 測(cè)試樣品前處理

稻谷樣品經(jīng)礱谷機(jī)脫去穎殼，得到糙米。再將糙米經(jīng)碾米機(jī)碾磨90 s，除去糠粉后，得到加工精度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)精米[17]。精米經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，并過(guò)100目篩，用于后續(xù)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.4.2 水分含量的測(cè)定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》(直接干燥法)[18]。

1.4.3 游離脂肪酸值測(cè)定

參照GB/T 5510—2011《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料脂肪酸值測(cè)定》(石油醚提取法)[19]。

1.4.4 直鏈淀粉含量的測(cè)定

參照GB/T 15683—2008《大米 直鏈淀粉含量的測(cè)定》[20]。

1.4.5 α-淀粉酶活力測(cè)定

采用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的α-淀粉酶活性檢測(cè)試劑盒。

測(cè)試原理：淀粉水解酶催化淀粉水解生產(chǎn)還原糖，還原糖還原3,5-二硝基水楊酸生成棕紅色物質(zhì)，通過(guò)測(cè)定540 nm吸光度增加速率，計(jì)算淀粉酶活性。淀粉酶活力以每g稻谷每分鐘催化產(chǎn)生1 mg還原糖定義為1個(gè)酶活力單位。

1.4.6 過(guò)氧化物酶活力測(cè)定

采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的過(guò)氧化物酶測(cè)試盒。

測(cè)試原理：利用過(guò)氧化物酶催化過(guò)氧化氫反應(yīng)的原理，通過(guò)測(cè)定420 nm處吸光度的變化得出其酶活性。以每克稻谷每分鐘催化1 μg底物的酶量定義為一個(gè)酶活力單位。

1.4.7 脂肪酶活力測(cè)定

采用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的脂肪酶(LPS)活性檢測(cè)試劑盒。

測(cè)試原理：LPS催化油酯水解成脂肪酸，利用銅皂法測(cè)定脂肪酸生成速率，通過(guò)測(cè)定420 nm處吸光度的變化，即可計(jì)算LPS活性。以每克稻谷每分鐘水解橄欖油生成 1 μmol 脂肪酸為一個(gè)酶活單位。

1.4.8 糊化特性的測(cè)定

參照GB/T 24852—2010大米及米粉糊化特性測(cè)定 快速粘度儀法(RVA)[21]，測(cè)定各稻谷樣品的糊化特性的特征值。

1.4.9 X射線衍射測(cè)定

采用X射線衍射儀對(duì)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定條件如下：銅靶，石墨單色器，電壓為40 kV，電流為100 mA，發(fā)射狹縫為1°，防散射狹縫為1°，接受狹縫為0.15 mm，2θ掃描區(qū)間為5～40°，掃描速度為5(°)/min，2θ/θ連續(xù)掃描，步長(zhǎng)0.02°，并用MDI JADE6.5軟件計(jì)算結(jié)晶度[22]。

1.4.10 掃描電子顯微鏡測(cè)試

將稻谷樣品導(dǎo)電膠固定在載物臺(tái)，噴金處理后，放入樣品腔進(jìn)行觀察，加速電壓為15 kV，觀察并拍攝樣品的顆粒形貌。

1.5 圖表繪制及數(shù)據(jù)處理

圖表由Origin Pro 2016繪制，數(shù)據(jù)由IBM SPSS 22.0進(jìn)行分析和處理。

2 結(jié)果分析

2.1 霉菌對(duì)稻谷結(jié)塊的影響

稻谷儲(chǔ)存35 d，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組稻谷的表觀形貌如圖1所示。由圖1可觀察到1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)實(shí)驗(yàn)組的稻谷存在較明顯的霉變現(xiàn)象，并且整體伴隨著較明顯的結(jié)塊現(xiàn)象。2號(hào)實(shí)驗(yàn)組部分區(qū)域存在霉變，而霉變區(qū)域處的少量稻谷存在結(jié)塊現(xiàn)象，5號(hào)實(shí)驗(yàn)組稻谷的霉變與結(jié)塊現(xiàn)象輕微。微生物的繁殖與增長(zhǎng)是導(dǎo)致稻谷結(jié)塊的一個(gè)重要原因[22]，本實(shí)驗(yàn)選用5種較常見(jiàn)的霉菌，對(duì)稻谷進(jìn)行污染的接種處理。在接種霉菌前先對(duì)稻谷進(jìn)行滅菌處理，因此可認(rèn)定稻谷所接種的霉菌是稻谷期生長(zhǎng)初期的優(yōu)勢(shì)菌。

