稻谷實倉儲藏品質變化規律研究

黃象鵬 李宛婷 周海芳 金建德 沈 波 楊書鑫 何志平 劉興泉 胡 浩

(浙江農林大學農業與食品科學學院1，杭州 311300)(浙江省糧食局直屬糧油儲備庫2，杭州 310006)

我國是稻谷的生產和消費大國，稻谷產量于2019年約達2億t，居世界第一。稻谷的安全儲藏對我國的經濟發展、社會穩定和國家安全具有重要意義。隨著新冠肺炎疫情的爆發和目前國際形勢的不穩定性，保障糧食安全儲藏變得更加舉足輕重。而稻谷品質易受環境影響[1]，研究其在儲藏過程中的品質變化規律是保證安全合理儲糧的必要前提。但目前大多研究主要圍繞實驗室條件對稻谷儲藏品質的影響進行研究，主要包括稻谷脂肪酸、淀粉和蛋白質等的研究。如朱玫等[2]對秈稻的蛋白質，淀粉含量，整精米率等指標進行分析和建模，Alessandra等[3]對稻谷長期儲藏的香氣進行了研究，Toutounji等[4]研究了影響淀粉消化率的因素，Amagliani等[5]對蛋白質理化性質的表征進行了研究。而實倉儲藏的稻谷品種復雜多樣，實驗室條件下得出的研究結果與規律并不能完全反映稻谷的實倉儲藏規律，亦不能完全適用于實倉儲藏。因此，研究稻谷的實倉儲藏品質變化規律十分必要且更具有應用價值。本研究以浙江省級糧庫不同倉儲年份(2016—2019年)的早秈稻為實驗對象，通過檢測稻谷品質的重要相關指標，研究稻谷實倉儲藏過程中品質的變化，以期為稻谷實倉儲藏的品質安全控制和條件的優化提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及儲藏條件

實驗所用稻谷品種為早秈，取自浙江省省級糧庫，年份分別為2016—2019年，每個年份設置3個平行倉。倉型為高大平房倉，倉庫氮氣濃度維持在98%左右，持續8個月，其中夏季儲糧溫度為20～25 ℃，其他季節溫度為10～15 ℃，冬季4個月為無氮氣儲藏。

1.2 主要儀器設備

JLG-Ⅱ型礱谷機，JXFM110型錘式旋風磨，GCMS-QP201PLUS型氣相色譜質譜聯用儀，721G-100型可見分光光度計，SHZ-82型恒溫振蕩器，HI2315型高精度電導率儀。

1.3 方法1.3.1 理化指標

發芽率：參考GB/T 5520—2011執行；電導率：參考Mitra等[6]；丙二醛含量：參考GB 5009.181—20；蛋白質組分：參考王婷婷等[7]；淀粉含量：參考GB/T 5009.9—2016；脂肪酸值：參考GB/T 20569—2006

1.3.2 脂肪酸組分

參考許光利[8]進行脂肪酸提取,參考周樑波[9]進行甲酯化和檢測。

氣相色譜條件：RTX-WAX柱(30.0 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度250 ℃；柱溫100 ℃、以10 ℃/min升溫至170 ℃，保持1 min；以3 ℃/min升溫至230 ℃，保持12 min；進樣量1 μL；載氣：氦氣；恒流模式；流速1 mL/min；分流比：50∶1。

質譜條件：電子轟擊離子源(EI)；離子源溫度200 ℃；接口溫度250 ℃；電離電壓70 eV；溶劑切除時間3 min；全掃描模式；掃描速度1 666 amu/s；掃描離子范圍45～500。

1.3.3 稻谷揮發性成分

樣品處理：稱取1 g糙米于20 mL頂空瓶中，加入20 μL 1 mg/mL 2-辛醇，于80 ℃水浴平衡60 min。將萃取頭暴露于樣品頂空萃取化合物40 min，取出萃取頭插入氣相色譜的進樣口解析5 min。

色譜條件：采用HP-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；進樣口溫度為250 ℃(選擇不分流模式)；載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min，保持恒定流速。色譜柱升溫程序：柱初溫為45 ℃，保持5 min；以5 ℃/min升溫至250 ℃，保持5 min。

質譜條件：接口溫度為280 ℃；離子源為EI源；離子源溫度為230 ℃；電子能量為70 eV，采用質譜全掃描方式進行信息采集，質譜質量掃描范圍為50～550 amu，溶劑延長2 min。

