动态温湿度条件下糙米主要储藏品质指标变化

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏南京 210023）

摘要：目的：本实验通过研究温湿度动态变化条件下糙米储藏过程中主要生理生化指标的变化，为优化糙米安全储藏条件提供基础数据。方法：将初始水分质量分数分别为15%、17%、19%和21%的糙米，分别在低温动态组（L组）、中温动态组（M组）、高温动态组（H组）3 种不同温湿度动态条件下模拟储藏240 d，观测糙米发芽率、脂肪酸值、过氧化氢酶活力等主要品质指标和低场核磁共振水分迁移规律的变化。结果：在240 d的储藏过程中，随着储藏时间的延长，发芽率、过氧化氢酶活力呈显著下降趋势，脂肪酸值呈先上升后下降的趋势，糙米品质发生劣变。初始水分质量分数高的糙米其自由水的质量分数要高于初始水分质量分数低的糙米；高温会引起水分迁移混乱，吸附水向自由水迁移，自由水质量分数升高。水分质量分数越高、温度越高，糙米就越容易发生霉变变质。储藏温度对发芽率、脂肪酸值、过氧化氢酶活力有显著影响，初始水分质量分数对发芽率、脂肪酸值有显著影响。结论：初始水分质量分数和储藏温度对糙米的品质特性影响显著。为防止糙米发生品质劣变，正常水分（质量分数15%）和偏高水分（质量分数17%、19%）的糙米安全储藏期为120 d，低温或中温可以延长正常水分糙米储藏期至180 d。

糙米是稻谷脱去外保护皮层——稻壳后的稻米籽粒[1]，其包括糠层、胚芽及胚乳。糙米经过再加工去除糠层和胚芽，剩下的胚乳部分就是平常所食用的精白米[2]。大米中60%～70%的脂肪、蛋白质、维生素、矿物质和大量必需氨基酸都聚积在表皮层和胚芽中；因此，加工精度越高，其营养物质流失越严重[3-4]。随着生活水平的提高，糙米因其丰富的营养成分受到消费者青睐，而糙米的储藏也备受关注[5]。目前我国对糙米的研究主要包括糙米储藏期间的品质特性变化、水分迁移规律及挥发性成分等方面[6-10]；或进行气调储藏，研究糙米的品质变化规律以找到更合适的储藏方法。但对于糙米的研究往往基于静态微环境（恒定的温湿度）的处理，而在实际储藏过程中，会受到昼夜温、湿差等其他因素的影响，实际温湿度波动很大。我国早籼稻种植面积大、产量高，但是收获时节适逢雨季，早籼稻水分质量分数偏高，入仓稻谷未经充分晾晒，储藏后品质较差（储藏后的安全水分质量分数为14%左右）[11]。因此研究偏高水分质量分数糙米的安全储藏技术以及储藏过程中糙米的品质变化，对确保糙米品质和食用安全有着非常重要的意义。本实验研究温湿度条件动态变化下，糙米主要品质指标，包括发芽率、脂肪酸值、过氧化氢酶活力等生理生化指标和水分状态的变化规律，为糙米的安全储藏提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

稻谷为2016年8月初新收获的湘早籼32（产地：湖南韶山），经砻谷机脱壳为糙米。

1.2 仪器与设备

PQX-300D智能人工气候箱宁波东南仪器有限公司；CM-5色差仪日本柯尼卡美能达公司；GNP-9160隔水式恒温培养箱上海三发科学仪器有限公司；NMI20核磁共振成像分析仪上海纽迈电子科技有限公司；SFY-20A快速水分测定仪深圳市冠亚电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 动态储藏条件构建

考虑到实际仓储粮食取样不便利，本实验采取3 种实验室模拟储藏类型：配置制冷空调的低温粮库（可控温控湿）、通风条件较好的普通粮库、南方小型粮库（夏季高温高湿），分别对应本实验低温动态组（L组）、中温动态组（M组）和高温动态组（H组）。温湿度设定主要依据2014ü2016年间测定的3 个典型粮库第1年8月至第2年3月的各月份实际温度和相对湿度，取每月日间均值和夜间均值，将动静态温湿度数据输入3 个智能人工气候箱（表1）；取初始水分质量分数为15%的早籼稻碾成糙米，通过水分调节，分别获得水分质量分数为17%、19%、21%的糙米，进行为期240 d的模拟储藏，每60 d取样测定各项指标。

发芽率的测定参考GB/T 5520ü1985《粮食、油料检验种子发芽试验》。

脂肪酸值的测定参考GB/T 5510ü2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》。

过氧化氢酶活力的测定参考GB/T 5522ü2008《粮油检验粮食、油料的过氧化氢酶活动度的测定》，以每克糙米中所含H2O2质量表示过氧化氢酶活力，单位为mg/g。

