徐欣源，付桂明，劉成梅，羅舜菁，鐘業(yè)俊，周曉晴，汪志宇

（南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047）

水稻是我國(guó)主要糧食作物[1]。在我國(guó)國(guó)民的日常飲食中，主食也多以大米或大米制品為主，因此水稻也是我國(guó)主要儲(chǔ)備糧之一。常用的大米儲(chǔ)藏形式有三種：稻谷、糙米和精米。稻谷有完整的皮殼，具有一定的保護(hù)作用，耐儲(chǔ)性較好。但是稻殼表面粗糙，孔隙度大，儲(chǔ)藏時(shí)會(huì)占很大一部分倉(cāng)庫(kù)容量（稻谷所占的倉(cāng)容是糙米所占的1.6倍）[2]。日本人提出以糙米儲(chǔ)藏代替稻谷儲(chǔ)藏。糙米儲(chǔ)藏不僅可以減少倉(cāng)容，大大降低運(yùn)輸成本[3]，并且可以保持一定的新鮮程度[4]。我國(guó)市售大米多以精米為主，精米在加工到銷售之間，多有流通領(lǐng)域內(nèi)的停留，因此有一定數(shù)量的精米儲(chǔ)藏。對(duì)糙米和精米儲(chǔ)藏性質(zhì)方面的研究主要涉及儲(chǔ)藏中各營(yíng)養(yǎng)成分的變化[5-6]，蒸煮品質(zhì)[7-8]、糊化特性和質(zhì)構(gòu)特性[9-10]的變化。對(duì)動(dòng)力學(xué)的研究大多側(cè)重于大米淀粉的糊化特性動(dòng)力學(xué)[11-12]以及營(yíng)養(yǎng)成分變化[13-14]動(dòng)力學(xué)，從動(dòng)力學(xué)角度對(duì)糙米和精米表面油脂變化特征分析的較少，對(duì)表面油脂氧化反應(yīng)的活化能的比較研究也較少。因此本研究旨在監(jiān)測(cè)糙米和精米表面油脂變化情況，對(duì)比兩者表面油脂變化差異，同時(shí)從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及活化能角度分析精米表面油脂的變化特征。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粳米稻谷（空育131）購(gòu)買自中糧股份有限公司江西省分公司糧庫(kù)，除雜后于低溫干燥處存放。

JLGJ2.5礱谷機(jī) 浙江展誠(chéng)；TM05C碾米機(jī)SATAKE，北京；紫外分光光度計(jì) 普析通用，北京；HR83快速水分測(cè)量?jī)x METTLER TOLEDO。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備

1.2.1 糙米樣品的準(zhǔn)備 稻谷原料經(jīng)礱谷機(jī)脫殼、φ3.0mm谷物選篩初篩、人工挑揀除去雜質(zhì)和劣質(zhì)米粒后，得到完整無損傷、大小均一的糙米樣品。經(jīng)檢測(cè)，水分含量為14.10%，脂肪含量為2.698%。

1.2.2 精米的加工 用碾米機(jī)加工糙米，經(jīng)一定的碾磨時(shí)間可得到碾減率（Degree of milling，DOM）為10%的精米樣品。加工碾減率偏差范圍為±0.1%。經(jīng)鑒定為市售標(biāo)一米加工精度，水分含量為13.75%，脂肪含量為0.620%。碾減率（DOM）計(jì)算公式[15－16]如下：

碾減率（DOM，%）=[1－（碾磨后米樣重量/碾磨前糙米重量）]×100

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn) 兩種實(shí)驗(yàn)樣品分別用玻璃罐密閉封裝，每罐約100g，放入人工氣候箱進(jìn)行儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)。儲(chǔ)藏溫度依據(jù)低溫、常溫和高溫區(qū)分，分別設(shè)為4、25、35℃，濕度RH為40%±5%。于陳化開始0d和5d時(shí)取樣，之后每15d取樣。每次取樣隨機(jī)取出各溫度下米樣各一罐，測(cè)定其水分、游離脂肪酸值和丙二醛含量，未測(cè)定完的樣品真空包裝后于－20℃下保存，并于5d內(nèi)測(cè)完。

