糙米储藏过程品质劣变机制及储藏技术研究进展

刘 欣，陈文若，曹 俊，陈银基，戴炳业，董 文

(1.南京财经大学食品科学与工程学院∥江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏 南京 210023； 2.中国农村技术开发中心，北京 100045)



糙米储藏过程品质劣变机制及储藏技术研究进展

刘 欣1，陈文若1，曹 俊1，陈银基1，戴炳业2，董 文2

(1.南京财经大学食品科学与工程学院∥江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏 南京 210023； 2.中国农村技术开发中心，北京 100045)

稻谷是我国主要的粮食作物之一，也是我国重要的储备粮品。一般认为采用糙米为主的储藏形式替代传统的稻谷储藏，不仅可以节省大量的仓容，还可以降低运输成本；但糙米储藏技术难度大，要求高。因此，研究糙米的安全储藏技术以及储藏过程中糙米的品质变化规律，对确保糙米品质有着非常重要的意义。主要综述了糙米在储藏过程中的品质变化及机制，展望了我国糙米储藏研究的未来发展方向，以期为我国糙米安全储藏提供技术参考。

糙米；储藏技术；品质变化；安全性

谷物是全世界人和动物重要的食物来源，稻谷的产量在世界粮食作物中一直稳居前三。稻谷也是我国主要的粮食作物之一，约有60%的人口以稻谷为主粮，我国每年都会储藏大量的稻谷[1]。稻谷的外壳厚度为25～30 μm，占稻谷总质量的18%～20%[2]，因此在相同储藏条件下，储藏糙米比储藏稻谷在节约仓容、降低运输成本方面有着显著优势。初步测算，若将稻谷储藏方式改成糙米储藏，则我国每年可节省约75亿kg的仓容，同时还能减少近千万吨的粮食运输量，大大降低了运输费用，这在目前我国财力较紧、粮食仓容较为紧张的情况下无疑将是一项利国利民的举措。另一方面，由于糙米储藏对环境卫生要求较高，粮食仓储企业为适应要求对基础设施进行升级改造，这也有利于淘汰落后产能，提高储备粮的品质[3]。较早开展糙米储藏技术研究的国家有日本、美国、菲律宾等，我国也曾做过一些试验和报道，但缺少系统的研究。因此，研究糙米的安全储藏以及储藏过程中糙米的品质变化规律，确保糙米的品质显得尤为重要。本文主要综述了糙米在储藏过程中的有害物发生、品质劣变以及主要的储藏方法，并且展望了我国糙米储藏研究的未来发展方向，以期为我国糙米安全储藏提供技术参考。

1 糙米储藏中有害物发生及品质劣变机制

糙米是稻谷脱去内、外颖后的果实，它主要由胚、胚乳和皮层三部分组成。胚呈椭圆形，约占整粒糙米的2.5%。胚由胚芽、胚根、胚茎和盾片组成，其中盾片与胚乳直接连接，种子发芽时分泌的酶会分解胚乳中的物质，为胚提供营养成分[4]。失去了外壳保护的糙米，因具有完整的种皮和胚结构，仍保持着生命力。籽粒自身强烈的呼吸作用及其他生理作用，会引起糙米各组分质地的变化；因此在相同的储藏条件下，与稻谷相比，糙米的储藏稳定性相对差一些，尤其是在常温或者高温条件下更为明显[5]。

1.1 储藏期间霉变的发生

在食品储藏过程中，粮食微生物是普遍存在的。微生物的种类和数量与食品的质量和安全之间存在着必然的联系。糙米储藏过程中微生物的种类是多种多样的，常见的类群有细菌、放线菌以及真菌中的霉菌和酵母菌等。因为粮食中含有微生物生理代谢活动所需要的各类营养物质，如糖类、水分、蛋白质、脂肪和无机盐等；因此在适宜的环境条件下，微生物会分解粮食中的有机物质，使粮食出现变色、异味、发霉等异常现象，其品质发生不可逆转的劣变，严重的还会产生有毒和致癌性的物质[6]。在粮食微生物中，霉菌的类群种类比较多，而且能适应各种不同的环境。霉菌呈丝状，繁殖方式通常为孢子繁殖。目前从粮食中分离提取出的霉菌种类大约有200多种，其中最多的是青霉属，有67种；曲霉属有26种；毛霉目有30种。霉菌生长繁殖很快，在侵染粮食时自身会产生活性很强的酶，分解食物中的有机物质，对粮食产生极大的危害[7]。其中以青霉、曲霉和镰刀菌对粮食的危害最大。

