不同儲藏年限稻谷的儲藏特性、生理生化指標及其糊化特性分析

周顯青 祝方清 張玉榮 彭 超

(河南工業大學糧油食品學院;河南糧食作物協同創新中心;糧食儲藏安全河南省協同創新中心1,鄭州 450001)(湖北大學知行學院2，武漢 430011)

稻谷是地球上重要的糧食作物之一，世界人口食物熱量的21%取自稻米[1]。我國有超過8億人口以稻米作為主糧，我國的稻谷總產量和消費量均居世界首位，是名副其實的“稻米王國”。稻谷的消費特點和國家出于加強宏觀調控及防震減災的考慮等因素決定了我國每年生產的稻谷有部分需要經歷一定時間儲藏[2]。據報道，我國稻谷庫存量大概為全年稻谷產量的40%，近年來每年有多于500億斤的稻谷用于儲藏，平均儲藏時間為16個月左右[3]。儲藏過程中由于溫度、濕度、酶、微生物等儲存環境的影響，稻谷或大米的品質會不可避免地發生劣變，最終影響其食用價值[2]。

有關稻谷在儲藏過程中的品質變化，已有相關研究報道。王肇慈等[4]表明淀粉在儲存過程被酶水解成糊精、麥芽糖，進而被分解成葡萄糖導致含量下降，但由于其總量大，所以淀粉在儲藏中的變化并不明顯。王若蘭等[5]研究發現，對脂肪酶和脂肪氧化酶缺失的樣品檢測其脂肪酸值、過氧化值，發現脂肪酸值和過氧化值的增速明顯降低，說明這兩種酶在一定程度上會加速稻谷的陳化。Chratil等[6]將稻米置于不同儲藏溫度下，對其品質的變化規律進行了研究，發現儲藏溫度對稻米的理化性質和功能特性有較大的影響。Aibara等[7]探討了在儲藏過程中米糠脂肪及脂肪酸的變化規律，發現米糠脂肪隨著儲藏時間的延長而逐漸降解，脂肪酸呈逐漸增加的趨勢。但到目前為止，儲藏稻谷的品質均是在實驗室中設置不同儲藏條件進行研究，隨著稻谷庫存量逐年增大，儲糧技術的不斷發展，明確庫存稻谷的品質特性是目前需要解決的問題。

本研究以庫存秈稻、粳稻為原料，對稻谷的儲藏品質(脂肪酸值、過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、丙二醛含量、電導率、發芽率、巰基含量)、糊化特性進行測定，分析各指標的品質變化及差異性，對探討稻谷品質變化的進程及規律，分析不同品質稻谷的加工適應性具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 原料

稻谷樣品共80份，由秈稻主產區江西省、粳稻主產區吉林省提供；其中中央儲備糧江西省提供儲藏年限為1～4年秈稻40份，每年各10份；中央儲備糧吉林省提供儲藏年限為1～4年粳稻40份，每年各10份。按照GB 5491—1985《糧食、油料檢驗扦樣、分樣法》[8]進行采樣，樣品經過除雜后在4 ℃下冷藏存放。

1.2 儀器與設備

JXFM110錘式旋風磨，101C-3型電熱鼓風干燥箱，PQX多段可編程人工氣候箱，HY-4調速多用振蕩器，TU-1810紫外可見分光光度計，JLG-Ⅱ實驗型礱谷機、JNM-Ⅱ型碾米機，DDS-11At電導率儀，RVA快速黏度分析儀。

1.3 方法

1.3.1 水分、脂肪酸值、發芽率

按照GB 5497—1985《糧食、油料檢驗 水分測定法》[9]、GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質判定規則》[10]、GB/T 5520—2011《籽粒發芽試驗》[11]的方法分別檢測樣品水分、脂肪酸值和發芽率。

1.3.2 過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性

按照GB/T 5522—2008《糧油檢驗 糧食、油料的過氧化氫酶活動度的測定》[12]的方法進行檢測。

過氧化物酶活性參照文獻[13]中的方法。糙米經過錘石旋風磨粉碎。稱取糙米粉1.00 g，加入少量 20 mmol/L KH2PO4提取液，充分混勻，經過4 000 r/min離心15 min后，將上清液用 20 mmol/L KH2PO4稀釋定容至10 mL容量瓶中，測其酶活性。

吸取上述酶液1 mL，空白為l mL KH2PO4，再加入3 mL的反應混合液(pH 6.0的0.1 mol/L磷酸緩沖液50 mL于燒杯中，加入愈創木酚28 μL，于磁力攪拌器上加熱攪拌，直至愈創木酚溶解，待溶液冷卻后，加入30%過氧化氫19 μL，混合均勻，保存于冰箱中備用)，開始反應。在470 nm波長處測吸光度值，每1 min后讀1次，測定5 min的數據。按照公式(1)計算過氧化物酶活性。

