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        花椒精油微膠囊保鮮劑對大米貯藏品質(zhì)的影響

        2021-03-10 11:23:36陳冰潔喬勇進(jìn)雷天慧劉晨霞
        上海農(nóng)業(yè)學(xué)報 2021年1期
        關(guān)鍵詞:保鮮劑食味微膠囊

        陳冰潔,喬勇進(jìn),雷天慧,王 曉,張 怡,劉晨霞

        (1 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工研究中心,上海201403;2 上海市文來中學(xué),上海201101)

        稻谷是人類主要的糧食作物之一,在人類能量攝取中起到重要作用,世界上有超過50%的人口以稻米為主食。中國是世界上最大的稻米生產(chǎn)國和消費國,根據(jù)國家糧食局統(tǒng)計數(shù)據(jù),2017年稻谷產(chǎn)量約為2.08 ×1011kg,占全球產(chǎn)量的40%。在夏季溫度高達(dá)38—41 ℃、相對濕度高達(dá)85%—98%的中國東南部和南部地區(qū),經(jīng)常出現(xiàn)陳化、泛黃和霉菌生長等典型大米惡化現(xiàn)象[1-2],嚴(yán)重影響大米的食用品質(zhì)。因此,迫切需要開發(fā)適用于成品糧高溫高濕儲藏環(huán)境的綠色、低殘留的保鮮劑,為成品糧儲藏提供物質(zhì)保障。

        天然植物精油抗菌效果顯著,是近幾年保鮮劑方面研究的熱點[3-4],但其環(huán)境穩(wěn)定性差、揮發(fā)性強,如何減緩植物精油的揮發(fā)速率,延長抑菌作用時間,成為植物精油開發(fā)中的重點研究方向之一。包絡(luò)結(jié)合法主要是利用壁材β-環(huán)糊精“中腔疏水外層親水”,可與精油等有機類分子作用形成包絡(luò)結(jié)合物的特點,達(dá)到降低由于溫度的升高、氧氣的氧化、光線的照射引起的芯材有效物質(zhì)揮發(fā)的目的,從而避免其有效成分的損失[5]。本試驗通過研究花椒精油微膠囊保鮮劑對大米貯藏品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng),以期為天然植物精油作為大米保鮮劑應(yīng)用提供借鑒。

        1 材料與方法

        1.1 儀器與設(shè)備

        H1850R 型臺式高速離心機:湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司;BP301S 型電子天平:德國賽多利斯公司;DHG-9240A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科技公司;GR85DF 全自動高壓蒸汽滅菌鍋:美國ZEALWAY 公司;KBF 1020 恒溫恒濕箱:德國BINDER 公司;STAIA∕1B 米飯食味計:北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司;Tech Master RVA starchmaster 快速黏度分析儀:波通瑞華科學(xué)儀器有限公司。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 花椒精油微膠囊保鮮劑的制備

        采用包絡(luò)結(jié)合法[6],稱取5 gβ-環(huán)糊精,加入50 mL 去離子水,60 ℃條件下溶解,在電動攪拌器的作用下,使溶液達(dá)到飽和狀態(tài)。稱取2 mL 花椒精油,按1∶20(mL∶mL)的比例用無水乙醇溶解后在50 ℃條件下逐滴加入到β-環(huán)糊精飽和溶液中,1000 r∕min 攪拌30 min 后將制備好的溶液裝于培養(yǎng)皿中,于40 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥24 h,研磨,稱重。

        1.2.2 大米樣品處理

        以‘滬早香軟1 號’粳米為試材,將500 g 大米裝入0.12 mm 厚、18 cm×25 cm 大小的PE 包裝袋中。設(shè)置4個處理,分別加入0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g 保鮮劑,保鮮劑粉末放于5 cm ×6 cm 大小的無紡布密封袋中,密封后置于大米中間,以不放保鮮劑的處理作為空白對照(CK),密封包裝后置于溫度為37 ℃、相對濕度(RH)為95%的人工氣候箱中以加速大米陳化。每個處理3 次重復(fù),每隔30 d 取樣測定。

