不同環境條件下負壓儲藏對優質稻品質的影響

元世昌，黃亞偉，王若蘭，姜 江，何學書，劉早早

河南工業大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

優質稻因營養價值高、口感好等優點得到了廣大消費者的青睞，因而近年來優質稻的種植面積逐年增加，逐漸取代普通稻成為儲備的主要糧種[1-2]。優質稻籽粒在儲藏期間仍進行生命活動，而環境因子是影響其生命代謝的主要因素之一[3]。我國根據氣候特征劃分了七大儲糧區域，長期實踐及數據顯示低溫干燥環境下稻谷品質劣變緩慢，而高溫濕潤地區，尤其是華南儲糧區，長夏無冬、降水豐沛[4]，給儲糧工作帶來了極大的困難。

優質稻除淀粉含量高外，蛋白質、脂肪、色素的含量也較高，然而這些成分在儲藏過程中易分解[5]，從而導致優質稻品質的變化[6]。王洪亮等[7]將兩種優質稻進行常溫儲藏，其儲藏、加工、食用品質均隨著時間的延長而下降。劉利等[8]對比了普通稻與優質稻的碘藍值，得出優質稻碘藍值下降速率快于普通稻，不宜長期儲藏。黃晰雯等[9]研究了儲藏條件對優質稻品質變化的影響，得出溫度、水分含量越高，脂肪酸值上升越快，發芽率下降越快，其中，溫度對優質稻品質影響最大。因此，傳統的儲藏方式很難延緩優質稻品質的下降，不能滿足其儲藏要求。研究表明，氣調儲藏技術通過營造一個低氧或絕氧的環境來抑制糧食的呼吸作用，可有效減緩其品質的變化。目前，我國氣調儲糧技術主要有CO2氣調、N2氣調、負壓儲藏等，其中，CO2氣調、N2氣調在保持稻谷品質方面效果顯著[10-11]，但由于CO2、N2氣調需制備氣體，成本高、工藝煩瑣，存在著一定的局限性。

負壓儲糧作為一種新型儲糧技術，操作簡單，屬于綠色、經濟儲糧范疇，符合當今生態儲糧的趨勢。目前，負壓儲藏較多應用于真空袋包裝的肉類[12]、果蔬[13]、成品糧[14]方面，而對于原糧鮮有報道。當今，科學技術完全可以滿足大規模負壓儲糧對倉房建設氣密性和壓力的要求[15]，故作者模擬西南、華中、華南3種儲糧難度較大的區域，研究在不同負壓下優質稻品質的變化情況，旨在為未來實倉負壓儲糧提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

武運粳23：江蘇中江種業有限公司，2017年10月產自江蘇省淮安市洪澤縣，按照GB/T 17891—2017規定達到了優質粳稻的標準。

1.2 儀器與設備

PC-1改進型塑料真空儲糧罐: 上海越磁電子科技有限公司; HWS-300恒溫恒濕培養箱：寧波東南儀器有限公司；RS-0.5旋片式真空泵：上海樹立儀器儀表有限公司；KP830泵吸式氣體檢測儀：河南中安電子探測技術有限公司；CR-410色彩色差計：日本美能達有限公司；FSJ-Ⅱ錘片式旋風磨：中儲糧成都糧食儲藏科學研究所；JGMJ8098稻谷精米檢測機：上海嘉定糧油儀器有限公司；BLH-2950標準型糧食振蕩器：浙江伯利恒儀器設備有限公司。

1.3 主要試劑

95%乙醇、無水乙醇：分析純，天津市天力化學試劑有限公司；氫氧化鉀：分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、鄰苯二甲酸氫鉀：分析純，洛陽昊華化學試劑有限公司。

1.4 方法

1.4.1 條件設置及樣品處理

負壓的設置： 罐體模擬倉(圖1)，可準確調節罐內真空度(負壓的絕對值越大,則真空度越高)，抽真空30 d，真空度變化小于6%。資料顯示，當氧氣體積分數低于8%時，大多數害蟲生長、發育和繁殖受到抑制；氧氣體積分數低于2%時，可抑制大多數好氧霉菌，同時殺死害蟲[4]。因此，試驗依據氧氣體積分數來確定負壓。通過氣體檢測儀對罐內氧氣進行實時檢測，確定氧氣體積分數為2%、8%時對應的負壓為-0.97、-0.84 kg/cm2。此外，試驗再置一個低壓對照(-0.52 kg/cm2)和一個常規對照(0 kg/cm2)。

