硅窗氣調(diào)包裝對(duì)大米儲(chǔ)藏品質(zhì)的影響*

肖榕暉

（福建省糧油科學(xué)技術(shù)研究所，福建 福州 350002）

大米在儲(chǔ)藏的過(guò)程中極易受到陳化、霉變、受潮等危害，嚴(yán)重影響大米的儲(chǔ)藏時(shí)間和營(yíng)養(yǎng)口感[1]。我國(guó)每年有大量的收獲的水稻需要進(jìn)行儲(chǔ)藏，但是由于大米在加工完成后失去了稻殼的保護(hù)，在儲(chǔ)藏過(guò)程中容易受到外界溫度、濕度等因素的影響，從而降低大米的品質(zhì)[2]。

氣調(diào)儲(chǔ)藏是指在大米包裝物中填充二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w，以降低包裝袋內(nèi)的氧氣濃度，從而降低大米的呼吸強(qiáng)度，減少害蟲(chóng)和霉菌活動(dòng)[3]。研究表明，在包裝袋內(nèi)填充氮?dú)馇覞舛冗_(dá)到95%以上時(shí)，不僅可以起到大米保鮮的作用，還能減少大米的營(yíng)養(yǎng)損失[4]。

硅窗氣調(diào)是通過(guò)在包裝盒或包裝袋上鑲嵌一定面積的硅橡膠膜，利用硅橡膠膜良好的透氣性能和對(duì)CO2和O2合適的透過(guò)比來(lái)達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)包裝容器內(nèi)氣體成分組成的一種氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)[5]。硅橡膠膜對(duì)包裝內(nèi)的氣體含量、組成比例具有一定的調(diào)節(jié)作用。根據(jù)果蔬、谷物等不同農(nóng)產(chǎn)品的生理特性，在包裝材料中使用一定面積的硅橡膠膜來(lái)調(diào)節(jié)并維持穩(wěn)定適宜的儲(chǔ)藏環(huán)境，能夠有效延長(zhǎng)農(nóng)產(chǎn)品的貨架期，且具有高效、節(jié)能、便利等特點(diǎn)。因此，硅窗氣調(diào)保鮮技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)引起國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的高度關(guān)注，并在果蔬與谷物的儲(chǔ)藏保鮮中得到廣泛應(yīng)用。

本文著重對(duì)硅窗氣調(diào)法在大米儲(chǔ)藏過(guò)程中的應(yīng)用，以及對(duì)大米的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性及品質(zhì)變化展開(kāi)研究。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮大米：由福州某米業(yè)有限公司提供，初始平均含水量為12.87%；

FC-8硅橡膠膜：中科院蘭州物理化學(xué)所生產(chǎn)；

UV-754 分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：東西儀(北京)科技有限公司；

二硝基水楊酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 包裝儲(chǔ)藏方式[5,6]

分別稱(chēng)取大米1 kg采用編織袋、復(fù)合袋包裝。復(fù)合袋包裝的大米：用真空包裝機(jī)包裝，使真空度達(dá)到－0.01 MPa；

另一組在復(fù)合袋包裝側(cè)壁中央切開(kāi)一個(gè)0.5 cm2等不同面積的窗口，這些窗口用FC-8 硅橡膠膜覆蓋，形成一個(gè)有硅窗的包裝盒。使用氣調(diào)的氣體組合是：5% O2和10% CO2，85%的N2作為填充氣。

3種方式各封裝6袋，于人工氣候箱中模擬儲(chǔ)藏（溫度30 ℃、濕度60%），間隔30 d取樣測(cè)定1次。

1.2.2 還原糖含量

用二硝基水楊酸法（DNS顯色法）測(cè)定大米中的還原糖含量[7]。

1.2.3 大米質(zhì)構(gòu)測(cè)定

參考戰(zhàn)旭梅等描述的方法[8]，大米經(jīng)處理后蒸煮成米飯，測(cè)定米飯的硬度、彈性、黏度。其中，大米粘度降低率按照以下公式計(jì)算：

大米粘度降低率=（大米起始粘度－不同天數(shù)后大米粘度）/大米起始粘度×100%

1.2.4 谷物寄生昆蟲(chóng)種群繁殖抑制率的檢測(cè)

大米寄生昆蟲(chóng)種群繁殖抑制率的檢測(cè)參考鐘建軍等報(bào)道的方法[9]進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)用的谷物寄生昆蟲(chóng)來(lái)源于某糧食倉(cāng)庫(kù)，經(jīng)采集后人工培養(yǎng)3代以上。其中，赤擬谷盜用過(guò)80目的全麥粉、酵母按9:1的比例配成的飼料飼養(yǎng)；玉米象以小麥作為飼料飼養(yǎng)；銹赤扁谷盜用燕麥片、全麥粉、酵母按6:3:1的比例配成的飼料飼養(yǎng)。飼養(yǎng)溫度為(27±2)℃，相對(duì)濕度為(70±5)%，隨機(jī)挑選成蟲(chóng)（羽化3 d）開(kāi)展試驗(yàn)。

