包装材料厚度对大米贮藏品质的影响

陈冰洁,乔勇进,张 怡,王 晓,刘晨霞

(上海市农业科学院农产品保鲜加工研究中心,上海 201403)

稻米是全球50%以上的人口特别是亚洲地区人民的主食,中国是世界上最大的稻米生产国和消费国,根据国家粮食局统计数据,中国2017年稻谷产量约为2.08×1011kg,占全球产量的40%[1]。在夏季温度高达38—41℃,相对湿度高达85%—98%的中国东南部和南部地区,大米劣变加快,损失严重。在暴露的环境中,陈化、泛黄和霉菌生长是大米的典型恶化现象[2-3],影响大米的食用品质和安全。包装材料是延缓大米陈化的有效手段,传统的塑料编织袋等包装材料这方面功能并不突出,取而代之的高阻隔性的包装材料受到众多研究人员的关注。

‘沪早香软1号’是上海国庆早稻的代表,以其突出的口感受到消费者的欢迎。‘沪软1212’获得2018年首届“全国优质稻品种食味品质鉴评金奖”,目前在上海各郊区广泛种植,并辐射到周边浙江、安徽及江苏等地,是上海优质软米的典型代表。上海作为高温、高湿地区,优质大米贮藏难度较大,且上海大米种植资源有限,如何维持地产大米的新鲜程度显得至关重要。本研究从贮藏品质、糊化特性、食味品质和蒸煮品质等指标,考察大米品质与包装材料厚度的关系,以期筛选合适的包装材料厚度。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

H1850R型台式高速离心机:湖南湘仪;BP301S型电子天平:德国赛多利斯;DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱:上海一恒科技;Ultrospec 3300pro型分光光度计:美国安玛西亚。大米食味计:北京东孚久恒;快速粘度分析仪:NEWPORT SCIENTIFIC。

1.2 试验材料

稻谷品种为‘沪早香软1号’和‘沪软1212’,采自上海市农业科学院庄行试验站,于4℃冷库中存储1年。试验前将稻谷加工成一级大米;包装材料:选用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PE(聚乙烯)复合材料,规格为18 cm×25 cm,由喜之龙办公旗舰店提供。采用TSY-T1水蒸气透过率测试仪测试包装材料的水蒸气透过量,采用氧气透过量测试仪检测其O2透过量。综合考虑水蒸气、O2透过量,本试验所用材料阻隔性的高低顺序为5＞4＞3＞2＞1,各相关指标见表1。

表1 包装材料特性Table 1 Characterization of packaging materials

1.3 试验方法

1.3.1 贮藏方法

分别称取500 g‘沪早香软1号’大米,装入表1编号的5组不同厚度的包装袋中,每组18袋,用封口机封口。置于37℃、75%RH的人工气候箱中加速大米陈化,每隔30 d取样测定。‘沪软1212’大米的贮藏同上述操作。

1.3.2 大米品质测定方法。

含水量的测定参照GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》中105℃恒重法;脂肪酸的测定参照GB/T 5510—2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》;糊化特性的测定参照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性测定 快速粘度仪法》;食味值用大米食味计测定,蒸煮品质的测定参照李闯等[4]的方法。每个指标以3次测量结果的平均值表示。

1.3.3 色差的测定

参照Wang等[5]和姜平[6]的方法,用黑板、白板进行色差计的校正后测定米粉颜色。每组样品重复3次取平均值。ΔE由ΔL*,Δa*,Δb*三者的平方和开平方得到。ΔE＜1.5、1.5＜ΔE＜3.0和3.0＜ΔE＜6.0分别表示样品与贮藏前样品颜色无差异、稍微有差异和显著差异。

2 结果与分析

2.1 不同厚度的包装袋对大米含水量的影响

贮藏期间大米的含水量不仅与米粒的呼吸、代谢有关,也与包装材料的厚度、透湿性、透气性等因素有关[7-8]。如图1所示,在高温高湿贮藏环境中,两品种大米的水分含量都呈下降趋势,且组1大米含水量在贮藏过程中变化较大,而组4和组5大米含水量变化较小,贮藏至150 d时,组1和组5的水分含量存在显著性差异(P＜0.05),这主要是因为组1材料水蒸气透过率大,大米水分波动速率较快,组5材料水蒸气透过率小,阻隔性好,大米水分波动速率较低,这与张红健等[9]研究结果一致。大米的含水率对米饭的食味品质有较大影响,大米水分含量过低时,蒸煮过程中,腰部和腹部会产生水分差而断裂,淀粉粒从断裂处涌出,导致米饭弹性降低、口感变差。一般认为,大米含水率在13%—16%时,感官、品质良好,风味、口感均处于较优水平[10]。‘沪早香软1号’大米在整个贮藏过程中水分含量一直在13%以下,而‘沪软1212’大米组3、4、5水分含量为13%—15%,处在较优水平,这也与‘沪软1212’大米食味值一直大于‘沪早香软1号’大米相符合。