圖1 真空儲糧罐Fig.1 Vacuum storage tank

微環境的設置：依據西南中溫低濕區、華中中溫高濕區及華南高溫高濕區3個儲糧較難區域的年平均溫濕度，設置了25 ℃、RH65%；25 ℃、RH85%；35 ℃、RH85% 3種儲藏微環境。

樣品處理：將安全水分(13.5%～14%)的優質粳稻分裝至真空罐內，每罐3 kg，并在罐內用飽和碘化鉀和飽和氯化鉀溶液控制濕度為65%、85%，抽真空處理。將真空罐放置在設定好的恒溫恒濕箱中儲藏，每隔1個月取樣并測定指標。

1.4.2 指標測定

發芽率的測定參照GB/T 5520—2011；脂肪酸值的測定參照GB/T 15684—2015；出糙率的測定參照GB/T 5495—2008；黃度指數的測定參照GB/T 24302—2009。

2 結果與分析

2.1 不同微環境下負壓對優質稻脂肪酸值的影響

圖2是3種儲糧微環境下負壓儲藏優質稻脂肪酸值的變化。脂肪酸值是評價稻谷儲藏品質的敏感指標，也是評判稻谷宜存程度的重要參數。由圖2a可知，在模擬西南儲糧區(中溫低濕)時，隨著真空度的增強，脂肪酸值增加的趨勢變緩。在儲藏180 d后，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下的脂肪酸值分別達38.3、35.49、30.22、27.9 mg/100 g，其中，常壓和-0.52 kg/cm2條件下脂肪酸值均達到重度不宜存狀態，而-0.84、-0.97 kg/cm2條件下脂肪酸值均為輕度不宜存狀態。因此，負壓儲藏可以延緩優質稻脂肪酸值的升高。在儲藏前60 d，優質稻脂肪酸值有所下降，這可能是不飽和脂肪酸氧化生成醛、酮類等酸敗物質的速度大于脂肪水解的速度[16]。圖2b、圖2c脂肪酸值的變化趨勢同圖2a。圖2b模擬華中儲糧區(中溫高濕)，常壓和-0.52 kg/cm2條件下脂肪酸值在約130 d、172 d達到重度不宜存狀態，而-0.84、-0.97 kg/cm2條件下在180 d脂肪酸值均未達到重度不宜存狀態。圖2c模擬華南儲糧區(高溫高濕)，-0.97 kg/cm2在第165天左右達到重度不宜存狀態，與對照組相比，延緩了45 d。同時，無論常壓還是負壓儲藏180 d后，其脂肪酸值均在50 mg/100 g以上，比西南、華中儲糧區變化幅度大。可知，高溫高濕條件下可增強優質稻中脂肪酶的活性，加速脂肪酸值的升高[17]。因此，實際倉儲過程中，控制糧倉的溫濕度尤為重要。

注：a為西南中溫低濕儲糧區；b為華中中溫高濕儲糧區；c為華南高溫高濕儲糧區，圖3、圖4、圖5同。圖2 不同微環境下負壓儲藏優質稻脂肪酸值的變化Fig.2 Change of fatty acid value of high quality rice stored under different microenvironmentalnegative pressure

優質稻脂肪酸值的方差分析見表1，儲藏時間、真空度、溫濕度對優質稻脂肪酸值的影響均達到了極顯著的水平(P<0.01)，F儲藏時間>F溫濕度>F真空度，說明儲藏時間影響最大。因此，儲藏優質稻時應實時檢測脂肪酸值，掌控儲藏狀態，合理出倉。此外，負壓儲藏雖可延緩優質稻脂肪酸值的升高，但影響更大的是儲藏溫濕度。