        1.2.3 大米品質(zhì)測定的內(nèi)容及方法

        含水量的測定參照GB 5009.3—2010 食品中水分的測定中105 ℃恒重法;脂肪酸的測定參照GB∕T 5510—2011 糧油檢驗糧食、油料脂肪酸值測定;糊化特性的測定利用快速黏度儀,參照GB∕T 24852—2010 大米及米粉糊化特性測定;食味值用米飯食味計測定;蒸煮品質(zhì)的測定參照李闖[7]的方法;霉菌菌落總數(shù)的測定采用GB 4789.15—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗霉菌和酵母計數(shù)的方法;細(xì)菌總數(shù)參照GB∕T 13093—2006 對飼料中細(xì)菌總數(shù)的測定進(jìn)行。對儲存前后的大米分別進(jìn)行指標(biāo)測定,每個樣品重復(fù)檢測3 次,測量結(jié)果以平均值表示。

        1.2.4 色差的測定

        參照Wang[8]的方法,先用黑板、白板進(jìn)行色差計的校正。由于米粒顏色分布不均,直接測量誤差較大,因此將大米粉碎混合均勻后測定,以減少誤差。每組米樣重復(fù)3 次,求平均值。在色差測定中,L*是明度指數(shù)(0 代表黑色,100 代表白色);+a*方向表示紅色增加, -a*方向表示綠色增加; +b*方向表示黃色增加,-b*方向表示藍(lán)色增加。ΔE由ΔL*、Δa*、Δb*三者的平方和開平方得到。當(dāng)ΔE<1.5 時,表示樣品與貯藏前顏色無差異;當(dāng)ΔE在1.5—3.0 時,表示差異較小;當(dāng)ΔE在3.0—6.0 時,表示有差異;當(dāng)ΔE>6.0 時,表示有顯著差異。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米含水量的影響

        大米含水量不僅影響米粒呼吸代謝作用及其附生微生物的生長,還對米飯食味品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。如圖1 所示,在高溫高濕的貯藏環(huán)境中,大米的含水量呈先上升后下降的趨勢,總體來看,對照組大米含水量在貯藏過程中變化幅度較大,含水量最低為11.46%,最高為13.14%,而添加不同保鮮劑的大米含水量變化較小且處理間差別不大,說明保鮮劑對維持大米水分有一定作用,但保鮮劑劑量對大米含水量影響不大。

        圖1 保鮮劑對大米含水量的影響Fig.1 Effects of preservative on water content of rice

        2.2 花椒精油微膠囊保鮮劑對米飯食味值的影響

        由圖2 可知,隨著貯藏時間的延長,米飯食味值呈下降趨勢,對照組下降速度較快,添加保鮮劑的試驗組較緩,貯藏150 d 時,保鮮劑劑量為0(CK)、0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g 的米飯食味值分別為64、68、71、75、75,稻米食味品質(zhì)有差別主要是由于在貯藏過程中不同劑量保鮮劑處理的大米含水量及脂肪酸的變化不同,高劑量保鮮劑能夠在一定程度上維持大米食用品質(zhì)。

        圖2 保鮮劑對大米食味值的影響Fig.2 Effects of preservative on taste value of rice

        2.3 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米脂肪酸含量的影響

        在長期的貯藏過程中,脂類變化是造成大米品質(zhì)劣變的最主要因素[9],其中脂肪酸含量是反映大米貯藏品質(zhì)最重要指標(biāo)之一[10]。由圖3 可知,大米的脂肪酸含量在貯藏期間呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,這與Wang 等[8]的研究一致。貯藏90 d 時,對照組和0.1 g 保鮮劑處理的大米脂肪酸含量最高,其余劑量保鮮劑處理的大米在120 d 時脂肪酸含量最高。貯藏150 d 時,對照組大米的脂肪酸含量為47.3 mg KOH∕(100 g),0.3 g、0. 4 g 保 鮮 劑 處 理 的 大 米 脂 肪 酸 值 分 別 為33.7 mg KOH∕(100 g)、33.6 mg KOH∕(100 g),對照組與0.3 g、0.4 g 劑量保鮮劑處理組存在顯著差異(P<0.05),說明精油處理可減緩大米中脂類的水解,延緩大米老化變質(zhì)。

