王春霞,易文裕,余滿江,熊昌國(guó),王 攀,程方平
(四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院,成都 610066)
我國(guó)稻作歷史悠久,稻谷是國(guó)人重要的主糧之一,根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),從2011年以來(lái),我國(guó)稻谷產(chǎn)量突破2億t,并持續(xù)增產(chǎn),2017年稻谷產(chǎn)量達(dá)到2.13億t,約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的35%。收獲當(dāng)年,部分稻谷會(huì)被加工成大米或相關(guān)產(chǎn)品直接供給消費(fèi)者,而更大部分需要以稻谷形式存儲(chǔ)起來(lái)以保證國(guó)家糧食安全可持續(xù)發(fā)展[1]。但由于儲(chǔ)藏設(shè)施簡(jiǎn)陋、科學(xué)儲(chǔ)藏技術(shù)匱乏、農(nóng)戶儲(chǔ)糧意識(shí)落后等原因,我國(guó)每年有4%~5%的稻谷損失在儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)[1],造成農(nóng)戶和糧食企業(yè)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。稻谷的安全儲(chǔ)藏對(duì)保證國(guó)家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。
我國(guó)稻谷儲(chǔ)藏歷史久遠(yuǎn),一般農(nóng)戶用甕、瓦罐來(lái)儲(chǔ)存糧食,富裕的有囤垛,地主或糧商則是廒間存放。在古代糧倉(cāng)中,最代表性的是含嘉倉(cāng),作為唐代國(guó)家糧倉(cāng),建于地勢(shì)高的地方,這樣的地方土質(zhì)干燥,水位低,利于儲(chǔ)糧;結(jié)構(gòu)十分科學(xué),人們?cè)诙痉獯婕Z食時(shí),用“席子夾糠”法使糧窖隔濕保溫。如此儲(chǔ)糧,糧食不易發(fā)熱、發(fā)芽、腐爛。此外,糧食被封存后,當(dāng)時(shí)的人們還在封土上種小樹(shù)作為監(jiān)測(cè)手段:如果糧食發(fā)熱、發(fā)芽,小樹(shù)就會(huì)枯黃。古代已經(jīng)能夠充分利用晾曬來(lái)殺蟲(chóng),并通過(guò)干燥、通風(fēng)、避光、低溫來(lái)儲(chǔ)存糧食。
我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)研究,包括糧倉(cāng)內(nèi)人工封閉的生態(tài)系統(tǒng)、各種生物因子、非生物因子、倉(cāng)外環(huán)境對(duì)儲(chǔ)糧的影響,建立了“中國(guó)儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)理論體系”。在這一理論體系的指導(dǎo)下,我國(guó)糧食儲(chǔ)藏理念逐漸轉(zhuǎn)變,糧食儲(chǔ)藏由傳統(tǒng)儲(chǔ)藏向綠色儲(chǔ)藏發(fā)展。
稻谷是生物有機(jī)體,在收獲后仍伴隨著生理生化活動(dòng),決定了其具有不耐儲(chǔ)藏的性質(zhì),在常規(guī)儲(chǔ)存條件下稻谷第二年就開(kāi)始陳化變質(zhì)[2]。對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)稻谷,其品質(zhì)決定了出倉(cāng)時(shí)的價(jià)值,為了保持稻谷的品質(zhì),需要對(duì)日常儲(chǔ)存和長(zhǎng)期儲(chǔ)備的稻谷品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控,避免經(jīng)濟(jì)損失。
