不同水分含量糙米動態(tài)儲藏過程中葉黃素含量及色度值變化

顧佳緣,王 琰,楊 恒,胡慧敏,陳銀基

(南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023)

糙米為人們提供豐富的能量來源,同時也含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素,還包括了少量的葉黃素等其他營養(yǎng)素。葉黃素屬于類胡蘿卜素的一種[1],具有紫羅酮環(huán)二羥基結(jié)構(gòu),為胡蘿卜素的含氧衍生物。葉黃素常常與另外一種類胡蘿卜素——玉米黃質(zhì)共存,并與之互為同分異構(gòu)體,化學(xué)式為C14H56O2[2]。葉黃素具有重要的生理功能,是眼部黃斑區(qū)有效的抗氧化劑[3-4],同時,可預(yù)防動脈硬化、白內(nèi)障等[5]。盡管與大多數(shù)水果和蔬菜相比,糙米中類胡蘿卜素含量低,但作為東亞、南亞、東南亞及中北非人們(部分人處于貧困線以下,營養(yǎng)攝入不均衡)的主食,每天主食的攝入量可能對消費者的營養(yǎng)狀況產(chǎn)生一定的影響[6-7]。Kean[8]等人研究表明葉黃素是碾磨谷物組分中主要的類胡蘿卜素,約占70%。在一些高葉黃素小麥品種中,葉黃素含量達(dá)5.4～7.4 μg/g。成熟收獲后的糙米中含有游離的葉黃素和葉黃素酯,它們主要存在于胚芽和糊粉層中[9-11]。

隨著消費者個性化需求越來越高,對富含類胡蘿卜素等微量營養(yǎng)素的糙米(呈淡黃色或米黃色)營養(yǎng)更豐富的觀念也逐漸接受。學(xué)者逐漸對研究糙米儲藏過程中如何保持其更多營養(yǎng)素更加重視。糙米在糧食消費里,一般認(rèn)為屬于半成品,其儲藏性能明顯優(yōu)于碾白后的大米,而且稻谷礱谷去殼后以糙米的形式儲藏能有效提升糧食倉儲能力,改善衛(wèi)生狀況,降低能源消耗,是未來稻谷儲藏的優(yōu)先和重點發(fā)展方向之一。另一方面,高水分糙米由于水分活度較高,在溫濕條件適宜下易發(fā)生霉變、結(jié)塊等現(xiàn)象,使糧食儲備遭受巨大損失。研究顯示每年在運輸、儲藏、加工等環(huán)節(jié)浪費的糧食占糧食總量的15%;而每年由于潮濕的氣候,不能及時干燥而造成霉變、結(jié)露、發(fā)芽等損失的糧食至少在5%以上[12]。目前對糙米的儲藏等相關(guān)研究主要集中在通過控制溫度、濕度的靜態(tài)儲藏以及通過新手段提高糙米儲藏性能等[13-14]。而糙米在儲藏過程中易受光照、雨水及晝夜溫濕差影響,糧堆實際溫濕度波動很大,儲藏過程中品質(zhì)劣變也給后期精深加工帶來嚴(yán)重影響。常規(guī)的研究往往采用靜態(tài)儲藏的方法,溫度和濕度沒有變化或變化相對單一,所測得的糧食質(zhì)量數(shù)據(jù)與實際儲運條件下糧食質(zhì)量并不相符。而對糙米進(jìn)行動態(tài)溫濕度的實倉或模擬儲運的分析研究鮮見報道。本實驗基于溫濕度條件的動態(tài)變化,研究比較儲藏過程中糙米葉黃素含量和色度值變化規(guī)律,為糙米的合理儲藏提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

稻谷(華梗5號,產(chǎn)地宿州) 礱谷機脫殼為糙米;葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品(97%) 美國Sigma公司;2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;四氫呋喃(THF) 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;甲醇(色譜純) 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;氫氧化鉀 西隴科學(xué)股份有限公司。

