儲藏調(diào)控方法對留胚米品質(zhì)的影響

嚴(yán)　松 孟慶虹 高　揚 張志宏 袁　超 王麗群 盧淑雯

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品加工研究所，黑龍江 哈爾濱　150086)

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儲藏調(diào)控方法對留胚米品質(zhì)的影響

嚴(yán)松 孟慶虹 高揚 張志宏 袁超 王麗群 盧淑雯

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品加工研究所，黑龍江 哈爾濱150086)

為了提高留胚米的貯藏品質(zhì)，研究幾種包裝材料和貯藏參數(shù)對留胚米儲藏品質(zhì)的影響。選擇微波強度、氣調(diào)方式、環(huán)境溫度為參數(shù)，以臨界儲藏時間(對應(yīng)胚芽米中脂肪酸含量35 mg KOH /100 g干基)作為胚芽米貯藏品質(zhì)評價指標(biāo)，采用響應(yīng)曲面法研究影響參數(shù)對留胚米儲藏時間的影響，優(yōu)化出最佳的儲藏調(diào)控參數(shù)。結(jié)果表明：透明塑料袋和鋁箔袋包裝的儲藏時間基本一致，都優(yōu)于紙袋包裝。留胚米儲藏調(diào)控方法對儲藏時間的影響程度依次為：環(huán)境溫度>氣調(diào)方式>微波強度。隨著微波強度、CO2含量的增加和環(huán)境溫度降低，胚芽米臨界儲藏時間呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。當(dāng)微波強度為500 J/g，氣調(diào)方式N2和CO2含量比為30∶70，環(huán)境溫度為3 ℃時，儲藏時間取最大值為374 d。

留胚米；儲藏時間；微波強度；氣調(diào)方式；環(huán)境溫度

留胚米(胚芽米)的加工為輕度碾磨，在去除糠粉層的同時保留胚芽本部分，其富含蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，含量均高于普通精米[1-3]，可滿足消費者對營養(yǎng)膳食的多元需求。通過選擇合適稻谷品種和優(yōu)化加工設(shè)備與工藝生產(chǎn)留胚米，留胚率可達(dá)80%以上[4]。留胚米中因留有胚芽和較低的碾磨精度，有較高的熱、濕敏性，在儲藏過程中容易吸潮和酸敗而變質(zhì)，常溫條件下保質(zhì)期僅有30 d左右，而普通精米保質(zhì)期為180 d。因此，如何保證留胚米的儲藏品質(zhì)和延長保質(zhì)期是留胚米生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)的關(guān)鍵問題，影響到留胚米的市場推廣。

目前國內(nèi)外對糙米，大米儲藏方法的研究較多，主要有常溫儲藏、低溫儲藏(自然和機械制冷)[5]、缺氧儲藏(自然缺氧、充CO2、充N2、真空)[6]、化學(xué)儲藏等[7-8]，一些新的技術(shù)，如輻照技術(shù)、納米技術(shù)[9]和微波技術(shù)[10-12]等也已開始應(yīng)用研究，且大米儲藏從倉儲式、大包裝向小包裝發(fā)展[13-14]。盡管儲藏方法有很多，但往往存在操作復(fù)雜，成本高的問題，還有一些方法處理后會嚴(yán)重降低大米自身品質(zhì)。并且目前國內(nèi)外針對留胚米儲藏方法系統(tǒng)的研究仍屬空白，由于留胚米加工的特殊性導(dǎo)致極易變質(zhì)的特點，應(yīng)用傳統(tǒng)單一的大米儲藏方式難以達(dá)到延長保質(zhì)期的目的。低溫和氣調(diào)是國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛且簡便有效的儲藏方法，而微波技術(shù)具有處理速度快、不污染食品和環(huán)境等特點，本試驗擬在保證留胚米的食味感官和品質(zhì)安全的前提下，研究包裝材料、微波強度、氣調(diào)方式及溫度對留胚米儲藏品質(zhì)的影響，并且以微波強度、氣調(diào)方式及溫度3個因素共同調(diào)控的儲藏方法，確定留胚米儲藏最佳調(diào)控方法及參數(shù)，延長留胚米儲藏保質(zhì)期，以期為留胚米生產(chǎn)銷售提供技術(shù)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

