不同氮气气调工艺启封后籼稻品质变化规律

何宇铠，刘兴泉，汪中明，刘尚峰，周飞东，吴宗奎，张文明，蕫菊霞，张登兵，章志生

(浙江农林大学食品与健康学院1，临安 311300) (国家粮食和物资储备局科学研究院2，北京 100037) (安徽现代粮食物流中心库3，六安 237000) (中央储备粮庐江直属库有限公司4，庐江 231500)

粮食安全因其影响环境、经济和社会，故成为世界范围内的研究热点[1]。稻谷作为我国重要储备粮之一，在储藏过程中因其受自身呼吸代谢，微生物害虫等影响，会导致其品质变化[2]。而不当的储藏方式，会使稻谷品质和营养价值中迅速恶化，因此确保稻谷高质量储藏尤为重要[3]。

气调储藏作为目前最常用的储藏技术之一，被广泛应用于农业与食品产品中，如谷物、肉类、水果等[4-6]。在储粮行业中，氮气气调储粮工艺根据粮堆内氮气气体浓度及浓度维持时间可分为：气调杀虫(N2≥98%，时间≥28 d)、气调抑虫(N2≥95%)及气调储藏(90%≤N2≤95%)[7]。大量研究表明，氮气气调储粮技术能够在储藏期间保持稻谷品质，减缓其劣变[8]。

然而目前的主要研究集中于气调储藏期间，对启封后品质变化研究较少，虽然已有研究报道了不同水分、温度和气调方式下稻谷脂肪酸值和品尝评分值的变化[9，10]，但指标相对来说还不够全面。因此本研究以两种不同气调储藏工艺的籼稻为对象，对气调启封后的籼稻品质进行测定，并与常规储藏的稻谷品质变化进行对比，以期为不同氮气气调工艺启封后稻谷的品质变化进程和规律提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试籼稻取自中央储备粮庐江直属库和安徽省物流中心库，两库均采用准低温储粮，即平均温度不超过20 ℃，最高温度不超过25 ℃。基本情况如表1所示。

1.2 仪器与设备

DGG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，JDMZ-100稻谷出米率检测仪，JCXG大米测鲜仪，HWS-250恒温恒湿培养箱，JMWT-12大米外观品质检测仪，SMART显微镜，PL3002-IC电子分析天平，RVA-4500快速黏度分析仪，TA.XT2i Plus质构仪。

1.3 实验方法

1.3.1 稻谷样品采集

氮气气调结束后，取第1次样，之后每1个月在实仓取样，共7次。采用GB 5491—1985中的扦样方法(八点三层取样)，1次共取18份样品，每份样品200 g，用无菌密封袋取回，对每个粮仓取样点所取样品进行混合均质后测定相关指标。

1.3.2 储藏品质测定

按照GB/T 5520—2011测定发芽率；按照LS/T 6118—2017测定新鲜度；按照GB/T 20569—2006测定脂肪酸值；按照GB/T 5009.3—2010测定水分含量；按照LS/T 6132—2018测定真菌孢子数。

1.3.3 加工外观品质测定

按照GB/T 5495—2008测定出糙率；按照GB/T 21499—2008测定出米率；按照GB/T 21719—2008测定整精米率；通过大米外观品质检测仪测定碎米率、垩白率、垩白度、黄粒米率。

1.3.4 糊化特性测定

按照GB/T 24852—2010测定。

1.3.5 质构特性测定

米饭样品的制备：参照GB/T 15682—2008中米饭蒸煮的方法，略有调整。称取20 g大米置于圆形铝盒中，按1∶3加入蒸馏水浸泡，在25 ℃恒温水浴过中浸泡30 min，除去浸泡水，米水比为1∶1.6，铝盒加

表1 供试仓房基本信息以籼稻品质情况

盖后置于蒸锅中加热40 min，停止加热后焖饭20 min，进行质构分析。

测试方法：米饭蒸煮好后于室温冷却1 h进行TPA测定。选用圆柱形P35探头，测前速度为1.0 mm/s，测试速度为0.5 mm/s，测后速度为1.0 mm/s，压缩比例70%，感应力0.049 N。测得硬度、黏附性、凝聚性、弹性、胶着性和咀嚼性等指标，每个样品测量9次，数据处理时去掉最大值和最小值后求平均。

1.4 统计分析

实验所得数据均由SPSS25.0分析。图像采用 OriginPro9.0，Excel 2019 和SIMCA-P软件处理。

2 结果与分析

2.1 储藏品质

2.1.1 含水量变化

稻谷内部物质的分解、转运和合成等生理生化反应都需要在有水的情况下进行[11]，故水分是影响其储藏稳定性的重要因素之一。随着启封储藏时间的延长，气调储藏工艺两仓稻谷的含水量均先上升后下降。气调仓P16和对照仓P12-1的稻谷在启封储藏180 d后，含水量分别下降了0.41%和0.53%。气调杀虫工艺的气调和对照两仓稻谷的含水量随启封储藏时间呈上下波动趋势，但与刚启封时相比还是有所下降，气调仓P8和对照仓P11分别下降了0.24%和0.11%。