霉菌的生理代谢活动所需的温度和水分条件较其他微生物类群低，霉菌在适宜的水分和温度条件下大量生长繁殖，因此在储藏过程中，糙米最易受到霉菌的侵害。霉菌一般在20～28℃都可以生长，而当温度低于10℃或者高于30℃时，霉菌的生长状况会明显减弱，在0℃以下生长几乎为停滞状态[8]。因此，通常情况下我们可以采用降低储藏温度的方法来抑制霉菌的生长；但是在7℃以下，部分镰刀菌可产生毒素，侵染过冬的农作物。黄曲霉在6～8℃就可以生长繁殖，极限温度甚至可以达到44～46℃。当温度为32℃时，黄曲霉毒素会大量产生，危害农作物。

真菌的生长和毒素的产生与糙米中的含水量密切相关[9]。粮食在运输和储藏过程中若未充分干燥，就会导致湿度过高，容易引起附着在粮食表面及内部的霉菌快速生长繁殖。另外，胚中含有较多的营养物质，会引起霉菌感染，降低糙米籽粒的发芽率，并产生真菌毒素。如果食用了霉变的谷物或加工制品，则会引起病变甚至死亡。通常情况下，糙米储藏较为适宜的条件是，相对湿度小于70%，谷物含水量小于15%；在此条件下，霉菌的生长繁殖就会受到一定程度的控制[10]。在糙米储藏和运输过程中，除了温度和湿度等条件外，气体成分的变化对微生物的影响也比较大。霉菌属于好氧型真菌，在氧气充足的环境下生长繁殖迅速，在没有氧气的环境下生长停滞。因此，可以通过对储藏仓采取抽真空或者充氮气等方法来抑制粮食中霉菌的生长繁殖。

1.2 糙米储藏期间害虫的侵害

粮食作物在储藏期间，难免会有虫害的发生。糙米因其胚和胚乳都呈裸露状态，更容易被有害生物——储粮害虫所侵染，对其品质产生一定的影响。稻谷中的害虫多种多样，主要的储粮害虫有4种：米象、小扁虫甲、赤拟谷盗和锯谷盗。这些害虫会引起谷物的生理生化变化，其幼虫可蛀空米粒内部胚部分，使糙米发生霉变，造成糙米的品质下降，给粮食储藏带来巨大的损失[11]。当储藏温度高于15℃时，糙米容易遭受害虫的侵害；因为此温度更适宜害虫生长繁殖和进行生理代谢活动，并且随着储藏温度的升高，害虫的繁殖速度加快，对糙米的危害也就越严重。因此，在糙米实仓储藏过程中，一定要注意严格控制好温度，防止害虫的产生和侵害。

1.3 储藏糙米品质劣变

糙米种子生活力的生理基础是保持细胞膜的完整性，细胞膜是细胞进行物质交换、能量传递等重要生理活动的场所和媒介。长期储藏或环境较差时，细胞膜的结构可能受到损伤，使得细胞膜的完整性和通透性发生改变。储藏糙米品质评价指标主要有脂肪酸值、过氧化氢酶活性以及质构特性等。脂肪酸值能够比较客观地反映出糙米的新陈度，是评价糙米品质最为重要的一项指标。由于受到酶和氧气的作用[12]以及温度、水分活度等因素[13-14]的影响，脂肪酸值会随着储藏时间的延长而增加，从而导致糙米品质的下降。在储藏过程中，脂类物质相互作用发生水解，引起水解性酸败和氧化性酸败，使得酸度变大，糊化物的特性发生改变，引起糙米品质的下降。研究发现，在5℃低温条件下，将糙米储藏1 a，其脂肪的含量几乎没有任何变化，但是如果在35℃高温条件下储藏1 a，其脂肪含量的变化是非常大的，尤其是游离脂肪酸的变化最为明显[15]。