用于留胚米加工的稻谷：品種為牡丹江28，2013年收獲，加工時水分13.5%(濕基)；

95%乙醇：分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；

NaOH：分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；

酚酞：分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器

礱谷機：FC-2K型，日本山本公司；

碾米機：TM-05型，日本佐竹公司；

微波爐：G70F23CN2P-BM1型，格蘭仕集團(tuán)。

1.3試驗方法

1.3.1留胚米的制備先用礱谷機對稻米去殼，再用TM-05試驗用碾米機將糙米碾磨成留胚米，留胚率達(dá)到80%以上。

1.3.2不同包材試驗塑料袋和紙袋是大米常用的包裝材料，而鋁箔袋可以避免光對品質(zhì)的影響，因此分別采用透明塑料袋、紙袋和鋁箔袋，對碾磨好的留胚米進(jìn)行密封包裝，放入37 ℃環(huán)境下儲藏，加速其陳化，前期每隔10 d檢測脂肪酸值1次，當(dāng)脂肪酸值接近35 mg KOH /100 g·干基時，每隔1 d檢測脂肪酸值1次，研究不同包材對留胚米儲藏時間的影響，確定最佳包裝材料。

1.3.3旋轉(zhuǎn)試驗設(shè)計在確定包裝材料及前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取3個主要因素分別為微波強度、氣調(diào)方式及環(huán)境溫度，試驗設(shè)計采用響應(yīng)曲面設(shè)計，3個變量5個水平，水平編碼見表1。

儲藏期判斷方法：由于中國還沒有留胚米儲藏品質(zhì)判定的國家標(biāo)準(zhǔn)，按照GB/T 20569—2006粳稻儲存品質(zhì)判定的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)脂肪酸值達(dá)到35 mg KOH /100 g·干基時，認(rèn)為其達(dá)到儲藏期限，停止檢測。

表1　因素水平編碼表

建立微波強度、氣調(diào)方式和環(huán)境溫度3種調(diào)控方法對儲藏時間的數(shù)學(xué)模型。采取響應(yīng)曲面試驗設(shè)計分析方法挑選最優(yōu)模型。

1.3.4微波處理方法每個樣品取50 g的處理量，平鋪到托盤上，放入500 W的微波爐內(nèi)，改變不同時間進(jìn)行微波強度處理。

1.3.5氣調(diào)處理方法調(diào)節(jié)N2和CO2氣缸上壓力表的指數(shù)成一定的比例(水平編碼表中N2和CO2的含量比)，將N2和CO2的入氣孔同時插入真空塑封好的留胚米包裝袋中，同時充入兩種氣體，最后封口。

1.3.6脂肪酸值測定按GB/T 15684—2015執(zhí)行。

2　結(jié)果與分析

2.1包材對儲藏時間的影響

由表2可知，紙袋包裝的留胚米在儲藏30 d時，脂肪酸值為34.51 mg KOH /100 g·干基，接近酸敗臨界值，因此認(rèn)為到達(dá)儲藏期限。透明塑料袋和鋁箔袋包裝的脂肪酸值均在儲藏50 d后達(dá)到35 mg KOH /100 g·干基。由于紙袋包裝沒有密封，留胚米可以與環(huán)境進(jìn)行水分和熱量交換，加劇陳化速度；而透明塑料袋和鋁箔袋包裝是密封的，有阻隔作用，因而陳化速率較慢。但透明塑料袋和鋁箔袋這兩種包裝的儲藏時間基本一致，說明避光處理并沒有延長留胚米儲藏期，因此考慮到鋁箔袋成本要高于透明袋，所以3種包材選擇透明袋最佳。

表2　包材對儲藏時間的影響試驗結(jié)果

2.2調(diào)控方法回歸模型的建立

本試驗應(yīng)用響應(yīng)曲面分析法進(jìn)行優(yōu)化。以微波強度、氣調(diào)方式、環(huán)境溫度三因素為自變量，以儲藏時間為響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗方案及結(jié)果見表3。

根據(jù)表4中F值大小可得到，各因素對儲藏時間的影響程度的主次關(guān)系為：X3>X2>X1，即環(huán)境溫度>氣調(diào)方式>微波強度。由于各因素對儲藏時間的影響不是簡單的線性關(guān)系，為了更明確各因素對儲藏時間Y的影響，通過SAS 9.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型為：

(1)

