安紅周 黃世豪 羅 瓊 朱 萍 尹文婷
(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,鄭州 450001)
我國是世界上生產(chǎn)和消費(fèi)大米最多的國家,大米品質(zhì)的優(yōu)劣與人們的飲食健康息息相關(guān)。大米失去皮殼的保護(hù),營養(yǎng)物質(zhì)直接暴露在外界,受環(huán)境的影響較大,易出現(xiàn)帶菌量多、陳化、品質(zhì)劣變等問題,從而失去食用價(jià)值。脂肪酸值是大米儲(chǔ)藏品質(zhì)變化的重要指標(biāo)之一[1]。脂肪酸是脂類在酶的作用下,與水和空氣發(fā)生水解反應(yīng)和氧化反應(yīng)產(chǎn)生的。大米中脂肪含量既少又不均勻,但它易被酯酶催化分解,分解產(chǎn)物為甘油和游離的脂肪酸,而游離的脂肪酸極易被氧化[2]。脂類氧化產(chǎn)物對(duì)米飯的風(fēng)味有一定的負(fù)面影響,對(duì)大米風(fēng)味有不良的影響的物質(zhì)多為醛類、酮類和酸類,這些物質(zhì)是通過脂肪酸的進(jìn)一步自動(dòng)氧化分解而生成的[3]。在不當(dāng)?shù)膬?chǔ)藏條件下,會(huì)加劇大米酸敗的速度。另外,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,大米中發(fā)生霉變,滋生大量微生物,微生物消耗大量還原糖,保持其生命活動(dòng),還原糖含量轉(zhuǎn)而發(fā)生下降[4]。目前國內(nèi)最普遍的儲(chǔ)藏方式是常溫儲(chǔ)藏,主要用干燥、自然低溫和密閉的方法。干燥是先將大米的水分含量烘至14%以下,以便于嚴(yán)格控制大米的儲(chǔ)藏質(zhì)量[5]。一般低溫采用15 ℃和準(zhǔn)低溫20 ℃儲(chǔ)藏,可以抑制大米的呼吸作用,同時(shí)抑制微生物的生長繁衍[6]。
受長期錯(cuò)誤消費(fèi)觀念影響,“亮、白、精”的大米更容易受到消費(fèi)者的青睞。但是消費(fèi)者只是考慮到外觀品質(zhì),忽視了在稻米加工的過程中會(huì)喪失部分營養(yǎng)這一客觀事實(shí)[7]。另外,針對(duì)我國大米過度加工導(dǎo)致的營養(yǎng)流失、能耗高、自動(dòng)化控制落后等問題[8],研究不同碾磨強(qiáng)度大米在儲(chǔ)藏過程中品質(zhì)的變化,確定適宜的碾磨強(qiáng)度、儲(chǔ)藏溫濕度、包裝材料、儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)于提升其食用安全性及營養(yǎng)性、減少生產(chǎn)成本和糧食資源損失的意義重大。
本實(shí)驗(yàn)研究5種不同品種的大米(原陽大米、稻花香、晚絲苗、美香黏和長粒香)采用3個(gè)不同加工精度在儲(chǔ)藏過程中脂肪酸值、過氧化值和還原糖的變化,分析大米的儲(chǔ)藏特性。
原陽粳糙米、稻花香粳糙米、美香黏秈糙米、長粒香秈糙米。
冰乙酸、三氯甲烷、無水硫酸鈉、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀、石油醚、可溶性淀粉、甲醇,均為分析純。
SATAKE TM05C砂輥碾米機(jī),PB-10碘量瓶,WN-200電熱恒溫烘箱,721G可見分光光度計(jì),HPX-2508H-III恒溫培養(yǎng)箱,HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋,LXJ-IIB高速離心機(jī),CNS-1210直鏈淀粉儀,CNS-2121水分速測儀,CNS-1211超聲波萃取儀。
1.3.1 樣品制備
根據(jù)前期的食味品質(zhì)研究,選取粳米原陽大米和稻花香,以及秈米晚絲苗、長粒香和美香黏5種大米,利用TM05C砂輥碾米機(jī)分別碾磨50、75、100 s,將其加工精度分別記為碾磨強(qiáng)度1、碾磨強(qiáng)度2、碾磨強(qiáng)度3,數(shù)值越高,代表大米的加工精度越高。5種大米不同碾磨強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的碾減率和留皮度如表1所示。5種米的3個(gè)不同加工精度都分別用2種包裝材料進(jìn)行封口包裝,即PVDC(聚偏二氯乙烯)和PA(尼龍),以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。
表1 不同加工精度對(duì)5種大米碾減率和留皮率的影響/%
1.3.2 儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)
將3個(gè)不同加工精度的5種大米用2種不同材料包裝共30個(gè)米樣分別放在2個(gè)恒溫恒濕培養(yǎng)箱中儲(chǔ)藏,恒溫恒濕培養(yǎng)箱設(shè)置為15 ℃和25 ℃,濕度設(shè)置為75%。每隔30 d各取出1份米樣進(jìn)行過氧化值、脂肪酸值和還原糖的測定。
