充氮氣調儲藏對普通晚粳大米品質的影響

王 賀，孫晟源，魯玉杰，傅 淼，沈 鑫，張寶明

（1. 江蘇科技大學 糧食學院，江蘇 鎮江 212100；2. 昆山市糧油購銷有限責任公司，江蘇 昆山 215300）

大米作為主要糧食作物，是世界一半人口尤其是亞洲人口的主食，也是食品工業的重要原料。中國是全球大米產量及消費量最高的國家，2020 年，我國大米產量為1.47 億t，約占全球大米產量的29.02%。倉廩實而天下安，糧食關乎國運民生，在后疫情時代更是如此。因此，推動成品糧大米儲藏技術的進步對于國家糧食安全、社會穩定和經濟發展具有重要的意義。

大米脫去稻殼和皮層后，胚乳中富含的營養物質暴露在空氣中，在儲藏過程中營養物質易受到環境溫度、濕度、蟲霉侵害等因素的影響而加快品質劣變。目前，用于改善大米品質的儲藏方式主要為氣調儲藏和（準）低溫儲藏。其中，（準）低溫儲藏較適合于北方地區，而在高溫高濕的南方地區推廣則會增加應用成本[1-2]。氣調儲藏是南方地區綠色儲糧的重要手段之一，主要有氮氣氣調、二氧化碳氣調和真空儲藏。近幾年，國內外對充氮氣調在儲糧方面的應用研究主要聚焦在稻谷上[3-5]，也有一些關于充氮氣調對大米儲藏品質影響的研究報道[6-8]。例如，朱星曄[6]探究了不同氮氣濃度（90%、95%和100%）和不同濕度（25、30 和35 ℃）儲藏對大米品質的影響，結果顯示充氮氣調僅對大米淀粉衰減值和多酚氧化酶活性這2 個陳化指標有顯著影響，且氮氣濃度越高，淀粉衰減值越小、多酚氧化酶活性下降越慢。余波[7]研究了不同氮氣濃度（90%、95%和100%）、不同溫度（25、30℃和35℃）儲藏對大米脂肪酸值、電導率、丙二醛、色澤以及感官評價、堿消度級別、硬度的影響，發現當溫度為25℃、氮氣濃度為100%時，上述各指標變化幅度最小。崔銘育[8]通過對二氧化碳和氮氣比例進行優化得出，當二者比例為1 ∶1 且低溫（5、10、15℃）儲藏時，大米品質劣變受到了明顯抑制。然而，針對充氮氣調結合低溫處理對大米儲藏品質和食用品質變化的研究較少。隨著人們對新鮮美味優質大米需求的快速增長，利用氮氣氣調儲糧技術提高大米保鮮品質成為大米儲藏領域的研究熱點。

筆者以江蘇普通晚粳大米為研究對象，探究不同濃度充氮氣調和不同儲藏溫度對大米水分含量、脂肪酸值、丙二醛、電導率、糊化特性、吸水率等品質指標的影響，以期為大米的高品質儲藏提供技術指導和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大米為江蘇普通晚粳大米，來自江蘇省昆山市糧油購銷有限責任公司。主要儀器有恒溫恒濕培養箱HWS-15OBX、錘式旋風磨JXFM110、便攜式二合一氣體分析儀 GT1000-RD2、電導率儀 DDS-11A 和快速粘度分析儀 RVA- TecMaster。

1.2 儲藏方法

試驗分為常規儲藏組和充氮氣調組。每個包裝中大米為650 g。（1）常規儲藏：用聚乙烯小包裝袋將普通晚粳大米進行包裝。（2）充氮氣調儲藏：將大米置于真空干燥器中儲藏，利用充氮鋼瓶對真空干燥器進行充氮氣處理，使用便攜式二合一氣體分析儀對真空干燥器中的氮氣濃度進行檢測，設置88%、93%、98%這3 種氮氣濃度。經過處理的2 組樣品分別置于10、20、30℃的恒溫培養箱中進行儲藏，儲藏相對濕度為60%，大米的貯藏期為45 d，每15 d 取樣測定各指標。