(1)

式中：POD為過氧化物酶活性；ΔA470為反應時間內吸光值的變化；Vt為提取酶液總體積/mL；Wf為糙米(干基)的質量/g；Vs為測定時取用酶液體積/mL；t為反應時間/min。

1.3.3 丙二醛含量和電導率

丙二醛含量測定參考文獻[14]中的方法，稱取糙米粉2.00 g，加入10%的三氯乙酸溶液研磨勻漿，經4 000 r/min離心10 min后將上清液定容至 10 mL，測定丙二醛的含量。

吸取上述清液2 mL(空白加2 mL蒸餾水)，加入2 mL 0.6%的硫代巴比妥酸溶液，混勻。將混合物放入沸水浴15 min，取出冷卻。經離心后取上清液測定450、532 nm和600 nm波長處的吸光度值。按照式(2)和式(3)分別計算丙二醛的濃度和含量(mmol/g)。

c=6.54×(A532-A600)-0.56×A450

(2)

(3)

式中：MDAC為丙二醛含量；c為丙二醛濃度；A532為樣品在532 nm處的吸光值；A600為樣品在600 nm處的吸光值；A450為樣品在450 nm處的吸光值。n為提取液體積/mL；m為糙米質量/g。

電導率(ECR)測定參考文獻[15]中方法，挑選40粒無損傷的完整糙米稱重(M1)，用蒸餾水沖洗3次，用濾紙吸干浮水后放到帶塞試管中，加50 mL蒸餾水浸泡，同時做一空白樣，30 ℃水浴下恒溫13 h。用DDS--11At電導率儀在室溫下(25 ℃)分別測定浸泡液(EC1)和空白液(EC0)的電導率，按照公式(4)計算其電導率：

(4)

1.3.4 巰基含量測定

參照文獻[16]方法：稻谷經過礱谷后用錘石旋風磨粉碎，過80目篩后，稱取150 mg糙米粉，用1 mL Tris-Gly 緩沖液溶解混勻后加入4.7 g 鹽酸胍，并用此緩沖液定容至10 mL。

巰基含量(-SH)：取該溶液1 mL(以不含蛋白的Tris-Gly 緩沖液作對照)，加3 mL 脲-鹽酸胍溶液和0.05 mL Ellman's 試劑，于412 nm 處比色。按照公式(5)計算-SH 含量：

-SH(μmol/g)=73.53×A412×D/C

(5)

式中：A412為412 nm 處的吸光值；D為稀釋因子，取5.02；C為樣品質量濃度/mg/mL。

1.3.5 糊化特性

按照GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性測定 快速粘度儀法》[17]進行測定。

1.4 數據統計與分析

運用EXCEL、SPSS 20.0等軟件對數據進行數據處理、方差分析、主成分分析。

2 結果與討論

2.1 稻谷的品質特性分析

2.1.1 儲藏特性

2.1.1.1 脂肪酸值與發芽率

樣品脂肪酸值、發芽率測定結果見表1。兩種稻谷的脂肪酸值隨著儲藏年限的增加均呈上升趨勢。秈稻脂肪酸值儲藏1年時均值為17.14 mg/100 g，儲藏4年時均值為30.07 mg/100 g。儲藏4年時，有50%的樣品達到輕度不宜存程度，且4年之間均存在顯著性差異，數據較為離散，樣品間的差異較大。而粳稻儲藏1年時均值為18.80 mg/100 g，儲藏4年時均值為35.25 mg/100 g，儲藏2年時分別有10%的樣品達到輕度不宜存和重度不宜存，儲藏4年時有60%的樣品達到輕度不宜存，30%的樣品達到重度不宜存，其中最大達到41.9 mg/100 g，儲藏1～3年無顯著性差異，但均與儲藏4年的有顯著性差異。秈稻同一年限的脂肪酸值數據均較集中，粳稻在儲藏2年時數據較為離散，變異系數達33.79%，樣品間的差異較大。可見，兩種稻谷的脂肪酸值變化趨勢基本相同，樣品間的差異可能是由于品種的耐儲特性、環境條件及儲藏時間造成的。