随着温度的升高，糙米水分活度增大，酶的活性增高，糙米种子呼吸作用变强，所以代谢产生的有害物质累积也多，同时异化作用又会消耗一部分底物，在两者的综合作用下，糙米种子的生理活性降低。糙米在储藏过程中所发生的生化反应大部分都是在酶的催化作用下进行的，酶的活性对糙米有很大的影响，如果酶的活性减弱或丧失可导致糙米的陈化。在糙米正常的呼吸过程中会产生大量过氧化氢，并通过过氧化氢酶的作用被分解。过氧化氢酶活性的高低是评价糙米新鲜程度的敏感指标[16]。研究发现，在糙米储藏过程中，储藏温度、氧气浓度和糙米的水分活度都会对过氧化氢酶的活性产生一定的影响。其中，温度、氧气浓度和水分的交互作用对糙米中过氧化氢酶活性的影响最为显著。温度和水分活度越低，糙米品质的劣变速度就越慢[17]。

质构特性是糙米品质中变化最为明显的特征之一，主要表现为黏度降低、硬度增加。黏度和硬度是衡量稻米蒸煮品质的主要指标[18]。随着储藏时间的延长，糙米水分活度降低，米粒的硬度增加，黏度减小，色泽变暗，口感变差[19]。研究还发现，随着储藏时间的增加，糙米的原始水分越高，储藏温度越高，其硬度增加越大，黏度下降越多，劣变速度越快，影响最终的蒸煮品质，因此在实仓储藏时，要严格控制好糙米的原始水分和储藏温度[20]。

2 糙米储藏方法

糙米适合储藏在低温密闭的环境中，高温环境会影响糙米的发芽率、脂肪酸值和过氧化氢酶活性等品质指标。通过对粮仓进行改造，采取改善粮仓的隔热保温性能和气密性等方式，能更加有效地实现糙米低温密闭储藏。近年来，研究人员越来越重视对有害生物适宜生存条件的研究，以寻找更经济、合理、安全的糙米储藏方式，主要包括低温储藏、气调储藏、辐照储藏以及生物制剂储藏保鲜等。

2.1 低温储藏

从糙米储藏期间的品质劣变可以看出，温度是影响储藏品质的首要因素[21]。低温储藏法是指利用自然低温条件或机械制冷设备，以实现降低存储仓温度的方法。国内外研究者一致认为低温储藏法是储藏糙米的最佳方法，因为在低温条件下,储藏的糙米其品质变化缓慢，霉菌的生长受到抑制，储藏效果佳[22]。研究发现，假如将存储仓的温度控制在低于10℃条件下，并且相对湿度小于70%，则糙米的保质期可长达5 a[23]。对糙米的储藏研究开展比较早的国家是日本，为了保持糙米的品质，普遍采用低温储藏法，并将糙米水分控制在13%以下，到现在已经达到了300万t的仓容。在低温、准低温条件下储藏糙米可使其品质保持良好，特别是对糙米的发芽率、蒸煮品质等表现最为显著。

2.2 气调储藏法

气调储藏法是通过人工或生物的方法来改变储藏空气中N2、CO2、O2比例，使某些气体浓度保持在一定范围内，从而达到减缓糙米品质的劣变、抑制有害微生物的生长繁殖和降低米粒自身的呼吸作用和生理代谢活动的效果[24]。常用的气调方法有自然缺氧、充N2、充CO2和真空储藏。充N2气调是指通过增加储藏环境中N2的浓度，以降低环境中O2的浓度，抑制糙米籽粒呼吸作用的方法[25]。目前充N2气调在国内已经有大规模的推广。詹启明等[26]研究发现，气调储藏的糙米发芽率较低，与低温储藏相比并不占优势，这可能是由于糙米无氧呼吸产生的乙醇会对胚造成损害，影响其发芽率；并且温度越高，其破坏能力越强。澳大利亚研究者对糙米进行气调储藏实验，在30℃温度下充入CO2气体，储藏3个月，研究结果表明，糙米的品质保持良好，而在30℃温度下常规储藏糙米3个月，其品质明显下降。