圖1 稻谷表觀形貌

實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組稻谷的霉菌生長(zhǎng)情況如圖2所示，由圖2可知1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)實(shí)驗(yàn)組所接種的霉菌生長(zhǎng)較快。該現(xiàn)象與圖1觀察到的稻谷的表觀形貌規(guī)律一致，霉菌生長(zhǎng)較快的實(shí)驗(yàn)組的稻谷發(fā)生了較嚴(yán)重的結(jié)塊和霉變現(xiàn)象，其余實(shí)驗(yàn)組次之。1、3、4號(hào)實(shí)驗(yàn)組所接種的霉菌分別對(duì)應(yīng)為黑曲霉、黃曲霉、產(chǎn)黃青霉，由此可判斷黑曲霉、黃曲霉、產(chǎn)黃青霉較易導(dǎo)致稻谷結(jié)塊。雖然在稻谷儲(chǔ)藏的過(guò)程中霉菌會(huì)發(fā)生一定的演替規(guī)律，優(yōu)勢(shì)菌也會(huì)隨之發(fā)生變化，但該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)稻谷結(jié)塊的成因仍具有一定的參考價(jià)值。周建新等[23]在研究不同儲(chǔ)藏條件下稻谷霉菌區(qū)系演替規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，粳稻谷所含霉菌的優(yōu)勢(shì)菌最終會(huì)向黃曲霉、黑曲霉、白曲霉演替，這也一定程度上驗(yàn)證了黃曲霉、黑曲霉、產(chǎn)黃青霉較易導(dǎo)致稻谷結(jié)塊的規(guī)律。此外稻谷的結(jié)塊還與稻谷的水分含量、環(huán)境溫濕度相關(guān)，當(dāng)?shù)竟鹊膬?chǔ)藏溫度、濕度及水分含量越高時(shí)，稻谷中霉菌繁殖增快并且霉菌菌絲互相連結(jié)，形成菌落，稻谷中有機(jī)質(zhì)被逐漸消耗，最終造成稻谷結(jié)塊、霉變[24]。

圖2 霉菌生長(zhǎng)曲線

2.2 結(jié)塊稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì)分析

稻谷質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1所示，對(duì)照組的稻谷品質(zhì)與初始值相比，在出糙率、整精米粒率上略有下降，而不完善粒率有所升高。該結(jié)果意味著稻谷在儲(chǔ)藏過(guò)程中品質(zhì)發(fā)生了輕微的劣變。再對(duì)比于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的物檢測(cè)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)組稻谷的出糙率、整精米粒率要顯著低于對(duì)照組，并且不完善粒率明顯增加。根據(jù)國(guó)家優(yōu)質(zhì)稻的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)分析，三級(jí)粳稻谷的整精米率需≥55%，不完善粒率≤5%，實(shí)驗(yàn)組的稻谷均無(wú)法達(dá)到國(guó)家三級(jí)粳稻谷的要求。并且在物檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的稻谷脫殼后發(fā)現(xiàn)霉變粒、病斑粒、蟲(chóng)蝕粒的含量顯著增加，因此導(dǎo)致稻谷不完善粒率的增加。另外稻谷出糙率的計(jì)算方法為完善粒的質(zhì)量加上一半不完善粒質(zhì)再除去測(cè)試稻谷的總質(zhì)量，因而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)組稻谷出糙率的值低于對(duì)照組。整精米率是評(píng)價(jià)稻谷加工品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo),與碾米廠的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。對(duì)照組與初始值相比稻谷的整精米率略有降低，是由于稻谷在儲(chǔ)藏過(guò)程中呼吸作用使干物質(zhì)不斷被消耗，從而導(dǎo)致稻谷組織疏松，整精米率下降[25]。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比，稻谷的整精米率顯著下降，在物檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)組稻谷通過(guò)碾米機(jī)后碎米粒較多，因而導(dǎo)致整精米率下降。此外，從表1數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)各個(gè)實(shí)驗(yàn)組稻谷的出糙率、不完善粒、整精米率與稻谷的結(jié)塊程度呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)實(shí)驗(yàn)組稻谷結(jié)塊、霉變程度較大，其出糙率、整精米率與其他實(shí)驗(yàn)組相比略低，而不完善粒率較高。堊白是指稻米淀粉體排列不緊密呈現(xiàn)出的散光不透明部分，是稻米外觀品質(zhì)的重要影響因素。稻谷中堊白粒的形成主要與水稻的生長(zhǎng)環(huán)境及品種遺傳相關(guān)[26]，從表1的物檢結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組及初始值之間并不存在非常顯著的差異，表明稻谷儲(chǔ)藏對(duì)堊白粒率的影響并不大。

