劉 欣，姚遠航，陳文若，顧佳緣，王 琰，陳銀基*

（南京財經(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 南京 210023）

糙米是稻谷脫去外保護皮層——稻殼后的稻米籽粒[1]，其包括糠層、胚芽及胚乳。糙米經(jīng)過再加工去除糠層和胚芽，剩下的胚乳部分就是平常所食用的精白米[2]。大米中60%～70%的脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和大量必需氨基酸都聚積在表皮層和胚芽中；因此，加工精度越高，其營養(yǎng)物質(zhì)流失越嚴重[3-4]。隨著生活水平的提高，糙米因其豐富的營養(yǎng)成分受到消費者青睞，而糙米的儲藏也備受關(guān)注[5]。目前我國對糙米的研究主要包括糙米儲藏期間的品質(zhì)特性變化、水分遷移規(guī)律及揮發(fā)性成分等方面[6-10]；或進行氣調(diào)儲藏，研究糙米的品質(zhì)變化規(guī)律以找到更合適的儲藏方法。但對于糙米的研究往往基于靜態(tài)微環(huán)境（恒定的溫濕度）的處理，而在實際儲藏過程中，會受到晝夜溫、濕差等其他因素的影響，實際溫濕度波動很大。我國早秈稻種植面積大、產(chǎn)量高，但是收獲時節(jié)適逢雨季，早秈稻水分質(zhì)量分數(shù)偏高，入倉稻谷未經(jīng)充分晾曬，儲藏后品質(zhì)較差（儲藏后的安全水分質(zhì)量分數(shù)為14%左右）[11]。因此研究偏高水分質(zhì)量分數(shù)糙米的安全儲藏技術(shù)以及儲藏過程中糙米的品質(zhì)變化，對確保糙米品質(zhì)和食用安全有著非常重要的意義。本實驗研究溫濕度條件動態(tài)變化下，糙米主要品質(zhì)指標，包括發(fā)芽率、脂肪酸值、過氧化氫酶活力等生理生化指標和水分狀態(tài)的變化規(guī)律，為糙米的安全儲藏提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷為2016年8月初新收獲的湘早秈32（產(chǎn)地：湖南韶山），經(jīng)礱谷機脫殼為糙米。

1.2 儀器與設(shè)備

PQX-300D智能人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司；CM-5色差儀 日本柯尼卡美能達公司；GNP-9160隔水式恒溫培養(yǎng)箱 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；NMI20核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；SFY-20A快速水分測定儀 深圳市冠亞電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 動態(tài)儲藏條件構(gòu)建

考慮到實際倉儲糧食取樣不便利，本實驗采取3 種實驗室模擬儲藏類型：配置制冷空調(diào)的低溫糧庫（可控溫控濕）、通風(fēng)條件較好的普通糧庫、南方小型糧庫（夏季高溫高濕），分別對應(yīng)本實驗低溫動態(tài)組（L組）、中溫動態(tài)組（M組）和高溫動態(tài)組（H組）。溫濕度設(shè)定主要依據(jù)2014ü2016年間測定的3 個典型糧庫第1年8月至第2年3月的各月份實際溫度和相對濕度，取每月日間均值和夜間均值，將動靜態(tài)溫濕度數(shù)據(jù)輸入3 個智能人工氣候箱（表1）；取初始水分質(zhì)量分數(shù)為15%的早秈稻碾成糙米，通過水分調(diào)節(jié)，分別獲得水分質(zhì)量分數(shù)為17%、19%、21%的糙米，進行為期240 d的模擬儲藏，每60 d取樣測定各項指標。

表1 動態(tài)儲藏條件構(gòu)建Table1 Establishment of dynamic storage conditions

1.3.2 指標測定

發(fā)芽率的測定參考GB/T 5520ü1985《糧食、油料檢驗 種子發(fā)芽試驗》。

脂肪酸值的測定參考GB/T 5510ü2011《糧油檢驗糧食、油料脂肪酸值測定》。

過氧化氫酶活力的測定參考GB/T 5522ü2008《糧油檢驗 糧食、油料的過氧化氫酶活動度的測定》，以每克糙米中所含H2O2質(zhì)量表示過氧化氫酶活力，單位為mg/g。

水分分布采用核磁共振成像分析儀測定。選擇15 mm的線圈，采用FID序列進行單次采樣校正中心頻率，用電子天平稱取1.50 g糙米樣品，置于直徑為15 mm的核磁管中，然后采用CPMG序列進行數(shù)據(jù)采集，每個樣品重復(fù)6 次，序列參數(shù)：SF＝19 MHz，SW＝200 kHz，TW＝1 500 ms，P1＝13 μs，P2＝25 μs，DR＝1，TD＝135 014，NS＝64，RFD＝0.1，RG1＝20，DRG1＝3，DL1＝0.1 μs，NECH＝3 000。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個指標測定至少重復(fù)3 次，數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析采用SPSS 16.0軟件進行，采用Excel軟件進行作圖。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）進行各個指標差異顯著性分析，糙米各指標間采用Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲藏條件對糙米發(fā)芽率的影響

