低氧包装对糙米陈化和品质的影响

黄 皓 王 毅 李 莉 罗自生,2,3,4

(浙江大学生物系统工程与食品科学学院1，杭州 310058) (智能食品加工技术与装备国家地方联合工程实验室，农业农村部农产品产后处理重点实验室， 浙江省农产品加工技术研究重点实验室2，杭州 310058) (浙江大学馥莉食品研究院3，杭州 310058) (浙江大学宁波研究院4，宁波 315100)

稻谷是世界上超过一半人口的重要主食之一，因此在世界各地被广泛种植，而我国也是稻谷生产大国之一[1]。糙米是稻谷脱壳后的完整果实，由皮层、糊粉层、胚和胚乳四部分组成。糙米富含淀粉、蛋白质、脂肪、粗纤维、维生素，同时还含有多种对人体健康有益的生物活性物质如谷胱甘肽、植物甾醇和酚类物质[2]。糙米经碾白、抛光等工序后获得精米。于巍等[3]研究发现糙米主要营养素含量远高于精米。

在流通或者储藏过程中，糙米由于自身的呼吸作用以及微生物的影响，逐渐陈化，导致食用价值降低[4]。因此，需要采取合适的手段来延缓糙米的品质劣变。气调技术作为一种常用的储藏技术被广泛地应用于粮食储藏领域[5]。气调技术通过改变包装内部的气体组成条件来抑制商品的呼吸作用，从而延长货架寿命[6]。例如，Li等[7]研究了气调包装对储藏大米食用品质的影响。但目前，气调包装主要集中在稻谷、精米的研究，对于糙米气调包装的相关研究较少。

采用高效的小包装技术，结合无污染的可再生资源N2，寻找合适的气调包装技术延缓长时间储藏过程中糙米的陈化，维持糙米的品质，旨在为糙米的气调包装应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料：籼型两系杂交一季晚稻“晶4155S×华占”，产自江西宜丰，收获于2016年11月份。除去稻谷外壳得到糙米原料。

试剂：醋酸、磷酸、酚酞、磷酸二氢钠、葡萄糖、磷酸氢二钠、乙酸钠、碘化钾、碘酸钾、马铃薯淀粉、石英砂、过氧化氢溶液(35%)、三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸溶液(98%)、营养琼脂培养基、高盐察氏培养基。

1.2 仪器与设备

CR-400 色差计，200T高速多功能粉碎机，超净工作台，UV-5800PC 紫外可见分光光度计，TGL-16M台式高速离心机，HZ-9211KB恒温振荡器，TM-1000扫描电镜，MLS-3750立式高压灭菌锅，EYELA恒温培养箱，TA-XT2i质构仪。

1.3 实验方法

1.3.1 气调包装

首先，用14 cm×20 cm的PET真空包装袋分装糙米，根据预实验结果共设5组，分别为空气(对照)、真空、100% N2、90% N2+10% O2和70% N2+30% O2，每组16袋，每袋200 g，保证密封性良好，储藏于37 ℃的恒温箱中，以加速陈化过程。储藏时间为6个月，每2个月进行取样，测定指标。

1.3.2 色泽测定

参考郭玉宝[8]的方法，将糙米磨粉，过60目筛。打开CR-400色差计，选择L*、a*、b*模式进行测定。糙米陈化过程中颜色由乳白色向黄褐色转变，因此以L*和b*值作为糙米色泽的评价指标。同时拍摄了糙米的照片进行直观对比。

1.3.3 微生物检测

参考孔祥刚[9]的方法进行微生物检测。称取25 g糙米，放入装有225 mL灭菌水的细口三角瓶中，摇床振荡30 min，获得菌悬液。

1.3.3.1 细菌检测

以10倍递增稀释菌悬液。吸取1 mL不同稀释度的菌液置于培养皿中，倒入营养琼脂培养基，待培养基凝固，倒置于36 ℃的恒温箱中培养48 h。选取菌落数在30～300的培养皿计数，结果为每克糙米中的细菌数量，以CFU/g表示。