水分分布采用核磁共振成像分析仪测定。选择15 mm的线圈，采用FID序列进行单次采样校正中心频率，用电子天平称取1.50 g糙米样品，置于直径为15 mm的核磁管中，然后采用CPMG序列进行数据采集，每个样品重复6 次，序列参数：SF＝19 MHz，SW＝200 kHz，TW＝1 500 ms，P1＝13 μs，P2＝25 μs，DR＝1，TD＝135 014，NS＝64，RFD＝0.1，RG1＝20，DRG1＝3，DL1＝0.1 μs，NECH＝3 000。

1.4 数据处理

每个指标测定至少重复3 次，数据处理及统计分析采用SPSS 16.0软件进行，采用Excel软件进行作图。采用单因素方差分析（One-way ANOVA）进行各个指标差异显著性分析，糙米各指标间采用Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 储藏条件对糙米发芽率的影响

发芽率是评定种子生命力和新鲜程度的重要指标[12]。糙米在储藏过程中的品质变化可以通过发芽率的高低来反映。由图1可知，随着储藏时间的延长，不同温度组的发芽率均呈现下降趋势，但下降程度不同。在储藏前期（前60 d），L组和M组糙米种子发芽率差别不明显，而H组水分质量分数高于15%的糙米种子发芽率已经低于50%；到了储藏中期及末期，M组发芽率明显低于L组，H组发芽率迅速下降最终为0；在120 d时，M组水分质量分数为21%的糙米发芽率低于20%；在180 d时，H组糙米种子几乎不再发芽。由此可见，水分质量分数越高、储藏温度越高，发芽率越低；正常水分的糙米，在中低温储藏条件下应控制储藏期在180 d内，高温时应控制储藏期在120 d内；但若高温储藏时，初始水分质量分数应低于15%。

本研究通过模拟3 种粮库储藏发现，种子的发芽率从大到小的顺序为：L组＞M组＞H组。发芽率下降越快，说明糙米品质劣变也越快。詹启明等[13]研究不同储藏方式对糙米发芽率的影响，发现低温储藏条件下的发芽率要高于气调储藏；这与本实验研究结果一致。童茂彬等[14]研究发现，随着温度的升高，充氮气调籼糙米的生活力和发芽率比常规储藏下降要快，得出低温可以有效保持粮食的品质。由此可见，温度对糙米种子发芽率有明显影响，这可能是因为高温条件对种子的胚部长期作用，破坏了胚部结构，会严重降低种子的发芽率，而随着温度的降低，这种作用力逐渐减弱，发芽率受影响较小。

2.2 储藏条件对糙米脂肪酸值的影响

由图2可知，在为期240 d的动态储藏过程中，糙米的脂肪酸值整体呈现先上升后下降的趋势。L组和M组的脂肪酸值在储藏前期（0～120 d）增加迅速；在储藏中后期（120～180 d）增加较缓慢；在储藏末期（180～240 d）逐渐下降。经过240 d的储藏后，L组、M组、H组水分质量分数15%的糙米脂肪酸值分别增加了13.15、17.51、21.03 mg/100 g，水分质量分数17%的糙米分别增加了13.68、19.56、20.10 mg/100 g。由此可见，温度越高，脂肪酸值增加越明显。即使在低温条件下，水分质量分数为15%的糙米脂肪酸值在第180天就已经达到28.02 mg/100 g（＞25 mg/100 g），达到了不宜存放的标准[15]。因此，正常水分质量分数的糙米，中低温储藏条件下的储藏期应控制在180 d以内，高温储藏时糙米的水分质量分数应控制在15%以内。

糙米籽粒脂肪水解会产生脂肪酸，脂肪酸质量分数的增加会影响糙米的品质[16]。Tsuzuki等[17]研究表明，脂肪酸值与食用品质显著相关，可以用脂肪酸值作为食用品质的预测指标。宋伟等[18]对不同温度、氧气浓度条件下储藏不同水分质量分数的糙米脂肪酸值进行测定，结果表明，随着储藏时间的延长，糙米脂肪酸值呈先增加继而又下降的趋势，储藏时间、温度、氧气浓度、糙米水分质量分数对脂肪酸值影响极显著（P＜0.01），温度、糙米水分质量分数越高，脂肪酸值上升越快。李央等[19]指出糙米在储藏过程中，脂质在酶的作用下分解产生游离脂肪酸，从而使得脂肪酸值含量增加[20]。但脂肪酸是一个处于动态平衡的中间产物，在一定条件下还会进一步分解成酚类、醛类、酮类等物质[21]，导致其含量下降。本研究在整个动态模拟过程中，随着储藏时间的延长，脂肪酸值先增加后缓慢减小。初始水分质量分数越大、储藏温度越高，脂肪酸值增加越快。

