张玉荣,周显青,刘敬婉
(河南工业大学 粮油食品学院,粮食储藏与安全教育部工程研究中心,粮食储运国家工程实验室,河南 郑州 450001)
加速陈化对粳稻的营养组分及储藏、加工品质的影响
张玉荣,周显青*,刘敬婉
(河南工业大学 粮油食品学院,粮食储藏与安全教育部工程研究中心,粮食储运国家工程实验室,河南 郑州 450001)
为了探讨粳稻谷在储藏期间的品质变化规律,模拟中国典型储粮区域高温高湿环境,对我国主要粳稻谷产区的3种粳稻进行加速陈化储藏,测定不同储藏时间稻谷的营养组分、储藏品质、加工品质等相关指标并进行差异分析。结果表明:随着储藏时间的延长,3种粳稻样品水分含量、发芽率、粗脂肪含量、出糙率和整精米率呈逐渐下降的趋势,直链淀粉含量则随着时间延长有所增加,还原糖含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性呈先上升后下降的趋势,粗蛋白含量没有明显规律性变化。其中,江苏、吉林和原阳的样品发芽率分别在储藏第22周、18周和22周时降为0,还原糖含量分别在储藏16、18和20周时达到最高,丙二醛含量在储藏20周时达到峰值;发芽率、直链淀粉、粗脂肪、脂肪酸值、还原糖和丙二醛含量以及过氧化物酶活性、整精米率在大多数储藏时期内的数值间差异都达到显著水平,表明这些指标可较好地反映不同储藏时期粳稻品质劣变的差异程度,可作为稻谷陈化的敏感指标。
粳稻;加速陈化;营养组分;储藏品质;加工品质
我国的稻谷产量和消费量均居世界第一,同时,稻谷也是我国超过半数以上人口赖以生存的主要口粮。稻谷的消费特点和在国民经济中的地位决定了我国每年必须有一定的稻谷储备量。目前我国稻谷库存量大概为全年稻谷产量的一半,每年储藏的稻谷达9 000多万t,平均储藏时间为16个月左右[1]。稻谷极易受到储藏环境如温度、湿度等因素的影响而产生陈化现象从而导致品质的劣变,关于稻谷储藏过程中品质变化的研究有很多[2-12],如稻谷中脂类、蛋白质和淀粉等基本成分的变化,脂肪酸值、还原糖含量、酶类含量或活性等理化指标的变化,加工品质、蒸煮品质、糊化特性、挥发性气体成分变化等。但前人的研究主要集中在不同温度、不同储藏条件下稻谷部分品质指标的变化。作者主要通过对粳稻主要主产区的3个新收获的样品模拟中国典型高温高湿储粮区的温湿度条件进行加速陈化,探究加速陈化下粳稻的营养组分及对储藏、加工品质的影响,以期为粳稻谷储藏过程品质变劣机理研究提供基础数据,同时也为粳稻的安全储藏提供技术支持。
选取了3个粳稻谷主产区江苏(矮白稻)、吉林(吉粳88)、河南(原阳黄金晴)2014年收获的稻谷,参照GB 5491—1985进行采样,取样后在4℃下存放。
无水乙醇、冰乙酸、氢氧化钠、硫代硫酸钠、无水乙酸钠、浓硫酸、钨酸钠、铁氰化钾、氯化钾、碘化钾、可溶性淀粉、氢氧化钾、硫酸锌、三氯乙酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、愈创木酚、30%过氧化氢、硫代巴比妥酸、无水乙醚、重铬酸钾、酚酞均为分析纯。
JXFM110锤式旋风磨:上海嘉定粮油食品有限公司;101C-3型电热鼓风干燥箱:上海实验仪器厂有限公司;PQX多段可编程人工气候箱:宁波东南仪器有限公司;MP2002电子天平:上海恒平科学仪器有限公司;HY-4调速多用振荡器:江苏省金坛市医疗仪器厂;TU-1810紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;全自动定氮仪:丹麦FOSS公司;HHS型电热恒温水浴锅:天津市华北实验仪器有限公司;JLG-Ⅱ型砻谷机、JNM-Ⅱ型碾米机:中储粮成都粮食储藏科学研究所。
将3种粳稻用缝制的纱布袋分装(50 cm×20 cm),每袋盛装样品1 kg左右。人工气候箱的温、湿度的参数设置模拟我国典型高温高湿地区的气候条件(35℃,RH 80%),参数设定后,人工气候箱空载2周使内部环境平衡,将样品放入模拟储藏,每隔2周取样进行测定(人工气候箱温度误差±2℃,湿度误差±5%)。
AACC双波长法:原理为若溶液中某溶质在两个波长处均有吸收,则两个波长的吸光度差值与溶质浓度成正比。直链淀粉和支链淀粉与碘发生显色反应分别生成深蓝色和棕红色的络合物。根据它们的吸收光谱不同,使碘试剂与标准品(与待测样品相应)显色反应,测定吸光度。
