稻谷儲藏過程中微生物及品質變化規律研究

劉 慧 周建新 方 勇 高瑀瓏 邱偉芬

(南京財經大學食品科學與工程學院；江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，南京 210023)

稻谷屬于不耐儲藏的品種，隨著儲藏時間的延長，可能會出現色澤暗化，營養成分降低，發生霉變與蟲害，故稻谷一般儲備輪換年限是3年[1,2]，在高溫高濕地區儲藏更易發生陳化變質[3]，對儲糧安全帶來嚴重的威脅。

中央儲備糧南充直屬庫地處四川省南充市高坪區螺溪鎮鞍子嶺，位于四川盆地東北、嘉陵江中游，介于北緯30°35′～31°51′、東經105°27′～106°58′之間，屬丘陵地區。高坪區境屬于亞熱帶濕潤季風氣候區，四季分明，雨量充沛，熱量豐富，年均溫19 ℃左右，氣溫持續10 ℃以上天數達300 d以上，年均相對濕度78%左右，全年降水量1 100 mm左右。實驗倉2013—2018年年均溫度、相對濕度、糧溫見圖1。本實驗通過分析實倉中稻谷微生物數量、色度、脂肪酸值、可溶性蛋白含量以及稻谷酶活的變化，探究在常年濕熱條件下稻谷儲藏安全性和品質變化規律。

1 材料與方法

1.1 稻谷樣品的采集

稻谷采自四川省中央儲備糧南充直屬庫，樣品為2013—2018年10月入庫的中晚秈稻，經檢測含水量在12.43%～13.63%之間，處于秈稻儲藏的安全含水量(14%)以下[4]。采用3層、5點取樣法，分別在糧倉東南角、東北角、西南角、西北角以及中央點作為取樣點，每個取樣點分別在距糧堆表層0.5 m、中央層、距地面0.5 m取樣。每倉15個取樣點，樣品放置在無菌采樣袋中，于4 ℃保存。實驗前將各年份的15個樣品等量混合，測定稻谷的微生物量與品質指標。

1.2 試劑

高鹽察氏培養基；可溶性蛋白測定試劑盒、淀粉酶活力測定試劑盒、多酚氧化酶測定試劑盒、過氧化物酶活力測定試劑盒。

1.3 主要儀器與設備

LDZX-50FBS立式壓力蒸汽滅菌器；CM-5色差儀；JH-722s可見分光光度計； 101-3AS電熱鼓風干燥箱；GNP-9160型隔水式恒溫培養箱；ELX800酶標儀。

1.4 指標及測定方法

霉菌計數：參照GB 4789.15—2016，選用高鹽察氏培養基，28 ℃培養7 d后計數；細菌計數：參照GB 4789.2—2016；水分：參照GB 5009.3—2016；脂肪酸值：參照GB/T 15684—2015；還原糖：3，5-二硝基水楊酸(DNS)法測定；可溶性蛋白、酶活：利用試劑盒進行測定。

圖1 2013—2018年糧庫年均溫度、相對濕度、糧溫

1.5 數據處理

各測定指標重復3次，使用EXCEL對測定數據進行分析，Origin8.5作圖。

2 結果與討論

2.1 稻谷在儲藏過程中的微生物變化

霉菌是對儲糧安全影響最大的微生物，儲藏過程中不同儲藏時間的稻谷霉菌量如圖2所示。隨著儲藏時間的延長，稻谷霉菌數量呈下降趨勢。稻谷入庫時的霉菌數量在1×105CFU/g以下，說明稻谷處于安全儲藏狀態[5]。稻谷儲藏前4年，霉菌量下降緩慢，共計下降0.48 lg CFU/g，儲藏第5年時，霉菌量迅速下降了0.69 lg CFU/g，這是由于稻谷表皮的營養物質減少，霉菌生長受到限制，加之糧倉每年定期進行熏蒸，稻谷霉菌數量呈現持續降低趨勢。經過相關性分析，霉菌量和時間的相關系數為0.900 8，呈負相關。對儲藏時間與霉菌量進行線性回歸方程擬合：y=-0.196 3x+4.625 3(R2=0.811 5，P<0.05)，擬合結果表明，時間與霉菌量成顯著的線性關系。

不同儲藏時間的稻谷細菌量如圖3所示。稻谷細菌量隨儲藏時間的延長，呈下降趨勢。稻谷儲藏前3年，細菌數量迅速下降，儲藏第4、5年細菌量緩慢下降。稻谷儲藏期間危害最大的微生物是霉菌，糧倉環境更適宜霉菌的生長，故細菌數量相比霉菌下降更多更快。經過相關性分析，細菌量和時間的相關系數為0.969 4，呈負相關。對儲藏時間與細菌量進行線性回歸方程擬合：y=-0.321 7x+5.907 6(R2=0.939 8，P<0.01)，擬合結果表明，時間與細菌量成極顯著的線性關系。