表1 優質稻脂肪酸值的方差分析Table 1 Variance analysis of fatty acid value of high quality rice

注：P>0.05為影響不顯著；P<0.05為影響顯著；P<0.01為影響極顯著，表2、表3、表4同。

2.2 不同微環境下負壓對優質稻發芽率的影響

圖3 不同微環境下負壓儲藏優質稻發芽率的變化Fig.3 Change of germination rate of high quality rice stored under different microenvironmentalnegative pressure

圖3是3種不同微環境下負壓儲藏優質稻發芽率的變化。發芽率是衡量稻谷能否作為種子糧的重要指標之一。由圖3可知，隨著時間的延長，優質稻發芽率逐漸下降，同時，對比常壓儲藏，負壓儲藏發芽率下降較快。圖3a模擬西南儲糧區(中溫低濕)，優質稻儲藏60 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下的發芽率從初始的80%分別降至61%、50%、41%、43%，而儲藏至第180天，常壓條件下發芽率降至8%，負壓條件下發芽率幾乎降至0。圖3b、圖3c發芽率變化趨勢與圖3a相同。圖3b模擬華中儲糧區(中溫高濕)，優質稻儲藏至第60天，常壓條件下發芽率為81%，而負壓條件下發芽率均在60%左右；儲藏至第120天后，負壓條件下發芽率均在10%以下，而常壓條件下發芽率為20%。圖3c模擬華南儲糧區(高溫高濕)，優質稻儲藏至第60天，負壓條件下發芽率均在10%左右，常壓條件下發芽率則為19%。由此可知，負壓不適合儲藏種子糧，可能是因為負壓造成空間氧氣體積分數低，優質稻進行大量無氧呼吸產生酒精或其他中間產物及有機酸類，毒害糧粒的細胞原生質，使機體受到損傷或完全喪失生活力[4]。

優質稻發芽率的方差分析見表2，儲藏時間、溫濕度對優質稻發芽率的影響均達到了極顯著的水平(P<0.01)，真空度達到了顯著水平(P<0.05)，其中，溫濕度影響程度大于真空度(F溫濕度>F真空度)。綜上分析，負壓不宜儲藏種子糧。對于常壓儲藏下的種子糧，應嚴格控制溫濕度，降低種子的呼吸強度，使種子保持活力。

表2 優質稻發芽率的方差分析Table 2 Variance analysis of germination rate of high quality rice

2.3 不同微環境下負壓對優質稻出糙率的影響

圖4 不同微環境下負壓儲藏優質稻出糙率的變化Fig.4 Change of the brown rice yield of high quality rice stored under different microenvironmental negative pressure

圖4是3種不同微環境下負壓儲藏優質稻出糙率的變化。出糙率是稻谷加工品質的一個重要指標，也是收儲企業收購糧食時關注的一個重要參數。GB 1350—2009規定，出糙率是稻谷定等指標之一，粳稻出糙率≥81%時為一等稻谷，出糙率≥79%時為二等稻谷，出糙率越高，其價格也會越高。圖4各儲藏條件下出糙率均隨時間延長而下降，但負壓可延緩出糙率的下降，且真空度愈高，出糙率下降趨勢愈緩慢。圖4a模擬西南儲糧區(中溫低濕)，優質稻儲藏180 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下出糙率從84.79%(一等)分別降至79.57%(二等)、79.94%(二等)、80.45%(二等)、81.79%(一等)。其中，常壓儲藏出糙率下降最快，這可能是因為常壓條件下優質稻自身營養物質消耗較快，如胚中的脂肪分解等，從而出現較多的不完善粒；也可能是對照組稻谷不斷與外界進行水分和能量交換，水分通過稻殼散失過多，從而出糙率下降較快，而負壓儲藏是在密閉環境下，水分不易受影響，出糙率下降穩定[18]。圖4b模擬華中儲糧區(中溫高濕)與圖4a變化相似。圖4c模擬華南儲糧區(高溫高濕)，優質稻儲藏180 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下出糙率從84.79%(一等)分別降至76.95%(四等)、77.59%(三等)、78.87%(三等)、80.38%(二等)。綜合比較3個儲糧區，高溫高濕條件下優質稻出糙率下降較快，可能因為溫度越高，優質稻品質下降越快，其出糙率下降越快；高溫高濕條件下，倉內溫濕度、稻殼的吸濕和稻谷的失水很難達到一個平衡，致使稻谷水分不斷變化，從而出糙率下降幅度較大[18]。