注：实心图例为气调储藏工艺，空心图例为气调杀虫工艺，下同。图1 不同氮气气调工艺启封后稻谷含水量的变化

2.1.2 脂肪酸值变化

稻谷在储藏过程中脂质经过脂肪酶水解后产生游离脂肪酸,进一步分解会产生醛酮类物质导致稻谷出现不良气味[12]，影响消费者购买力和身体健康。由图2可知，随着启封储藏时间的延长，稻谷的脂肪酸值不断上升，但均≤30 mgKOH/100 g，处于宜存状态(参考GB/T 20569—2006中籼稻脂肪酸值的判定标准)。气调储藏工艺对照仓P12-1稻谷的脂肪酸值在初始时就比气调仓P16高1.92 mgKOH/100 g，这可能是因为长期氮气气调储藏抑制了脂肪酸值的上升。启封储藏180 d后，气调储藏工艺的气调仓P16和对照仓P12-1稻谷的脂肪酸值分别增加了1.65、1.35 mgKOH/100 g；气调杀虫工艺的气调仓P8和对照仓P11分别增加1.70、1.94 mgKOH/100 g。

图2 不同氮气气调工艺启封后稻谷脂肪酸值的变化

2.1.3 新鲜度变化

新鲜度通过大米测鲜仪将新鲜程度数值化，能够更加客观、准确反映稻谷的新鲜程度[13]。图3实验结果表明，随着储藏时间的延长，稻谷的新鲜度呈下降趋势。在刚启封时，两个气调仓稻谷新鲜度均高于对应的对照仓，但在启封储藏180 d后，对照仓稻谷的新鲜度均略高于气调仓。

图3 不同氮气气调工艺启封后稻谷新鲜度的变化

2.1.4 发芽率变化

从图4可以看出，稻谷的发芽率随着启封储藏时间的延长而降低，这可能是由于储藏环境以及虫霉等对稻谷胚产生了损伤[14]。在启封初期，气调仓稻谷的发芽率均低于对照仓。在启封储藏180 d后，气调储藏工艺的气调仓P16和对照仓P12-1稻谷的发芽率分别降低了和8.67%和9.37%；气调杀虫工艺的气调仓P8和对照仓P11分别降低了8%和11.33%。

图4 不同氮气气调工艺启封后稻谷发芽率的变化

2.1.5 真菌孢子数变化

根据图5可以看出，稻谷的真菌孢子数随着启封储藏时间的延长而增加。气调储藏工艺的气调仓P16和对照仓P12-1在启封储藏前后稻谷的孢子数相差不大；气调杀虫工艺的气调仓P8在启封储藏初期稻谷孢子数大于对照仓P11，但在120 d后开始下降，并在180 d时低于对照仓。根据LS/T 6132—2018，在启封储藏180 d后两库稻谷的真菌孢子数均处于1.0×105～9.9×105个/g之间的关键控制区，没有达到危害程度。

图5 不同氮气气调工艺启封后稻谷真菌孢子数的变化

2.2 加工外观品质

加工品质中，稻谷的出糙率和整精米率是非常重要的指标。出糙率作为收购入库的定级指标之一，也被各加工企业和农民所认可[15]。由表2可见，随着启封储藏时间的延长，稻谷出糙率降低。气调仓P16和P8稻谷的出糙率在启封储藏前后分别降低2.86%和1.67%，高于对应对照仓降低的2.46%和0.73%。稻谷整精米率也随启封储藏时间延长而降低，这可能是因为稻谷籽粒经过自身呼吸或虫霉影响，导致其碾磨时更容易断裂。气调仓P16和P8整精米率在启封储藏前后分别降低4.10%和3.60%，略高于对照仓的3.86%和3.40%。

表2 不同氮气气调工艺启封后稻谷加工外观品质的变化

随着启封储藏时间的延长，出米率逐渐降低，但气调仓和对照仓下降幅度整体差异不大，均在1%左右。碎米率逐渐增加，气调储藏工艺的气调仓P16稻谷的碎米率在启封储藏前90 d逐渐上升，之后差异不显著，与最初相比上升了5.66%，高于对照仓的3.73%；气调杀虫工艺的气调和对照两仓稻谷碎米率在启封储藏前后差异并不显著，上升率均在1%之内。

垩白是指稻米胚乳中不透明部分。气调储藏工艺的气调仓P16稻谷的垩白率在启封储藏前后增加了6.72%，高于对照仓P12-1的4.38%；气调杀虫工艺的气调仓P8增加了1.97%，也略高于对照仓P11的1.24%。有研究表明高垩白的稻谷在精碾时易碎而使整精米率降低[16]，这和上面整精米率的变化相对应。垩白度随着启封储藏时间的延长而增加，但不论气调仓还是对照仓稻谷垩白度在储藏前后增加幅度差异不大。