圖2 稻谷霉菌量隨儲藏時間的變化

圖3 稻谷細菌量隨儲藏時間的變化

2.2 稻谷在儲藏過程中的主要品質變化

2.2.1 色度的變化

不同儲藏時間的稻谷顏色變化如圖4所示。由圖4a可知，稻谷在儲藏過程中，L*值呈下降趨勢，即ΔL*為負值，表明稻谷表面越來越暗，稻谷品質發生了劣變。在稻谷開始儲藏的1年內，L*值下降較快，這與稻谷中的多酚氧化酶有關，此酶可以催化稻谷中的內源性多酚物質氧化成黑色素[6,7]，隨著儲藏時間的延長，多酚氧化酶活力降低，L*值下降變慢。由圖4b可知，稻谷表面的b*呈上升趨勢，即Δb*為正值，表明稻谷表面越來越黃，也說明稻谷品質發生了劣變[8]。稻谷儲藏的前4年，b*值上升較慢，儲藏第5年時b*值增加了1.04。經過相關性分析，L*和時間的相關系數為0.971 7，呈負相關，b*和時間的相關系數為0.909 3，呈正相關。對儲藏時間與L*和b*分別進行線性回歸方程擬合：y=-0.395 1x+76.316(R2=0.944 1，P<0.01)，y=0.322 3x+11.534(R2=0.826 7，P<0.05)，擬合結果表明，儲藏時間與稻谷表面L*成極顯著的線性關系，與b*呈顯著的線性關系。

圖4 稻谷表面L*和b*隨儲藏時間的變化

2.2.2 脂肪酸值的變化

不同儲藏時間的稻谷脂肪酸值如圖5所示。隨著儲藏時間的延長，稻谷脂肪酸值呈上升趨勢。新入庫稻谷的脂肪酸值為25.04 mg/100 g(以KOH計)，屬于適宜儲藏狀態，儲藏至第3年脂肪酸值共計上升7.95 mg/100 g(以KOH計)，仍沒有達到輕度不宜存標準。稻谷儲藏3年之后脂肪酸值開始迅速上升，在第4、5年分別達到了53.55 mg/100 g和75.46 mg/100 g(以KOH計)，屬于重度不宜儲存稻谷，應立即安排出庫[9]。稻谷在儲藏初期，脂肪酸值增加主要與脂肪酶水解有關[10]，隨著儲藏時間的延長，酶活下降，脂肪酸值增加主要是因為稻谷膜脂中的不飽和脂肪酸受到活性氧自由基的攻擊，導致細胞膜喪失完整性與流動性，加速脂肪氧化，同時微生物也可能分泌脂肪酶和水解酶，它們共同導致稻谷脂肪酸值快速增加，最終使稻谷產生米臭味[11]。經過相關性分析，脂肪酸值和時間的相關系數為0.892 7，呈正相關。對儲藏時間與脂肪酸值進行線性回歸方程擬合：y=9.411 4x+17.358(R2=0.796 9，P<0.05)，擬合結果表明，儲藏時間與稻谷脂肪酸值呈顯著的線性關系。

圖5 稻谷脂肪酸值隨儲藏時間的變化

2.2.3 可溶性蛋白含量的變化

不同儲藏時間的稻谷可溶性蛋白含量如圖6所示。隨著儲藏時間的延長，可溶性蛋白含量呈下降趨勢。稻谷儲藏第1年，可溶性蛋白含量下降較快，之后以每年0.5 mg/mL左右的速度下降。可溶性蛋白與稻谷食用品質及抗逆性有關，含量高有利于大米的吸水膨脹和糊化，增加大米黏性，改善口感[12]，同時還可以提高細胞保水能力，對細胞的生命物質及生物膜起到保護作用[13]。經過相關性分析，可溶性蛋白含量和時間的相關系數為0.979 6，呈負相關。對儲藏時間與可溶性蛋白含量進行線性回歸方程擬合：y=-0.603 9x+15.751(R2=0.959 6，P<0.01)，擬合結果表明，儲藏時間與稻谷可溶性蛋白含量呈極顯著線性關系。

圖6 稻谷可溶性蛋白含量隨儲藏時間的變化

2.3 稻谷在儲藏過程中的酶活的變化

2.3.1 淀粉酶活力的變化

不同儲藏時間的稻谷淀粉酶活力如圖7所示。隨著儲藏時間的延長，淀粉酶活力呈下降趨勢。稻谷儲藏前3年，淀粉酶活力變化較小，之后淀粉酶活力迅速下降。這可能是因為隨著儲藏時間的延長，特別是儲藏時間超過3年時，稻谷細胞內自由基的產生與清除動態平衡被破壞，過度的自由基會攻擊細胞蛋白、DNA和膜結構，使得稻谷酶活降低[14]。淀粉酶活性的降低，會造成淀粉黏度的降低，進而影響稻谷的食用品質[15]。經過相關性分析，淀粉酶活力和時間的相關系數為0.945 1，呈負相關。對儲藏時間與淀粉酶活力進行線性回歸方程擬合：y=-0.052x+0.863 1(R2=0.893 1，P<0.01)，擬合結果表明，儲藏時間與稻谷淀粉酶活力呈極顯著線性關系。