        圖3 保鮮劑對大米脂肪酸含量的影響Fig.3 Effects of preservative on fatty acid content of rice

        2.4 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米色差的影響

        ΔE值的大小反映大米顏色變化情況,ΔE值越大,說明貯藏前后大米顏色變化越大,大米品質(zhì)劣變越嚴(yán)重。由圖4 可知,ΔE值均隨貯藏時間的延長而逐漸增大,前期增長速率快,后期變緩。貯藏120 d 時,對照組ΔE值大于3.0,說明貯藏120 d 后大米顏色與未貯藏前的大米顏色有差別,而0.3 g、0.4 g 保鮮劑處理的大米貯藏期間ΔE值均小于3.0,且與對照組相比,時間越長,色差的差異性越大,其原因為不同劑量保鮮劑下,微生物作用及脂類、蛋白質(zhì)的氧化程度不同。

        圖4 保鮮劑對大米色差的影響Fig.4 Effects of preservative on chromatic aberration of rice

        2.5 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米糊化特性的影響

        衰減值是衡量米飯熱糊穩(wěn)定性的指標(biāo),回生值反映米粉冷糊的穩(wěn)定性和老化性[11]。研究認(rèn)為,衰減值越大而回生值越小的大米糊化特性越好,其蒸煮品質(zhì)和食用品質(zhì)較好[12]。由圖5 可知,大米的衰減值隨著貯藏時間的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,由圖6 可知,回生值隨著貯藏時間的增加逐漸增大,表明大米糊化冷卻后再老化的速率上升?;ń肪臀⒛z囊保鮮劑劑量越大,大米的衰減值越大而回生值越小,說明精油處理劑量越大,大米的蒸煮品質(zhì)和食用品質(zhì)越好。

        圖5 保鮮劑對大米衰減值的影響Fig.5 Effects of preservative on breakdown value of rice

        圖6 保鮮劑對大米回生值的影響Fig.6 Effects of preservative on setback value of rice

        2.6 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米蒸煮品質(zhì)的影響

        由圖7 可知,隨著貯藏時間的延長,大米加熱后的吸水率呈現(xiàn)上升趨勢,但經(jīng)花椒精油微膠囊保鮮劑處理的大米加熱后吸水率上升速度明顯慢于對照組。儲藏150 d 時,對照組大米吸水率由218.3%升高至369.7%,而經(jīng)0.3 g 保鮮劑處理的大米則由218.3%升高至290.7%,增幅明顯低于對照組,說明花椒精油微膠囊能有效減緩大米加熱后吸水率的上升。

        由圖8 可知,大米pH 前期變化迅速,后期變化緩慢,初期米湯偏堿性,隨著貯藏時間的延長,pH 逐漸降低,偏酸性明顯,這主要是因為脂肪氧化酸敗生成的游離脂肪酸增加及氨基酸、磷酸等酸性物質(zhì)增加所致。其中0.4 g 花椒精油微膠囊保鮮劑處理的大米米湯pH 下降最為緩慢,米湯的pH 最接近中性,大米的品質(zhì)最好。由此說明,花椒精油微膠囊劑量越高,大米穩(wěn)定性越好,品質(zhì)變化越慢。

        圖7 保鮮劑對大米吸水率的影響Fig.7 Effects of preservative on water absorption rate of rice

        圖8 保鮮劑對大米pH 的影響Fig.8 Effects of preservative on pH of rice

        圖9 保鮮劑對大米米湯干物質(zhì)的影響Fig.9 Effect of preservative on expansion rate of rice

        由圖9 可知,隨著貯藏時間的延長,大米米湯中干物質(zhì)含量逐漸降低,其中劑量0.3 g、0.4 g 花椒精油微膠囊保鮮劑處理的米湯干物質(zhì)下降速度較慢,對照組下降最快,這主要是高劑量保鮮劑能抑制大米呼吸所致,也可能是由于大米在陳化過程中細(xì)胞壁的溶解性下降,抑制了淀粉可溶出物的溶出所致[13]。

        2.7 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米霉菌總數(shù)的影響

        在高溫高濕的條件下,大米極易產(chǎn)生霉變,如圖10 所示,隨著時間的延長,大米霉菌總數(shù)呈現(xiàn)不同速率的增長,儲藏150 d 時,0.3 g 保鮮劑處理的大米霉菌總數(shù)為3.10 lg cfu∕g,而對照大米霉菌總數(shù)為4.75 lg cfu∕g,兩者差異顯著。其原因是花椒精油通過破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的完整性,改變細(xì)胞膜的通透性,從而達(dá)到抑制真菌的生長和繁殖的目的[14]。保鮮劑劑量越大,對霉菌的抑制效果越明顯,但0.3 g、0.4 g 劑量保鮮劑處理間差異不顯著。

