楊 丹 羅小虎 齊麗君 王 韌 王 莉 李亞男 - 李 克 張宇蔚 陳正行

(1. 江南大學食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2. 糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；4. 無錫愛邦輻射技術(shù)有限公司，江蘇 無錫 214151)

電子束輻照對稻米儲藏特性及品質(zhì)的影響

楊 丹1,2,3羅小虎1,2,3齊麗君1,2,3王 韌1,2,3王 莉1,2,3李亞男1,2,3LIYa-nan1,2,3李 克1,2,3張宇蔚4陳正行1,2,3

(1. 江南大學食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2. 糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；4. 無錫愛邦輻射技術(shù)有限公司，江蘇 無錫 214151)

為考察稻谷、糙米、精米經(jīng)電子束輻照處理后的保鮮效果及品質(zhì)變化，選取新收獲的晚粳稻為原料，研究0，2，4 kGy劑量輻照對稻谷、糙米、精米的保鮮效果，并考察電子束輻照對稻米理化性質(zhì)，包括水分含量、色澤、脂肪酸值、黏度值和食味值的影響。結(jié)果表明，經(jīng)2，4 kGy劑量輻照的稻谷、糙米、精米與未輻照的樣品相比，水分含量、色澤無顯著變化(P>0.05)，黏度值顯著下降(P<0.05)，且儲藏一段時間后，經(jīng)電子束輻照過的樣品較未輻照的樣品脂肪酸值上升更緩慢，食味值變化更小，即儲藏期間品質(zhì)劣變程度更小。電子束輻照技術(shù)作為一種冷殺菌技術(shù)，可用于保持稻米的品質(zhì)和營養(yǎng)、延長稻米儲藏期。

電子束輻照；稻谷；品質(zhì)；儲藏

稻谷是中國主要糧食作物，其在中國糧食生產(chǎn)和人民生活消費中發(fā)揮著重大的作用。然而，稻谷耐儲性較差，在常溫下儲藏半年至1年，在高溫下儲藏1～3個月就會導致陳化，綜合食味普遍下降，是最難保存的糧品之一，給糧食生產(chǎn)加工企業(yè)造成較大的經(jīng)濟損失[1]。如今隨著人民生活水平的提高，人們對食用口感更好、品質(zhì)更佳的大米需求更高。稻米儲藏方法的研究，對于提升糧食食用品質(zhì)、減少資源損失具有重大意義。目前，中國稻谷主要采用常規(guī)方法保藏，包括低溫儲藏(即自然或機械制冷儲藏)、氣調(diào)儲藏(即自然缺氧、真空、充CO2或N2)以及化學儲藏等方法[2]。傳統(tǒng)的低溫或氣調(diào)儲藏，僅能抑制蟲卵生長，防霉、防蟲和保鮮的效果較差?；瘜W保藏方法需要長期使用化學藥劑，這易使害蟲產(chǎn)生抗藥性，增加防治難度，同時大量使用化學藥劑也會污染環(huán)境，威脅人類健康。

食品輻照技術(shù)是指利用60Co或137Se等放射源產(chǎn)生的射線，電子加速器產(chǎn)生的10 MeV以下的高能電子束及5 MeV以下的X射線，已廣泛應用于農(nóng)產(chǎn)品和食品儲藏保鮮，是一項安全、衛(wèi)生、方便、經(jīng)濟有效的食品加工新技術(shù)[3-4]。國際原子能機構(gòu)(IEAE)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)協(xié)調(diào)各國科研機構(gòu)對輻照食品的衛(wèi)生安全性進行研究，于1980年10月宣布：“任何食品，其總體的平均吸收劑量不超過10 kGy時，不會有毒理學危險，且不影響食品的營養(yǎng)與質(zhì)量安全”[5]。

國內(nèi)外對于60Co-γ輻照糧食研究較多[6-7]，而電子束是近年來逐漸在食品領(lǐng)域應用的新型射線，與60Co-γ輻照相比較，電子束輻照技術(shù)，通過電子加速器的開關(guān)控制其產(chǎn)生和消失，無核廢料、對環(huán)境無危害、處理成本更低，更有利于產(chǎn)業(yè)化，且殺蟲滅菌效果要比用γ-輻照更具優(yōu)越性[8]，近些年已逐步應用于水果[9]、蔬菜[10]、禽肉保鮮[11]以及其他食品保鮮。