分別取30頭赤擬谷盜、玉米象、銹赤扁谷盜成蟲(chóng)放入裝有飼料的試驗(yàn)昆蟲(chóng)盒內(nèi)，用紗布封口，隨后放入大米堆內(nèi)部，每個(gè)處理重復(fù)3次，設(shè)對(duì)照試驗(yàn)組（普通常壓儲(chǔ)藏）與硅窗氣調(diào)儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)組。培養(yǎng)14 d實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出昆蟲(chóng)盒觀察成蟲(chóng)的存活情況，記錄試蟲(chóng)的存活數(shù)，并按照以下公式計(jì)算種群繁殖抑制率：

昆蟲(chóng)種群繁殖抑制率=（對(duì)照組平均含蟲(chóng)個(gè)數(shù)－處理組平均含蟲(chóng)個(gè)數(shù)）/對(duì)照組平均含蟲(chóng)只數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 包裝方式對(duì)大米還原糖含量的影響

由圖1曲線可以看出：真空儲(chǔ)藏及硅窗氣調(diào)儲(chǔ)藏的大米還原糖含量均隨著儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)而緩慢遞增；用編織袋包裝大米的還原糖含量則隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)，而呈現(xiàn)出先陡增而后緩慢下降的趨勢(shì)，含量在90 d時(shí)達(dá)到峰值之后不斷降低。

圖1 包裝方式對(duì)大米還原糖含量的影響

以上結(jié)果可能是由于編織袋包裝無(wú)法有效阻礙大米接觸空氣中的水分與氧氣，使大米中的淀粉顆粒在淀粉酶的作用下發(fā)生緩慢降解，從而導(dǎo)致還原糖含量增加。大米中還原糖含量下降，可能是由于還原糖分子中的游離羥基、醛基等還原基被氧化所致；此外，編織袋包裝為微生物的生長(zhǎng)提供有利環(huán)境，還原糖因微生物的生長(zhǎng)繁殖，被快速消耗，導(dǎo)致含量下降。相比較3種不同的包裝方式，硅窗復(fù)合包裝大米的還原糖含量在儲(chǔ)藏過(guò)程一直持續(xù)較低。這表明，硅窗復(fù)合袋包裝對(duì)延緩淀粉分解為還原糖具有一定的阻滯作用。

2.2 不同包裝方式對(duì)大米硬度的影響

蒸煮米飯的質(zhì)構(gòu)特性可以反映大米經(jīng)儲(chǔ)藏后的陳化劣變程度。由圖2可見(jiàn)，3種包裝方式下米飯的硬度均隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加而呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，90 d時(shí)米飯的硬度達(dá)到最大。編織袋包裝大米的硬度大于抽真空包裝與硅窗氣調(diào)包裝，并且硅窗氣調(diào)包裝大米米飯的硬度增加趨勢(shì)最為緩慢。分析其原因，可能是與大米的陳化程度有關(guān)。有研究表明，大米陳化后不溶性直鏈淀粉含量增加，不溶性直鏈淀粉含量與蒸煮大米的硬度呈正相關(guān)，與粘度呈負(fù)相關(guān)[10]。此外，陳化大米中蛋白質(zhì)的溶解性降低以及與淀粉的相互作用的改變也是導(dǎo)致大米硬化的原因之一[11,12]。

隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，在大米儲(chǔ)藏前期米飯淀粉老化速度加劇，與蛋白質(zhì)的結(jié)合緊密，使米飯硬度增加[13]。真空包裝與硅窗氣調(diào)包裝能夠有效延緩大米的陳化速度，從而阻礙了大米硬度的增加。

圖2 不同包裝方式對(duì)大米硬度的影響

2.3 不同包裝方式對(duì)大米彈性的影響

蒸煮米飯的彈性表示米飯受到擠壓在一段時(shí)間內(nèi)恢復(fù)形變的能力，由圖3可以看出隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，大米經(jīng)蒸煮后彈性逐漸降低。且采用編織袋包裝的大米蒸煮后彈性下降最為顯著，抽真空包裝次之，采用硅窗復(fù)合袋包裝的大米在儲(chǔ)藏末期其蒸煮米飯彈性略有下降?？赡苁怯捎诖竺滓蛟趦?chǔ)藏過(guò)程中由于陳化品質(zhì)下降，在蒸煮過(guò)程中米粒腹、背部因吸水率差異而引起以上2個(gè)部分局域體積膨脹不一致產(chǎn)生龜裂，淀粉膠束樣復(fù)合物因龜裂而結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)松散狀，導(dǎo)致米飯失去原有的彈性[14,15]。