1.4 數據處理與方法

每個實驗處理設置3次平行，數據采用SPSS 24.0進行單因素方差分析中的LSD法檢驗，結果以均值±SD表示，并用Origin 2017制圖。

2 結果與分析

2.1 不同倉儲時間對稻谷理化指標變化的研究

2.1.1 不同倉儲時間對稻谷發芽率的影響

稻谷發芽率是種子活性的重要指標，可反映稻谷在儲藏過程中的品質變化，當種子活力下降時，稻谷品質也隨之開始發生劣變[10]。如圖1所示，稻谷的發芽率隨倉儲時間的增加呈顯著(P<0.05)下降趨勢，從90%下降到17%。相關研究表明，貯藏時間越長，稻谷發芽率越低[11]。產生這種現象可能是因為隨著倉儲時間的增加，稻谷細胞內醛酮等有害物質逐漸積累[12]。這些有害物質對稻谷的胚造成一定的損壞，使其活力逐步喪失。

圖1 不同倉儲時間稻谷發芽率、電導率、丙二醛含量、脂肪酸值以及淀粉含量變化

2.1.2 不同倉儲時間對稻谷電導率的影響

稻谷電導率與細胞膜的完整性密切相關，通過檢測電導率可以初步評估細胞膜的損壞程度[6]。如圖1所示，隨著倉儲時間的增加，稻谷的電導率從22 μs/(cm·g)增加到了35 μs/(cm·g)，說明稻谷細胞膜受到了損害。有研究表明，與儲藏方式相比，儲藏時間對電導率的影響最大[13]。

2.1.3 不同倉儲時間對稻谷丙二醛含量的影響

丙二醛是稻谷的脂類物質在儲藏過程中氧化的最終產物[14]，可以通過測定丙二醛來判定稻谷脂質的氧化程度[15]。如圖1所示，稻谷在倉儲過程中，丙二醛含量在0.90～1.05 mg/kg之間上下波動，但不同倉儲時間之間無顯著性差異(P>0.05)，說明丙二醛在實倉儲藏過程中氧化程度較小。

2.1.4 不同倉儲時間對稻谷脂肪酸值的影響

脂肪酸值是判斷稻谷在貯藏過程中是否宜存的重要指標[16]。實驗結果顯示，隨著倉儲時間的延長，稻谷脂肪酸值呈上升趨勢[17]，其中2019年稻谷的脂肪酸值約為15.95 mgKOH/100 g，倉儲3年稻谷的脂肪酸值為26.75 mgKOH/100 g。根據GB/T 20569—2006中秈稻脂肪酸值≤30.00 mgKOH/100 g時判定為宜存，表明倉儲3年的稻谷已接近臨界值，不宜繼續貯存。

2.1.5 不同倉儲時間對稻谷淀粉含量的影響

淀粉是稻谷中含量最高的營養物質，是影響稻谷食用品質的重要指標之一[18，19]。實驗結果顯示(圖1)，稻谷的淀粉含量在70%～80%之間，且不同年份之間稻谷的淀粉含量存在差異(P<0.05)。有研究表明稻谷在儲藏過程中的總淀粉含量相對穩定，該結果的產生可能與不同糧倉間稻谷差異較大有關[20，21]。

2.1.6 不同倉儲時間對稻谷蛋白質含量的影響

蛋白質是稻谷中的第二大營養物質，主要由可溶性和不可溶性蛋白構成，其中可溶性蛋白主要由谷蛋白、醇溶蛋白、球蛋白以及清蛋白組成[22]。Yi等[23]研究發現不同的蛋白質含量對米粉的糊化性質影響不同，其中球蛋白對米粉粘性的影響較大，谷蛋白次之，而醇溶蛋白對其影響較低。如表1所示，稻谷蛋白質中谷蛋白的含量最高，約占稻谷可溶性蛋白的70%。

表1 不同倉儲時間稻谷蛋白質相對含量/%

在長期倉儲過程中，稻谷蛋白質中的清蛋白相對含量降低，球蛋白無明顯變化，谷蛋白相對含量逐步上升，醇溶蛋白相對含量呈先降低后增加趨勢。有學者對稻谷進行陳化實驗發現其清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量在陳化期間會呈現不同程度的下降趨勢[24]，產生這種情況可能與這四種蛋白質在陳化過程中發生不同程度的氧化和結構變化有關[25]。