電子束輻照技術(shù)作為一種冷殺菌技術(shù)，它可在保證食品安全前提下，更好地保持食品的品質(zhì)和營養(yǎng)。前人[12-13]大部分研究集中于輻照前后對樣品影響，對電子束輻照在糧食儲藏保鮮方面的研究較少，且多限于對單一品種糧食研究。因此，本研究擬將電子束輻照技術(shù)應用于糧食儲藏方面，以稻谷、糙米、精米為輻照對象，利用不同劑量的電子束輻照后，在恒溫條件下儲藏兩個月，研究稻谷、糙米、精米在輻照前后和儲藏過程中的理化性質(zhì)的變化以及食用品質(zhì)的差異，以期為今后電子束輻照延緩糧食品質(zhì)劣變提供實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

晚粳稻：購于江蘇省無錫市農(nóng)貿(mào)市場；

95%乙醇、無水乙醇：分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗設備

電子加速器：AB 5.0型，無錫愛邦輻射技術(shù)有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG-9075A型，上海一恒科技有限公司；

色差計：CR-400型，日本，柯尼卡公司；

大米食味計：RCTAIIA型，日本佐竹公司；

L生化培養(yǎng)箱：RH-150型，上海一恒科技有限公司；

分析天平：AL204型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；

高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；

RVA快速黏度分析儀：澳大利亞Newport Scientific儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 輻照處理 將原材料稻谷的1/3礱谷去殼后得到糙米，另1/3礱谷去殼后得糙米再碾制成精米。稻谷、糙米、精米均采用透明聚氯乙烯材質(zhì)薄膜袋(0.05 mm厚)進行普通包裝。每袋500 g，各45袋。采用電子加速器進行靜態(tài)輻照加工，能量為4.9 MeV、束流為2 mA，傳送速率為6 m/min。將樣品放置在滾輪式傳送帶上通過掃描電子束，全自動流水線上靜態(tài)連續(xù)輻照，平均吸收劑量率為2.0 kGy/h。

參考前人[14-16]研究結(jié)果，大米設0，2，4 kGy 3個輻照劑量，輻照后試樣在恒溫(30±0.5) ℃條件下儲藏兩個月，每隔15 d進行1次相關(guān)指標測定，測定時稻谷、糙米均制成精米。

1.3.2 指標測定

(1) 水分測定：按GB 50093—2010執(zhí)行。

(2) 樣品色澤：考慮到大米籽粒顏色分布較不勻，直接測定誤差較大，因此將大米粉碎，混合均勻后測定，減少顏色誤差。大米色澤用CR-400型色差計測定樣品的L*值、a*值、b*值。選用L*-a*-b*色彩空間，以△E、L*、a*、b*表示米的顏色變化，其中△E為總色差，定義△E=(△a*2+△b*2+△L*2)1/2，其中，L*表示亮度，其中0代表黑色、100代表白色、a*大于零代表紅色，小于零代表綠色、b*大于零代表黃色，小于零代表藍色。測定△L*，△a*，△b*，每個樣品測定3次，求平均值。

(3) 游離脂肪酸值：根據(jù)GB/T 5510—2011《糧油檢驗 糧食、油料脂肪酸值測定》修改如下：分別將稻谷去殼，碾成精米，精米粉碎，保證一次性90%的樣品通過40目篩，將過篩與未過篩的大米粉混合。稱取10.0 g大米粉置于250 mL具塞錐形瓶中，加入50 mL無水乙醇，振蕩30 min，靜置5 min 后過濾。用移液管取濾液25 mL于150 mL錐形瓶中，加50 mL不含CO2的蒸餾水，放入復合電極和攪拌棒后打開磁力攪拌器，用標準KOH乙醇溶液滴定至pH等于8.0，以中和100 g大米粉試樣中游離脂肪酸所需氫氧化鉀毫克數(shù)表示。

(4) 糊化特性參數(shù)：按GB/T 24853—2010執(zhí)行。

(5) 大米食味值：利用大米食味計檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 11.5分析軟件進行統(tǒng)計分析，計算標準偏差(±SD)并運用Duncan檢驗進行顯著性分析(P<0.05)。采用Origin 8.0對數(shù)據(jù)作圖，各試驗均至少重復進行3次。