優質稻出糙率的方差分析見表3，儲藏時間、真空度、溫濕度對優質稻發芽率的影響均達到了極顯著的水平(P<0.01)，F儲藏時間>F溫濕度>F真空度，說明儲藏時間影響最大，其次是溫濕度，最后是真空度。綜上，真空度越高越有利于提升優質稻的出糙率，但在進行負壓儲藏時，控制溫濕度應作為前提條件。

表3 優質稻出糙率的方差分析Table 3 Variance analysis of the brown rice yieldof high quality rice

2.4 不同微環境下負壓對優質稻黃度指數的影響

圖5是3種不同微環境下負壓儲藏優質稻黃度指數的變化。黃度指數可用來表示大米的黃變程度，其值越大，大米發黃程度越深。黃變不僅會影響大米的營養價值，而且會降低其商業價值。圖5a模擬西南儲糧區(中溫低濕)，相比常壓儲藏，負壓儲藏黃度指數增加緩慢。儲藏180 d，常壓和-0.52、-0.84、-0.97 kg/cm2條件下優質稻黃度指數從23.77分別增加了3.36、2.27、1.99、1.47，但肉眼均觀察不出黃變。圖5b模擬華中儲糧區(中溫高濕)，優質稻儲藏180 d，常壓條件下黃度指數達29.87，肉眼可觀察其黃變；而-0.52 kg/cm2條件下黃度指數為28.03，優質稻發生輕微黃變；-0.84、-0.97 kg/cm2儲藏黃度指數分別為27.16、26.97，均未發生黃變。圖5c模擬華南高溫高濕儲糧區，儲藏180 d，常壓條件下優質稻黃度值數可達45.31，肉眼可看出已嚴重黃變；而負壓條件下黃度指數均達40以上，同樣發生嚴重黃變。相比西南、華中儲糧區，華南儲糧區黃變更嚴重，這可能是因為高溫高濕促進了稻谷內部美拉德反應的發生，生成褐色物質，導致米粒發黃[19]。

圖5 微環境下負壓儲藏優質稻黃度指數的變化Fig.5 Change of yellowness index of high quality rice stored under negative pressure microenvironments

優質稻黃度指數的方差分析見表4，儲藏時間和溫濕度均對優質稻黃度指數有極顯著影響(P<0.01)，而真空度對優質稻黃度指數無影響(P=0.388>0.05)。F溫濕度>F儲藏時間，說明溫濕度影響優質稻黃度指數程度最大。因此，負壓不能延緩優質稻黃度指數的上升，儲藏優質稻時，應嚴格控制儲藏溫濕度，延長其黃變時間。

3 結論

通過定期測定優質稻的脂肪酸值、發芽率、出糙率及黃度指數，研究了不同溫濕度下負壓對優質稻品質的影響。結果表明：真空度越高，優質稻脂肪酸值上升速率和出糙率下降速率越緩慢，負壓可以明顯延緩優質稻品質的下降。負壓對優質稻黃度指數影響并不顯著，負壓儲藏可加劇發芽率的下降。溫濕度對各指標均有顯著影響，其中華南高溫高濕環境下優質稻品質變化程度最大，儲藏180 d，脂肪酸值達到50 mg/100 g以上，黃度指數上升至40以上，出糙率最多下降到76.95%，優質稻嚴重劣變。對比方差分析中的F值，可知溫濕度對優質稻品質的影響遠大于負壓。因此，負壓條件下儲藏優質稻，建議首先控制儲藏溫濕度，在糧食降至安全水分下，糧溫下降后再進行抽負壓處理；其次選擇較高的負壓，從而減緩優質稻品質的劣變。

表4 優質稻黃度指數的方差分析Table 4 Variance analysis of yellowness index of high quality rice