1.3.3 大米留皮度和碾減率的測定
留皮度參照GB/T 5502—2018測定。碾減率的計(jì)算公式為:碾減率=(1—碾磨后出機(jī)大米質(zhì)量/進(jìn)機(jī)糙米質(zhì)量)×100%。
1.3.4 大米脂肪酸值的測定
按照GB/T 20569—2006《稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》中附錄 A 規(guī)定的方法測定稻谷的脂肪酸值,重復(fù)測定2次。
1.3.5 大米過氧化值的測定
按照GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測定》方法進(jìn)行,重復(fù)測定2次。
1.3.6 大米還原糖的測定
按照GB 5009.7—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中還原糖的測定》方法中的鐵氰化鉀法進(jìn)行,重復(fù)測定2次。
1.3.7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
使用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,使用Origin8.5對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖,使用SPSS20進(jìn)行數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計(jì)量分析。
2.1.1 儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)大米脂肪酸值的影響
不同加工精度的5種大米分別用PA材料包裝,在15 ℃、75%濕度的儲(chǔ)藏條件下,脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況如圖1所示。
圖1 大米脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
由圖1可知,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,大米的脂肪酸值一直呈上升趨勢。脂肪酸值是大米儲(chǔ)藏過程中品質(zhì)變化主要參考標(biāo)準(zhǔn)之一,在大米儲(chǔ)藏過程中脂肪在酶的作用下發(fā)生水解,產(chǎn)生游離脂肪酸。脂肪酸值的變化,反應(yīng)了大米儲(chǔ)藏過程中品質(zhì)的劣變程度。林鎮(zhèn)清等[9]研究表明,儲(chǔ)藏時(shí)間越長,單位時(shí)間內(nèi)脂肪酸上升幅度越大。渠琛玲等[10]在稻谷儲(chǔ)藏新鮮度的研究中表示,脂肪酸值≤10 mg KOH/100 g時(shí),大米新鮮度高;脂肪酸值介于10~15 mg KOH/100 g時(shí),大米新鮮度一般;脂肪酸值為≥20 mg KOH/100 g時(shí),大米新鮮度較差。當(dāng)大米儲(chǔ)藏到30 d的時(shí)候,大米的脂肪酸值介于15~20 mg KOH/100 g,新鮮度開始趨于較差;當(dāng)大米儲(chǔ)藏到60 d的時(shí)候,大米的脂肪酸值均在20 mg KOH/100 g以上,新鮮度較差。而GB/T 20569—2006《稻谷品質(zhì)判定規(guī)則》也規(guī)定大米脂肪酸值超過25 mg KOH/100 g為不宜儲(chǔ)存。因此,大米最儲(chǔ)藏時(shí)間最長為2個(gè)月較好。
在儲(chǔ)藏30 d后大米3種不同碾磨強(qiáng)度下的脂肪酸含量相差不大。當(dāng)儲(chǔ)藏到120 d的時(shí)候,不同加工精度脂肪酸的差異性比較顯著,碾磨強(qiáng)度2的脂肪酸含量要低于碾磨強(qiáng)度1和碾磨強(qiáng)度3。這可能是因?yàn)槟肽?qiáng)度2的大米中的脂肪在脂肪酶的作用下產(chǎn)生的脂肪酸被氧化成過氧化物。
2.1.2 儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)大米過氧化值的影響
不同加工精度的5種大米分別用PA材料包裝,在15 ℃、75%濕度的儲(chǔ)藏條件下,過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況如圖2所示。