利用UV-01紫外分光光度计对制得的扫描液进行扫描得到直链淀粉的吸收光谱如图1所示,在测定波长和参比波长下测定直链淀粉和支链淀粉的吸光度值,得到直链淀粉和支链淀粉标准曲线如图2所示,并且符合朗伯比尔定律。
图1 直链淀粉的紫外光谱Fig.1 The UV absorption spectrum of amylose
图2 直链淀粉标准曲线Fig.2 The standard curve of amylose
测定步骤:稻谷样品经砻谷后用锤式旋风磨粉碎得到糙米粉,使用无水乙醚脱脂,过80~100目筛。准确称0.1 g脱脂后的糙米粉加入1 mL 95%乙醇,9 mL氢氧化钠,80℃水浴搅拌10 min。冷却蒸馏水定容50 mL,移取2.5 mL于小烧杯中调pH至3.5,之后将溶液倒入50 mL容量瓶加入碘液定容至刻度,分别测定波长为439、623 nm时的吸光度。
直链淀粉含量(%)=(ΔX+0.01)/0.020,
式中:ΔX为波长为439、623 nm时吸光度的差值。
水分的测定参照GB/T 5497—1985;发芽率的测定参照GB/T 5520—2011;粗蛋白的测定参照GB/T 5511—2008,蛋白质换算系数为5.95;粗脂肪的测定参照GB/T 5520—2011;脂肪酸值的测定参照 GB 20569—2006;还原糖的测定参照 GB 5513—2008标准铁氰化钾法;丙二醛含量的测定参照文献[7]的方法(糙米样品粉碎过80目筛);过氧化物酶活性的测定参照文献[7]的方法;出糙率的测定参照GB/T 5495—2008;整精米率的测定参照 GB/T 21719—2008。
稻谷是一种具有多孔性的胶体物质,其籽粒中分布了许多细微的毛细管,连接其内部的细胞与组织。在粮粒内部的极性基团互相吸引,当粮粒吸附水分后,由于极性基团分离且与水分子紧密相连而导致发生粮粒产生膨胀变形及内部裂缝的现象。同时,稻谷水分含量的上升会出现酶活性增强、呼吸强度增大及储藏物质水解等现象,进而储藏稳定性下降,所以说水分是影响稻谷品质的重要指标之一。对3种粳稻样品进行加速陈化,其水分含量的变化如图3所示。
图3 加速陈化过程中粳稻水分含量的变化Fig.3 The change of water content of japonica rice during the accelerated ageing process
由图3可知,随储藏时间的延长,3种粳稻样品的水分含量呈先急剧下降而后缓慢下降并逐渐趋于稳定的趋势。3种新鲜粳稻在35℃,RH 80%的条件下储藏,前6周下降较快,且初始水分越高下降速度越快,随后下降速度减慢,水分含量逐渐趋于稳定,说明在此条件下储藏对于刚收获具有较高水分的稻谷来说,环境湿度低于稻谷平衡水分所对应的相对湿度,稻谷与环境进行水分交换,稻谷水分散失。储藏12周后,3种稻谷样品的水分含量均达到动态平衡,江苏、吉林和原阳样品的水分变化范围分别为 12.39%~12.79%、12.24%~12.62%和12.92%~13.42%,基本保持平稳。
稻谷中含有多种少量的低分子糖类,如葡萄糖、棉籽糖、异戊糖等,这些糖类可以按照化学结构分为还原糖与非还原糖。在一定的环境温度下,稻谷会因为还原糖中所含的还原基而被氧化,从而导致其品质的劣变[13]。储藏过程中3种稻谷的还原糖含量变化如图4所示。
图4 加速陈化过程中粳稻还原糖含量的变化Fig.4 The change of the reducing sugar content of japonica rice during the accelerated staling process
从图4可知,随着储藏时间的延长,3种稻谷的还原糖含量呈先缓慢升高后下降的趋势,江苏、吉林和原阳样品还原糖含量分别在储藏16、18、20周时达到最高。这可能是由于储藏时间较短时,淀粉酶的活力较高,较多的淀粉分子分解为还原糖导致其含量的增加,而随着陈化的进一步加深,较高的温度等因素致使淀粉酶活力降低,同时稻谷因为自身活动的需要会消耗较多的还原糖,从而出现所测还原糖随储藏时间延长先增加后降低的趋势。
直链淀粉是易受储藏环境影响的指标,同时是稻谷的重要品质指标之一。直链淀粉含量直接影响大米的黏性、硬度等感官评定值[14]。直链淀粉含量在12%~19%的大米,蒸煮时吸水率低,食味品质良好[15]。粳米的直链淀粉含量大多在此范围内,而籼米直链淀粉含量则较高,这就是粳米米饭常因其口感良好、软硬适中受到人们喜爱的原因。