2 結(jié)果與討論

2.1 輻照對稻谷、糙米、精米水分含量的影響

大米的含水量對米飯的黏度、硬度、食味有很大的影響，當米粒含水量較低時，其被浸漬后，腹部與背部會產(chǎn)生水分差，瞬間使其產(chǎn)生裂紋，此現(xiàn)象稱為開花，淀粉粒從裂紋處涌出，導致米飯彈性大大降低，成為發(fā)粘的低質(zhì)米飯[17]。由表1可知，3種形式的樣品輻照前后的水分含量差異均不明顯(P>0.05)，說明電子束輻照屬于非熱處理，并不會引起大米含水量的顯著變化，這對保持米飯良好品質(zhì)具有積極作用。

2.2 輻照對稻谷、糙米、精米色澤的影響

由表2可知，以稻谷、糙米和精米輻照后制成精米的米粒的總色差△E均隨著輻照劑量的增加而呈現(xiàn)增加的趨勢，說明大米經(jīng)輻照后發(fā)生了一定程度非酶促褐變反應，褐變程度隨著輻照劑量的增加而增加。其中，以稻谷、糙米形式輻照后米粒在2，4 kGy輻照劑量下，總色差△E均小于3.0，即輻照后的稻谷、糙米樣品褐變程度較輕，對米粒色澤影響較小，在可接受范圍內(nèi)，并不影響食用品質(zhì)。而以精米形式輻照的米粒色澤，在2 kGy輻照劑量下3.0<△E<6.0，有差異，在4 kGy輻照劑量下△E>6.0，因此，考慮到消費者對米的色澤偏好，當以精米形式輻照時，電子束輻照劑量應在4 kGy以下。

表1 電子束輻照對大米水分含量影響Table 1 Electron beam irradiation on the moisture content of rice (n=3) %

表2 電子束輻照對米粒色澤的影響?Table 2 Effect of electron beam irradiation on the color of rice (n=3)

? △E值越大說明其色澤變化越大，當△E<1.5時，說明樣品與對照組無差異；1.5<△E<3.0時稍有差異；3.0<△E<6.0時有差異；△E>6.0時有顯著差異。

2.3 輻照后稻谷、糙米、精米脂肪酸值的變化

脂肪酸值是評判稻米是否劣變的最靈敏指標之一，也是判定稻米宜存、不宜存或陳化的主要指標。稻米中含有一定量的以不飽和脂肪酸組成為主的脂肪，在外界因素，例如光、熱等作用下，大米自身和微生物的代謝作用加劇，使大米中不飽和脂肪酸發(fā)生氧化、分解反應，產(chǎn)生的游離脂肪酸增加，引起大米酸敗[18]。用脂肪酸值來表示產(chǎn)生的游離脂肪酸的量，脂肪酸值越高，大米的品質(zhì)劣變越嚴重。一般規(guī)定，脂肪酸值超過25 mg KOH /100 g時，大米已有變質(zhì)現(xiàn)象，不能繼續(xù)儲藏[19]。因而本研究通過測定儲藏過程中大米脂肪酸值的變化來評判電子束輻照對稻米品質(zhì)劣變的影響。

由圖1可知，糙米、精米輻照后的脂肪酸值隨著輻照劑量的增加而表現(xiàn)出明顯的增加趨勢(P<0.5)，而稻谷經(jīng)2 kGy 輻照后脂肪酸值上升，而4 kGy輻照后反而有小幅下降，但下降趨勢不顯著(P>0.5)，分析原因可能是電子束穿透能力較弱加之稻谷有外殼的保護，使得稻谷與糙米、精米相比，在相同劑量下輻照所受到的影響更小，故脂類物質(zhì)受字母相同表示差異不明顯(P>0.05)。其中，小寫字母代表同種樣品，不同輻照劑量下脂肪酸值的差異性；大寫字母代表同一輻照劑量下，不同種樣品脂肪酸值的差異性

圖1 輻照前后試樣脂肪酸值的變化情況

Figure 1 The effect of electron beam irradiation on fatty acid value of rice (n=3)