2.3 辐照处理法

辐照处理法是指利用放射性同位素60Co和137Cs衰变时所产生的能量来对食品进行加工处理[27]。在食品的加工处理中，60Co-γ射线的应用相对而言比较广泛。与传统的储藏方法相比，辐照处理具有耗能低、效率高、辐照均匀等特点[28]。粮食作物在储藏期间，难免会有虫害的发生。稻谷中的害虫多种多样，这些害虫会引起谷物的生理生化变化，其幼虫可蛀空米粒内部胚部分，使糙米发生霉变，造成糙米品质下降，给粮食储藏带来巨大的损失。而γ-射线的辐照能深入食物内部[29]，适宜剂量的辐照可以杀死粮食中的害虫，并且不会残留化学物质，影响糙米的品质。Sirisoontaralak等[30]研究结果表明，用小于0.5 kGy的γ-射线辐照处理糙米(KDML-105)，既不会降低糙米的风味，也不会产生其他不良风味，同时还能起到良好的驱除害虫的作用。在糙米储藏过程中，微生物也是普遍存在的。对稻谷中存在的一些治病病原体，Chung等[31]用γ-射线对其灭活，研究结果发现，当辐照剂量达到1 kGy时，稻谷中的沙门氏菌属、葡萄球菌和埃希氏菌属得到有效的控制；而当辐照剂量达到3 kGy时，就能够将这些致病病原体全部灭活。研究还发现，经过辐照后，糙米的蒸煮时间变短[32]，与单一的蒸煮过程相比，使用γ-射线辐照节省了能量，而且在食品热加工中，还能减少维生素和其他营养物质的损失。

2.4 生物制剂储藏保鲜技术

生物制剂储藏保鲜技术是近几年兴起的储藏保鲜方法，其主要利用微生物菌体及其代谢产物、生物天然提取物和基因工程技术进行保鲜。研究表明，壳聚糖、海藻糖、魔芋多糖、肉桂酸、有益真菌、多孢木霉、中草药提取物等多种天然生物制剂对生鲜食物保鲜都具有一定作用[33]。生物保鲜技术的机理包括隔离食品与空气的接触，抑制或杀灭食品中的微生物，阻止自由基的攻击，延缓氧化作用等。由于生物保鲜剂具有天然、安全、简便等优点，故其应用范围不断扩大。综合利用物理和生物等领域的相关技术，可以较好地解决糙米生虫、黄变、变味、霉变等问题，同时阻止青霉、灰绿曲霉和绿霉等霉菌的侵染，抑制脂肪酶活化。防止非酶褐变等类似的方法应该也能够应用于糙米的储藏，但目前此方面的相关研究工作还不够深入。

3 展望

糙米在储藏过程中，其品质受储藏温度、湿度和气体成分等外界环境因素及糙米水分活度的影响而发生劣变。随着我国经济的增长和粮食流通方式的转变，国家各级粮仓的糙米储存量也会有较大幅度的增加。糙米安全储藏对维持粮食市场稳定、保护农民利益和国家粮食安全具有十分重要的意义。糙米在流通过程中不可避免地会受到机械损伤的影响，表皮性状、色泽的变化也必然会影响到糙米的消费量。此外，我国糙米安全储藏研究主要基于实验室静态模拟研究，应该更多地进行实仓型温湿度动态变化对糙米生理代谢及品质影响研究，这样才能更好地提高我国糙米储藏的科学水平。

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(责任编辑:俞兰苓)

Research progress on quality deterioration mechanism and storage technology of brown rice during storage

LIU Xin1, CHEN Wen-ruo1, CAO Jun1, CHEN Yin-ji1, DAI Bing-ye2, DONG Wen2

(1.College of Food Science and Engineering,Nanjing University of Finance and Economics;Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety,Nanjing 210023,China; 2.China Rural Technology Development Center,Beijing 100045,China)

Rice is one of the main food crops in China, and is also an important reserve grain crop. Generally, the main storage form of brown rice instead of the traditional rice storage, not only can save a lot of storage capacity, but also reduce transportation costs, but brown rice storage techniques is difficult and demanding. Therefore, it is very important to study the safe storage of brown rice and the change of quality of brown rice during storage, so as to ensure the quality of the brown rice. We reviewed the quality change of brown rice during the storage process and quality deterioration mechanism, and looked forward to the direction for the future development of brown rice storage in China, expecting to provide technical references for the safe storage of brown rice.

brown rice; storage; quality changes; safety

2016-07-07；

2016-12-28

刘 欣(1993-)，女，硕士，研究方向为食品安全与营养。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.01.004

TS210.1；S379.2

A

1003-6202(2017)01-0015-04