2.3 储藏条件对糙米过氧化氢酶活力的影响

过氧化氢酶活力是衡量粮食新鲜程度的重要指标。由图3可知，随着储藏时间的延长，过氧化氢酶的活力呈下降趋势，酶活力减弱说明糙米籽粒活力降低。L组水分质量分数15%、17%、19%、21%的糙米经过240 d的储藏，其过氧化氢酶活力分别降低了2.4、2.0、2.8、3.1 mg/g，水分质量分数越高，酶活力越低。L、M、H组15%水分质量分数糙米在经过240 d的储藏，其过氧化氢酶活力分别降低了2.4、3.2、4.7 mg/g，17%水分质量分数的糙米分别降低了2.0、3.6、4.4 mg/g。由此可见，高温会破坏酶的结构和催化功能；温度越高，过氧化氢酶活力越低。

在储藏过程中，糙米籽粒进行呼吸作用会产生有害物质H2O2，H2O2的氧化作用会影响糙米的品质，使其发生劣变[22]。而过氧化氢酶可以分解H2O2，起到保护籽粒的作用[23]。在储藏过程中，随着储藏时间的延长，过氧化氢酶活力呈下降趋势，尤其模拟南方小型粮库的H组，下降趋势更明显。这可能是因为夏季温度高，加速了丙二醛的产生，丙二醛有强交联能力，能够破坏过氧化氢酶的结构和催化性质，从而在一定程度上降低了它的活力[24]。过氧化氢酶活力不仅可以作为评判谷物品质变化的指标，还可反映玉米中霉菌的生理活动状态[25]，进而可对玉米的黄曲霉毒素B1进行预测。研究还发现，过氧化氢酶活力与发芽率密切相关，由于过氧化氢酶活力降低，被分解的H2O2减少，导致H2O2的积累，从而抑制了籽粒的呼吸作用[26]，使得发芽率也降低。因此，过氧化氢酶活力与发芽率呈正相关关系。

2.4 储藏条件对糙米水分分布变化的影响

通常用低场核磁共振仪来观察样品的形态结构和水分分布[27]。糙米中含有的水分在低场核磁共振中产生信号，不同的氢质子信号被核磁共振仪采集，并显示成不同横向弛豫时间被区分开来。横向弛豫时间T2反映了样品内部氢质子的存在状态和其所处的化学环境，与氢质子所受到的束缚力及其自由度有关[28]。由于氢质子主要来源于水分子，因此可以通过弛豫时间的变化来测量分析物质的水分分布。T2弛豫时间越短，在T2谱上峰的位置越靠左，意味着氢质子受约束越大，也就是自由度越小；反之T2弛豫时间越长，在T2谱上峰的位置越靠右，则意味着氢质子自由度越大，越不受约束。通常情况下，T2在1～10 000 ms范围内存在3 个峰，分别是T21峰、T22峰、T23峰。这3 个峰代表糙米中氢质子的3 种相态，T21峰表征的水为吸附水，T22峰表征的水为自由水，T23表征糙米中的脂肪（相关图未列出）[28]。

由图4可知，在低温储藏条件下，各水分质量分数的糙米T21、T22信号总量变化很小；初始水分质量分数越大，储藏初期A22越大，即水分质量分数越高，自由水质量分数越高。由图4A1、B1、C1可以看出，同一水分质量分数的糙米在不同储藏温度下T21所占峰面积比不一样，温度越高，A21越小，说明吸附水质量分数减小；同时，由图4A2、B2、C2可知，同一水分质量分数的糙米在不同储藏温度下T22所占峰面积比也不同，温度越高，A22越大，说明自由水质量分数上升。

在糙米的储藏过程中，初始水分质量分数高的糙米其自由水的质量分数要高于初始水分质量分数低的糙米；随着储藏时间的延长，自由水质量分数整体呈上升趋势；高温会引起水分迁移混乱，吸附水向自由水迁移，自由水质量分数升高。可见，初始水分质量分数越高、温度越高，糙米就越容易发生霉变变质。因此，储藏糙米需要降低温度和糙米的含水量[29-30]。杨慧萍等[31]通过对粳稻谷低场核磁反演峰进行分析，研究其在吸附和解吸的过程中水分迁移的变化，在解吸过程中，T22峰面积与稻谷质量的变化呈正相关；在吸附过程中，T21峰面积与稻谷吸附质量的变化有较高的拟合度，T22峰面积没有明显的时间规律性。宋伟等[32]研究发现可以利用低场核磁共振技术快速检测粳稻谷的水分质量分数和水分分布，通过粳稻谷磁共振成像图像可以直观观测粳稻谷内部的水分状态。