表1 稻谷脂肪酸值、發芽率分析

兩種稻谷的發芽率均隨儲藏年限的延長呈明顯下降趨勢。秈稻儲藏1年時發芽率均值為60.6%，儲藏4年均值為10.8%，下降了約50%；粳稻儲藏1年時均值為63.6%，儲藏4年時均值為10.9%，降了約53%。秈稻發芽率儲藏1年與2、3年有顯著性差異，并且均與4年存在顯著性差異；粳稻發芽率在4年之間均存在顯著性差異。兩種稻谷在儲藏2～4年時均有較大的變異系數，說明稻谷經過儲藏其發芽率有不同程度的降低。在儲藏過程中的發芽率變化由于儲藏溫濕度及蟲酶對胚產生了損傷[18]。

2.1.1.2 過氧化氫酶活性和過氧化物酶活性

稻谷過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性的檢測結果見表2。兩種酶類均隨儲藏時間的延長呈相近下降趨勢。秈稻儲藏1年過氧化氫酶活性均值為15.89 mg/g，儲藏4年均值為7.74 mg/g，儲藏3和4年無顯著差異，而均與1、2年存在顯著差異，儲藏3年時數據較為離散，樣品間的差異大。粳稻儲藏1年過氧化氫酶活性均值為13.82 mg/g，儲藏4年時為7.13 mg/g；儲藏1、2、4年有顯著差異，儲藏1～2年時數據較為離散，樣品間的差異大，而3年時數據較為集中，樣品間的差異小。

表2 稻谷過氧化氫酶、過氧化物酶活性分析

秈稻儲藏1年時的過氧化物酶活性均值為66.73 U/g，而儲藏4年時為367.03 U/g；儲藏3年時差異性達到顯著水平，且隨著儲藏年限的增加，變異系數逐漸升高，數據較為離散，說明樣品間的差異較大。粳稻儲藏1年的過氧化物酶活性均值為70.57 U/g，儲藏4年時為33.67 U/g；且儲藏1～3年均存在顯著差異，3、4年無顯著差異，儲藏3年時數據較為集中，變異系數較小，說明儲藏3年的粳稻樣品間的差異小，儲藏4年時變異系數大。可見，隨著儲藏年限的增加，樣品間的差異逐漸增大。兩種酶活性的下降，會導致分解稻谷籽粒中對細胞產生危害的過氧化物的能力降低，從而加速稻谷品質的劣變。

2.1.1.3 丙二醛含量、電導率和巰基含量

稻谷丙二醛含量、電導率與巰基含量的測定結果見表3。丙二醛含量和電導率均隨儲藏年限的延長呈升高趨勢，兩種稻谷的變化趨勢是一致的。稻谷的胚和皮層所含的脂類物質會水解產生游離脂肪酸，游離脂肪酸經過脂肪氧化酶的氧化作用產生醛酮類物質，丙二醛是其主要產物[19]。對于丙二醛含量，秈稻儲藏1年時均值為0.64 mmol/g，儲藏4年時其高達1.24 mmol/g，儲藏1、2年無顯著差異，而均與3、4年有顯著性差異，儲藏2、3年時數據較為離散，變異系數較大，樣品間差異較大；而粳稻儲藏1年時均值為0.62 mmol/g，儲藏4年時其升至1.47 mmol/g，且1、3、4年間均有顯著差異，1～4年的變異系數均大，樣品間的差異較大。丙二醛含量的增加表明稻谷的膜脂過氧化程度增加，稻谷品質下降。隨著儲藏的時間的延長，細胞開始死亡，酶類物質活性下降，游離脂肪酸氧化明顯減少，導致丙二醛含量開始下降[20]。細胞中膜脂過氧化導致膜功能的變化是引起細胞電解質滲漏的主要原因[21]。

表3 稻谷丙二醛、電導率和巰基含量分析

對于電導率，秈稻儲藏1年時其均值為66.09 μs/(cm·g)，儲藏4年時為78.22 μs/(cm·g)，儲藏4年與1、2年有顯著差異，1～3年差異性不顯著；儲藏3～4年的數據較離散，受樣品間的差異和儲藏時間的影響大；而粳稻儲藏1年時均值為67.29 μs/(cm·g)，儲藏4年時為73.96 μs/(cm·g)，儲藏3年時差異達顯著水平，儲藏3、4年時數據較為離散，變異系數大，可見，在儲藏后期出現樣品間的差異性較大的現象，并隨儲藏時間的延長，細胞膜透性增強，電解質發生滲漏，電導率增大。兩種稻谷的巰基含量均隨儲藏時間的延長呈明顯降低趨勢。秈稻儲藏1年時其均值為1.00 μmol/g，儲藏4年時降至0.65 μmol/g，年限間均呈現顯著差異，且變異系數呈升高趨勢，說明巰基含量降低顯著，儲藏后期樣品間的差異性增大；而粳稻儲藏1年時其均值為0.99 μmol/g，儲藏4年時降至0.71 μmol/g；且儲藏1、2、4年有顯著差異，儲藏3年時的粳稻變異系數最大，樣品間的差異增大。有研究表明稻谷的巰基含量受稻谷水分和儲藏溫度的影響較大[22]。

