硅窗气调包装对大米储藏品质的影响*

肖榕晖

（福建省粮油科学技术研究所，福建 福州 350002）

大米在储藏的过程中极易受到陈化、霉变、受潮等危害，严重影响大米的储藏时间和营养口感[1]。我国每年有大量的收获的水稻需要进行储藏，但是由于大米在加工完成后失去了稻壳的保护，在储藏过程中容易受到外界温度、湿度等因素的影响，从而降低大米的品质[2]。

气调储藏是指在大米包装物中填充二氧化碳、氮气等气体，以降低包装袋内的氧气浓度，从而降低大米的呼吸强度，减少害虫和霉菌活动[3]。研究表明，在包装袋内填充氮气且浓度达到95%以上时，不仅可以起到大米保鲜的作用，还能减少大米的营养损失[4]。

硅窗气调是通过在包装盒或包装袋上镶嵌一定面积的硅橡胶膜，利用硅橡胶膜良好的透气性能和对CO2和O2合适的透过比来达到自动调节包装容器内气体成分组成的一种气调包装保鲜技术[5]。硅橡胶膜对包装内的气体含量、组成比例具有一定的调节作用。根据果蔬、谷物等不同农产品的生理特性，在包装材料中使用一定面积的硅橡胶膜来调节并维持稳定适宜的储藏环境，能够有效延长农产品的货架期，且具有高效、节能、便利等特点。因此，硅窗气调保鲜技术在短时间内引起国内外众多学者的高度关注，并在果蔬与谷物的储藏保鲜中得到广泛应用。

本文着重对硅窗气调法在大米储藏过程中的应用，以及对大米的储藏稳定性及品质变化展开研究。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜大米：由福州某米业有限公司提供，初始平均含水量为12.87%；

FC-8硅橡胶膜：中科院兰州物理化学所生产；

UV-754 分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；

质构仪：东西仪(北京)科技有限公司；

二硝基水杨酸：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 包装储藏方式[5,6]

分别称取大米1 kg采用编织袋、复合袋包装。复合袋包装的大米：用真空包装机包装，使真空度达到－0.01 MPa；

另一组在复合袋包装侧壁中央切开一个0.5 cm2等不同面积的窗口，这些窗口用FC-8 硅橡胶膜覆盖，形成一个有硅窗的包装盒。使用气调的气体组合是：5% O2和10% CO2，85%的N2作为填充气。

3种方式各封装6袋，于人工气候箱中模拟储藏（温度30 ℃、湿度60%），间隔30 d取样测定1次。

1.2.2 还原糖含量

用二硝基水杨酸法（DNS显色法）测定大米中的还原糖含量[7]。

1.2.3 大米质构测定

参考战旭梅等描述的方法[8]，大米经处理后蒸煮成米饭，测定米饭的硬度、弹性、黏度。其中，大米粘度降低率按照以下公式计算：

大米粘度降低率=（大米起始粘度－不同天数后大米粘度）/大米起始粘度×100%

1.2.4 谷物寄生昆虫种群繁殖抑制率的检测

大米寄生昆虫种群繁殖抑制率的检测参考钟建军等报道的方法[9]进行。实验用的谷物寄生昆虫来源于某粮食仓库，经采集后人工培养3代以上。其中，赤拟谷盗用过80目的全麦粉、酵母按9:1的比例配成的饲料饲养；玉米象以小麦作为饲料饲养；锈赤扁谷盗用燕麦片、全麦粉、酵母按6:3:1的比例配成的饲料饲养。饲养温度为(27±2)℃，相对湿度为(70±5)%，随机挑选成虫（羽化3 d）开展试验。

分别取30头赤拟谷盗、玉米象、锈赤扁谷盗成虫放入装有饲料的试验昆虫盒内，用纱布封口，随后放入大米堆内部，每个处理重复3次，设对照试验组（普通常压储藏）与硅窗气调储藏实验组。培养14 d实验结束后取出昆虫盒观察成虫的存活情况，记录试虫的存活数，并按照以下公式计算种群繁殖抑制率：

昆虫种群繁殖抑制率=（对照组平均含虫个数－处理组平均含虫个数）/对照组平均含虫只数×100%

2 结果与分析

2.1 包装方式对大米还原糖含量的影响

由图1曲线可以看出：真空储藏及硅窗气调储藏的大米还原糖含量均随着储藏时间延长而缓慢递增；用编织袋包装大米的还原糖含量则随储藏时间延长，而呈现出先陡增而后缓慢下降的趋势，含量在90 d时达到峰值之后不断降低。

图1 包装方式对大米还原糖含量的影响

以上结果可能是由于编织袋包装无法有效阻碍大米接触空气中的水分与氧气，使大米中的淀粉颗粒在淀粉酶的作用下发生缓慢降解，从而导致还原糖含量增加。大米中还原糖含量下降，可能是由于还原糖分子中的游离羟基、醛基等还原基被氧化所致；此外，编织袋包装为微生物的生长提供有利环境，还原糖因微生物的生长繁殖，被快速消耗，导致含量下降。相比较3种不同的包装方式，硅窗复合包装大米的还原糖含量在储藏过程一直持续较低。这表明，硅窗复合袋包装对延缓淀粉分解为还原糖具有一定的阻滞作用。