輻照影響較小，脂肪酸值變化趨勢不明顯。稻谷經(jīng)2，4 kGy的輻照，脂肪酸值分別比未輻照組提高了17.77%，5.87%；糙米經(jīng)2，4 kGy的輻照，脂肪酸值分別比未輻照組提高了39.89%，71.23%；精米經(jīng)2，4 kGy的輻照，脂肪酸值分別比未輻照組提高了39.73%，124.26%，差異均顯著(P<0.05)。由此可見，隨著輻照劑量的增加，電子束輻照對大米的電離作用顯著增強，從而導致脂類物質(zhì)降解產(chǎn)生的游離脂肪酸含量增加。

由圖2可知，隨著儲藏時間的延長，3種形式輻照下的大米的脂肪酸值均逐漸上升。在相同的儲藏時間內(nèi)，未輻照的大米脂肪酸值比輻照的上升快。隨著儲存期的延長，脂肪酶不斷水解大米中的脂類物質(zhì)生成脂肪酸，導致大米的脂肪酸值不斷增加。電子束輻照后，大米中脂肪酶的活性被抑制，從而降低反應的速度，延緩大米品質(zhì)劣變。儲藏30 d時，未經(jīng)輻照樣品的脂肪酸值均超過了GB 20569—2006標準限值，而經(jīng)2，4 kGy劑量輻照稻谷、糙米制得的大米中脂肪酸值均未超過該標準限值。而精米可能由于缺少外殼的保護，相較稻谷、糙米，在儲藏過程中更易受外在因素影響，脂肪酸值上升速度更快。

2.4 輻照對稻谷、糙米、精米糊化特性的影響

糊化特性變化與其淀粉性質(zhì)有著主要關(guān)系，如溶脹性能、直支鏈淀粉比例、糊化度、吸水能力及淀粉顆粒破裂后的聚合度等。淀粉懸浮液在加熱過程中黏度上升與淀粉顆粒的膨脹有關(guān)，加熱一段時間后黏度的下降與膨脹淀粉的崩解有關(guān)[20]。

由圖3可知，稻谷、糙米和精米經(jīng)電子束輻照處理后其大米粉在蒸煮過程中的峰值黏度、最低黏度、最終黏度、回生值均隨著輻照劑量的增加不斷下降，這與前人[21-22]的一些研究結(jié)果類似。比較特殊的是，稻谷的各糊化特征值隨著輻照劑量增大，其下降幅度較小。電子束輻照處理降低大米糊化峰值黏度可能是輻照使淀粉顆粒破裂，破損淀粉含量增加引起的[23]。研究[24-25]表明，糊化崩解值、最終黏度與食味值負相關(guān)，峰值黏度降低，使大米更耐蒸煮，說明電子束輻照可以改善大米的食味品質(zhì)，提高蒸煮品質(zhì)。最低黏度的下降可能是輻照使得淀粉分子量降低，分子間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)連接性變差。其中，相較于峰值黏度和最低黏度，最終黏度下降程度更大，可能是電子束輻照使得淀粉分子發(fā)生了降解反應，直鏈淀粉被破壞，使得包圍水分子的能力減弱，且黏度下降的程度取決于不同輻照劑量下淀粉分子聚合度的變化情況[26]?；厣档慕档涂赡苁侵辨満椭ф湹矸鄞蠓肿油ㄟ^輻照裂解后變成不同鏈段的小分子，回生值越低，老化越不明顯?；厣档慕档驼f明電子束輻照減緩了大米粉的老化速率，這可能有助于延長大米的儲藏期。

圖2 儲藏過程中大米脂肪酸值的變化情況Figure 2 Changes in fatty acid value of rice during storage (n=3)

2.5 輻照后稻谷、糙米、精米在儲藏過程中食味值的變化

影響大米口感的主要成分包括直鏈淀粉、脂肪酸值、蛋白質(zhì)和水分。直鏈淀粉的含量越高，則蒸煮出來的米飯黏性越大；陳化后的大米脂肪酸值會增加，導致米飯食用品質(zhì)下降。蛋白質(zhì)的含量過多則米飯偏硬；米粒的含水量過低，浸泡時容易產(chǎn)生裂紋，在蒸煮大米的時候淀粉易從米粒的裂紋處流出，導致米飯的食味下降，影響食用口感。

圖3 電子束輻照對大米糊化特性的影響Figure 3 Effect of electron beam irradiation on the pasting properties of rice (n=3)