圖1 儲藏條件對糙米發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of storage conditions on germination rate of brown rice

發(fā)芽率是評定種子生命力和新鮮程度的重要指標[12]。糙米在儲藏過程中的品質(zhì)變化可以通過發(fā)芽率的高低來反映。由圖1可知，隨著儲藏時間的延長，不同溫度組的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢，但下降程度不同。在儲藏前期（前60 d），L組和M組糙米種子發(fā)芽率差別不明顯，而H組水分質(zhì)量分數(shù)高于15%的糙米種子發(fā)芽率已經(jīng)低于50%；到了儲藏中期及末期，M組發(fā)芽率明顯低于L組，H組發(fā)芽率迅速下降最終為0；在120 d時，M組水分質(zhì)量分數(shù)為21%的糙米發(fā)芽率低于20%；在180 d時，H組糙米種子幾乎不再發(fā)芽。由此可見，水分質(zhì)量分數(shù)越高、儲藏溫度越高，發(fā)芽率越低；正常水分的糙米，在中低溫儲藏條件下應(yīng)控制儲藏期在180 d內(nèi)，高溫時應(yīng)控制儲藏期在120 d內(nèi)；但若高溫儲藏時，初始水分質(zhì)量分數(shù)應(yīng)低于15%。

本研究通過模擬3 種糧庫儲藏發(fā)現(xiàn)，種子的發(fā)芽率從大到小的順序為：L組＞M組＞H組。發(fā)芽率下降越快，說明糙米品質(zhì)劣變也越快。詹啟明等[13]研究不同儲藏方式對糙米發(fā)芽率的影響，發(fā)現(xiàn)低溫儲藏條件下的發(fā)芽率要高于氣調(diào)儲藏；這與本實驗研究結(jié)果一致。童茂彬等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，充氮氣調(diào)秈糙米的生活力和發(fā)芽率比常規(guī)儲藏下降要快，得出低溫可以有效保持糧食的品質(zhì)。由此可見，溫度對糙米種子發(fā)芽率有明顯影響，這可能是因為高溫條件對種子的胚部長期作用，破壞了胚部結(jié)構(gòu)，會嚴重降低種子的發(fā)芽率，而隨著溫度的降低，這種作用力逐漸減弱，發(fā)芽率受影響較小。

2.2 儲藏條件對糙米脂肪酸值的影響

圖2 儲藏條件對糙米脂肪酸值的影響Fig.2 Effect of storage conditions on fatty acid value of brown rice

由圖2可知，在為期240 d的動態(tài)儲藏過程中，糙米的脂肪酸值整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。L組和M組的脂肪酸值在儲藏前期（0～120 d）增加迅速；在儲藏中后期（120～180 d）增加較緩慢；在儲藏末期（180～240 d）逐漸下降。經(jīng)過240 d的儲藏后，L組、M組、H組水分質(zhì)量分數(shù)15%的糙米脂肪酸值分別增加了13.15、17.51、21.03 mg/100 g，水分質(zhì)量分數(shù)17%的糙米分別增加了13.68、19.56、20.10 mg/100 g。由此可見，溫度越高，脂肪酸值增加越明顯。即使在低溫條件下，水分質(zhì)量分數(shù)為15%的糙米脂肪酸值在第180天就已經(jīng)達到28.02 mg/100 g（＞25 mg/100 g），達到了不宜存放的標準[15]。因此，正常水分質(zhì)量分數(shù)的糙米，中低溫儲藏條件下的儲藏期應(yīng)控制在180 d以內(nèi)，高溫儲藏時糙米的水分質(zhì)量分數(shù)應(yīng)控制在15%以內(nèi)。