2.1.2 糊化特性

稻谷的糊化特性指標測定結果見表4。兩種稻谷的峰值黏度、最低黏度、最終黏度、峰值時間均在儲藏2年時達最大；對于峰值黏度，秈稻儲藏2年與4年有顯著差異性，均與1、3年無顯著差異；而粳稻儲藏1～3年無顯著差異，但均與儲藏4年有顯著差異，可能是由于樣品間的差異引起的，Zhou等[24]研究同樣表明稻米儲藏一段時間后峰值黏度比新稻高。對于最低黏度，兩種稻谷儲藏1、3、4年無顯著性差異，均與2年有顯著性差異，且相同年限內數據較為離散，樣品間的差異性大。秈稻和粳稻衰減值呈現波動的趨勢，無明顯變化規律，秈稻在年限之間無顯著性差異，而粳稻儲藏4年與1、2、3年有顯著差異。秈稻和粳稻最終黏度同樣是在儲藏2年為最大，而對于回生值，秈稻呈現先增后降趨勢，儲藏2年時最大，儲藏4年時最小；而粳稻隨呈上升趨勢，儲藏4年時最大，2、4年無顯著差異，均與1、3年有顯著差異。秈稻、粳稻的峰值時間均是儲藏2年與3、4年有顯著性差異。糊化溫度隨儲藏年限的延長而增加，兩種稻谷均值儲藏4年最大，且儲藏1、2、4年間有顯著性差異。相同儲藏年限秈稻的峰值黏度、最低黏度、最終黏度、回生值均高于粳稻，這與秈稻的直鏈淀粉含量比粳稻高有關，稻谷的糊化特性的差異主要源于其直鏈淀粉含量的差異[23]，其次受儲藏條件和儲存時間的影響。

表4 稻谷糊化特性分析

2.2 主成分分析

利用主成分分析可更直觀分析不同儲藏年限稻谷的品質特性，由于各指標有不同的量綱，需對數據進行標準化處理，按照特征值大于1的原則進行主成分分析，結果見圖1。由圖1a可知，秈稻脂肪酸值、丙二醛含量、電導率、糊化溫度與PC1呈負相關，而過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發芽率、巰基含量與PC1呈正相關，即脂肪酸值、丙二醛含量、電導率、糊化溫度越小，過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發芽率、巰基含量越高，PC1的貢獻率越大、PC1得分越高；由圖1b可知，隨儲藏年限的延長PC1得分逐漸降低，即儲藏1年的秈稻具有低脂肪酸值、丙二醛含量、電導率、糊化溫度，高過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發芽率、巰基含量；儲藏4年的則相反。

由圖1c可知，粳稻脂肪酸值、丙二醛含量、回生值、糊化溫度與PC1呈負相關，過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發芽率、巰基含量、衰減值與PC1呈正相關。即脂肪酸值、丙二醛含量、回生值、糊化溫度越高，過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發芽率、巰基、衰減值越低，則PC1貢獻率越高、PC1得分越高。由圖1d可知，隨儲藏時間的增加，PC1得分逐漸降低，即儲藏1年的粳稻具有低的脂肪酸值、丙二醛含量、回生值、糊化溫度、高的過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發芽率、巰基含量、衰減值；儲藏4年的則相反。

圖1 主成分分析

儲藏2年時PC2得分均較高，說明儲藏2年的秈稻具有高的最低黏度、最終黏度、回生值、峰值時間，低衰減值，而粳稻具有高的峰值黏度、最低黏度、最終黏度，峰值時間。

3 結論

隨著儲藏時間的增加，兩種稻谷的發芽率、酶活性、巰基含量降低，其降幅相近；脂肪酸值、丙二醛含量、電導率增加，其增幅基本一致。糊化特性指標中其糊化溫度上升，兩種稻谷的峰值黏度、最低黏度、最終黏度、峰值時間在儲藏2年時達到最大，且秈稻高于粳稻。

秈稻的脂肪酸值、巰基含量在年限間均存在顯著性差異，在儲藏過程中變化最為敏感；而粳稻的發芽率在年限間均存在顯著性差異，在儲藏過程中變化最為敏感。兩種稻谷的過氧化氫酶活性、丙二醛含量在年限間的差異性基本相同。利用主成分分析可清晰看出不同儲藏年限稻谷的品質特性變化。