        2.8 花椒精油微膠囊保鮮劑對大米細(xì)菌總數(shù)的影響

        去除谷殼的大米容易受到微生物污染,儲藏期間米粒表面微生物代謝消耗米粒營養(yǎng)物質(zhì)并產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物,導(dǎo)致大米品質(zhì)下降并影響食用安全[15]。如圖11 所示,隨著貯藏時間增長,細(xì)菌總數(shù)呈增長趨勢。在貯藏150 d 時,0.3 g 保鮮劑處理的大米細(xì)菌總數(shù)為2.23 lg cfu∕g,對照大米細(xì)菌總數(shù)為3.12 lg cfu∕g,兩者具有顯著性差異,說明保鮮劑對細(xì)菌具有一定程度的抑制作用,這與宋麗雅等[16]研究結(jié)果相似。

        圖10 保鮮劑對大米霉菌總數(shù)的影響Fig.10 Effects of preservative on the total mildew of rice

        3 結(jié)論與討論

        花椒精油具有抑菌殺蟲的生物學(xué)效應(yīng)[14],但其在大米保鮮方面的研究仍處于空白,本試驗以高抑菌性的花椒精油為保鮮成分,針對精油的易揮發(fā)特點,對其進(jìn)行微膠囊化處理制成保鮮劑,研究其對大米貯藏品質(zhì)的影響。

        研究發(fā)現(xiàn),稻米含水量過低時,蒸煮過程中稻米易斷裂,米飯彈性降低、口感變差[17]。本研究中,對照組大米水分含量變化較試驗組大,說明保鮮劑對維持水分起到一定作用。大米的食味值是評價稻米品質(zhì)最直觀的指標(biāo),受多種因素影響,淀粉顆粒暴露增多[18]、陳化后游離脂肪酸與直鏈淀粉形成的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物、蛋白質(zhì)二硫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增加[19]等都會使米飯硬度增加,同時大米含水量降低也會使米飯的食味下降,影響食用口感。研究表明,保鮮劑劑量相對高的大米食味值較好,說明保鮮劑可延緩大米品質(zhì)劣變。大米脂肪酸含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,其原因是貯藏前期光、熱及微生物的作用使脂肪酸含量增加[20];貯藏后期繁殖迅速的霉菌消耗大量脂肪酸[21],且脂肪酸在酶作用下分解成醛、酮類等小分子物質(zhì),使脂肪酸含量迅速降低[22]。大米顏色加深主要是由于大米中的脂質(zhì)自動氧化產(chǎn)生的羰基化合物會與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)所致[23],同時,微生物特別是霉菌的大量繁殖也會影響大米色澤。衰減值先增加后降低,其原因是淀粉與脂類形成的較緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與淀粉粒表面的親水作用增強使得貯藏初期衰減值增大,而隨著貯藏時間的延長,體系的抗剪切能力下降,淀粉粒易破裂,衰減值下降[24-25]。大米吸水率增加主要是因為細(xì)胞內(nèi)的小分子物質(zhì)聚合形成的大分子結(jié)構(gòu)使得大米在蒸煮的過程中能夠吸收更多的水分,同時,陳化過程中蛋白質(zhì)、果膠和纖維素等的細(xì)胞壁遭到破壞,使細(xì)胞內(nèi)各組分吸水能力增強,大米的吸水率提高[26]。大米在加工過程中容易感染黃曲霉、青霉、白曲霉、灰綠曲霉等,當(dāng)環(huán)境條件適宜時,霉菌和細(xì)菌在大米表面的大量繁殖會分解大米中的營養(yǎng)物質(zhì)油脂及蛋白質(zhì),影響大米外觀,降低大米的食味品質(zhì),甚至對大米的質(zhì)量安全造成影響。本研究通過比較分析,得出花椒精油0.3 g 組霉菌和細(xì)菌總數(shù)最少,0.3 g 劑量保鮮劑抑制霉菌和細(xì)菌效果較明顯。綜合考慮各個指標(biāo),推薦0.3 g 作為大米保鮮劑的適用劑量。

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