按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20569-2006)以及人們對(duì)大米食用品質(zhì)的要求,除了稻谷的出糙率、黃粒米、含雜率等常用檢測(cè)指標(biāo)外,研究影響稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì)指標(biāo)主要集中在以下幾個(gè)方面。
稻谷中油脂含量約為2%,在稻谷儲(chǔ)藏過(guò)程中受溫度、水分、光照、微生物等影響易發(fā)生氧化反應(yīng)生成過(guò)氧化物或經(jīng)脂肪酸酶作用后水解產(chǎn)生脂肪酸等,在水分含量低時(shí),脂肪發(fā)生氧化,水分含量高時(shí)發(fā)生水解。但由于稻谷含有天然抗氧化劑,正常情況下氧化變質(zhì)不顯著,主要發(fā)生水解變質(zhì)。新稻谷由于生理活動(dòng)活躍,呼吸旺盛,加快了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化,在儲(chǔ)藏的第一年稻谷脂肪酸值增長(zhǎng)速度較之稻谷的新鮮度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,一年后繼續(xù)升高,但變化幅度減小[3]。由于脂肪酸含量的變化能敏感的反映稻谷品質(zhì)的變化,其被列入國(guó)標(biāo)方法用于反應(yīng)稻谷的宜存品質(zhì)[4]。
脂肪酸值的變化受多種因素影響。陳銀基[5]等在動(dòng)態(tài)儲(chǔ)運(yùn)條件下稻谷的品質(zhì)變化研究中發(fā)現(xiàn),脂肪酸值與稻谷初始水分含量呈極顯著正相關(guān),初始水分含量越高,在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中脂肪酸值增加越快;溫度對(duì)高水分稻谷脂肪酸值影響尤為明顯,溫度越高,脂肪酸值上升越快。宋永令對(duì)比了不同溫度條件下,脂肪酸值的變化,結(jié)果表明15℃儲(chǔ)藏條件下,在存儲(chǔ)28 d后稻谷脂肪酸值 (KOH)僅增加0.9 mg/100g,色澤、霉味變化不明顯;而在30℃和35℃的存儲(chǔ)過(guò)程中,增加幅度更大,分別增加18.2、18.3 mg/100 g,且稻谷在儲(chǔ)藏的最后階段顏色較暗,存在霉味。張玉榮[5]以粳稻谷為研究對(duì)象,探討受谷蠹侵害后稻谷的品質(zhì)變化,結(jié)果表明脂肪酸值變化與蟲(chóng)口密度呈極顯著正相關(guān),受到谷蠹感染后,稻谷表皮被破壞、谷蠹及其排泄物造成的溫濕度增加,加速了脂類物質(zhì)的水解氧化,脂肪酸值升高,大米變質(zhì)。此外,稻谷脂肪酸值還受到收后干燥環(huán)節(jié)的影響。朱寶成等[6]提出,相較于高溫烘干,低溫烘干的稻谷在儲(chǔ)藏過(guò)程中,脂肪酸值上升更加緩慢,認(rèn)為低溫烘干有助于延緩脂肪酸值的升高。但無(wú)論是何種烘干溫度,在高溫高濕的夏季,稻谷的脂肪酸值均十分明顯的提升。故為了延緩稻谷脂肪酸值的升高,保障稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì),在儲(chǔ)藏過(guò)程中應(yīng)當(dāng)保持稻谷含水量在安全水分以下,控制環(huán)境處于較低溫條件下,確保稻谷不被谷蟲(chóng)侵害等。