2.2 不同倉儲年份對稻谷脂肪酸含量的影響

脂質是稻谷中的重要組成成分，對稻谷的糊化特性以及風味等特性具有重要影響[26]。其中，脂肪酸作為稻谷儲藏過程中最主要的脂質代謝物[27]，其組成變化對稻谷的品質影響顯著。如表2所示，稻谷中含有8種脂肪酸，以油酸、亞油酸以及棕櫚酸為主。不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比例約為3∶1，其中油酸和亞油酸等不飽和脂肪酸能預防癌癥、心血管疾病等多種常見疾病，而棕櫚酸和硬脂酸等飽和脂肪酸會造成動脈粥樣硬化等健康風險[28，29]。2019年入庫的早秈稻的油酸、亞油酸以及棕櫚酸的含量顯著低于2016—2018年入庫稻谷的含量，而后者各脂肪酸之間的差異不顯著。

表2 不同倉儲時間稻谷脂肪酸含量變化/mg/kg

該現象的產生可能由兩個原因造成： 2019年入庫的新稻相較于之前入庫的舊稻，其本身的脂質含量偏少，故脂肪酸含量偏少；研究表明新入庫的稻谷常會在第二年開始陳化[30]，倉儲時間越長，稻谷中的脂質氧化越嚴重，最終導致儲藏1～3年稻谷的脂肪酸組分含量增多。

2.3 不同倉儲年份對稻谷揮發性成分的影響

稻谷的揮發性成分是評價稻谷品質的重要指標，有助于區分稻谷的優劣性[31，32]。本實驗對2016—2019年實倉儲藏稻谷的揮發性物質進行測定，經譜庫檢索匹配，相似度大于85%的揮發性物質共96種，其中酯類23種，烷烴類41種，醛類17種，烯類6種，醇類4種，酮類5種(表3)。如圖2所示，稻谷的揮發性成分中酯類的含量最高，其次是烷烴類和酮類。

酯類物質的產生與脂肪酸氧化有關，對稻米的香氣呈烘托作用；烴類物質具有清香和香甜的風味，其中飽和烴閾值大，對風味影響較小；不飽和烴閾值較小，對風味影響較大；醛類主要由油脂氧化產生，會產生令人不愉快的氣味；醇類來源于脂類氧化，碳鏈越長，風味越強；酮類物質的來源較廣，包括熱降解、脂肪氧化等，C8～C15的酮會產生哈喇味[33]。實驗結果表明，酯類物質的含量最高且隨著倉儲時間的延長，稻谷酯類總含量呈現下降趨勢，主要是由十六酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯和肉豆蔻酸乙酯的含量發生變化所導致。烷烴類的含量有一定變化但無顯著差異，但相較于2019年的新糧，烯類物質含量呈上升趨勢。醛類物質中具有橙香的壬醛、玫瑰香的十一醛和糖果香癸醛的含量在儲藏過程中先增加后減少，說明稻谷在逐漸劣變。酮類物質的含量變化主要是由植酮引起的，其他酮類以及醇類物質含量較低且變化不明顯，因此對稻谷香氣的影響不大。

表3 稻谷倉儲各揮發性物質含量變化/μg/g

續表3

續表3

注：a、b、c、d分別表示2019、2018、2017、2016年的稻谷。圖2 不同儲藏時間稻谷各類揮發性成分含量變化/μg/g

3 結論

本實驗通過對稻谷實倉儲藏的多項典型指標進行測定，發現稻谷在實倉儲藏過程中發芽率顯著下降，電導率和脂肪酸值顯著上升，可通過檢測這3種指標來快速判斷稻谷的陳化程度，但丙二醛和淀粉含量在實倉儲藏條件下無顯著變化。2019年入庫稻谷中的蛋白質含量及脂肪酸含量與其他年份入庫的稻谷差異較大，無法判斷稻谷實倉儲藏的品質變化程度。稻谷的揮發性成分變化與脂質密切相關，其中酯類含量最高且隨著儲藏時間的延長，酯類顯著下降，導致稻谷不良風味增多。因此，酯類物質的含量也可作為稻谷實倉品質評價的指標之一。上述研究結果與多數在實驗室條件下的研究結果相比更加貼近實際應用，可為稻谷的實倉安全儲藏及儲藏條件的控制與優化提供一定的理論參考。