表1 稻谷質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

注：初始值為儲(chǔ)藏第0天稻谷樣品的測(cè)試結(jié)果。數(shù)值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，同一列中小寫(xiě)字母不同表示組別之間存在顯著性差異(P<0.05)，余同。

稻谷儲(chǔ)藏期間酶活性的變化與稻谷品質(zhì)變化以及稻谷結(jié)塊、霉變存在一定的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組稻谷的酶活力進(jìn)行測(cè)試，有助于從酶活動(dòng)的角度解釋和分析稻谷結(jié)塊、霉變，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的稻谷品質(zhì)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表2所示。稻谷中的淀粉酶有3種，分別為α-淀粉酶、β-淀粉酶和異淀粉酶。其中α-淀粉酶對(duì)谷物食用品質(zhì)影響較大。隨著大米儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，α-淀粉酶活性降低，并且有研究發(fā)現(xiàn)α-淀粉酶活性與大米陳化時(shí)流變學(xué)特性的變化相關(guān)[27]。由表2數(shù)據(jù)可知，對(duì)照組與初始值相比淀粉酶的活力降低了0.12 mg/(min·g)，并存在顯著差異，表明淀粉酶的活力會(huì)隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而降低[28]。而比較實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組淀粉酶活力的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)組的淀粉酶活力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組，說(shuō)明儲(chǔ)藏期間實(shí)驗(yàn)組稻谷的淀粉酶已充分發(fā)揮其活性，水解淀粉分子鏈中的α-1,4-糖苷鍵，將淀粉鏈切斷成為短鏈糊精、寡糖和少量麥芽糖和葡萄糖。稻谷中主要的營(yíng)養(yǎng)成分為淀粉，而α-淀粉酶的活動(dòng)能夠?qū)Φ矸鄣慕Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，推測(cè)稻谷結(jié)塊可能與淀粉的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。此外，發(fā)現(xiàn)隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的直鏈淀粉含量升高，原因是一部分支鏈淀粉在脫支酶的作用下變?yōu)橹辨湹矸郏辨湹矸酆康脑黾樱讓?dǎo)致米飯蒸煮過(guò)程中水分難以滲透，制得的米飯口感較硬[29]。

過(guò)氧化物酶存在于所有的糧食籽粒中，糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中口感下降，甚至變苦與過(guò)氧化物酶的活性有密切關(guān)系。吳金蘭等[30]研究發(fā)現(xiàn)大米隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)氧化物酶活性不斷減弱，并與大米脂肪酸值上升存在極好的負(fù)相關(guān)性。而脂肪酶能把脂肪中具有孤立不飽和雙鍵的不飽和脂肪酸氧化為具有共軛雙鍵的過(guò)氧化物，是造成酸敗的必然條件[31]。觀察表2數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的過(guò)氧化物酶與脂肪酶的活力較初始值相比均下降了，而實(shí)驗(yàn)組的過(guò)氧化物酶與脂肪酶的活力要低于對(duì)照組并存在顯著差異(P<0.05)。各個(gè)實(shí)驗(yàn)組之間，結(jié)塊較嚴(yán)重的1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)實(shí)驗(yàn)組的過(guò)氧化物酶與脂肪酶的活力與其余實(shí)驗(yàn)組相比相對(duì)較低。脂肪酸值是糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中品質(zhì)變化的重要指標(biāo)之一，一般來(lái)說(shuō)脂肪酸值越高,糧食品質(zhì)越差。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)的判定，粳稻谷脂肪酸值≤25.0為宜存，≤35為輕度不宜存[16]。表2中對(duì)照組的脂肪酸值為18.6 mg KOH/100 g與初始值相比升高了8.2 mg KOH/100 g，但仍符合優(yōu)質(zhì)稻谷適宜儲(chǔ)存的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。1號(hào)～5號(hào)實(shí)驗(yàn)組稻谷的脂肪酸值與對(duì)照組相比明顯升高了，存在顯著性差異(P<0.05)，并且大部分稻谷已不適宜繼續(xù)儲(chǔ)存。根據(jù)上述結(jié)果可以得出在稻谷結(jié)塊過(guò)程中，過(guò)氧化物酶和脂肪酶主要是導(dǎo)致稻谷的脂肪酸值升高，而宏觀上則體現(xiàn)為稻谷氣味酸敗和口感變苦。