由圖2可知,大米在3種不同加工精度下過氧化值隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長而逐漸上升的趨勢。在儲(chǔ)藏前大米的過氧化值在8~9 g/100 g之間,碾磨強(qiáng)度3的過氧化值最高。這可能是因?yàn)槟肽?qiáng)度3的碾減率最大,大米表面皮層破壞得最嚴(yán)重,脂肪更容易與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生過氧化物。當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間達(dá)到150 d的時(shí)候,碾磨強(qiáng)度2的過氧化值要高于碾磨強(qiáng)度1和碾磨強(qiáng)度3。這可能是因?yàn)槟肽?qiáng)度1的大米碾磨程度比較輕,碾減率為7.06%,大米還保留有較多完整的皮層,脂肪暴露在空氣中的比較少,氧化得慢。而碾磨強(qiáng)度3的大米碾磨的程度比較大,碾減率為12.96%,大米皮層中的脂肪以及大米的胚大部分已經(jīng)被碾去,氧化產(chǎn)生的過氧化物會(huì)低。
圖2 大米過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間達(dá)到30 d,5種大米的過氧化值比較接近,過氧化值上升速度比較緩慢。這可能是因?yàn)樵趦?chǔ)藏過程中,大米中的脂肪在脂肪酶的作用下發(fā)生水解反應(yīng),產(chǎn)生游離脂肪酸,游離脂肪酸在空氣和水分的作用下和大米脂肪氧化酶接觸,發(fā)生氧化酸敗,導(dǎo)致過氧化值的上升[11]。當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間達(dá)到30 d的時(shí)候,過氧化值上升的速度最快,過氧化值提高了50%左右。因?yàn)榇藭r(shí)大米中已經(jīng)水解產(chǎn)生了大量的游離脂肪酸和自由基,這些游離脂肪酸和自由基與空氣接觸面積大,產(chǎn)生較多的過氧化物,導(dǎo)致過氧化值升高得比較快,這與羅達(dá)文[12]報(bào)道的大米在儲(chǔ)藏30 d時(shí),過氧化值上升得比較快,隨后慢慢趨于平緩的研究結(jié)果不一致,這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)條件的不同,前者采用的原料為晚秈七號(hào)和粳米空育131,碾減為糙米(0%碾磨)、輕碾米(5%碾磨)、精白米(10%碾磨);而本實(shí)驗(yàn)中5種大米的碾磨強(qiáng)度在4.50%~8.76%。當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間達(dá)到90 d后,5種大米的過氧化值變化開始出現(xiàn)差異,長粒香的過氧化值還以較快的速度上升,而稻花香的過氧化值上升速度漸漸平緩下來。因?yàn)橥瑸槟肽?qiáng)度1時(shí),美香黏的碾減率比較高,大米表面皮層破損得比較充分,皮層內(nèi)的脂肪與外界接觸得較多,產(chǎn)生的過氧化物較多[13]。
2.1.3 儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)大米還原糖的影響
不同加工精度的5種大米分別用PA材料包裝,在15 ℃、75%濕度的儲(chǔ)藏條件下,還原糖隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況如圖3所示。
圖3 大米還原糖隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
從圖3中可以看出,5種大米在儲(chǔ)藏0~90 d之間,還原糖的含量一直呈現(xiàn)上升的趨勢,均在90 d時(shí)達(dá)到最大值。在30~60 d,5種大米還原糖上升的速率最大。這可能是因?yàn)樵趦?chǔ)藏初期,大米有較高的淀粉酶活力,生成還原糖能力較強(qiáng)。90 d后大米還原糖含量又開始下降,這可能是因?yàn)樵诖竺组L期儲(chǔ)藏過程中,大米產(chǎn)生霉變,滋生的微生物和大米的自身活動(dòng)消耗一定的還原糖,導(dǎo)致還原糖的含量降低。還原糖含量先上升后下降的規(guī)律,與黃亞偉等[14]的研究結(jié)果一致。5種大米中儲(chǔ)藏過程中,晚絲苗還原糖的含量最高,美香黏和原陽大米的還原糖含量相近。在不同碾磨強(qiáng)度下的大米還原糖的含量也各不相同??傮w來看碾磨強(qiáng)度2下的大米在每個(gè)儲(chǔ)藏時(shí)間下,還原糖的含量都比較高,此時(shí)的碾減率為9.56%。這可能是因?yàn)榇竺自谀霚p率達(dá)到10%的時(shí)候,砂輥已經(jīng)將已經(jīng)刮到胚乳的部分,淀粉裸露在外邊,與胚中的淀粉酶發(fā)生水解作用產(chǎn)生還原糖[15]。
鑒于5種大米變化趨勢比較相似,分析選取其中一種具有代表性的碾磨強(qiáng)度為2的稻花香表示。
2.2.1 儲(chǔ)藏溫度對(duì)大米脂肪酸值的影響