糙米籽粒脂肪水解會產(chǎn)生脂肪酸，脂肪酸質(zhì)量分數(shù)的增加會影響糙米的品質(zhì)[16]。Tsuzuki等[17]研究表明，脂肪酸值與食用品質(zhì)顯著相關(guān)，可以用脂肪酸值作為食用品質(zhì)的預(yù)測指標。宋偉等[18]對不同溫度、氧氣濃度條件下儲藏不同水分質(zhì)量分數(shù)的糙米脂肪酸值進行測定，結(jié)果表明，隨著儲藏時間的延長，糙米脂肪酸值呈先增加繼而又下降的趨勢，儲藏時間、溫度、氧氣濃度、糙米水分質(zhì)量分數(shù)對脂肪酸值影響極顯著（P＜0.01），溫度、糙米水分質(zhì)量分數(shù)越高，脂肪酸值上升越快。李央等[19]指出糙米在儲藏過程中，脂質(zhì)在酶的作用下分解產(chǎn)生游離脂肪酸，從而使得脂肪酸值含量增加[20]。但脂肪酸是一個處于動態(tài)平衡的中間產(chǎn)物，在一定條件下還會進一步分解成酚類、醛類、酮類等物質(zhì)[21]，導(dǎo)致其含量下降。本研究在整個動態(tài)模擬過程中，隨著儲藏時間的延長，脂肪酸值先增加后緩慢減小。初始水分質(zhì)量分數(shù)越大、儲藏溫度越高，脂肪酸值增加越快。

2.3 儲藏條件對糙米過氧化氫酶活力的影響

圖3 儲藏條件對糙米過氧化氫酶活力的影響Fig.3 Effect of storage conditions on catalase activity of brown rice

過氧化氫酶活力是衡量糧食新鮮程度的重要指標。由圖3可知，隨著儲藏時間的延長，過氧化氫酶的活力呈下降趨勢，酶活力減弱說明糙米籽?；盍档?。L組水分質(zhì)量分數(shù)15%、17%、19%、21%的糙米經(jīng)過240 d的儲藏，其過氧化氫酶活力分別降低了2.4、2.0、2.8、3.1 mg/g，水分質(zhì)量分數(shù)越高，酶活力越低。L、M、H組15%水分質(zhì)量分數(shù)糙米在經(jīng)過240 d的儲藏，其過氧化氫酶活力分別降低了2.4、3.2、4.7 mg/g，17%水分質(zhì)量分數(shù)的糙米分別降低了2.0、3.6、4.4 mg/g。由此可見，高溫會破壞酶的結(jié)構(gòu)和催化功能；溫度越高，過氧化氫酶活力越低。

在儲藏過程中，糙米籽粒進行呼吸作用會產(chǎn)生有害物質(zhì)H2O2，H2O2的氧化作用會影響糙米的品質(zhì)，使其發(fā)生劣變[22]。而過氧化氫酶可以分解H2O2，起到保護籽粒的作用[23]。在儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，過氧化氫酶活力呈下降趨勢，尤其模擬南方小型糧庫的H組，下降趨勢更明顯。這可能是因為夏季溫度高，加速了丙二醛的產(chǎn)生，丙二醛有強交聯(lián)能力，能夠破壞過氧化氫酶的結(jié)構(gòu)和催化性質(zhì)，從而在一定程度上降低了它的活力[24]。過氧化氫酶活力不僅可以作為評判谷物品質(zhì)變化的指標，還可反映玉米中霉菌的生理活動狀態(tài)[25]，進而可對玉米的黃曲霉毒素B1進行預(yù)測。研究還發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶活力與發(fā)芽率密切相關(guān)，由于過氧化氫酶活力降低，被分解的H2O2減少，導(dǎo)致H2O2的積累，從而抑制了籽粒的呼吸作用[26]，使得發(fā)芽率也降低。因此，過氧化氫酶活力與發(fā)芽率呈正相關(guān)關(guān)系。

2.4 儲藏條件對糙米水分分布變化的影響

圖4 儲藏條件對糙米T2弛豫時間信號總量的影響Fig.4 Effect of storage conditions on total T2 relaxation time of brown rice

通常用低場核磁共振儀來觀察樣品的形態(tài)結(jié)構(gòu)和水分分布[27]。糙米中含有的水分在低場核磁共振中產(chǎn)生信號，不同的氫質(zhì)子信號被核磁共振儀采集，并顯示成不同橫向弛豫時間被區(qū)分開來。橫向弛豫時間T2反映了樣品內(nèi)部氫質(zhì)子的存在狀態(tài)和其所處的化學(xué)環(huán)境，與氫質(zhì)子所受到的束縛力及其自由度有關(guān)[28]。由于氫質(zhì)子主要來源于水分子，因此可以通過弛豫時間的變化來測量分析物質(zhì)的水分分布。T2弛豫時間越短，在T2譜上峰的位置越靠左，意味著氫質(zhì)子受約束越大，也就是自由度越小；反之T2弛豫時間越長，在T2譜上峰的位置越靠右，則意味著氫質(zhì)子自由度越大，越不受約束。通常情況下，T2在1～10 000 ms范圍內(nèi)存在3 個峰，分別是T21峰、T22峰、T23峰。這3 個峰代表糙米中氫質(zhì)子的3 種相態(tài)，T21峰表征的水為吸附水，T22峰表征的水為自由水，T23表征糙米中的脂肪（相關(guān)圖未列出）[28]。