圖7 稻谷淀粉酶活力隨儲藏時間的變化

2.3.2 多酚氧化酶活力的變化

圖8 稻谷多酚氧化酶活力隨儲藏時間的變化

不同儲藏時間的稻谷多酚氧化酶活力如圖8所示。稻谷儲藏前3年，多酚氧化酶活力變化不大，儲藏3年后活力迅速下降。多酚氧化酶會引起稻谷發生酶促褐變，致使稻谷表面顏色不斷加深，儲藏初期，多酚氧化酶活力較高，故稻谷表面L*值下降較快，隨著儲藏時間的延長，特別是儲藏時間超過3年，受自由基影響，酶活迅速下降，稻谷表面L*值下降變慢。經過相關性分析，多酚氧化酶活力和時間的相關系數為0.903 4，呈負相關。對儲藏時間與多酚氧化酶活力進行線性回歸方程擬合：y=-4.927 1x+44.021(R2=0.816 1，P<0.05)，擬合結果表明，儲藏時間與稻谷淀粉酶活力呈顯著線性關系。

2.3.3 過氧化物酶活力的變化

不同儲藏時間的稻谷過氧化物酶活力如圖9所示。過氧化物酶活力隨儲藏時間的延長呈下降趨勢。稻谷在入庫的第1年，過氧化物酶活力下降迅速，之后緩慢下降。過氧化物酶是生物體內活性氧防御系統的重要保護酶，可以有效阻止活性氧的積累，降低稻谷品質劣變速度。相較于淀粉酶和多酚氧化酶，過氧化物酶活性對儲藏時間更加敏感，日本已經將其作為評價大米品質優劣的指標[16]。經過相關性分析，過氧化物酶活力和時間的相關系數為0.968 6，呈負相關。對儲藏時間與過氧化物酶活力進行線性回歸方程擬合：y=-1.195 9x+7.335 1(R2=0.938 2，P<0.01)，擬合結果表明，儲藏時間與稻谷過氧化物酶活力呈極顯著的線性關系。

圖9 稻谷過氧化物酶活力隨儲藏時間的變化

2.4 各指標間相關性分析

稻谷微生物量、品質指標之間的相關性分析如表1所示。脂肪酸值與霉菌數量、L*、b*、淀粉酶活力、多酚氧化酶活力、過氧化物酶活力成極顯著相關，過氧化物酶活力與可溶性蛋白含量呈極顯著相關，同時各指標之間也有極大的相關性，這說明在儲藏過程中，稻谷的微生物、品質指標之間不是孤立的，而是存在密切的關系。其中，霉菌數量、L*、淀粉酶活力、多酚氧化酶活力、過氧化物酶活力與脂肪酸值成負相關，即隨著脂肪酸值的增加而下降，b*與脂肪酸值成正相關，即隨著脂肪酸值的增加而上升。

表1 稻谷各指標之間相關性分析

注：**表示P<0.01的水平顯著。

3 結論

處于安全水分的稻谷在儲藏過程中，微生物數量呈下降趨勢。保證稻谷入庫時水分含量及霉菌數量處于安全水平，并在稻谷儲藏過程中定時熏蒸及通風，可以保障稻谷在整個儲藏期的微生物安全。

稻谷表面L*值、可溶性蛋白含量、淀粉酶活力、多酚氧化酶活力、過氧化物酶活力隨著儲藏時間的延長呈下降趨勢，脂肪酸值、b*值隨儲藏時間延長呈上升趨勢。隨著儲藏年限的增加，稻谷表面褐變嚴重，產生臭味，抗逆性、保水性、黏性及糊化特性下降，影響稻谷的商業價值和食用品質。

根據稻谷各指標之間的相關性分析，發現稻谷霉菌數量、L*值、b*值、淀粉酶活力、多酚氧化酶活力與脂肪酸值成極顯著相關，再結合霉菌數量、L*值、b*值、淀粉酶活力、多酚氧化酶活力、脂肪酸值隨儲藏時間的變化規律，可以發現霉菌數量、稻谷表面L*值、b*值、淀粉酶活力、多酚氧化酶活力可以作為除脂肪酸值外的稻谷儲藏品質判定指標。由于本實驗選取了不同糧倉中不同儲藏時間的樣品，只能初步了解儲藏時間與稻谷品質的關系，后續實驗將會選擇同一糧倉中的樣品連續測定，以便更加準確地反映不同儲藏時間稻谷微生物及品質指標的變化規律。