圖3 不同包裝方式對(duì)大米彈性的影響

2.4 不同包裝方式對(duì)大米黏度的影響

大米的粘度是影響大米食味性的重要指標(biāo)之一，研究表明，大米的粘度與大米中支鏈淀粉與直鏈淀粉含量比密切相關(guān)，大米糊化漸冷卻時(shí)，在淀粉分子之間，特別是直鏈淀粉分子之間發(fā)生一些重新聚合所帶來(lái)的粘度增加值，此時(shí)發(fā)生了淀粉分子的回生或重排。隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加，大米的回生值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，大米糊化冷卻后再老化的速率上升，導(dǎo)致大米的粘度下降。大米粘度的變化主要受儲(chǔ)藏溫度、儲(chǔ)藏時(shí)間、大米自身的緩慢呼吸代謝過(guò)程等因素的影響。合理的儲(chǔ)藏方式將會(huì)延緩大米粘度的下降率，如圖4所示，與常規(guī)編織袋包裝以及抽真空包裝相比較，硅窗氣調(diào)包裝能夠有效降低大米在儲(chǔ)藏過(guò)程中的粘度下降率，大米粘度降低率減少約20%。

圖4 不同包裝方式對(duì)大米粘度的影響

2.5 硅窗氣調(diào)儲(chǔ)藏對(duì)谷物寄生昆蟲(chóng)種群繁殖抑制率的影響

谷物寄生昆蟲(chóng)在其生活中對(duì)濕度的要求有適生濕度、最適濕度、不活動(dòng)濕度和致死濕度之分。赤擬谷盜、玉米象、銹赤扁谷盜屬于糧食蛀食性害蟲(chóng)，因此糧食中的水分含量會(huì)直接影響各蟲(chóng)態(tài)的生長(zhǎng)發(fā)育與行為活動(dòng)。在一定的溫度條件下，糧食水分含量愈低，谷物寄生昆蟲(chóng)的死亡率愈高。其中，玉米象在糧食水分含量8%以下時(shí)不能進(jìn)行正常的生命活動(dòng)，水分含量在9.5%時(shí)能產(chǎn)少數(shù)卵，但不能孵化，當(dāng)水分水分含量在9%以下時(shí)雌成蟲(chóng)則完全停止產(chǎn)卵[16]。由圖5所示，硅窗氣調(diào)包裝對(duì)銹赤扁谷盜和玉米象具有較強(qiáng)的種群繁殖抑制作用，其中對(duì)赤擬谷盜的種群抑制率較強(qiáng)，平均抑制率為52.36%，對(duì)銹赤扁谷盜與玉米象的種群繁殖抑制率亦均達(dá)到40%以上，分別為47.61%與44.12%。硅窗氣調(diào)包裝能夠有效阻礙空氣中的水分滲透進(jìn)入包裝袋內(nèi)，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)大米的緩慢呼吸代謝過(guò)程，從而降低大米代謝水分的產(chǎn)生，對(duì)有效抑制谷物寄生昆蟲(chóng)的繁殖發(fā)揮重要作用。

圖5 硅窗氣調(diào)包裝對(duì)谷物寄生昆蟲(chóng)種群繁殖抑制率的影響

2.6 大米包裝袋較優(yōu)硅窗面積的選擇

如圖6所示，對(duì)包裝材料不同硅窗面積進(jìn)行探討發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硅窗面積由0.25 cm2增加至0.5 cm2時(shí)，能夠顯著抑制大米中還原糖含量的升高。然而隨著硅窗面積的進(jìn)一步分別增加至1.0、2.0 cm2時(shí)，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，大米中還原糖含量并未呈現(xiàn)出較大的變化，表明當(dāng)硅窗面積占總包裝面積的0.5 cm2時(shí)，即可有效抑制大米自身的呼吸代謝作用，并降低淀粉酶活性，延緩大米品質(zhì)的劣變過(guò)程。因此，考慮到生產(chǎn)成本與實(shí)際生產(chǎn)需要，將硅窗面積定為0.5 cm2即為最佳選擇面積。

圖6 不同硅窗面積對(duì)大米還原糖含量的影響

3 小結(jié)

大米在儲(chǔ)藏過(guò)程中品質(zhì)易發(fā)生變化甚至劣變，主要表現(xiàn)為：米飯的硬度增加，彈性降低，口感變差等。抽真空儲(chǔ)藏及硅窗氣調(diào)儲(chǔ)藏的大米還原糖含量隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢增加，編織袋包裝的大米還原糖含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。在180 d的儲(chǔ)藏期內(nèi)3種包裝方式儲(chǔ)藏的大米樣品其蒸煮米飯的硬度、粘度、彈性皆隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)而下降，但其中硅窗氣調(diào)保藏大米的陳化速度低于編織袋包裝與抽真空包裝。這表明硅窗氣調(diào)法在大米儲(chǔ)藏過(guò)程中能夠有效阻止大米因自身生理生化反應(yīng)、酶促分解以及微生物滋生等因素導(dǎo)致的品質(zhì)劣變過(guò)程。通過(guò)對(duì)硅窗面積的探討發(fā)現(xiàn)當(dāng)硅窗面積為0.5 cm2時(shí)，即可有效降低大米在儲(chǔ)藏過(guò)程中的品質(zhì)劣變，并抑制谷物寄生昆蟲(chóng)的繁殖，發(fā)揮對(duì)大米的保鮮功能，因此，硅窗氣調(diào)包裝在大米保鮮儲(chǔ)藏中具有廣闊的開(kāi)發(fā)潛力與應(yīng)用前景。