由圖4可知，在低溫儲藏條件下，各水分質(zhì)量分數(shù)的糙米T21、T22信號總量變化很??；初始水分質(zhì)量分數(shù)越大，儲藏初期A22越大，即水分質(zhì)量分數(shù)越高，自由水質(zhì)量分數(shù)越高。由圖4A1、B1、C1可以看出，同一水分質(zhì)量分數(shù)的糙米在不同儲藏溫度下T21所占峰面積比不一樣，溫度越高，A21越小，說明吸附水質(zhì)量分數(shù)減??；同時，由圖4A2、B2、C2可知，同一水分質(zhì)量分數(shù)的糙米在不同儲藏溫度下T22所占峰面積比也不同，溫度越高，A22越大，說明自由水質(zhì)量分數(shù)上升。

在糙米的儲藏過程中，初始水分質(zhì)量分數(shù)高的糙米其自由水的質(zhì)量分數(shù)要高于初始水分質(zhì)量分數(shù)低的糙米；隨著儲藏時間的延長，自由水質(zhì)量分數(shù)整體呈上升趨勢；高溫會引起水分遷移混亂，吸附水向自由水遷移，自由水質(zhì)量分數(shù)升高。可見，初始水分質(zhì)量分數(shù)越高、溫度越高，糙米就越容易發(fā)生霉變變質(zhì)。因此，儲藏糙米需要降低溫度和糙米的含水量[29-30]。楊慧萍等[31]通過對粳稻谷低場核磁反演峰進行分析，研究其在吸附和解吸的過程中水分遷移的變化，在解吸過程中，T22峰面積與稻谷質(zhì)量的變化呈正相關(guān)；在吸附過程中，T21峰面積與稻谷吸附質(zhì)量的變化有較高的擬合度，T22峰面積沒有明顯的時間規(guī)律性。宋偉等[32]研究發(fā)現(xiàn)可以利用低場核磁共振技術(shù)快速檢測粳稻谷的水分質(zhì)量分數(shù)和水分分布，通過粳稻谷磁共振成像圖像可以直觀觀測粳稻谷內(nèi)部的水分狀態(tài)。

2.5 糙米各指標相關(guān)性分析

表2 動態(tài)模擬儲藏過程中糙米各指標間的相關(guān)性Table2 Correlation between physicochemical indexes of brown rice under dynamic storage conditions

由表2可知，動態(tài)模擬儲藏過程中糙米發(fā)芽率與溫度極顯著負相關(guān)（r＝－0.238，P＜0.01），說明溫度越高，發(fā)芽率越低，糙米籽?；盍υ降?。脂肪酸值與溫度極顯著正相關(guān)（r＝0.372，P＜0.01），說明脂肪酸值受溫度變化影響很大。過氧化氫酶活力與溫度顯著負相關(guān)（r＝－0.125，P＜0.05），說明溫度越高，過氧化氫酶活力越低，糙米品質(zhì)越差。發(fā)芽率與過氧化氫酶活力極顯著正相關(guān)，說明發(fā)芽率越高，過氧化氫酶活力越大；發(fā)芽率與脂肪酸值極顯著負相關(guān)，說明發(fā)芽率越低，脂肪酸值越大。因此，發(fā)芽率可以作為糙米化學(xué)品質(zhì)的預(yù)測指標。

3 結(jié) 論

本實驗分析了早秈稻糙米形式在儲藏過程中生理生化指標及水分狀態(tài)的變化。結(jié)果表明，初始水分質(zhì)量分數(shù)和儲藏溫度會對糙米儲藏特性和儲藏后品質(zhì)產(chǎn)生影響；在糙米的儲藏過程中，初始水分質(zhì)量分數(shù)高的糙米其自由水的質(zhì)量分數(shù)要高于初始水分質(zhì)量分數(shù)低的糙米；高溫會引起水分遷移混亂，吸附水向自由水遷移，自由水質(zhì)量分數(shù)升高?？梢?，糙米水分質(zhì)量分數(shù)越高、儲藏溫度越高，糙米就越容易發(fā)生霉變變質(zhì)。在高溫高濕條件下，隨著儲藏時間的延長，發(fā)芽率和過氧化氫酶活力呈顯著下降趨勢，脂肪酸值呈先上升后下降的趨勢，糙米品質(zhì)發(fā)生劣變。因此，為避免糙米發(fā)生品質(zhì)劣變，正常（15%）或偏高（17%、19%）水分質(zhì)量分數(shù)的糙米在高溫條件下的安全儲藏期為120 d，低溫或中溫可以延長正常水分糙米儲藏期至180 d。但糙米在入夏高溫儲藏時，初始水分質(zhì)量分數(shù)須控制在15%的安全水分質(zhì)量分數(shù)以內(nèi)。