稻谷黄变会导致原有的白色和透明性状丧失，从而影响其市场接受度[17]。随着启封储藏时间的延长，黄粒米率逐渐上升。有研究表明稻谷中次生代谢物如高圣草酚、柚皮素查尔酮、4,22′,4′,6′-四羟基查尔酮的增加会促进稻谷黄变[18]。启封储藏前后，气调杀虫气调和对照两仓黄粒米率增幅相近，但气调储藏工艺的气调仓增幅为2.43%，大于对照仓的1.73%。

2.3 糊化特性

稻谷老化过程中最敏感的指标之一是糊化特性的变化，其与稻谷的食味品质密切相关[19]。2种氮气气调工艺启封后稻谷糊化特性变化如表3所示。随着启封储藏时间的延长，稻谷的峰值黏度，热浆黏度，崩解值和最终黏度不断上升。但气调仓的稻谷在启封储藏期间的这些指标变化幅度和对照仓差异不大。在回升值中，气调储藏工艺的对照仓P12-1呈上升趋势，而气调仓P16在启封储藏期间没有明显差异；气调杀虫工艺的气调和对照两仓稻谷的回升值均先上升后下降，在启封储藏0 d和180 d没有显著差异。总体来说，不论是氮气气调储藏还是杀虫工艺，对启封后籼稻糊化特性影响不大。

表3 不同氮气气调工艺启封后稻谷糊化特性的变化

图6 不同氮气气调工艺启封后稻谷质构特性的变化

2.4 质构特性

煮熟米饭的口感是消费者接受的最终标准，而质构特性的各项指标能够客观反映米饭的质地[20]。从图6可以看出，4个仓的稻谷硬度均随启封储藏时间的延长呈上升趋势，且差异显著。米饭的硬度增加可能是由于其淀粉、蛋白质和脂肪结合形成复合体，导致糊化过程中水分难以进入[21]。气调储藏工艺的气调仓P16的稻谷在启封储藏前后硬度增加了18.4%，大于对照仓P12-1的14.9%，而气调杀虫工艺的气调仓的稻谷硬度增加和对照仓相差不大。黏着性是指模拟牙齿在咀嚼过程中与米饭之间的摩擦而形成局部固态连接的现象，其值越低表示米饭越松散[22]。气调仓P16的稻谷在启封储藏后，黏着性呈下降趋势，且90、180 d和0 d差异显著，而对照仓P12-1差异不显著。气调杀虫工艺中不论气调仓还是对照仓，其黏着性、弹性、咀嚼性、回复性都随着启封储藏时间的延长差异不大。

2.5 主成分分析

主成分分析通过降维的方式将多个原始变量变成较少的几个主成分。为了更直观地表述稻谷的品质变化，对启封储藏0 d和180 d气调仓和对照仓的稻谷品质指标进行主成分分析。从图7可以看出，一共提取了2个主成分，第一主成分贡献率为53.2%，第二主成分为24.3%，累计贡献率达到了77.5%，说明提取的主成分因子能够较好反映稻谷品质变化的综合信息。气调储藏和杀虫工艺的两个粮库分布于主成分分析图的上下两侧，且明显分离，说明虽然同为籼稻，但因为小类品种，储藏方式等条件的不同，会造成稻谷品质的差异。两种气调工艺的气调仓和对照仓在启封储藏0 d和180 d分别位于分析图的左右两侧，说明储藏时间对稻谷品质影响显著，结合载荷图可以发现启封储藏0 d的稻谷相比于180 d的拥有更高的新鲜度，发芽率和整精米率等。相比于启封储藏0 d，启封储藏180 d后气调杀虫工艺的气调仓P8和对照仓P11在主成分图上更为相近，而气调储藏工艺的气调仓P16和对照仓P12-1在主成分图上分离更明显。说明氮气气调时间越长，稻谷在启封后品质变化与常规储藏相比更明显。

图7 主成分分析图和主成分分析载荷图

3 结论

对实仓籼稻样本气调启封后的品质变化规律进行了初步探索，发现不同氮气气调工艺启封后，籼稻各品质指标变化趋势总体上和常规储藏的对照仓相同。其中，两种气调工艺启封后籼稻的储藏品质和糊化特性等指标变化和常规储藏差异不明显。而气调杀虫工艺在启封储藏前后籼稻的出糙率和整精米率分别比对照仓多降低0.90%和0.20%，垩白率多增加0.73%；气调储藏工艺启封储藏前后籼稻的出糙率，整精米率储藏前后分别比对照仓多降低0.4%和0.34%，碎米率、垩白率、黄粒米率和硬度多增加1.93%、2.34%、0.70%、3.50%。通过主成分分析能清楚区分不同气调工艺的粮库和储藏时间的籼稻，且同样发现氮气气调时间越长，籼稻在启封后品质与常规储藏相比变化更快、更明显。由于实仓样本偶然性较大，在粮食品种、储藏环境和条件等方面均会对结果造成的影响，存在一定的局限性，但此研究还是对于气调储粮启封后籼稻品质变化规律做出了有益的探索。