表2 稻谷品質(zhì)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

2.3 結(jié)塊稻谷糊化特性分析

糊化過(guò)程中的特征值主要有峰值黏度、崩解值、衰減值、回生值、最低黏度、最終黏度等。這些糊化過(guò)程中的特征值可以一定程度上反映淀粉的黏滯特性與米飯的食味品質(zhì)[23]。稻谷淀粉糊化過(guò)程中的特征值如表3所示。崩解值為峰值黏度與熱漿黏度的差值，是衡量米粉熱糊穩(wěn)定性的指標(biāo)。此外，繆銘等[33]的研究表明，淀粉總體的崩解值與淀粉的消化性能呈極顯著正相關(guān)。稻谷中的淀粉與脂類緊密結(jié)合，而隨著儲(chǔ)藏的進(jìn)行，淀粉粒表面的親水作用減弱，使得體系的抗剪切能力下降，淀粉粒易破裂，因此崩解值下降[34]。因此儲(chǔ)藏35 d的對(duì)照組的稻谷的崩解值與初始值相比下降，并存在顯著性差異(P<0.05)。此外，接種霉菌的實(shí)驗(yàn)組崩解值處于1 377.5～1 587.2 cP的范圍，而未接種霉菌的對(duì)照組在崩解值約為2 075.0 cP，二者存在著顯著性的差異(P<0.05)，由此可知結(jié)塊和霉變的稻谷中的淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化，使得淀粉抗剪切能力下降，淀粉粒更易破裂。另外實(shí)驗(yàn)組的峰值黏度與對(duì)照組相比偏低，反映出α淀粉酶活性下降，該結(jié)果與表2中淀粉酶活性測(cè)試結(jié)果一致。

消減值為最終黏度與峰值黏度的差值，它反映了米粉冷糊的穩(wěn)定性和老化性。米飯硬度、黏性與消減值之間存在極顯著的相關(guān)性。消減值越大，米飯就越硬，黏性就越小[35]，相對(duì)而言品質(zhì)較差。從表3數(shù)據(jù)來(lái)看，實(shí)驗(yàn)組的消減值處于41.5～296.2 cP的范圍，對(duì)照組的消減值約為-433.1 cP。對(duì)照組的消減值為負(fù)值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)組，二者存在著顯著性的差異(P<0.05)。由此可推斷由結(jié)塊和霉變的稻谷所制得的米飯，其硬度大，黏性小，整體品質(zhì)較差。

回生值反映淀粉冷糊的穩(wěn)定性和老化趨勢(shì)。回生值的高低與它們的直鏈淀粉的聚合度和支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)有關(guān)，直鏈淀粉聚合度高，支鏈淀粉外鏈長(zhǎng)的淀粉易于老化[36]。從表3數(shù)據(jù)分析，對(duì)照組與結(jié)塊霉變的實(shí)驗(yàn)組之間并沒(méi)有存在顯著性的差異。糊化溫度也是用于衡量淀粉品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)溫度高于糊化溫度時(shí)晶體崩解，淀粉顆粒開(kāi)始溶脹，黏度突然升高，并逐漸達(dá)到峰值黏度。而糊化溫度的大小主要受直鏈淀粉含量、結(jié)晶度和支鏈淀粉結(jié)構(gòu)等因素影響。實(shí)驗(yàn)組的糊化溫度處于73.2～75.1 ℃的范圍，對(duì)照組的糊化溫度約為71.1 ℃，實(shí)驗(yàn)組稻谷樣品的糊化溫度要略高于對(duì)照組，并存在顯著性差異(P<0.05)。一般來(lái)說(shuō)，直鏈淀粉含量與結(jié)晶度較高的淀粉晶體結(jié)構(gòu)緊密，晶體熔解所需熱量大，導(dǎo)致糊化溫度較高[37]。

綜上所述，可以合理推測(cè)稻谷在結(jié)塊的過(guò)程中，淀粉的抗剪切能力下降，淀粉粒也更易破裂；直鏈淀粉含量與淀粉結(jié)晶度升高，所制得的米飯硬度較大，粘性較小，整體品質(zhì)較差。