图1 包装材料厚度对大米含水量的影响Fig.1 The influence of the thickness of packaging materials on water content of rice

2.2 不同厚度的包装袋对大米食味值的影响

贮藏过程中大米的食味品质受多种因素影响,直链淀粉含量和蛋白质含量较高会导致大米硬度增强[9,11];脂肪酸值的增加会导致米饭食用品质下降;含水量的降低易使大米爆腰,在蒸煮时营养物质流失导致米饭品质下降[12]。

食味值是通过测定大米中直链淀粉含量、蛋白质、脂肪酸和水分含量等指标综合评价大米食味的方法[12],食味值数值大小代表大米食味情况,100为满分,数值越高越好吃。与人感官评价相比较,操作简便、准确性高[13]。

由图2可知,随着贮藏时间的延长,‘沪早香软1号’和‘沪软1212’大米食味值都呈下降趋势,组1食味值变化最大,其次是组2和组3,最后是组4和组5。在150 d时,‘沪早香软1号’大米组1、2、3、4、5的食味值分别为60、62、66、67、68;‘沪软1212’大米组1、2、3、4、5的食味值分别为70、73、75、76、76。分析原因可能是在贮藏的过程中阻隔性差的包装含水量及脂肪酸的变化较大,导致稻米食味品质变差,由此说明厚度大的包装对于保持大米食用品质效果要优于厚度小的包装。

图2 包装材料厚度对大米食味值的影响Fig.2 The influence of the thickness of packaging materials on taste value of rice

2.3 不同厚度的包装袋对大米脂肪酸的影响

脂肪酸值是反映大米贮藏中品质变化的良好指标,客观且灵敏。大米的主要营养物质中,脂类变化最为剧烈[14],是大米陈化最主要的因素,大米脂类的变化影响着大米脂肪酸含量的变化[15]。由图3可见,贮藏期间,各组的脂肪酸值呈现先上升后下降的趋势,这与Wang等[5]和曹崇江等[16]的研究一致。主要是因为贮藏时间的延长,会使脂肪水解速度加快,大米表面的微生物会将脂肪分解成高级脂肪酸,这两者共同作用导致脂肪酸值增加[6,17-18];但储藏后期,脂肪酸在氧化酶的作用下分解成醛、酮类等小分子物质,大量繁殖的微生物又会消耗大量脂肪酸,使脂肪酸值降低[7,19-20]。

图3 包装材料厚度对大米脂肪酸值的影响Fig.3 The influence of the thickness of packaging materials on fatty acid value of rice

在前90 d的贮藏时间内,无论是‘沪早香软1号’大米还是‘沪软1212’大米,组1、2脂肪酸值都上升较快,组4、5脂肪酸值上升较缓慢,且组1、2在90 d时脂肪酸值达到最大,而组4、5在120 d才达到最大值,说明阻隔性好的厚度大的包装材料可延迟脂肪的酸败。贮藏150 d时,‘沪早香软1号’每100 g组1大米的脂肪酸值为38.12 mgKOH,是初始值的1.88倍,组5是32.44 mgKOH,是初始值的1.60倍,组1和组5存在显著差距(P＜0.05),‘沪软1212’每100 g组1、组5大米的脂肪酸值分别为42.75 mgKOH、35.75 mgKOH,也存在显著差异(P＜0.05),说明阻隔性好的包装材料可减缓大米中脂类的水解,延缓大米陈化。

2.4 不同厚度的包装袋对大米色差的影响

色差是衡量大米品质的重要指标。大米脂质氧化产生的羰基化合物可与蛋白质反应导致大米的褐变[6,21];同时微生物的作用也会使大米色泽变差;另外,水分含量、氧气和二氧化碳含量等也影响大米颜色[6,22]。

ΔE值越大,说明其色泽变化越大。由图4可见,ΔE值均随贮藏时间的延长而逐渐增大,‘沪早香软1号’大米贮藏90 d时,ΔE值大于3.0,说明贮藏90 d后大米颜色与最初未贮藏时的原始大米颜色有差别,而‘沪软1212’大米贮藏150 d时,ΔE值大于3.0,说明‘沪早香软1号’大米颜色变化速率大于‘沪软1212’大米。无论是‘沪早香软1号’大米还是‘沪软1212’大米,ΔE值最大的都是组1,而最小的是组5,且随着时间的延长,色差的差异性越来越大。这是因为不同厚度的包装材料中氧气浓度、水分含量因素的不同,使微生物作用及酶促反应程度不同,导致大米发生不同程度的黄化[6]。