由图5可知,3种稻谷样品的直链淀粉含量随储藏时间的延长呈上升趋势,这与Juliano[16]研究的大米在陈化过程中直链淀粉含量会增加的结论一致。在稻谷储藏过程中脱支酶保持活性,且较高的温度下酶活力较高,作用于支链淀粉α-1,6糖苷键,使支链淀粉脱分支,部分转变为直链淀粉,因此储藏过程中直链淀粉含量增加。此外,江苏和原阳样品的直链淀粉含量接近但始终高于吉林样品,说明直链淀粉含量和稻谷品种有密切的关系。
图5 加速陈化过程中粳稻直链淀粉含量的变化Fig.5 The change of the amylose content of japonica rice during the accelerated staling process
粮食中所含蛋白质的多少是评价其营养价值高低的主要指标,稻谷中蛋白质的含量低于其他粮种,但其必需氨基酸构成较为完整,是优质的植物蛋白。3种粳稻粗蛋白含量随储藏时间的变化见图6。
图6 加速陈化过程中粳稻粗蛋白含量的变化Fig.6 The change of the protein content of japonica rice during the accelerated staling process
由图6可以看出,在储藏过程中,随着储藏时间的延长,3种稻米粗蛋白含量的变化没有明显规律,变化幅度很小,表明储藏对稻米粗蛋白含量没有明显影响。这与文献[17]所报道的稻谷中的蛋白质总量在其储藏过程中变化不大的结论相同。
脂肪是稻谷收获后维持其新陈代谢等生命活动的最主要能源物质之一,3种粳稻粗脂肪含量随储藏时间的变化见图7。
图7 加速陈化过程中粳稻粗脂肪含量的变化Fig.7 The change of the crude lipids content of japonica rice during the accelerated ageing process
由图7可以看出,随着储藏时间延长,3种稻谷的粗脂肪含量整体上呈现下降的趋势,储藏26周后,江苏、吉林和原阳样品粗脂肪含量分别降低了0.48、0.91和0.75个百分点。这是由于在储藏过程中稻谷中的脂肪会由于脂肪酶作用和周围环境中脂类的水解或氧化而减少。
发芽率常用于判断储粮的品质及新鲜程度,对3种粳稻样品进行加速陈化,其发芽率的测定结果见图8。
图8 加速陈化过程中粳稻发芽率的变化Fig.8 The change of germination rate of japonica rice during the accelerated ageing process
由图8可知,随储藏时间的延长,3种粳稻样品的发芽率总体呈现逐渐下降的趋势。江苏样品在储藏0~6周内,发芽率基本保持不变,均在90%以上,6周后,发芽率急剧下降,在储藏22周时,发芽率降为0。吉林和原阳样品在储藏2周后,发芽率有小幅上升的趋势,分别从93%升到95%、94.7%升到96.3%,这可能是稻谷的后熟作用所致;陈化2周后,两种稻谷样品的发芽率开始急剧下降,分别在第18周和22周时降为0。发芽率的这种变化趋势与文献[1]的研究结论一致,主要是因为在高温高湿的储藏环境下,较高的温湿度对稻谷籽粒的胚部产生作用,进而损伤了种胚的发芽能力。
稻谷储藏期间,脂类物质的主要变化为脂类的氧化及水解,其中水解作用会产生游离脂肪酸,主要有油酸、亚油酸、软脂酸以及少量的硬脂酸等。游离脂肪酸会随着稻谷的品质劣变进一步氧化分解为醛、酮等物质。因此,稻谷储藏过程中脂肪酸值的变化可以反映出其品质的变化情况,3种稻谷的脂肪酸值变化如图9所示。
图9 加速陈化过程中粳稻脂肪酸值的变化Fig.9 The change of the acid value of japonica rice during the accelerated ageing process
由图9可知,随着储藏时间的延长,3种稻谷样品的脂肪酸值呈波动上升趋势,这与Sodhi等[8]的研究结果一致。在本试验中江苏、吉林、原阳样品分别在陈化16、10、12周时脂肪酸值达到我国安全储粮标准指标认定的“轻度不宜储存”(25 mg/100 g)程度,在陈化22、18、16周时脂肪酸值达到我国安全储粮标准指标认定的“重度不宜储存”(37 mg/100 g)程度。虽然不同的稻谷样品达到不宜储存程度需要的陈化时间不同,但从轻度不宜储存到重度不宜储存,3种稻谷样品所用的时间均比较短,试验的3个品种,用时最短的仅需要4周,最长用时也只有8周,说明在35℃,RH 80%条件下,粳稻的品质会在较短时间内发生劣变,达到轻度不宜储存后不进行人为干预采取相应措施,稻谷会很快达到重度不宜储存进而失去食用价值。