1.3.2 游離脂肪酸值（Free Fatty Acid，F(xiàn)FA）游離脂肪酸值的測(cè)定參照國(guó)標(biāo)《GB/T 20569－2006稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 丙二醛含量（Malondialdehyde，MDA）丙二醛的測(cè)定方法參照周顯青等[17]、李宏洋等[18]、Narpinder S等[19]文獻(xiàn)方法稍作修改后測(cè)定。將定期取出的樣品經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，各稱?。?.00±0.01）g，加入5mL 10%三氯乙酸（TCA）溶液研磨勻漿，4000r/min離心10min，上清液用TCA于10mL比色管中稀釋至刻度定容。取定容后的上清液2mL（空白為2mL蒸餾水），加0.6%硫代巴比妥酸溶液2mL，充分混合后在100℃水浴中煮沸15min，冷卻后再離心1次。分別測(cè)定離心后上清液在450、532、600nm處的吸光度值。按下列公式計(jì)算提取液中MDA濃度，然后進(jìn)一步換算成米樣中含有的丙二醛含量。

式中，6.45為常數(shù)；A532、A450、A600分別代表上清液在532、450、600nm波長(zhǎng)下的吸光度值；C為提取液中MDA的濃度（μmol/L）。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)圖表由Origin軟件完成。采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行各級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合。

1.3.4.1 動(dòng)力學(xué)方程的擬合 選擇參考的動(dòng)力學(xué)模型如下：

零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：B=B0+k0t；一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：B=B0exp（k1t）；二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：B=B0+k2/t

其中，B代表指標(biāo)在任意時(shí)間的測(cè)定值；B0為該指標(biāo)的初始值；t為儲(chǔ)藏時(shí)間，d；k0、k1、k2分別代表零級(jí)、一級(jí)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)，d－1。

1.3.4.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活化能 活化能按照Arrhenius方程進(jìn)行計(jì)算：

式中，Eα為反應(yīng)活化能，J/mol；k為速度常數(shù)；kA為指前因子；R為氣體常數(shù)，8.3144J/（mol·K）；T為熱力學(xué)溫度，K。

2 結(jié)果與分析

2.1 精米和糙米樣品儲(chǔ)藏后游離脂肪酸（FFA）變化情況

精米和糙米樣品于恒溫箱儲(chǔ)藏90d期間FFA變化情況如圖1所示。

從圖1的A、B兩圖中可以看出，F(xiàn)FA的增長(zhǎng)量隨儲(chǔ)藏溫度的升高增加顯著（p＜0.05）。這說明FFA的增長(zhǎng)可能與脂肪酶活性有關(guān)[20]。米粒表面油脂在脂肪酶作用下發(fā)生水解反應(yīng)生成FFA，因此隨著溫度升高，脂肪酶活性升高，F(xiàn)FA生成加快。在開始的0～5d儲(chǔ)藏期內(nèi)精米FFA含量都有較明顯增長(zhǎng)，并且增長(zhǎng)速率較10～90d期間要快。這與Henry S[21]報(bào)道的精米FFA變化趨勢(shì)一致。精米在碾磨加工過程中脂肪酶被激活[22]，儲(chǔ)藏期開始的0～5d期間，在糠層脂肪酶的作用下FFA增長(zhǎng)達(dá)到最高速率，隨后由于不飽和FFA被進(jìn)一步氧化分解，F(xiàn)FA累積速率減緩。對(duì)比A、B兩圖中各溫度下儲(chǔ)藏過程中米樣的FFA變化量可以發(fā)現(xiàn)，精米初始FFA含量為6.84mg KOH/100g（若按占總脂肪質(zhì)量百分比計(jì)為：5.4%脂肪w/w），在37、25、4℃ 下 儲(chǔ) 藏90d后 分 別 增 加 到 49.0、26.1、15.3mg KOH/100g（分別為40.4%、21.4%和12.4%脂肪w/w）；而糙米初始FFA含量為18.0mg KOH/100g（3.40%脂肪w/w），在37、25、4℃下儲(chǔ)藏90d后分別增加到54.2、39.1、28.0mg KOH/100g（分別為10.3%、7.38%和5.30%脂肪w/w）。由此可見，首先，精米初始的游離脂肪酸占總脂肪的比例比糙米更大。這可能是由于精米經(jīng)過碾磨加工后脂肪酶被激活，同時(shí)加工過程中受熱導(dǎo)致的。其次，精米FFA含量占總脂肪的比例的增幅比糙米更大?？梢姴诿纂m然含有較高的脂肪含量，但是精米脂肪發(fā)生水解反應(yīng)相比于糙米更快，水解反應(yīng)程度更大。這可能與大米表面油脂和脂肪酶在細(xì)胞中的分布有關(guān)。三?；视王ピ诿琢１韺蛹?xì)胞中以油脂顆粒形式存在，在磷脂膜的保護(hù)下與脂肪酶間隔開，兩者不發(fā)生接觸，油脂水解反應(yīng)收到抑制。精米在生產(chǎn)過程中，經(jīng)機(jī)械碾磨后糊粉層細(xì)胞破損，油脂顆粒釋放后與脂肪酶充分接觸，迅速發(fā)生水解反應(yīng)生成FFA[23]。