Dionex Ultimate 3000高效液相色譜儀(配有光電二極管陣列檢測器DAD) 戴安中國有限公司;高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;超聲波清洗機 寧波新芝生物科技股份有限公司;DKZ系列電熱恒溫振蕩水槽 上海一恒科技有限公司;電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;N-1100D-WD型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海愛朗儀器有限公司;BLH-3250型實驗礱谷機 浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司;PQX-300D型人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司;CM-5型色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司;SFY-20A型快速水分測定儀 深圳市冠亞電子科技公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗分組與模擬儲藏方法 本實驗采取實驗室模擬儲藏,糧庫選取三種類型:配置制冷空調(diào)的低溫糧庫(可控溫控濕,對應(yīng)本實驗L組)、通風(fēng)條件較好的普通糧庫(對應(yīng)本實驗M組)、南方小型糧庫(夏季高溫高濕,對應(yīng)本實驗H組)。溫濕度設(shè)定主要依據(jù)2016～2017年間測定的三個典型糧庫第一年10月至第二年2月的各月份糧堆實際溫度和濕度監(jiān)測數(shù)據(jù),取每月日間均值和夜間均值(如表1所示),將動靜態(tài)溫濕度數(shù)據(jù)輸入三個智能人工氣候箱。2017年秋新收獲的稻谷,通過水分調(diào)節(jié),分別獲得初始含水量為15%、17%、19%和21%的稻谷,礱谷去殼后,快速水分測定儀實測糙米水分含量分別為14.4%、16.6%、18.7%、20.5%。糙米用PVC塑封袋包裝,置于人工氣候箱中進(jìn)行模擬儲藏,每30 d測定一次葉黃素含量和色度值。

表1 動態(tài)儲藏溫濕度條件(℃+RH%)構(gòu)建

1.2.2 葉黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 用電子天平精確稱取葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品5.0 mg置于50 mL棕色容量瓶中,用甲醇(色譜級)溶解并稀釋至刻度,搖勻,配制成濃度為50 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，精密移取0.5、1、2、4、6、8、10 mL置于50 mL棕色容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度并搖勻,制得濃度分別為0.5、1、2、4、6、8、10 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液,充氮備用,操作在昏暗條件下進(jìn)行,每個系列濃度進(jìn)樣三次,按照上述色譜條件測定標(biāo)準(zhǔn)葉黃素的峰面積,以峰面積為縱坐標(biāo)(y),質(zhì)量濃度(μg/mL)為橫坐標(biāo)(x)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3 糙米中葉黃素的提取及測定 葉黃素的提取:將糙米倒入粉碎機中碾磨成粉,過80目篩,精確稱取1.0000 g,溶于15 mL四氫呋喃,加入0.2 g抗氧化劑BHT以及0.15 g/mL KOH-甲醇溶液10 mL,避光振蕩2 h。過濾后的殘渣重復(fù)提取一遍,合并兩次上清液于50 mL離心管中。5000 r/min離心20 min,轉(zhuǎn)移上清液至另一離心管中,重復(fù)上述離心操作一次,合并上清液,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上50 ℃蒸至近干,殘留物溶于2 mL甲醇,過0.45 μm微孔濾膜備用。上述操作均在避光條件下進(jìn)行[15]。

葉黃素的測定:采用色譜法。色譜條件:色譜柱YMC-C30(4.6 mm×250 mm,5 μm);檢測波長:445 nm;柱溫:35 ℃;流動相:甲醇∶水=95∶5,等梯度洗脫;流速:0.8 mL/min;進(jìn)樣量:20 μL。

1.2.4 表面顏色的測定 選取完全去殼,無黃變,霉變現(xiàn)象的糙米。測定時,將糙米均勻充分的填滿在玻璃皿中,利用色差儀測定糙米色度的3個指標(biāo):L*、a*和b*值,每次測定重復(fù)三次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每次測定至少重復(fù)3次,各指標(biāo)差異顯著性分析采用單因素方差分析(One-way ANOVA),并采用LSD法進(jìn)行多重比較,各指標(biāo)相關(guān)性采用Person相關(guān)性分析,數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行,采用Graphpad Prism 7.0等軟件進(jìn)行處理及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 HPLC-DAD法構(gòu)建葉黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

根據(jù)色譜分析條件,繪制出葉黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(見圖1):Y=1.3484X-0.1749(R2=0.9995),葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品濃度在0.5～10 μg/mL時與峰面積呈良好的線性關(guān)系。