食味計通過測定這些影響米飯食味的化學成分，來評價大米的食用品質(zhì)，近紅外大米食味計，通過測定大米中直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)、脂肪酸和水分含量等綜合評價大米的食味，給出食味值，食味值數(shù)值大小代表大米食味情況，其中100分為滿分，數(shù)值越接近100說明其綜合食味越好。相較于憑借人感官來鑒定，其樣品用量更少、操作更簡便、結(jié)果重現(xiàn)性更好[27]。

由圖4可知，未經(jīng)輻照的試樣在儲藏過程中，食味值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。經(jīng)電子束輻照后的試樣在儲藏過程中食味值雖有下降，但相較未經(jīng)輻照的試樣，其下降速度要緩慢許多。分析原因，由于儲藏過程中，蛋白質(zhì)，直鏈淀粉和水分含量變化不大，導致其食味值下降的主要原因可能是脂肪酸值的上升。經(jīng)電子束輻照的樣品較未輻照的樣品脂肪酸值上升緩慢。由此可見，電子束輻照加工處理可以在一定程度上延緩大米的品質(zhì)劣變。

字母相同表示差異不明顯(P>0.05)。其中，小寫字母代表同一輻照劑量下，不同儲藏天數(shù)樣品食味值的差異性；大寫字母代表同一儲藏天數(shù)下，不同輻照劑量下樣品食味值的差異性

圖4 儲藏過程中大米食味值的變化情況

Figure 4 Changes during storage of rice taste value (n=3)

3 結(jié)論

電子束輻照是一種新型的物理加工處理方式，目前，在食品領(lǐng)域已有廣泛的應用，包括果蔬、禽肉的保鮮、食品的滅菌殺蟲等，在糧食儲藏保鮮方面同樣有巨大的潛力。本研究采用0，2，4 kGy輻照劑量，與未輻照樣品相比，可以有效延緩稻米儲藏過程中品質(zhì)劣變。而經(jīng)過輻照處理后，稻米的食用品質(zhì)也變化不大。同時本研究還發(fā)現(xiàn)，以稻谷形式輻照較糙米、精米，對食用品質(zhì)影響更小，儲藏效果更好。此次研究為改善稻米生產(chǎn)加工企業(yè)的儲藏條件，保證稻谷的良好食用品質(zhì)提供新的思路和理論依據(jù)，但是，對于電子束輻照延緩稻米儲藏品質(zhì)劣變的機理研究尚待完善，今后將從分子層面來做進一步的研究。

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Effect of electron beam irradiation on storage quality and physicochemical properties of rice

YANG Dan1,2,3LUOXiao-hu1,2,3QILi-jun1,2,3WANGRen1,2,3WANGLi1,2,3LIKe1,2,3ZHANGYu-wei4CHENZheng-xing1,2,3

(1.StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.NationalEngineeringLaboratoryforCerealFermentationTechnology,Wuxi,Jiangsu214122,China; 3.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 4.WuxiELPONTRadiationTechnologyCo.,Ltd,Wuxi,Jiangsu214151,China)

To study the freshness and quality changes after electron beam irradiation in three different forms, include paddy, brown rice, milled rice, during storage , taking the fresh late japonica rice was selected as raw material. The effect of electron beam irradiation on paddy, brown rice and milled rice based on the doses of 0, 2, 4 kGy was studied, including the effects on moisture content, color, fatty acid value, viscosity value and taste value. Results indicated that the paddy, brown rice, milled rice at 2, 4 kGy irradiated doses compared to the corresponding non-irradiated sample, moisture content, whiteness, redness and yellowness didn’t change significantly (P>0.05), while all the viscosities decreased significantly (P<0.05). Fatty acid value of electron beam irradiated samples increased more slowly than the non-irradiated samples and taste value decreased more slowly during storage. Electron beam irradiation technology as a cold sterilization technology, can keep the quality and nutrition of rice, ensure food safety and extend the storage period.

electron beam irradiation; rice; quality; storage

公益性行業(yè)(糧食)科研專項(編號：201313005，201513006)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(編號：201203037)；國家自然科學基金(編號：31371874，31501579)；國家國際科技合作專項(編號：2015DFA30540)；江蘇省博士后基金(編號：1501078B)

楊丹，女，江南大學在讀碩士研究生。

陳正行(1960—)，男，江南大學教授，博士，博士生導師。E-mail:zxchen_2008@126.com

2016—10—20

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.02.023