表3　響應(yīng)面試驗安排及試驗結(jié)果

表4　回歸與方差分析結(jié)果

2.3各因素對臨界儲藏時間的影響

由圖1可知，儲藏時間隨微波強度的增加而緩慢延長。這是由于留胚米中含有脂肪酶，脂肪在脂肪酶的作用下會生成脂肪酸，隨著脂肪酸值的升高，留胚米酸敗陳化[15-16]，微波處理留胚米，可以使其中的脂肪酶活性降低，從而使脂肪酸生成的速率降低。因此，在相同的儲藏條件下，微波強度越強，脂肪酶活度越低，儲藏時間就越長。

儲藏時間隨著氣調(diào)方法中N2與CO2含量比的降低而延長。在稻米儲藏過程中，充足的氧氣會導(dǎo)致胚芽米陳化哈敗，充入N2和CO2可使留胚米處于缺氧狀態(tài)，利于延長儲藏期限，而稻米具有吸附CO2的能力，CO2使留胚米表面形成一層保護(hù)層從而處于“睡眠”狀態(tài)，使脂肪酸的變化相對較小，比N2更加利于留胚米儲藏，因此隨著N2與CO2含量比的降低，儲藏時間變長。

儲藏時間隨著環(huán)境溫度的降低而顯著增加。留胚米主要是受濕、熱、霉、蟲等影響而變質(zhì)，環(huán)境溫度和濕度越高，越有利于各種霉和蟲的生長，加速了留胚米的陳化。而決定留胚米是否變質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)脂肪酸值是在米胚中的脂肪酶作用下生成的，稻米脂肪酶的最適溫度是35 ℃左右[17]，隨著環(huán)境溫度的降低脂肪酶活度大大降低，脂肪酸值的生成速率也大大減低，因此環(huán)境溫度越低，留胚米的儲藏時間越長。

圖1　各因素對儲藏時間的降維分析圖

2.4交互作用對儲藏時間的影響

2.4.1微波強度和氣調(diào)方式對儲藏時間的影響由圖2可知，在氣調(diào)方式不變的情況下，微波強度越大，儲藏時間越長；而在微波強度不變的情況下，N2與CO2含量比越低，儲藏時間越長，微波強度在1.00～1.68水平，氣調(diào)方式在1.00～1.68水平時，可獲得較長的儲藏時間。

2.4.2微波強度和環(huán)境溫度對儲藏時間的影響由圖3可知，在環(huán)境溫度不變的情況下，微波強度越大，儲藏時間越長，而在微波強度不變的情況下，環(huán)境溫度越低，儲藏時間越長，微波強度在1.00～1.68水平，環(huán)境溫度在-1.68～-1.00水平時，可獲得較高的儲藏時間。

2.4.3氣調(diào)方式和環(huán)境溫度對儲藏時間的影響由圖4可知，在環(huán)境溫度不變的情況下，N2與CO2含量比越低，儲藏時間越長，而在氣調(diào)方式不變的情況下，環(huán)境溫度越低，儲藏時間越長，氣調(diào)方式在1.00～1.68水平，環(huán)境溫度在-1.68～-1.00水平時，可獲得較高的儲藏時間。

圖2　　　　微波強度和氣調(diào)方式對儲藏時間影響的等值曲線圖和曲面圖

Figure 2Response surface plot and contour plot the effects of microwave intensity and gas regulating mode on the storage time

圖3　　　　微波強度和環(huán)境溫度對儲藏時間影響的等值曲線圖和曲面圖

Figure 3Response surface plot and contour plot the effects of microwave intensity and ambient temperature on the storage time

圖4　　　　氣調(diào)方式和環(huán)境溫度對儲藏時間影響的等值曲線圖和曲面圖

Figure 4Response surface plot and contour plot the effects of gas regulating mode and ambient temperature on the storage time

2.5回歸模型的優(yōu)化與驗證

2.5.1儲藏時間回歸模型的參數(shù)優(yōu)化利用SAS 9.1的響應(yīng)曲面優(yōu)化分析對留胚米儲藏時間的數(shù)學(xué)回歸模型(模型一)進(jìn)行優(yōu)化分析，優(yōu)化結(jié)果：當(dāng)X1，X2，X3的水平編碼分別為-0.1，0.7，-1.3時，即微波強度470 J/g，氣調(diào)方式(N2與CO2含量比)29∶71，環(huán)境溫度2.65 ℃時，儲藏時間取最大值為367 d。