在储藏过程中,稻谷胚和外皮层所含的脂类物质,如磷脂和三酰甘油酯,会水解产生游离脂肪酸,脂肪氧化酶作用于这些游离脂肪酸产生脂肪氢过氧化物,然后再分解产生醛、酮类等小分子产物,丙二醛是这其中的主要产物,因此稻谷脂过氧化程度可以通过测定丙二醛含量来判定。3种稻谷的丙二醛(MDA)含量变化如图10所示。
从图10可知,3种样品在前4周丙二醛含量变化不大,此后丙二醛含量开始增加,到储藏16周时达到峰值,16周后又开始下降。在储藏前期,丙二醛含量的增加可能是由于高温的储藏环境使稻谷所含的膜脂迅速水解为游离脂肪酸,脂肪氧化酶氧化游离脂肪酸为脂肪氢过氧化物,再分解为丙二醛等小分子物质。而储藏后期,由于高温等作用细胞死亡,细胞内的酶类物质活性下降,氧化游离脂肪酸的能力下降,从而导致丙二醛含量下降。
图10 加速陈化过程中粳稻丙二醛含量的变化Fig.10 The change of MDA content of japonica rice during the accelerated ageing process
过氧化物酶是一类含有血红素辅基的氧化酶,能够保护生物体内的活性氧防御系统。如果过氧化物酶活性降低,会导致分解稻谷呼吸过程中所产生的对细胞存在伤害的过氧化物的能力下降,有害物质会在稻谷籽粒中累积,从而加速稻谷品质的劣变。过氧化物酶和稻谷中其他的酶类物质相同,易受到温度、水分的影响。当稻谷储藏环境的水分和温度都较高时,过氧化物酶的活性会受到抑制。储藏过程中,3种稻谷的过氧化物酶活性变化如图11所示。
图11 加速陈化过程中粳稻过氧化物酶活性的变化Fig.11 The change of peroxidase activity of japonica rice during the accelerated ageing process
由图11可知,3种稻谷样品的过氧化物酶活性均呈先升高后降低的变化趋势,在储藏2周时基本保持不变,从2周到4周过氧化物酶活性迅速升高,4周后又迅速下降,在储藏后期几乎降为0。在储藏前期过氧化物酶活性的迅速升高可能是由于稻谷呼吸等作用产生大量H2O2促进稻谷产生了较多的过氧化物酶,而此后随着陈化的加深,过氧化物酶活性逐渐下降,过氧化物进一步积累,致使稻谷陈化加速。
出糙率是稻谷的定等指标,其大小直接反映稻谷加工品质的高低。出糙率是指净稻谷试样脱壳后的糙米(其中不完善粒质量折半计算)占试样的质量分数。3种粳稻出糙率随储藏时间的变化如图12所示。
图12 加速陈化过程中粳稻出糙率的变化Fig.12 The change of husked rate of japonica rice during the accelerated ageing process
从图12可以看出,3种粳稻的出糙率的变化趋势总体是随着储藏时间的延长而逐渐下降。储藏前10周时,3种粳稻的出糙率呈下降趋势,但储藏进行到第10~16周时,出糙率开始略有升高,16周之后又持续下降且下降速率高于0~10周,这可能和储藏前10周稻谷水分的平衡过程有关。
图13 加速陈化过程中粳稻整精米率的变化Fig.13 The change of head rice rate of japonica rice during the accelerated ageing process
整精米率是国标规定的稻谷定等的主要指标之一,也是稻谷加工品质的重要指标之一。整精米率是指净稻谷经实验砻谷机脱壳成糙米,糙米经实验碾米机碾磨成加工精度为国家标准三级(按GB 1354执行)大米时,长度达到完整米粒平均长度3/4及以上的米粒占净稻谷试样的质量分数。整精米率大小与稻谷的陈化程度有关,陈化程度越高其值越低。储藏过程中,3种稻谷整精米率的变化如图13所示。
从图13可以看出,3种粳稻的整精米率的变化趋势随着储藏时间的延长逐渐下降。江苏、吉林和原阳3种稻谷样品的整精米率的变化范围分别为:70.95%~74.10%、72.06%~73.83%和 71.86%~74.05%。江苏稻谷的整精米率下降速度明显高于吉林和原阳稻谷,说明稻谷在储藏时整精米率的下降速度存在品种间差异。
对各储藏时期的3种粳稻营养组分、储藏品质、加工品质指标的数值进行样品均值、标准差的统计分析以及各指标数值在不同储藏时期间差异性的方差分析,结果见表3和表4。