2.4 X射線衍射分析

淀粉結(jié)晶度是表征淀粉顆粒結(jié)晶性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，其大小直接影響著淀粉產(chǎn)品的應(yīng)用性能。而淀粉經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)或生物處理之后，其結(jié)晶度的變化在可以一定程度上反映淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化[38]。由于晶體能對(duì)X射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)，因此常利用這種衍射測(cè)定淀粉顆粒中晶體結(jié)構(gòu)的信息[39]。X射線衍射測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3中實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的X射線衍射測(cè)試結(jié)果較相似，均在2θ為15°、17°、18°及23°附近表現(xiàn)出強(qiáng)的衍射峰，說(shuō)明稻谷結(jié)塊、霉變前后的淀粉晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，仍然為A型晶體結(jié)構(gòu)[40]。此外，通過(guò)X射線衍射譜圖處理軟件MDI JADE 6.5對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行淀粉結(jié)晶度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果在圖3中進(jìn)行標(biāo)注。計(jì)算發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的淀粉在結(jié)晶度上存在較明顯的差異，實(shí)驗(yàn)組的淀粉結(jié)晶度要高于對(duì)照組，并且圖1中稻谷結(jié)塊、霉變明顯的實(shí)驗(yàn)組的淀粉結(jié)晶度也相對(duì)較高。該結(jié)果表明在稻谷結(jié)塊、霉變后淀粉的結(jié)晶度增加，并與結(jié)塊稻谷的糊化特性分析中所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律一致，由于淀粉結(jié)晶度的增加而導(dǎo)致了淀粉糊化溫度升高。

表3 稻谷淀粉糊化過(guò)程中的特征值

圖3 X射線衍射測(cè)試結(jié)果

2.5 掃描電子顯微鏡分析

本研究采用掃描電子顯微鏡觀察稻谷結(jié)塊前后稻米粉(<100目)的顆粒形態(tài)變化。掃描電子顯微鏡測(cè)試結(jié)果如圖4所示，拍攝放大倍數(shù)為4 000。由掃描電鏡圖可以看出對(duì)照組的稻米粉分散松散，無(wú)明顯聚集，并且稻米顆粒表面較光滑、平整(圖4a)。由圖4b～圖4f觀察發(fā)現(xiàn)，結(jié)塊、霉變實(shí)驗(yàn)組的稻谷顆粒表面凹凸不平，顆粒感強(qiáng)。圖4e觀察到稻谷顆粒表面存在許多孔隙，推測(cè)這部分孔隙可能是稻谷所含的微生物分解并吸收稻谷的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所造成的。此外，在掃描電鏡中觀察到圖4c與圖4f微小顆粒的聚集程度要小于圖4b、圖4d、圖4f，宏觀則表現(xiàn)為2號(hào)實(shí)驗(yàn)組與5號(hào)實(shí)驗(yàn)組的結(jié)塊、霉變程度小于其他實(shí)驗(yàn)組。稻米粉的主要成分為淀粉，掃描電鏡圖中所觀察到的微小顆粒也大多為淀粉顆粒，淀粉顆粒的聚集使得淀粉的結(jié)晶度增加，這與淀粉糊化特性和X射線衍射的分析結(jié)果一致。由此推測(cè)微觀層面上稻谷內(nèi)淀粉結(jié)構(gòu)的變化是引起稻谷宏觀品質(zhì)變化的重要因素。

注：a～f依次為對(duì)照組、1號(hào)～5號(hào)實(shí)驗(yàn)組。圖4 掃描電子顯微鏡測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

分析不同微生物對(duì)稻谷結(jié)塊的影響。將稻谷分別接種黑曲霉、白曲霉、黃曲霉、產(chǎn)黃青霉、灰綠曲霉這5種常見(jiàn)的霉菌，并進(jìn)行儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)菌為黑曲霉、黃曲霉以及產(chǎn)黃青霉的實(shí)驗(yàn)組霉菌生長(zhǎng)較快，易引起稻谷的結(jié)塊。

結(jié)塊稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì)分析：結(jié)塊的稻谷的出糙率、整精米粒率較低，并且不完善粒率明顯增加，其中結(jié)塊稻谷的整精米率<55%，不完善粒率>5%，已無(wú)法達(dá)到國(guó)家三級(jí)粳稻谷的要求。

結(jié)塊稻谷糊化特性分析：結(jié)塊稻谷的崩解值處于1 377.5～1 587.2 cP的范圍，顯著低于對(duì)照組(2 075.0 cP)；結(jié)塊稻谷的消減值處于41.5～296.2 cP的范圍，顯著高于對(duì)照組(-433.1 cP)；結(jié)塊稻谷的糊化溫度處于73.2～75.1 ℃的范圍，顯著高于對(duì)照組(71.1 ℃)。由此推測(cè)結(jié)塊的稻谷中的淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化，使得淀粉抗剪切能力下降，淀粉粒更易破裂，而所制得的米飯，其硬度大，黏性小，整體品質(zhì)較差。

結(jié)塊稻谷微觀結(jié)構(gòu)分析：結(jié)塊稻谷其淀粉結(jié)晶度較大并且微觀結(jié)構(gòu)存在淀粉顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了淀粉糊化溫度升高。由此可知微觀層面上稻谷內(nèi)淀粉結(jié)構(gòu)的變化是引起稻谷宏觀品質(zhì)變化的重要因素。