由于直鏈淀粉形成的膠體體系黏度較支鏈淀粉小,在一定范圍內(nèi)時(shí),稻米中直鏈淀粉含量越高,則米飯黏度越小[7]。直鏈淀粉含量低于2%的大米呈糯性,米飯黏性大;直鏈淀粉含量在12%~19%的稻谷食味品質(zhì)較好:大米吸水率低,米飯柔軟、黏性大漲性小,冷卻后仍能維持柔軟的質(zhì)地;直鏈淀粉含量在20%~24%的稻谷食味品質(zhì)較低:大米吸水率高,米飯蓬松較硬,漲性大而黏性小;而當(dāng)?shù)竟戎辨湹矸酆窟_(dá)到 25%以上,米飯黏性差,冷飯質(zhì)地較硬,食味品質(zhì)差。
直鏈淀粉含量變化對(duì)米飯的外觀、黏性、硬度、味覺(jué)和氣味等食味指標(biāo)影響顯著。周顯青[8]在研究中晚秈稻的米飯加工適應(yīng)性時(shí)提出,直鏈淀粉含量與各食味特性指標(biāo)均呈極顯著負(fù)相關(guān),與感官總評(píng)分的相關(guān)系數(shù)最大(r=-0.708)。王志璽[9]在分析稻米品質(zhì)之間相關(guān)性時(shí)同樣也發(fā)現(xiàn),大米的食味值與直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。張玉榮[10]則通過(guò)傅里葉紅外光譜儀分析粳稻儲(chǔ)藏過(guò)程中淀粉陳化的機(jī)理,認(rèn)為粳稻淀粉陳化過(guò)程中,微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)晶區(qū)發(fā)生變化,抗消化能力增強(qiáng),同時(shí)有序結(jié)構(gòu)有所升高,直鏈淀粉含量增加,稻米糊化特性受到影響,從而導(dǎo)致稻米的食味特性降低。朱芳芳[11]對(duì)比了不同儲(chǔ)藏條件下,稻谷直鏈淀粉含量變化,結(jié)果表明水分含量對(duì)直鏈淀粉含量的影響不顯著,儲(chǔ)藏溫度能顯著性影響直鏈淀粉含量變化,認(rèn)為較低儲(chǔ)藏溫度可有效限制直鏈淀粉含量的增長(zhǎng)。此外,在高濕儲(chǔ)藏環(huán)境下,稻谷的膠體結(jié)構(gòu)改變,黏度也會(huì)隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而下降更快,降低稻谷的食味品質(zhì)。
稻米的香氣主要由揮發(fā)性物質(zhì)決定,儲(chǔ)藏中的稻谷揮發(fā)性成分變化復(fù)雜。烷烴類、苯環(huán)類、醛類、酮類、醇類、酸酯類和雜環(huán)類構(gòu)成了稻谷的揮發(fā)性成分,其中,3-甲基十七烷、辛基酚、山崳醇等是新鮮稻谷的特征性揮發(fā)物質(zhì)[12]。鞠興榮等[13]的研究表明當(dāng)秈稻谷揮發(fā)性物質(zhì)中檢出2-己基-1-癸醇、苯甲醇、己醛、癸醛、2-十一酮、5-十三酮等物質(zhì)時(shí),秈稻谷的品質(zhì)可能已經(jīng)發(fā)生劣變。張玉榮對(duì)3種粳稻揮發(fā)性氣體成分分析得出:十三烷、十四烷、十五烷、十七烷、鄰苯二甲酸二異丁酯、正辛醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、香葉基丙酮、植酮、己醛、辛醇、壬醇及吲哚可能是引起粳稻儲(chǔ)藏期間不良?xì)馕懂a(chǎn)生的主要?dú)怏w成分[10]。
喬琳[14]在研究中指出,不同溫度儲(chǔ)藏下,稻谷樣品中主要揮發(fā)性成分組分變化不大,均主要為醇類、酮類和雜環(huán)類,但高溫條件下的酮類貢獻(xiàn)率明顯高于低溫條件,高溫條件下的粳稻谷劣變程度更為嚴(yán)重。該結(jié)果和國(guó)外學(xué)者[15]提出的脂肪、氨基酸等降解產(chǎn)生的酮類、醛類物質(zhì)是造成陳谷臭味的主要來(lái)源的結(jié)果一致。