1.3 測定指標與方法

水分含量參照GB/T 5009.3—2016 中的“直接干燥法”測定；脂肪酸值參照國標GB/T 5510—2011 中的“苯提取法”測定；電導率和丙二醛含量參照周顯青等[9]的方法進行測定；大米的糊化特性參照GB/T 24852—2010 使用快速粘度分析儀進行測定；大米的蒸煮特性參照王肇慈[10]的方法以大米吸水率為指標進行測定。

1.4 數據處理

試驗數據以“平均值±標準誤”的形式表示，采用SPSS 22.0 軟件進行方差分析，P＜0.05 為差異顯著，使用Origin 2021 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 氮氣氣調儲藏對大米水分含量的影響

如表1 所示，10、20、30℃不同氮氣濃度條件下的大米水分含量在12.81%～13.11%之間波動，而在常規儲藏組中，20 和30℃條件下的大米含水量隨著儲藏時間的延長快速增加，儲藏至45 d 時分別達到了13.25%和13.31%，顯著高于相應溫度下氣調組儲藏的（P＜0.05），說明氮氣氣調對大米水分含量的增加具有顯著抑制作用。不同溫度條件下氣調處理組大米的水分含量基本保持不變，可能原因是在氣密性高的真空干燥器中大米不易與外部環境進行水分交換，能較好地防止水分散失，有益于保持大米的品質。而常規儲藏組水分含量增長顯著是因為常規儲藏組大米會與高溫高濕環境（20℃、30℃，70%RH）發生水分交換，導致水分含量升高。總體來看，低溫條件有利于大米水分的保持，這與低溫環境下大米的生化反應受到抑制有關。

表1 不同儲藏條件下大米水分含量的變化

2.2 氮氣氣調儲藏對大米脂肪酸值的影響

不同氮氣濃度和不同溫度條件下，儲藏45 d 的大米脂肪酸值的變化如圖1 所示。整個儲藏過程中，常規儲藏組與氣調組大米脂肪酸值相比均存在顯著差異（P＜0.05）；儲藏至45 d，98%氣調組脂肪酸值為最低，與93%氣調組無顯著差異，但顯著低于88%氣調組（P＜0.05）；這表明高濃度氮氣氣調能有效延緩大米脂質分解。而Huang 等[11]發現，真空包裝比100%氮氣儲藏能更有效抑制糙米脂肪酸值的快速增加。隨著儲藏時間延長，不同溫度條件下大米脂肪酸值均呈逐漸增長的趨勢；儲藏至15 d，10、20、30℃條件下的大米脂肪酸值無顯著差異（P＞0.05），而儲藏30～45 d，3 個不同溫度條件下的大米脂肪酸值存在顯著差異，10℃儲藏組的大米脂肪酸值最低（KOH 86.3 mg/kg），30℃儲藏組的大米脂肪酸值最高（KOH 90.3 mg/kg）。這表明，當氮氣濃度一定時，溫度對儲藏期間大米的脂肪酸值影響顯著。

圖1 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米脂肪酸值變化

有研究表明，高溫、高濕、蟲霉是促進食品中脂質水解的主要因素[6]。在該研究中，充氮氣儲藏時包裝環境內氧氣濃度下降，抑制了大米的呼吸作用，遏制了霉菌等微生物的生長繁殖，降低了大米脂質的分解，但又由于大米脂肪酶尚未完全失活，其引起的氧化分解仍在緩慢進行，所以脂肪酸值仍是呈緩慢上升態勢。