1.3.3.2 霉菌检测

以10倍递增稀释菌悬液。吸取1 mL不同稀释度的菌液置于培养皿中，倒入高盐察氏培养基，待培养基凝固，倒置于25 ℃的恒温箱中培养5 d。选取霉菌数在10～150的培养皿计数，结果为每克糙米中霉菌数量，以CFU/g表示。

1.3.4 脂肪酸值测定

按照GB/T 20569—2006《稻谷储存品质判定规则》进行测定。取5 g糙米粉置于离心管，加入30 mL 95%乙醇，25 ℃温度下振荡1 h。以2 000 r/min离心5 min，取20 mL上清液加入锥形瓶中，滴入5滴酚酞溶液。采用0.05 mol/L的氢氧化钠乙醇溶液滴定至淡粉红色，持续3 s。以20 mL 95%乙醇作为空白试验。

按公式计算脂肪酸值F，结果用mg/g表示(以NaOH计)。

式中：c为氢氧化钠乙醇溶液浓度/mol/L；m为糙米质量/g；V1为测定样品所用氢氧化钠乙醇溶液体积/mL；V0为空白实验所用氢氧化钠乙醇溶液体积/mL；ω为试样的含水量/%；6 000，氢氧化钠的换算系数，即40×1.5×100。

1.3.5 丙二醛含量测定

根据李宏洋等[10]的方法测定丙二醛含量。称取1 g糙米粉，放入冰浴的研钵中，加入少量石英砂和2 mL的10%三氯乙酸，研磨成匀浆，再加入8 mL的10%三氯乙酸，再次研磨，以4 000 r/min离心10 min，取上清液进行测定。分别取2 mL上清液加入3支试管(对照将上清液换成蒸馏水)，在各管中加入2 mL的0.6%硫代巴比妥酸，将混合液置于沸水浴中反应15 min，冷却，离心。分别在在450、532和600 nm波长下的吸光度值。

丙二醛含量(μmol/g)=

式中：A450、A532、A600，样品在450、532、600 nm处的吸光值；V为上清液体积/L；m为糙米质量/g。

1.3.6 蒸煮糙米质构测定

参考Bourne[11]的方法，取200 g糙米蒸煮，冷却至室温，将糙米置于载物台上测定，每个样品测定4次，计算平均值。选取P/5探头，操作模式为压时测定，测前速度：10 mm/s，测试速度：1.0 mm/s，测后速度：1.0 mm/s，压缩比例：70%，触发点：10 g，停留时间：1 s。测定的指标有：硬度/g、黏着性/g·s、回复性。

1.3.7 糙米微观结构观测

参考彭波等[12]的方法，取完整糙米粒，用刀片去掉两端，于离子测射仪镀膜后，用扫描电子显微镜(SEM)扫描，电压为15 kV，放大倍数1 000倍，观测，拍照。

1.4 数据分析

各指标测定均重复3次，数据统计分析采用SPSS20软件进行，所得实验数据均以平均值±标准方差来表示。采用Origin 9.0软件作图。

2 结果与讨论

2.1 储藏过程中糙米色泽变化

在储藏过程中，糙米色泽逐渐由浅黄向褐色转变(图1a)。图1b所示，随着储藏时间的增加，糙米的L*值逐渐降低，表明糙米色泽变暗。而b*值则随着储藏时间的增加而升高(图1c)，表明糙米颜色逐渐变黄。糙米色泽的变化源于糙米含有的多酚氧化酶。多酚氧化酶可以催化糙米中的内源性多酚的氧化，并最终形成黑色素[13]。实验结果显示，相比其他处理，90% N2+10% O2包装能够最大限度地抑制糙米L*值的减小以及b*值的增大。这表明低氧环境能够较好地限制糙米褐变的进程，有利于维持糙米的色泽。Shen等[14]也报道在低氧气浓度条件下，酶促褐变受到抑制。