2.2 大米樣品儲(chǔ)藏后丙二醛（MDA）含量變化情況

FFA并不是稻米中脂質(zhì)代謝的終產(chǎn)物。大米中的三?；视王ケ恢久杆夂?，不飽和的游離脂肪酸被脂肪氧化酶作用生成氫過氧化物后進(jìn)一步降解，生成一系列小分子醛、酮以及揮發(fā)性物質(zhì)[24]，丙二醛就是主要產(chǎn)物之一[25]。MDA具有細(xì)胞毒性，并能導(dǎo)致蛋白質(zhì)交聯(lián)變性[26]，它在細(xì)胞膜上的積累能夠引起膜系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p傷，細(xì)胞膜完整性喪失，膜內(nèi)蛋白水解酶和有機(jī)酸滲透進(jìn)一步加劇對(duì)膜的破壞，加速細(xì)胞衰亡[27]。兩種大米樣品儲(chǔ)藏90d期間MDA變化情況如圖2所示。

從圖2的A、B兩圖曲線變化可以看出大米中MDA含量表現(xiàn)出先增加后減少的變化特征，這與Robert R[28]報(bào)道的一致。同時(shí)，在這兩圖中我們還可以發(fā)現(xiàn)MDA的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出明顯的三個(gè)階段。第一階段在儲(chǔ)藏0～30d期間，此時(shí)MDA增長(zhǎng)比較平緩。在接下來30～45d儲(chǔ)藏期內(nèi)隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率加快，丙二醛含量迅速增加。這種變化特征與Henry S[21]報(bào)道的大米中氫過氧化物累積特征類似。儲(chǔ)藏前期，F(xiàn)FA大量累積，隨后將糠層中的脂肪氧化酶激活[23，26]，開啟脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，生成氫過氧化物。而丙二醛作為氫過氧化物的裂解產(chǎn)物，因此它的生成不如FFA迅速，儲(chǔ)藏前期增長(zhǎng)較慢。30～60d為丙二醛累積的第二階段，這期間丙二醛含量迅速增長(zhǎng)，并且37℃下丙二醛的增長(zhǎng)速率要高于其他溫度，說明丙二醛的增長(zhǎng)可能與酶活性有關(guān)。第三階段為60～90d。這個(gè)階段丙二醛累積達(dá)到峰值，并開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是由于丙二醛大量累積導(dǎo)致酶活性下降[25]，丙二醛生成量減少。同時(shí)丙二醛具有揮發(fā)性。丙二醛累積造成細(xì)胞膜損傷，在較高環(huán)境溫度下，丙二醛易揮發(fā)[29]。因此在儲(chǔ)藏后期，25℃和37℃環(huán)境中儲(chǔ)藏的米樣MDA含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且在37℃儲(chǔ)藏溫度下MDA下降幅度要大于25℃，而4℃儲(chǔ)藏的米樣則沒有表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。對(duì)比A、B兩圖中各溫度下儲(chǔ)藏過程中米樣的MDA變化量可以發(fā)現(xiàn)，精米初始MDA含量為9×10－4mg/g（若按占總脂肪質(zhì)量百分比計(jì)為：0.015%脂肪w/w），在37、25、4℃下儲(chǔ)藏后峰值分別增加到2.81×10－3、2.63×10－3、2.91×10－3mg/g（分別對(duì)應(yīng)0.045%、0.042%和0.047%脂肪w/w），37℃和25℃下，精米在儲(chǔ)藏90d后MDA含量下降，分別為2.05×10－3、2.43×10－3（分別對(duì)應(yīng)0.033%和0.039%脂肪w/w）；而糙米初始MDA含量為1×10－3mg/g（0.0037%脂肪w/w），在37、25、4℃下儲(chǔ)藏后峰值分別增加到5.91×10－3、5.33×10－3、5.10×10－3mg/g（分別對(duì)應(yīng)0.022%、0.020%和0.019%脂肪w/w），37℃和25℃溫度下，糙米在儲(chǔ)藏90d后MDA含量下降，分別為4.51×10－3和4.90×10－3（分別對(duì)應(yīng)0.017%和0.018%脂肪w/w）。與游離脂肪酸值含量相對(duì)應(yīng)，精米初始的MDA含量占總脂肪的比例也比糙米大。這可能與精米碾磨加工過程中脂肪氧化酶氧化酶以及裂解酶被激活有關(guān)。精米的MDA含量峰值（占脂肪的質(zhì)量百分比）是糙米的一倍，由此可見精米油脂的過氧化程度比糙米高。在37℃和25℃溫度下儲(chǔ)藏的后期，精米MDA含量占總脂肪的比例的下降幅度大于糙米。這可能由于精米經(jīng)碾磨加工后，米粒表面受損，失去皮層保護(hù)的細(xì)胞對(duì)丙二醛的耐受性較差，當(dāng)丙二醛累積量還較低時(shí)，細(xì)胞膜就大量損傷，丙二醛含量下降。