隨著國(guó)民消費(fèi)水平的提高,對(duì)稻米品質(zhì)的要求也不斷提高。朱玫[16]等通過(guò)研究?jī)?yōu)質(zhì)秈稻儲(chǔ)藏品質(zhì)的變化規(guī)律,探討優(yōu)質(zhì)秈稻儲(chǔ)藏品質(zhì)與各項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系,最終確定優(yōu)質(zhì)秈稻儲(chǔ)藏品質(zhì)控制指標(biāo)為米飯感官評(píng)分、脂肪酸值、黃粒米、色澤氣味、米飯硬度和最終黏度,并得到保質(zhì)儲(chǔ)藏期和安全儲(chǔ)藏期內(nèi)優(yōu)質(zhì)秈稻儲(chǔ)藏品質(zhì)控制指標(biāo)的限定范圍,見(jiàn)表1,對(duì)比表2可看出稻谷的評(píng)價(jià)指標(biāo)限定范圍逐漸縮小。
表1 優(yōu)質(zhì)秈稻儲(chǔ)藏品質(zhì)控制指標(biāo)限定范圍
表2 稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)指標(biāo)(GB/T 20569-2006)
隨著低溫儲(chǔ)藏和氣調(diào)儲(chǔ)藏技術(shù)的發(fā)展和信息技術(shù)的應(yīng)用,糧企稻谷儲(chǔ)藏由粗放管理向精細(xì)化管理方向發(fā)展,使我國(guó)糧食儲(chǔ)藏行業(yè)得到飛躍發(fā)展。
從稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì)的變化可以看出,低溫儲(chǔ)藏有利于延緩儲(chǔ)藏稻谷的品質(zhì)變化。儲(chǔ)藏溫度越低,稻谷的陳化速度就會(huì)越慢,在15~20℃儲(chǔ)藏溫度下可以有效地保持稻谷品質(zhì),同時(shí)控制有害微生物數(shù)量[17]。這是由于降低稻谷的儲(chǔ)藏溫度能抑制稻谷中脂肪酶活性,減緩脂肪水解速度,抑制霉菌生長(zhǎng)繁殖速度和減少有毒代謝產(chǎn)物的生成,同時(shí)還可減少霉菌的生理代謝對(duì)稻谷胚部組織結(jié)構(gòu)造成的破壞,從而保證了稻谷較高發(fā)芽率和稻米良好品質(zhì)[18]。因此,合理地控制儲(chǔ)糧溫度有助于延緩稻谷的品質(zhì)劣變。
低溫儲(chǔ)糧是指使糧食全年處于低溫 (15℃)或準(zhǔn)低溫(15~20℃)儲(chǔ)藏狀態(tài)。常用手段主要為自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)控溫。吳曉娟等[19]以安全水分糧為原料研究壓蓋導(dǎo)流通風(fēng)降溫儲(chǔ)藏對(duì)稻谷的影響,結(jié)果表明相比于常規(guī)儲(chǔ)藏,采用稻殼壓蓋并導(dǎo)流通風(fēng)降溫儲(chǔ)藏方式不僅能夠減少稻谷水分損失,延緩黃粒米、脂肪酸值的升高以及品嘗評(píng)分值的下降,還能提高出糙率和整精米率。優(yōu)質(zhì)秈稻品質(zhì)較高,但耐儲(chǔ)性更差,對(duì)儲(chǔ)藏環(huán)境的要求也更高[20]。在南方高溫、高濕地區(qū),采用冬季機(jī)械通風(fēng)、壓蓋和空調(diào)控溫等綜合技術(shù)在高大平房倉(cāng)中儲(chǔ)藏優(yōu)質(zhì)秈稻谷,稻谷脂肪酸值上升、品嘗評(píng)分值下降速度更緩慢,而黃粒米和色澤氣味基本無(wú)變化;使用綜合控溫技術(shù),不僅延緩了優(yōu)質(zhì)稻谷品質(zhì)劣變,確保優(yōu)質(zhì)稻谷儲(chǔ)藏安全,相對(duì)于利用大型谷物冷卻機(jī)控溫儲(chǔ)藏,還減少了儲(chǔ)藏成本[21]。王維海[22]分析了高大平房倉(cāng)空調(diào)控溫儲(chǔ)藏稻谷品質(zhì)變化情況,表明空調(diào)控溫可有效降低倉(cāng)溫、倉(cāng)濕、糧溫和倉(cāng)內(nèi)稻谷表層水分,延緩稻谷脂肪酸值升高,減緩儲(chǔ)藏期間稻谷品質(zhì)下降速度。