图1 不同气调包装对糙米储藏过程中的 表观颜色、L*值和b*值的影响

2.2 储藏过程中糙米微生物指标变化

如图2所示，在储藏的前2个月，糙米细菌和霉菌数目均增加。这是由于储藏初期，糙米表层营养物质丰富，细菌和霉菌迅速生长、繁殖。而2个月后营养物质被消耗，细菌和霉菌的生长、繁殖受到限制，因此细菌和霉菌数目呈现下降趋势。而在整个储藏过程中，90%N2+10%O2包装中糙米的细菌数目和霉菌数目始终维持在最低水平，说明该气调包装能够有效地抑制储藏过程中微生物生长和繁殖，最大程度地保持糙米的品质。较低的氧气浓度抑制了好氧微生物的生长，同时，氧气的存在也限制了厌氧微生物的生长。Hu等[15]的研究表明低氧的包装能够有效地抑制微生物的生长繁殖。

图2 不同气调包装对糙米储藏过程中的 细菌总数和霉菌总数的影响

2.3 储藏过程中糙米脂肪酸值和丙二醛含量变化

由图3a可见，在储藏的前4个月，由于糙米中的脂类成分大量水解成游离脂肪酸，使得脂肪酸值迅速升高。而在储藏的最后2个月，脂肪酸氧化生成醛、酮等物质，导致脂肪酸值下降或增速减缓[16]。脂肪酸值是反应糙米品质劣化的重要指标，脂肪酸值越低表明储藏品质越好。在整个储藏过程中，90% N2+10% O2包装将糙米的脂肪酸值保持在最低水平，因而延缓糙米品质的劣变。如图3b所示，随着储藏时间的增加，糙米的丙二醛含量显著升高。丙二醛含量反映了脂质氧化程度[17]。储藏期间，90% N2+10% O2包装的糙米丙二醛含量最低，说明该气调包装能够良好地降低脂质氧化程度，减缓糙米的酸败。童茂彬等[18]的研究采用98%的氮气包装，延缓了脂肪酸值和丙二醛含量的升高，与本研究结果相似。梁媛等[19]研究也表明N2包装能够有效抑制糙米氧化现象。

图3 不同气调包装对糙米储藏过程中的 脂肪酸值和丙二醛含量的影响

2.4 储藏过程中蒸煮糙米质构品质变化

如表1所示，在储藏过程中，糙米的硬度呈上升趋势，而黏着性和回复性呈下降趋势。随着储藏时间的增加，糙米中的直链淀粉含量增加，淀粉颗粒之间结构更加紧密，使糙米不易糊化，导致硬度增大，黏着性和回复性降低，影响食用品质[20]。在不同气调包装中，90% N2+10% O2包装中糙米的硬度保持在最低水平，而黏着性和回复性保持在最高水平。这表明90% N2+10% O2包装有利于维持储藏期间糙米的质构，保证糙米的食用品质。

表1 不同气调包装对糙米储藏过程中的硬度、黏着性和回复性的影响

2.5 储藏过程中糙米微观结构变化

如图4a所示，储藏前的糙米中的淀粉颗粒为多面体结构，淀粉颗粒之间有清晰的界限。储藏6个月后，部分淀粉颗粒转变为椭球形且聚集成一团(图4b、图4c、图4d、图4f)。这样紧密的淀粉颗粒结构导致糙米质构的劣化[21]。而图5e显示，在90% N2+10% O2条件下储藏的糙米最好地保持淀粉颗粒多面体结构，维持糙米微观结构。

图4 储藏前糙米微观结构(a)与气调储藏6个月后糙米 微观结构(1 000倍)

3 结论

本实验探究了不同气调包装对糙米品质的影响。采用空气(对照)、真空、100% N2、90% N2+10% O2和70% N2+30% O2五种气调环境，在相同条件下储藏6个月，结果表明，90% N2+10% O2的低氧气调包装能够最大限度地保持糙米的色泽、质构及微观结构，同时限制了糙米储藏过程中微生物的生长繁殖以及脂质的氧化，对于维持糙米的品质起到良好的效果，有利于糙米的长期储藏。本文是基于小包装低氧气调以保持糙米品质的研究。研究结果证实小包装低氧气调有作为糙米包装方式的潜力。在今后的研究中，可以探究更精确的N2和O2含量来优化对糙米的储藏效果。