2.3 氮氣氣調儲藏對大米丙二醛含量的影響

不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下，儲藏45 d 的大米丙二醛（MDA）含量變化趨勢如圖2 所示。由圖2A 可知，20℃條件下，隨著儲藏時間延長，不同氮氣濃度組大米的MDA 含量均逐漸增長，這與脂肪酸值的變化趨勢一致。常規儲藏組在儲藏0～15 d 階段，MDA 先急速增長，從0.000 256 μmol/g 增長到0.000 812 μmol/g，隨后增加趨勢放緩。88%氮氣氣調處理在一定程度上降低了MDA 含量，但與常規儲藏組相比無顯著差異（除貯藏15 d 的數據外），而在98%和93%氮氣濃度下儲藏的大米MDA 含量顯著低于其他處理組（P＜0.05），但二者間并無顯著差異（P＞0.05）。這表明高濃度氮氣氣調儲藏能有效抑制MDA 含量快速上升，延緩大米品質劣變。推測這可能與氣調包裝降低了環境中的氧濃度使得脂質氧化反應有所延緩有關[12]。由圖2B 可知，98%氮氣時，整個儲藏過程中，30℃處理組大米MDA 含量明顯高于20℃處理組的（P＜0.05）；但有趣的是，10℃儲藏組大米MDA 含量最高，顯著高于20 和30℃儲藏組（P＜0.05）。出現這種情況的原因可能是，植物在遭受低溫低氧逆境時體內活性氧急劇增加，過量的活性氧易使細胞膜發生膜脂過氧化反應，造成MDA 積累量增加[13]。

圖2 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米丙二醛含量變化

2.4 氮氣氣調儲藏對大米電導率的影響

不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下，儲藏45 d的大米電導率變化趨勢如圖3 所示。從圖3A 中可以看出，整個儲藏過程中，當氮氣濃度為88%時，大米的電導率出現先上升后下降再上升的趨勢，而氮氣濃度為98%和93%的處理大米電導率值均呈現先上升后下降的趨勢。這說明充入適當濃度的氮氣能夠有效延緩儲存過程中大米膜脂過氧化的速度，從而抑制電導率的快速升高。由圖3B 可知，隨著儲藏時間延長，10℃儲藏條件下大米的電導率逐漸增加，并且顯著低于20 和30℃儲藏組的（P＜0.05），而20 和30℃儲藏條件下大米的電導率分別由儲藏0 d 時的58.6 μs/cm增長到峰值74.4 和76.2 μs/cm，隨后又降低至與10℃儲藏條件相同的水平。由此可見，溫度是影響大米電導率變化的主要因素。

圖3 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米電導率變化

2.5 氮氣氣調儲藏對大米糊化特性和吸水率的影響

糊化特性是評價大米食用品質的一個重要指標，大米糊化參數主要包括峰值粘度、衰減值和最終粘度。大米的口感不僅取決于大米的粘度，也與大米蒸煮特性有關，而吸水率是大米蒸煮特性中最重要的參數。

2.5.1 峰值粘度和衰減值的變化 峰值粘度是指淀粉從開始糊化到冷卻前所達到的最大粘度，它代表了淀粉顆粒的膨脹性能。不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下，儲藏45 d 的大米淀粉峰值粘度變化和衰減值變化如圖4 所示。由圖4A 可知，氮氣處理組和常規儲藏組的峰值粘度變化趨勢相似，都呈現先上升再降低的趨勢，且各組均在30 d 達到最高值。有研究發現，在長期儲存過程中，稻谷或大米峰值粘度也是先增后減[14-15]。推測是儲藏前期大米淀粉的水合能力較強致使峰值粘度增加[16]，但隨著儲藏時間進一步延長，水分滲透細胞的能力和速度下降，大米淀粉顆粒溶脹的程度受到抑制，從而引起峰值粘度下降[17]。儲藏30 d后不同氮氣濃度儲藏條件下大米的峰值粘度變化差異不顯著（P＞0.05），而儲藏末期98%氮氣組的大米峰值粘度顯著高于其他組（P＜0.05），說明98%的氮氣可以顯著提高大米的峰值粘度。不同溫度對大米淀粉不同儲藏時間的峰值粘度的影響如圖4B 所示，10℃處理組大米峰值粘度顯著低于20 和30℃處理組的（P＜0.05），而20 和30℃處理組的大米峰值粘度變化差異不顯著（P＞0.05），說明低溫條件下大米淀粉峰值粘度的增加幅度小于20 和30℃條件下的。大米的峰值粘度隨溫度升高而增加可能與淀粉顆粒膨脹時滲出直鏈淀粉的水分的丟失有關[18-19]。