2.5 糙米各指标相关性分析

由表2可知，动态模拟储藏过程中糙米发芽率与温度极显著负相关（r＝－0.238，P＜0.01），说明温度越高，发芽率越低，糙米籽粒活力越低。脂肪酸值与温度极显著正相关（r＝0.372，P＜0.01），说明脂肪酸值受温度变化影响很大。过氧化氢酶活力与温度显著负相关（r＝－0.125，P＜0.05），说明温度越高，过氧化氢酶活力越低，糙米品质越差。发芽率与过氧化氢酶活力极显著正相关，说明发芽率越高，过氧化氢酶活力越大；发芽率与脂肪酸值极显著负相关，说明发芽率越低，脂肪酸值越大。因此，发芽率可以作为糙米化学品质的预测指标。

3 结论

本实验分析了早籼稻糙米形式在储藏过程中生理生化指标及水分状态的变化。结果表明，初始水分质量分数和储藏温度会对糙米储藏特性和储藏后品质产生影响；在糙米的储藏过程中，初始水分质量分数高的糙米其自由水的质量分数要高于初始水分质量分数低的糙米；高温会引起水分迁移混乱，吸附水向自由水迁移，自由水质量分数升高。可见，糙米水分质量分数越高、储藏温度越高，糙米就越容易发生霉变变质。在高温高湿条件下，随着储藏时间的延长，发芽率和过氧化氢酶活力呈显著下降趋势，脂肪酸值呈先上升后下降的趋势，糙米品质发生劣变。因此，为避免糙米发生品质劣变，正常（15%）或偏高（17%、19%）水分质量分数的糙米在高温条件下的安全储藏期为120 d，低温或中温可以延长正常水分糙米储藏期至180 d。但糙米在入夏高温储藏时，初始水分质量分数须控制在15%的安全水分质量分数以内。

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Changes in Main Storage Quality Indices of Brown Rice under Dynamic Temperature and Humidity Conditions

LIU Xin, YAO Yuanhang, CHEN Wenruo, GU Jiayuan, WANG Yan, CHEN Yinji*
(Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, College of Food Science and Engineering,Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China)

Abstract: Objective: To investigate the changes in the main physiological and biochemical indexes of brown rice during storage under dynamic temperature and humidity conditions for the purpose of establishing the optimal conditions for safe storage of brown rice. Methods: Samples of brown rice with initial moisture contents of 15%, 17%, 19% and 21% were stored for 240 days under dynamic conditions of low (Group L), medium (Group M) and high (Group H)temperatures. The changes in germination rate, fatty acid value and catalase activity were examined and the change in moisture migration pattern was assessed by low fi eld nuclear magnetic resonance (LF-NMR). Results: The germination rate and catalase activity decreased signif i cantly with the increase of storage time, the fatty acid value increased fi rst and then decreased, and the quality of brown rice was deteriorated. The higher the initial moisture content in brown rice, the higher the free water content. High temperature could cause disordered water migration, transforming bound water into free water and consequently increasing free water content. The higher the moisture content and the temperature, the more susceptible brown rice is to mildew. The storage temperature had a signif i cant effect on germination rate, fatty acid value and catalase activity. The initial moisture content also had a signif i cant effect on germination rate and fatty acid value. Conclusion: Both initial moisture content and storage temperature have significant effects on the quality characteristics of brown rice. To prevent the occurrence of quality deterioration, the safe storage period for brown rice with normal (15%) and high moisture content (17% and 19%) is 120 days. Low or medium temperature can extend the safe storage period for brown rice with normal water (15%) to 180 days.

Keywords: brown rice; storage; dynamic temperature and humidity; storage characteristics

基金项目：公益性行业（农业）科研专项（201313010）；江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目（2015-NY-014）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）

第一作者简介：刘欣（1993—）（ORCID: 0000-0002-2288-7058），女，硕士研究生，研究方向为粮食储藏与加工。E

mail: liuxin661239@163.com

*通信作者简介：陈银基（1979—）（ORCID: 0000-0002-4558-1086），男，教授，博士，研究方向为粮食储藏与加工。E

mail: chenyinji@hotmail.com

引文格式：刘欣, 姚远航, 陈文若, 等. 动态温湿度条件下糙米主要储藏品质指标变化[J]. 食品科学, 2019, 40(3): 245-250.

LIU Xin, YAO Yuanhang, CHEN Wenruo, et al. Changes in main storage quality indices of brown rice under dynamic temperature and humidity conditions[J]. Food Science, 2019, 40(3): 245-250. (in Chinese with English abstract)doi:10.7506/spkx1002-6630-20170926-387. http://www.spkx.net.cn