2.2 不同包装方式对大米硬度的影响

蒸煮米饭的质构特性可以反映大米经储藏后的陈化劣变程度。由图2可见，3种包装方式下米饭的硬度均随着储藏时间的增加而呈现先升高后下降的趋势，90 d时米饭的硬度达到最大。编织袋包装大米的硬度大于抽真空包装与硅窗气调包装，并且硅窗气调包装大米米饭的硬度增加趋势最为缓慢。分析其原因，可能是与大米的陈化程度有关。有研究表明，大米陈化后不溶性直链淀粉含量增加，不溶性直链淀粉含量与蒸煮大米的硬度呈正相关，与粘度呈负相关[10]。此外，陈化大米中蛋白质的溶解性降低以及与淀粉的相互作用的改变也是导致大米硬化的原因之一[11,12]。

随着储藏时间的增加，在大米储藏前期米饭淀粉老化速度加剧，与蛋白质的结合紧密，使米饭硬度增加[13]。真空包装与硅窗气调包装能够有效延缓大米的陈化速度，从而阻碍了大米硬度的增加。

图2 不同包装方式对大米硬度的影响

2.3 不同包装方式对大米弹性的影响

蒸煮米饭的弹性表示米饭受到挤压在一段时间内恢复形变的能力，由图3可以看出随储藏时间的延长，大米经蒸煮后弹性逐渐降低。且采用编织袋包装的大米蒸煮后弹性下降最为显著，抽真空包装次之，采用硅窗复合袋包装的大米在储藏末期其蒸煮米饭弹性略有下降。可能是由于大米因在储藏过程中由于陈化品质下降，在蒸煮过程中米粒腹、背部因吸水率差异而引起以上2个部分局域体积膨胀不一致产生龟裂，淀粉胶束样复合物因龟裂而结构呈现松散状，导致米饭失去原有的弹性[14,15]。

图3 不同包装方式对大米弹性的影响

2.4 不同包装方式对大米黏度的影响

大米的粘度是影响大米食味性的重要指标之一，研究表明，大米的粘度与大米中支链淀粉与直链淀粉含量比密切相关，大米糊化渐冷却时，在淀粉分子之间，特别是直链淀粉分子之间发生一些重新聚合所带来的粘度增加值，此时发生了淀粉分子的回生或重排。随着储存时间的增加，大米的回生值呈现逐渐上升的趋势，大米糊化冷却后再老化的速率上升，导致大米的粘度下降。大米粘度的变化主要受储藏温度、储藏时间、大米自身的缓慢呼吸代谢过程等因素的影响。合理的储藏方式将会延缓大米粘度的下降率，如图4所示，与常规编织袋包装以及抽真空包装相比较，硅窗气调包装能够有效降低大米在储藏过程中的粘度下降率，大米粘度降低率减少约20%。

图4 不同包装方式对大米粘度的影响

2.5 硅窗气调储藏对谷物寄生昆虫种群繁殖抑制率的影响

谷物寄生昆虫在其生活中对湿度的要求有适生湿度、最适湿度、不活动湿度和致死湿度之分。赤拟谷盗、玉米象、锈赤扁谷盗属于粮食蛀食性害虫，因此粮食中的水分含量会直接影响各虫态的生长发育与行为活动。在一定的温度条件下，粮食水分含量愈低，谷物寄生昆虫的死亡率愈高。其中，玉米象在粮食水分含量8%以下时不能进行正常的生命活动，水分含量在9.5%时能产少数卵，但不能孵化，当水分水分含量在9%以下时雌成虫则完全停止产卵[16]。由图5所示，硅窗气调包装对锈赤扁谷盗和玉米象具有较强的种群繁殖抑制作用，其中对赤拟谷盗的种群抑制率较强，平均抑制率为52.36%，对锈赤扁谷盗与玉米象的种群繁殖抑制率亦均达到40%以上，分别为47.61%与44.12%。硅窗气调包装能够有效阻碍空气中的水分渗透进入包装袋内，并且可以通过调节大米的缓慢呼吸代谢过程，从而降低大米代谢水分的产生，对有效抑制谷物寄生昆虫的繁殖发挥重要作用。

图5 硅窗气调包装对谷物寄生昆虫种群繁殖抑制率的影响

2.6 大米包装袋较优硅窗面积的选择

如图6所示，对包装材料不同硅窗面积进行探讨发现，当硅窗面积由0.25 cm2增加至0.5 cm2时，能够显著抑制大米中还原糖含量的升高。然而随着硅窗面积的进一步分别增加至1.0、2.0 cm2时，随着储藏时间的延长，大米中还原糖含量并未呈现出较大的变化，表明当硅窗面积占总包装面积的0.5 cm2时，即可有效抑制大米自身的呼吸代谢作用，并降低淀粉酶活性，延缓大米品质的劣变过程。因此，考虑到生产成本与实际生产需要，将硅窗面积定为0.5 cm2即为最佳选择面积。

图6 不同硅窗面积对大米还原糖含量的影响

3 小结

大米在储藏过程中品质易发生变化甚至劣变，主要表现为：米饭的硬度增加，弹性降低，口感变差等。抽真空储藏及硅窗气调储藏的大米还原糖含量随储藏时间的延长缓慢增加，编织袋包装的大米还原糖含量呈先上升后下降的趋势。在180 d的储藏期内3种包装方式储藏的大米样品其蒸煮米饭的硬度、粘度、弹性皆随储藏时间延长而下降，但其中硅窗气调保藏大米的陈化速度低于编织袋包装与抽真空包装。这表明硅窗气调法在大米储藏过程中能够有效阻止大米因自身生理生化反应、酶促分解以及微生物滋生等因素导致的品质劣变过程。通过对硅窗面积的探讨发现当硅窗面积为0.5 cm2时，即可有效降低大米在储藏过程中的品质劣变，并抑制谷物寄生昆虫的繁殖，发挥对大米的保鲜功能，因此，硅窗气调包装在大米保鲜储藏中具有广阔的开发潜力与应用前景。