儲(chǔ)糧材料近年來(lái)也成為實(shí)現(xiàn)低溫儲(chǔ)糧的研究熱點(diǎn)。相變材料是一類自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變的材料[23],被應(yīng)用于糧食儲(chǔ)藏。高樹(shù)成[24]在立筒倉(cāng)基礎(chǔ)上加入相變材料處理,和對(duì)照倉(cāng)相比,相變材料處理倉(cāng)能減緩表層糧溫的升高,有效控制糧倉(cāng)溫度,可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧,且在儲(chǔ)藏期間試驗(yàn)倉(cāng)沒(méi)有發(fā)生蟲(chóng)、霉及黃粒米等異常糧情。任麗輝[25]則在高樹(shù)成基礎(chǔ)上,加入空調(diào)制冷技術(shù),可最大限度地保持稻谷品質(zhì)、穩(wěn)定稻谷發(fā)芽率、減緩陳化。
低溫儲(chǔ)糧技術(shù)和相變儲(chǔ)糧材料,相較于常規(guī)儲(chǔ)糧均能降低由于高溫造成的稻谷的損失,但這些技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較高,僅適用于大型糧倉(cāng),對(duì)于農(nóng)戶儲(chǔ)糧而言,研究甚少。
氣調(diào)儲(chǔ)糧旨在通過(guò)調(diào)節(jié)密閉儲(chǔ)藏環(huán)境中空氣成分的配比,得到不同于正常大氣的調(diào)節(jié)氣體,以降低儲(chǔ)糧的生理生化活性,并抑制蟲(chóng)霉的生長(zhǎng),從而達(dá)到減緩儲(chǔ)糧品質(zhì)變化的目的。
蔣春燕[26]在研究氣調(diào)對(duì)稻谷品質(zhì)影響的結(jié)果表明,相較于常規(guī)組,CO2氣調(diào)對(duì)高溫(37℃)儲(chǔ)藏的調(diào)節(jié)效果明顯,能起到延緩脂肪酸值升高、α-淀粉酶降低的效果,對(duì)米飯的質(zhì)構(gòu)特性也具有較好的保持作用,但對(duì)低溫(4℃)儲(chǔ)藏的稻谷影響不大。N2氣調(diào)儲(chǔ)藏可達(dá)到的效果同CO2氣調(diào)差別不大。在高溫儲(chǔ)藏條件下,N2調(diào)節(jié)對(duì)減緩稻谷品質(zhì)變化具有明顯的效果,但效果隨儲(chǔ)藏溫度的升高而降低,而在低溫儲(chǔ)藏條件下加入N2調(diào)節(jié)對(duì)稻谷品質(zhì)的影響同對(duì)照組差別不顯著[27-28]。周延智[29]對(duì)比分析了充氮高大淺圓倉(cāng)和常規(guī)高大淺圓倉(cāng)中儲(chǔ)藏兩年的稻谷品質(zhì),發(fā)現(xiàn)充氮倉(cāng)除了對(duì)黃粒米的變化有抑制效果且不顯著外,對(duì)脂肪酸和發(fā)芽率的控制并不優(yōu)于常規(guī)倉(cāng)。
影響稻谷儲(chǔ)藏品質(zhì)的因素主要是稻谷采收后機(jī)體內(nèi)部的新陳代謝和環(huán)境中微生物的作用,兩者對(duì)溫度最敏感,因此,在選擇稻谷的儲(chǔ)藏條件時(shí),應(yīng)當(dāng)首選低溫儲(chǔ)糧的方式,其次是氣調(diào)儲(chǔ)糧。