图4 包装材料厚度对大米色差的影响Fig.4 The influence of the thickness of packaging materials on chromatic aberration of rice

2.5 不同厚度的包装袋对大米糊化特性的影响

糊化特性可以间接反映淀粉性质。糊化特性(RVA)谱最主要的两个特征值(衰减值和回生值)分别用于衡量米饭热糊的稳定性和米粉冷糊的稳定性,有研究表明[6],衰减值越大、回生值越小的大米,蒸煮和食用品质越好。

由图5可以看出,随着贮藏时间的延长,大米的衰减值呈先增大后减小的趋势,主要是因为淀粉与脂类形成紧密的网状结构,淀粉粒表面的亲水作用增强,使得贮藏初期衰减值增大,而随着贮藏时间增加,体系抗剪切能力下降,淀粉粒易破裂,衰减值因而下降[6,23]。由图6可知,回生值随着贮藏时间的增加呈现增大的趋势,表明大米糊化冷却后再老化的速率上升,这与金达丽等的研究结果一致[24]。试验结果表明,包装材料越厚,大米的衰减值越大而回生值越小,越有助于维持大米较好的蒸煮和食用品质。

图5 包装材料厚度对大米衰减值的影响Fig.5 The influence of the thickness of packaging materials on attenuation value of rice

图6 包装材料厚度对大米回生值的影响Fig.6 The influence of the thickness of packaging materials on retrograde value of rice

2.6 不同厚度的包装袋对大米蒸煮品质的影响

2.6.1 不同厚度的包装袋对大米吸水率的影响

从图7可以看出,大米吸水率在贮藏期内均呈现逐渐上升趋势,这是由于大米在陈化过程中蛋白质、果胶和纤维素等组分吸水能力增强[25],同时淀粉维管束结构增强,使其难以糊化。贮藏期间,两种大米组的1样品的吸水率明显高于组4、5(P＜0.05),到150 d时,‘沪早香软1号’组1吸水率为295.5%,组5为240.5%;‘沪软1212’组1吸水率为295.3%,组5为267.2%;说明组1大米样品的陈化现象较严重,组5陈化程度相对较轻,反映出阻隔性高的包装材料能够减缓大米煮后吸水率的上升。

图7 包装材料厚度对大米吸水率的影响Fig.7 The influence of the thickness of packaging materials on water absorption rate of rice

2.6.2 不同厚度的包装袋对大米pH的影响

由图8可以看出,两种大米米汤pH均呈贮藏前期变化迅速、后期变化缓慢的趋势,初期米汤偏碱性,后期酸性增强,其中组5米汤pH下降最慢,‘沪早香软1号’由7.12下降至6.42,‘沪软1212’由7.23下降至6.35;组1的大米米汤pH下降最快,‘沪早香软1号’由7.12降至6.20,‘沪软1212’由7.23降至6.15,这主要是由于阻隔性差的包装大米脂肪酸值增加迅速,氧化成酮、醛等酸性物质较快,此外,蛋白质易分解成氨基酸,导致酸性物质增加[25]。米汤酸度影响大米食味品质,米汤pH越接近中性,大米的品质越好[7],由此说明,阻隔性好的厚度大的包装材料贮藏大米,稳定性更好,品质变化更慢。

图8 包装材料厚度对大米pH的影响Fig.8 The influence of the thickness of packaging materials on p H of rice

2.6.3 不同厚度的包装袋对大米米汤干物质的影响

由图9可得出,随着贮藏时间的延长,大米米汤中干物质逐渐降低,其中组4、5下降速率较慢,组1下降最快,主要是因为阻隔性差的包装,呼吸强度低,营养物质消耗较少,也可能是细胞壁的溶解性降低,淀粉等可溶出物的溶出难度升高,导致米汤干物质含量减少[25-26]。

图9 包装材料厚度对大米米汤干物质的影响Fig.9 The influence of the thickness of packaging materials on expansion rate of rice

3 结论与讨论

本研究的结果表明,不同厚度包装材料包装的大米含水量、蒸煮品质和食味值均下降,脂肪酸值先升高后降低,与初始状态相比,大米颜色变化较大,大米回生值随贮藏时间延长逐渐增大,衰减值呈现先增大后减小的趋势,大米热糊化稳定性变差,容易老化。但无论是‘沪早香软1号’还是‘沪软1212’,两种大米各项指标变化程度均随着包装材料厚度增加而减少,说明在恒温恒湿的贮藏条件下,厚度大的包装材料能更好地延长大米保质期。从各项指标的比较来看,特别是食味值和脂肪酸值,0.130 0 mm与0.123 8 mm厚度包装,对大米作用效果差异并不显著(P＞0.05),考虑包装材料的成本,选择0.123 8 mm作为大米包装材料的厚度。