表3 粳稻加速陈化过程中理化特性各指标的变化及其差异性分析Table 3 The changes and variance analysis of physicochemical characteristics of japonica rice during the accelerated ageing process %
表4 粳稻加速陈化过程中储藏及加工品质各指标变化及其差异性分析Table 4 The changes and variance analysis of storage and processing qualities of japonica rice during the accelerated ageing process
粳稻各品质指标在不同储藏时期间的数值差异显著性表明:粗蛋白含量在新收获稻谷和加速陈化稻谷(2~26周)间都不存在显著的差异(P>0.05)。水分含量在储藏第6周和第8周之间存在显著的差异,而0~6周间及8~26周间差异不显著(P>0.05),说明储藏6周后粳稻的水分会出现明显下降,而之后的变化趋于平缓。粳稻发芽率在储藏0~2周和16~26周的数值差异不显著,储藏2~16周的发芽率的数值差异达到显著水平,表明发芽率可以反映粳稻储藏前中期品质劣变的差异程度。直链淀粉含量在储藏第8周时开始出现和原始数据的差异性,8~26周的变化差异性显著,说明直链淀粉含量是随陈化程度加深而产生变化的敏感性指标。粗脂肪含量在储藏第4周出现和原始数据的差异性,4~6周也出现差异性显著变化,而6~22周粗脂肪含量随储藏时间的变化差异性不明显。脂肪酸值在储藏2周即与原始数据出现显著性差异,这说明在高温高湿储藏粳稻时,脂肪酸值是较为敏感的测定陈化程度的指标;储藏进行到2~10周、18~22周和 24~26周时,脂肪酸值变化趋于平缓,差异性变得不明显,10~18周和22~24周出现显著性差异。还原糖在储藏2周与原始样品出现显著性差异,说明同脂肪酸值一样,还原糖含量也是稻谷储藏过程中较为敏感的指标,6~12周变化差异性显著,而2~6周和12~26周的变化差异性不显著。过氧化物酶活性在储藏第4周与原始数据差异性显著,4~18周随储藏时间的变化差异性显著,而18~26周的变化差异性不显著,说明稻谷在储藏期应对高温高湿的环境时,过氧化物酶对于环境的应激反应是先增加活性保护稻谷自身的品质,而随着陈化的加深及有害物质的累积,过氧化物酶活力急剧下降,稻谷的品质不断下降,因此,过氧化物酶活性也能一定程度上指征稻谷的陈化程度。出糙率在储藏第22周才出现与原始数据的差异性,且整个储藏期大部分测定出糙率间没有显著的差异性,而整精米率在储藏第4周即出现与原始数据的显著差异。综上所述,发芽率、直链淀粉、粗脂肪、脂肪酸值、还原糖、丙二醛、过氧化物酶和整精米率是粳稻陈化的敏感性指标。
(1)随着储藏时间的延长,3种粳稻样品的储藏品质和加工品质各指标的变化趋势基本一致。水分含量、发芽率、粗脂肪含量、出糙率和整精米率呈逐渐下降的趋势,其中水分含量的下降趋势由急变缓,第6周后开始逐渐趋于稳定,江苏、吉林和原阳样品的发芽率分别在储藏22周、18周和22周时降为0,直链淀粉含量和脂肪酸值则随着时间延长有所增加,还原糖含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性呈先上升后下降的趋势,江苏、吉林和原阳样品还原糖含量分别在储藏 16、18、20周时达到最高,丙二醛含量在储藏20周时达到峰值,20周后开始下降。蛋白质含量变化幅度很小且没有明显的规律。
(2)发芽率、直链淀粉、粗脂肪、脂肪酸值、还原糖和丙二醛含量以及过氧化物酶活性、整精米率在大多数储藏时期内的数值差异都达到显著水平,表明这些指标可较好地反映不同储藏时期粳稻品质劣变的差异程度,即发芽率、直链淀粉、粗脂肪、脂肪酸值、还原糖和丙二醛含量以及过氧化物酶活性、整精米率为稻谷陈化的敏感指标。
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EFFECTS OF ACCELERATED AGEING ON NUTRITIONAL COMPONENTS AND STORAGE AND PROCESSING QUALITY
ZHANG Yurong,ZHOU Xianqing,LIU Jingwan
(Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops,Henan Collaborative Innovation Center of Grain Storage and Security,College of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)
In order to investigate the quality change of Japonica Rice during storage,the high temperature and high humidity environment of typical grain storage areas in China was simulated. Accelerated ageing of 3 kinds of Japonica rice from main japonica rice producing areas in China was conducted in the present study. The nutritional components,storage quality and processing quality of rice at different storage time were measured and analyzed. The results showed that the moisture content,germination rate,crude fat content,husked rice rate and head rice rate of 3 rice samples decreased but the amylose content increased with the extension of storage time.The reducing sugar and MDA contents and the peroxidase activity increased firstly and then decreased,while the crude protein content had no obvious regularity change. The germination rates of Japonica Rice from Jiangsu,Jilin and Yuanyang decreased to 0 after storage for 22,18 and 22 weeks,respectively; the reducing sugar contents reached to the highest after storage for 16,18 and 20 weeks,while MDA content for 20 weeks. The numerical differences of the germination rate,amylose,crude fat,acid value,reducing sugar and MDA content,the peroxidase activity and head rice rate reached to a significant level during the most storage time. It was concluded that these indicators could better reflect the variance degree of rice quality deterioration at the different storage period,which could be taken as sensitive indexes for rice ageing.
Japonica Rice;accelerated ageing;nutritional components;storage quality;processing quality
TS 210.1 文献标志码:B
1673-2383(2017)05-0037-08
http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171030.0936.016.html
网络出版时间:2017-10-30 9:36:35
2017-01-04
张玉荣(1967—),女,新疆阜康人,教授,硕导,主要从事农产品储藏与品质分析。
*通信作者