圖4為碾磨強(qiáng)度為2的稻花香大米用PA材料包裝后,分別在儲(chǔ)藏溫濕度為75%、15 ℃和75%、25 ℃的條件下,脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況。
圖4 不同溫度下大米脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
從圖4中可以看出,大米脂肪酸含量在15 ℃和25 ℃時(shí)上升的趨勢和速率相一致,25 ℃時(shí)不同儲(chǔ)藏時(shí)間下的脂肪酸含量要略高。這可能是因?yàn)楫?dāng)儲(chǔ)藏溫度高于20 ℃的時(shí)候,有利于脂肪的水解,脂肪水解速度加快導(dǎo)致脂肪酸值增加,而低溫可減緩脂肪的水解反應(yīng)。大米表面的真菌數(shù)量也是脂肪酸值增長的原因[16]。微生物會(huì)將脂肪分解成高級(jí)脂肪酸,這些脂肪酸在米粒中積累,導(dǎo)致脂肪酸值的增大,高溫有利于微生物生命活動(dòng)的進(jìn)行[17]。當(dāng)大米儲(chǔ)藏到60 d的時(shí)候,脂肪酸值介于20 mg KOH/100 g和25 mg KOH/100 g,新鮮度較差。15 ℃相同儲(chǔ)藏時(shí)間下的脂肪酸值低于25 ℃,有利于大米的儲(chǔ)藏。
2.2.2 儲(chǔ)藏溫度對(duì)大米過氧化值的影響
圖5為碾磨強(qiáng)度為2的稻花香大米用PA材料包裝后,分別在儲(chǔ)藏溫濕度為75%、15 ℃和75%、25 ℃的條件下,過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況。
從圖5中可以看出,在15 ℃和25 ℃下,大米的過氧化值都隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長而呈現(xiàn)上升的趨勢。在不同的儲(chǔ)藏時(shí)間下,大米的過氧化值都呈現(xiàn)差異性顯著。在30 d的時(shí)候,2個(gè)溫度下大米的過氧化值上升速度相差不大。這可能是因?yàn)榇竺妆砻孢€留有一些皮層,包裹起大米,脂肪氧化速度比較慢。儲(chǔ)藏30 d后,25 ℃下大米的過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長顯著升高,且上升的速度快于15 ℃。這說明15 ℃的儲(chǔ)藏溫度有利于防止過氧化值的升高。
圖5 不同溫度下大米過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
2.2.3 儲(chǔ)藏溫度對(duì)大米還原糖的影響
圖6為碾磨強(qiáng)度為2的稻花香大米用PA材料包裝后,分別在儲(chǔ)藏溫濕度為75%、15 ℃和75%、25 ℃的條件下,還原糖隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化。大米還原糖在在15 ℃和25 ℃的儲(chǔ)藏溫度下均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢,25 ℃下還原糖的變化速率比15 ℃的變化速率要快。儲(chǔ)藏過程中每個(gè)階段的還原糖都與初始值呈現(xiàn)出顯著差異。這可能是因?yàn)榇竺字械矸凼艿矸勖傅淖饔枚纸鈁18],使還原糖含量增加,而淀粉酶的作用對(duì)溫度較為敏感,25 ℃有利于淀粉酶的活動(dòng)。
圖6 不同溫度下大米還原糖隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
2.3.1 包裝材料對(duì)大米脂肪酸值的影響
圖7為碾磨強(qiáng)度為2的稻花香大米分別使用PVDC和PA的包裝材料,在儲(chǔ)藏溫度15 ℃、儲(chǔ)藏濕度75%的條件下,脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況。
從圖7中可以看出,大米采用不同的2種包裝材料,其脂肪酸的含量都隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長而上升,但是PVDC包裝的大米脂肪酸含量在不同的儲(chǔ)藏時(shí)間下都要比PA的含量略高。這可能是因?yàn)镻A的透氣性比較高,外界的水蒸氣容易進(jìn)入包裝袋內(nèi),大米脂肪不斷發(fā)生水解反應(yīng)[19]。
圖7 不同包裝材料大米脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
2.3.2 包裝材料對(duì)大米過氧化值的影響
圖8為碾磨強(qiáng)度為2的稻花香大米分別使用PVDC和PA的包裝材料,在儲(chǔ)藏溫度15 ℃、儲(chǔ)藏濕度75%的條件下,過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況。