農(nóng)戶儲(chǔ)糧是國(guó)家糧食儲(chǔ)備體系中的重要組成部分,占我國(guó)糧食儲(chǔ)備總量的50%~60%[30]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,我國(guó)多數(shù)農(nóng)戶缺乏科學(xué)儲(chǔ)糧知識(shí),儲(chǔ)糧意識(shí)落后,儲(chǔ)糧設(shè)施簡(jiǎn)陋,常見(jiàn)儲(chǔ)糧工具主要為編織袋、麻袋、瓦缸等,缺乏專業(yè)儲(chǔ)藏設(shè)施,糧食堆放地點(diǎn)雜亂,易致鼠害、霉害發(fā)生,儲(chǔ)糧損失較多[30-32]。不僅影響了糧食有效供給和農(nóng)民增收,還威脅到國(guó)家糧食安全及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[33]。因此,減少農(nóng)戶儲(chǔ)糧損失,已經(jīng)成為保障全球及區(qū)域食物安全,增加農(nóng)民收入的重要途徑。
隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)戶儲(chǔ)糧重視程度的提高,自2007年起,以減少農(nóng)戶儲(chǔ)糧損失為目的的“農(nóng)戶科學(xué)儲(chǔ)糧專項(xiàng)”開(kāi)展,新型儲(chǔ)糧工具得到推廣,其中數(shù)量最多的為組合倉(cāng),占80%以上[34]。組合式儲(chǔ)糧倉(cāng)可根據(jù)儲(chǔ)糧體積和存放空間進(jìn)行不同的組裝,具有較強(qiáng)的靈活性;此外,組合式糧倉(cāng)具有通風(fēng)、干燥降水、防鼠、防霉的作用,相較于磚混倉(cāng)、木倉(cāng)能減緩稻谷品質(zhì)劣變[24,35],可改善春秋冬季農(nóng)戶儲(chǔ)糧環(huán)境,但夏季高溫高濕環(huán)境對(duì)儲(chǔ)糧品質(zhì)造成的影響依然存在。
隨著人們對(duì)糧食的需求由數(shù)量保障向優(yōu)質(zhì)美味轉(zhuǎn)變,對(duì)水稻食味性的研究顯得尤為重要?,F(xiàn)有研究多停留在儲(chǔ)糧工具對(duì)霉變、蟲(chóng)害、鼠害等物理?yè)p失的影響方面,鮮有研究對(duì)比分析不同儲(chǔ)糧工具對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)成分、食味品質(zhì)的影響。隨著人們生活水平的提高,針對(duì)糧食安全的數(shù)量上的充分供應(yīng)基本得到解決,人們追求美好生活的需求,對(duì)糧食質(zhì)量上的安全可靠提出了更高的要求,因此,既能保證數(shù)量又能保證質(zhì)量的儲(chǔ)糧工具應(yīng)是今后糧食儲(chǔ)藏的研究方向。
在查閱文獻(xiàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)糧手段的研究主要集中在針對(duì)具有大型糧倉(cāng)的專戶或企業(yè),對(duì)農(nóng)戶儲(chǔ)糧手段研究?jī)H停留在儲(chǔ)糧工具的研究,且設(shè)施相對(duì)簡(jiǎn)單。雖然組合倉(cāng)能夠起到防鼠的作用,但在調(diào)研中發(fā)現(xiàn),并不能起到防蟲(chóng)的作用。此外,農(nóng)戶儲(chǔ)糧隨心隨意,無(wú)章可循,而關(guān)于能指導(dǎo)農(nóng)戶如何設(shè)置安全儲(chǔ)糧環(huán)境的研究幾乎沒(méi)有,完全解決農(nóng)戶安全儲(chǔ)糧問(wèn)題任重而道遠(yuǎn)。因此,今后關(guān)于農(nóng)戶儲(chǔ)糧的研究重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)落在更完善的儲(chǔ)糧工具及安全的儲(chǔ)糧環(huán)境方面,以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儲(chǔ)糧形式改造升級(jí),助力鄉(xiāng)村振興。