圖4 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米淀粉峰值粘度變化

不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下，儲藏45 d的大米淀粉衰減值變化趨勢如圖5所示。由圖5A可知，不同氮氣濃度條件下大米淀粉衰減值變化基本一致，而且不同氮氣濃度氣調和常規儲藏組大米衰減值變化差異也不顯著（P＞0.05），說明氮氣儲藏對大米淀粉衰減值影響不明顯。這與朱星曄[6]的研究結果不一致，他發現95%氮氣氣調儲藏可明顯抑制大米淀粉衰減值的增加。如圖5B 所示，隨著儲藏時間的延長，不同溫度條件下各組大米衰減值均先上升后下降。在儲藏過程中，10℃儲藏的大米淀粉衰減值顯著低于20和30℃組（P＜0.05），而20 和30℃組的大米淀粉衰減值變化差異不顯著（P＞0.05），說明溫度越高大米淀粉的衰減值增長越快，低溫能有效抑制大米淀粉衰減值的迅速增長，有利于保證大米的口感。

圖5 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米淀粉衰減值變化

2.5.2 最終粘度和吸水率的變化 最終粘度是指大米經熟化再冷卻時，其淀粉（以直鏈淀粉為主）分子間發生重新聚合形成凝膠體網格時的粘度。吸水率被認為是大米蒸煮特性中最重要的參數。不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下，儲藏45 d 的大米淀粉最終粘度和吸水率變化如圖6 所示。由圖6A 可知，不同氮氣濃度儲藏對大米淀粉最終粘度的影響顯著（P＜0.05），98%氮氣濃度下儲藏的最終粘度最低，說明高濃度氮氣儲藏可在一定程度上延緩大米品質的劣化。由圖6B 可知，20 與30℃儲藏條件下大米淀粉的最終粘度變化不顯著（P＞0.05），而與20、30℃條件相比，10℃儲藏條件下大米淀粉的最終粘度顯著降低（P＜0.05），說明了低溫儲藏對大米的最終粘度影響顯著。

圖6 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米淀粉最終粘度變化

由圖7A 可知，93%和88%氮氣濃度處理組大米吸水率顯著高于98%氮氣濃度處理組的（P＜0.05），而93%和88%氮氣濃度處理組不存在顯著差異（P＞0.05），說明98%濃度氮氣氣調能夠延緩大米品質的劣變速度。從圖7B 可以看出，30℃處理組的大米吸水率顯著高于10 和20℃處理組的（P＜0.05），而10和20℃處理組的大米吸水率基本保持一致，無明顯差異（P＞0.05）；儲藏至45 d 時，30℃處理組大米吸水率從儲藏前的312%增加到388%，而10、20℃處理組的大米吸水率分別達到360%和359%。高溫對大米的吸水率變化影響較大，其原因可能是溫度升高易促使大米組織結構的改變，使大米淀粉網狀結構增強，持水能力提高，從而吸水率升高。

圖7 不同氮氣濃度和不同溫度儲藏條件下儲藏45 d 后大米淀粉最終吸水率變化

3 結 論

以江蘇普通晚粳大米為研究對象，探究了其在不同氮氣濃度和不同儲藏溫度下儲藏品質、糊化特性和蒸煮特性的變化，得到如下結論：與常規儲藏組相比，充氮氣調處理對大米含水量、脂肪酸值、丙二醛、電導率、最終粘度和吸水率有顯著抑制作用，尤其在98%氮氣濃度條件下，大米的脂肪酸值、丙二醛含量、電導率、最終粘度和吸水率均為最低，而充氮氣調處理對大米淀粉峰值粘度和衰減值的影響不顯著。

當采用98%氮氣濃度儲藏大米時，10、20℃和30℃條件下大米的含水量、脂肪酸值、丙二醛、電導率、糊化特性、吸水率的變化存在明顯差異，除丙二醛含量外，其余測試指標都在10℃時變化最平緩。綜合來看，低溫結合98%氮氣濃度氣調儲藏能較好地保持普通晚粳大米的儲藏品質和食用品質，有利于延長其儲藏期。