2.5.2優(yōu)化參數(shù)驗證通過對模型優(yōu)化，得到胚芽米最長儲藏時間的儲藏參數(shù)，在實際儲藏條件下對模型參數(shù)進(jìn)行實驗驗證，用強度為500 J/g的微波處理留胚米，采用透明塑料袋包裝，充入含量比為30∶70的N2和CO2，封口后放入環(huán)境溫度為3 ℃的環(huán)境下儲藏，定期取樣檢測品質(zhì)指標(biāo)，最終儲藏期為374 d，通過驗證實驗得出實際儲藏天數(shù)與預(yù)測儲藏天數(shù)相近，說明優(yōu)化的儲藏參數(shù)與實際相符，可以用于留胚米儲藏。

3　結(jié)論

本試驗針對留胚米儲藏過程中品質(zhì)的變化，采用響應(yīng)曲面方法分析了4種因素對儲藏時間的影響，其中包裝材料影響結(jié)果：紙袋效果最不佳，而透明塑料袋和鋁箔袋包裝的儲藏時間基本一致，由此可見光照對留胚米的品質(zhì)影響不大，而密封包裝有利于留胚米儲藏；留胚米儲藏調(diào)控方法對儲藏時間的影響程度依次為：環(huán)境溫度>氣調(diào)方式>微波強度，可見傳統(tǒng)的低溫和氣調(diào)儲藏法對延長留胚米的儲藏期效果比較明顯，而微波強度影響最小，并且微波對米的品質(zhì)影響較大，因此還需要進(jìn)一步研究微波處理對留胚米其他品質(zhì)的影響。對響應(yīng)曲面法得到的儲藏參數(shù)在實際儲藏條件下驗證，使留胚米的儲藏期達(dá)到一年以上，解決了留胚米儲藏期短的問題，也為留胚米生產(chǎn)及銷售企業(yè)在今后的生產(chǎn)流通及儲藏方面提供了一定的理論依據(jù)。但是本文只是以脂肪酸值為指標(biāo)對延長儲藏時間進(jìn)行了研究，在今后的研究工作中，還應(yīng)考慮儲藏方式對其他品質(zhì)指標(biāo)的影響，如感官品質(zhì)和營養(yǎng)指標(biāo)，探索更有效、更合適的留胚米儲藏調(diào)控方法。

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Effect of storage control method on quality of germ-left rice during storage

YAN SongMENGQing-hongGAOYangZHANGZhi-hongYUANChaoWANGLi-qunLUShu-wen

(FoodProcessingInstituteHeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Haerbin,Heilongjiang150086,China)

Germ-left rice contains a large amount of nutritional ingredients, but its quality degradation easily occurs. In order to improve the storage quality of germ-left rice, the effects of several packing material and storage parameters on storage time of germ-left rice were investigated. Microwave intensity, gas regulating mode and ambient temperature were selected as influencing parameters, and critical storage duration (responding to fat acid content of 35 mg KOH/100 g DB in germ-left rice) as the indicator on quality evaluation. Response surface methodology was used to analyze the effect regulation of storage parameters on the storage time of the germ-left rice，to obtain the optimal parameters of the storage control. Results showed that the storage time of transparent plastic bag and aluminum foil bag packaging germ-left rice were basically the same, which were both longer storage duration than the paper bag packing. The influence degree of the factors affect the storage time: ambient temperature>gas regulating mode>microwave intensity. The critical storage duration extend with the increase of microwave intensity and CO2content and the decrease of the ambient temperature. Optimal storage conditions were developed as microwave intensity of 500 J/g, the content ratio of N2and CO2of 30∶70, the ambient temperature of 3 ℃ to achieve the highest storage duration of 374 d.

germ-leftrice; storage time; microwave intensity; gas regulating mode; ambient temperature

哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項目(編號：2015RQQYJ079)；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))專項(編號：201403063)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助項目(編號：CARS-01-34)；黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院引進(jìn)博士人員科研啟動金(編號：201507-47)

嚴(yán)松(1984—)，女，黑龍江農(nóng)科院食品所助理研究員，碩士。E-mail：bsbaobei @sina.com

2016-05-16

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.08.029