將FFA和MDA兩個(gè)指標(biāo)變化趨勢(shì)比較可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FA的變化較丙二醛有規(guī)律，并且整個(gè)變化呈現(xiàn)單調(diào)遞增趨勢(shì)。FFA測(cè)定方法也較MDA簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，系統(tǒng)誤差較小。因此從選擇陳化特征的判定指標(biāo)角度來說，F(xiàn)FA要優(yōu)于MDA。對(duì)FFA的動(dòng)力學(xué)分析也較MDA簡(jiǎn)單。

2.3 糙米和精米儲(chǔ)藏期間FFA變化動(dòng)力學(xué)分析

2.3.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)級(jí)數(shù)的確定 用SPSS對(duì)兩種米樣FFA值的變化進(jìn)行各級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合，得到的相關(guān)系數(shù)如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)FA變化動(dòng)力學(xué)模型決定系數(shù)R2零級(jí)均大于0.94，并且均高于一級(jí)和二級(jí)，說明FFA變化與零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合程度更好，用零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以更好的反映糙米和碾減率為10%精米的FFA變化規(guī)律。

2.3.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)與活化能 采用零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)米樣儲(chǔ)藏過程中脂肪酸值變化進(jìn)行分析后的動(dòng)力學(xué)系數(shù)見表2，兩種米樣FFA變化與Arrhenius方程擬合情況見圖3，活化能由Arrhenius方程得到。

由圖3兩種米樣與Arrhenius方程擬合情況可以看出，糙米和碾減率10%精米在儲(chǔ)藏過程中FFA值的增加隨絕對(duì)溫度倒數(shù)的變化符合Arrhenius方程式。表2中活化能數(shù)據(jù)可以看出，糙米的活化能要高于精米，說明糙米中脂肪酸水解反應(yīng)較精米的更難發(fā)生，因此糙米的脂肪酸增加速度較低，這和圖1中反應(yīng)的數(shù)據(jù)是一致的。并且也可說明糙米油脂的穩(wěn)定性更高，這與Naoto S等[8]的研究是一致的。

3 結(jié)論

油脂氧化是引起大米品質(zhì)下降的主要原因。本實(shí)驗(yàn)對(duì)糙米和碾減率10%精米表面油脂指標(biāo)變化情況分析后發(fā)現(xiàn)，在儲(chǔ)藏0～5d期間，25、37℃下，精米FFA含量增長(zhǎng)較快，而此時(shí)糙米FFA含量的曲線變化較為平緩。這可能是由于精米在加工碾磨過程中脂肪酶被激活導(dǎo)致的。雖然糙米油脂含量較精米高，但是精米游離脂肪酸占總脂肪質(zhì)量百分比比糙米高且增幅也比糙米大，同時(shí)對(duì)FFA生成動(dòng)力學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)糙米表面油脂水解反應(yīng)活化能比精米高，說明糙米比加工過的精米表面油脂穩(wěn)定性更高。MDA含量的變化分為三個(gè)階段，平緩增長(zhǎng)、迅速增加和下降階段。米樣的MDA含量的檢測(cè)中，精米MDA初始含量占脂肪的質(zhì)量百分比比糙米大，這可能與脂肪氧化酶在加工過程中被激活有關(guān)。加工過精米的MDA含量達(dá)到峰值時(shí)，在37、25、4℃下MDA占總脂肪質(zhì)量百分比比糙米的高。這說明精米油脂的過氧化程度比糙米大。在后期MDA含量下降階段，經(jīng)碾磨加工過的精米表面受損，米粒表面細(xì)胞失去皮層的保護(hù)后對(duì)MDA累積的細(xì)胞耐受性較差，累積量較低時(shí)細(xì)胞膜大量損傷，酶活性下降，MDA含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)并且精米下降幅度比糙米大。由此可見，精米表面油脂穩(wěn)定性較差，更容易發(fā)生氧化，并且米粒表面細(xì)胞失去皮層保護(hù)后也更加脆弱，容易受MDA累積造成的損傷。由于米樣MDA含量在陳化后期會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，因此在對(duì)米樣陳化程度進(jìn)行判定時(shí)，不宜單獨(dú)將MDA值作為判定指標(biāo)，應(yīng)采用游離脂肪酸含量結(jié)合其他大米品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合判定。

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