圖1 葉黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

2.2 糙米中葉黃素含量變化分析

糙米在150 d的儲藏,結(jié)果見圖2。L組中,各水分含量的糙米在儲藏30 d內(nèi)變化較小,30 d后葉黃素緩慢下降。儲藏期150 d結(jié)束后,L組中,水分含量為14.4%糙米的葉黃素平均剩余含量為1.54 μg/g,水分含量為16.6%糙米中葉黃素平均剩余含量為1.44 μg/g,水分含量為18.7%、20.5%的糙米中葉黃素平均剩余含量分別為1.40、1.36 μg/g。相比之下,M組中,水分含量為14.4%、16.6%、18.7%、20.5%的糙米在儲藏150 d后,葉黃素平均剩余含量分別為1.43、1.39、1.33、1.30 μg/g。在H組,糙米在儲藏前120 d葉黃素含量下降較快,120 d后下降較緩慢,其中水分含量為18.7%、20.5%的糙米中葉黃素含量下降較快。儲藏期結(jié)束后,水分含量為14.4%、16.6%、18.7%、20.5%的糙米中葉黃素平均剩余含量分別為1.40、1.37、1.27、1.25 μg/g?？梢钥闯?在相同儲藏條件下,糙米中葉黃素含量隨水分含量的增加而緩慢下降。在相同儲藏周期內(nèi),L組、M組、H組中溫度越高,糙米中葉黃素的流失越嚴(yán)重。采用SPSS對各因素進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果見表3。結(jié)果顯示,分水含量對糙米中葉黃素含量影響極顯著(p<0.01),儲藏溫度對糙米中葉黃素含量影響極顯著(p<0.01),儲藏溫度和水分含量的交互作用對糙米中葉黃素含量影響極顯著(p<0.01)?？傻媒Y(jié)論,在儲藏過程中,應(yīng)盡量保持糙米中水分含量低于15%,同時控制在低溫下儲藏,可減少糙米中葉黃素的流失。

表3 糙米儲藏過程中各指標(biāo)相關(guān)性

圖2 不同水分糙米在儲藏過程中葉黃素含量變化

不同的儲藏溫度會對糙米的外觀、風(fēng)味、營養(yǎng)成分產(chǎn)生不良的影響。本實驗中,由于糙米沒有外殼的保護(hù)作用,暴露于空氣中,易受到水分、溫度及霉菌的影響[16]，隨著儲藏時間的增加,L組、M組和H組糙米中葉黃素的含量均出現(xiàn)緩慢下降,且儲藏溫度越高,葉黃素含量下降速度越快。Mattera[17]通過研究證實,儲藏中的高溫機制會導(dǎo)致游離葉黃素含量的降低。采后貯藏過程中,游離的葉黃素會部分轉(zhuǎn)化為葉黃素酯,從而導(dǎo)致糙米中葉黃素含量的下降[18]。葉黃素酯在儲藏過程中并不會表現(xiàn)出明顯的變異,它比游離的葉黃素穩(wěn)定。Ahmad[19]和Mellado[20]也通過實驗證實溫度對谷物中葉黃素酯化有影響。此外,也有學(xué)者報道含有葉黃素的小麥制品在經(jīng)過熱處理或者在長時間的儲藏后,葉黃素中原先占主導(dǎo)地位的反式異構(gòu)體會部分轉(zhuǎn)變成順時異構(gòu)體,如13-順式葉黃素、13′-順式葉黃素、9-順式葉黃素、9′-順式葉黃素[21-22]。

不同的水分含量會影響儲藏中糙米的葉黃素含量。儲藏期結(jié)束后,由于缺乏稻殼的保護(hù)[23],四組水分梯度的糙米中葉黃素含量均出現(xiàn)了流失。在同一儲藏溫度下,水分含量越高,糙米中葉黃素的流失越多。原因可能是較高的水分含量適合微生物生長,易引起附著在表面及內(nèi)部的霉菌快速生長繁殖[24],另一方面,水分含量高,會加強糙米本身的呼吸作用,從而消耗糙米中的營養(yǎng)成分[25-26]。在模擬高溫高濕的H組,糙米中葉黃素含量出現(xiàn)了明顯的下降,且下降速度快于L組和M組,國外有學(xué)者報道這是由于類胡蘿卜的降解與溫度、氧含量、水分含量有關(guān),在溫度與水分含量的作用下,氧化反應(yīng)和酶及非酶作用會促進(jìn)降解酶與色素的接觸,引起貯藏和加工中葉黃素等類胡蘿卜素的損失,同時帶來品質(zhì)的劣化[27]。