從圖8中可以看出,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,PVDC包裝的大米的過氧化值含量都要低于PA包裝的大米。說明PVDC包裝材料更有利于大米儲(chǔ)藏過程品質(zhì)的保持,延緩了大米品質(zhì)的劣變。這可能是因?yàn)镻VDC的包裝材料阻隔性比較好,防止包裝袋外部的水分及空氣中的氧進(jìn)入包裝袋內(nèi),促進(jìn)大米脂肪氧化反應(yīng)[20]。但是2種包裝的大米過氧化值都隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長而呈現(xiàn)上升的趨勢,說明包裝材料并不能完全阻隔大米脂肪氧化反應(yīng)的發(fā)生。這可能是因?yàn)樵诖竺籽b袋封口的時(shí)候,包裝袋內(nèi)留有空氣,導(dǎo)致脂肪氧化反應(yīng)的發(fā)生[21]。
圖8 不同包裝材料大米過氧化值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
2.3.3 包裝材料對(duì)大米還原糖的影響
圖9為碾磨強(qiáng)度為2的稻花香大米分別使用PVDC和PA的包裝材料,在儲(chǔ)藏溫度15 ℃、儲(chǔ)藏濕度75%的條件下,還原糖隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化。
圖9 不同包裝材料大米還原糖隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化
從圖9中可以看出,2種包裝的大米還原糖含量隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,最高分別為0.28%和0.25%。PVDC包裝的大米還原糖含量在各個(gè)儲(chǔ)藏時(shí)間都低于PA包裝的大米,這可能是因?yàn)榘b材料PA的材質(zhì)有利于大米淀粉發(fā)生水解反應(yīng),產(chǎn)生還原性糖。儲(chǔ)藏90 d時(shí),還原糖含量開始下降,這可能是因?yàn)榇竺字幸炎躺罅康奈⑸铮椅⑸锵牡倪€原糖的速度要大于淀粉水解產(chǎn)生還原糖的速度。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,大米中淀粉酶的活性降低,也會(huì)降低還原糖增長的速度[22]。
大米儲(chǔ)藏過程中,以脂肪酸值為評(píng)判指標(biāo)分別對(duì)粳、秈米的儲(chǔ)藏溫度、包裝材料和加工精度進(jìn)行方差分析,結(jié)果如表2所示。
表2 以脂肪酸值為評(píng)判指標(biāo)大米各儲(chǔ)藏條件的方差分析
從表2中可以看出,在3種不同的儲(chǔ)藏條件溫度、包裝材料和加工精度中,無論對(duì)于秈米還是粳米,加工精度對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸值的影響差異均顯著。說明不同加工精度間的處理,大米脂肪酸值隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,變異數(shù)分析比較明顯。溫度為其次,不同的溫度也是造成大米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸值變異的影響因素,差異顯著。包裝材料對(duì)脂肪酸值的影響差異不顯著,說明在包裝材料PVDC和PA下儲(chǔ)藏的大米,脂肪酸值的差異性并不大,但PVDC的材料更勝一籌。溫度、包裝材料和加工精度對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中的影響程度從大到小依次為:加工精度(碾磨強(qiáng)度)>溫度>包裝材料。
5種大米在相同的儲(chǔ)藏條件下,大米的過氧化值、脂肪酸值和還原糖的含量均隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢。溫度、包裝材料和加工精度對(duì)大米儲(chǔ)藏過程中的影響程度從大到小依次為:加工精度>溫度>包裝材料。儲(chǔ)藏時(shí)間在90 d之內(nèi),碾磨強(qiáng)度為2,儲(chǔ)藏溫度15 ℃、濕度75%,包裝材料PVDC的大米儲(chǔ)藏效果較好。儲(chǔ)藏時(shí)間超過90 d,碾磨強(qiáng)度為1,儲(chǔ)藏溫度15 ℃、濕度75%,包裝材料PVDC的大米較好。
適度加工意味著適度保留皮層及營養(yǎng),不通過盲目追求提高白度來改善外觀,減少碎米產(chǎn)生,節(jié)約電力消耗,讓稻谷資源得到充分利用。通過研究不同碾磨強(qiáng)度下不同儲(chǔ)藏條件下大米品質(zhì)的變化,找出適度加工的范圍和儲(chǔ)藏的溫度,使大米可以保留更多的營養(yǎng)價(jià)值、較好的口感以及較長的貨架期。