2.3 糙米表面顏色變化分析

不同水分含量的糙米表面顏色在動態(tài)溫濕度條件儲藏過程中的變化情況見表2。在整個儲藏周期中,L組、M組和H組中糙米的色度L*值均逐漸減小,表明糙米的表面顏色逐漸變暗。在L組中,水分含量為14.4%、16.6%、18.7%、20.5%的糙米L*值比儲藏前分別減少了0.06、0.08、0.63、1.15。相比之下,M組的L*值分別下降了0.10、0.14、0.60、1.21,H組的L*值分別下降了0.16、0.25、0.63、1.22,即同一儲藏條件下,水分含量越高,ΔL*變化越大,溫度對L*值影響顯著(p<0.05),初始水分含量對L*值影響極顯著(p<0.01)。在儲藏期內(nèi),糙米表面a*值緩慢上升,L組的a*值比儲藏前分別增加了0.03、0.04、0.24、0.49。相比之下,M組的a*值分別增加了0.13、0.15、0.45、0.68,H組的a*值分別增加了0.18、0.25、0.63、1.22,溫度對a*值影響顯著(p<0.05),初始水分含量對a*值影響極顯著(p<0.01)。隨著儲藏時間的增加,糙米表面的b*值逐漸增加,L組的b*值比儲藏前分別增加了0.56、0.60、0.61、0.66,M組的b*值分別增加了0.60、0.68、0.72、0.74,H組的b*值分別增加了0.64、0.75、0.86、1.39,溫度對b*值影響極顯著(p<0.01),初始水分含量對b*值影響顯著(p<0.05)。

表2 不同水分含量條件下糙米色度值變化

動態(tài)溫濕度儲藏條件會對糙米的表面顏色產(chǎn)生不同的影響。在低水分(14.4%)條件下儲藏,糙米的L*值下降較慢,偏高水分(18.7%、20.5%)組則出現(xiàn)了較大幅度的下降。在儲藏期內(nèi),低水分組中糙米的a*、b*值增加較慢,偏高水分組則增加較快,這與前人研究結(jié)果一致[28-29]。相同水分含量的糙米,儲藏溫度越高,L*值下降越快,a*、b*值增加也越快。有研究認(rèn)為水分含量越高、溫度越高,糙米的呼吸作用越強,就越容易發(fā)生黃變。另一方面,糙米沒有外殼保護(hù),黃變現(xiàn)象表現(xiàn)的更加明顯。在為期150 d的儲藏期中,通過控制糙米在低水分(14.4%)條件下儲藏,并合理控制儲藏溫度,可減緩糙米表面顏色的變化,從而減少黃變現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 糙米中各指標(biāo)相關(guān)性分析

對儲藏過程中各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表3。由表3可知,L*值與糙米中葉黃素含量極顯著正相關(guān)(r=0.81,p<0.01),說明葉黃素含量降低,L*值下降,糙米表面顏色變暗。a*值與糙米中葉黃素含量極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.74,p<0.01),說明葉黃素含量降低,a*值增加,糙米顏色變紅。b*值與糙米中葉黃素含量極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.92,p<0.01),說明葉黃素含量降低,b*值增加,糙米顏色變黃。糙米中葉黃素含量與儲藏溫度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.30,p<0.05),說明儲藏過程中,葉黃素含量隨溫度的上升而下降。

糙米在儲藏過程中葉黃素含量緩慢下降,L*值緩慢下降,a*和b*值不斷增加。Hayashi[30]通過研究紅米貯藏過程中顏色變化,認(rèn)為紅米樣品的顏色變化是由類胡蘿卜素等色素氧化而不是生物誘導(dǎo)反應(yīng)引起的。Oli[31]也認(rèn)為一些黃色或紅色的類胡蘿卜素如葉黃素,玉米黃質(zhì)等含量的變化,可能導(dǎo)致糙米表面顏色的變化。本研究通過對糙米中葉黃素含量與色度值L*、a*和b*值的相關(guān)性分析,也揭示了這樣的規(guī)律。

3 結(jié)論

本研究探討動態(tài)溫濕度儲藏條件下糙米中葉黃素含量及色度值的變化規(guī)律。結(jié)果表明,糙米中葉黃素含量隨儲藏溫度的上升而下降。在模擬高溫的H組,糙米中葉黃素含量出現(xiàn)了大幅度的流失,而在模擬低溫的L組中,葉黃素含量損失較少。相同儲藏條件下,糙米中葉黃素含量隨水分含量的上升而緩慢下降。水分含量越高,糙米中葉黃素含量下降越快,尤其是在模擬高溫的H組中。儲藏過程中,L*值隨儲藏時間的增加而下降,a*,b*值隨儲藏時間的增加而呈上升趨勢。在為期150 d的儲藏期中,通過控制糙米在低水分條件(14.4%)下儲藏,不宜采用偏高水分(18.7%、20.5%),可有效減緩葉黃素含量的流失。