不同儲藏年限稻谷的儲藏特性、生理生化指標(biāo)及其糊化特性分析

周顯青 祝方清 張玉榮 彭 超

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院;河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心;糧食儲藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心1,鄭州 450001)(湖北大學(xué)知行學(xué)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(chǎn)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(qiáng)宏觀調(diào)控及防震減災(zāi)的考慮等因素決定了我國每年生產(chǎn)的稻谷有部分需要經(jīng)歷一定時間儲藏[2]。據(jù)報道，我國稻谷庫存量大概為全年稻谷產(chǎn)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(huán)境的影響，稻谷或大米的品質(zhì)會不可避免地發(fā)生劣變，最終影響其食用價值[2]。

有關(guān)稻谷在儲藏過程中的品質(zhì)變化，已有相關(guān)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(jìn)而被分解成葡萄糖導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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(zhì)的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)儲藏溫度對稻米的理化性質(zhì)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(guī)律，發(fā)現(xiàn)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(zhì)均是在實驗室中設(shè)置不同儲藏條件進(jìn)行研究，隨著稻谷庫存量逐年增大，儲糧技術(shù)的不斷發(fā)展，明確庫存稻谷的品質(zhì)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(zhì)(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(dǎo)率、發(fā)芽率、巰基含量)、糊化特性進(jìn)行測定，分析各指標(biāo)的品質(zhì)變化及差異性，對探討稻谷品質(zhì)變化的進(jìn)程及規(guī)律，分析不同品質(zhì)稻谷的加工適應(yīng)性具有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 原料

稻谷樣品共80份，由秈稻主產(chǎn)區(qū)江西省、粳稻主產(chǎn)區(qū)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(jìn)行采樣，樣品經(jīng)過除雜后在4 ℃下冷藏存放。

1.2 儀器與設(shè)備

JXFM110錘式旋風(fēng)磨，101C-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱，PQX多段可編程人工氣候箱，HY-4調(diào)速多用振蕩器，TU-1810紫外可見分光光度計，JLG-Ⅱ?qū)嶒炐偷a谷機(jī)、JNM-Ⅱ型碾米機(jī)，DDS-11At電導(dǎo)率儀，RVA快速黏度分析儀。

1.3 方法

1.3.1 水分、脂肪酸值、發(fā)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(zhì)判定規(guī)則》[10]、GB/T 5520—2011《籽粒發(fā)芽試驗》[11]的方法分別檢測樣品水分、脂肪酸值和發(fā)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(jìn)行檢測。

過氧化物酶活性參照文獻(xiàn)[13]中的方法。糙米經(jīng)過錘石旋風(fēng)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(jīng)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(yīng)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(chuàng)木酚28 μL，于磁力攪拌器上加熱攪拌，直至愈創(chuàng)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(yīng)。在470 nm波長處測吸光度值，每1 min后讀1次，測定5 min的數(shù)據(jù)。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(yīng)時間內(nèi)吸光值的變化；Vt為提取酶液總體積/mL；Wf為糙米(干基)的質(zhì)量/g；Vs為測定時取用酶液體積/mL；t為反應(yīng)時間/min。

1.3.3 丙二醛含量和電導(dǎo)率

丙二醛含量測定參考文獻(xiàn)[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(jīng)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(jīng)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(zhì)量/g。

電導(dǎo)率(ECR)測定參考文獻(xiàn)[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(dǎo)率儀在室溫下(25 ℃)分別測定浸泡液(EC1)和空白液(EC0)的電導(dǎo)率，按照公式(4)計算其電導(dǎo)率：

(4)

1.3.4 巰基含量測定

參照文獻(xiàn)[16]方法：稻谷經(jīng)過礱谷后用錘石旋風(fēng)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(zhì)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(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

運(yùn)用EXCEL、SPSS 20.0等軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析、主成分分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 稻谷的品質(zhì)特性分析

2.1.1 儲藏特性

2.1.1.1 脂肪酸值與發(fā)芽率

樣品脂肪酸值、發(fā)芽率測定結(jié)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(dá)到輕度不宜存程度，且4年之間均存在顯著性差異，數(shù)據(jù)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(dá)到輕度不宜存和重度不宜存，儲藏4年時有60%的樣品達(dá)到輕度不宜存，30%的樣品達(dá)到重度不宜存，其中最大達(dá)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(shù)據(jù)均較集中，粳稻在儲藏2年時數(shù)據(jù)較為離散，變異系數(shù)達(dá)33.79%，樣品間的差異較大?？梢?，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(huán)境條件及儲藏時間造成的。

表1 稻谷脂肪酸值、發(fā)芽率分析

兩種稻谷的發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(shù)，說明稻谷經(jīng)過儲藏其發(fā)芽率有不同程度的降低。在儲藏過程中的發(fā)芽率變化由于儲藏溫濕度及蟲酶對胚產(chǎn)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(jié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)較為離散，樣品間的差異大，而3年時數(shù)據(jù)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(dá)到顯著水平，且隨著儲藏年限的增加，變異系數(shù)逐漸升高，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)較為集中，變異系數(shù)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(shù)大?？梢?，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(dǎo)致分解稻谷籽粒中對細(xì)胞產(chǎn)生危害的過氧化物的能力降低，從而加速稻谷品質(zhì)的劣變。

2.1.1.3 丙二醛含量、電導(dǎo)率和巰基含量

稻谷丙二醛含量、電導(dǎo)率與巰基含量的測定結(jié)果見表3。丙二醛含量和電導(dǎo)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(zhì)會水解產(chǎn)生游離脂肪酸，游離脂肪酸經(jīng)過脂肪氧化酶的氧化作用產(chǎn)生醛酮類物質(zhì)，丙二醛是其主要產(chǎn)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(dá)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(shù)據(jù)較為離散，變異系數(shù)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(shù)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(zhì)下降。隨著儲藏的時間的延長，細(xì)胞開始死亡，酶類物質(zhì)活性下降，游離脂肪酸氧化明顯減少，導(dǎo)致丙二醛含量開始下降[20]。細(xì)胞中膜脂過氧化導(dǎo)致膜功能的變化是引起細(xì)胞電解質(zhì)滲漏的主要原因[21]。

表3 稻谷丙二醛、電導(dǎo)率和巰基含量分析

對于電導(dǎo)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(shù)據(jù)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(dá)顯著水平，儲藏3、4年時數(shù)據(jù)較為離散，變異系數(shù)大，可見，在儲藏后期出現(xiàn)樣品間的差異性較大的現(xiàn)象，并隨儲藏時間的延長，細(xì)胞膜透性增強(qiáng)，電解質(zhì)發(fā)生滲漏，電導(dǎo)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(xiàn)顯著差異，且變異系數(shù)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(shù)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(biāo)測定結(jié)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(dá)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(nèi)數(shù)據(jù)較為離散，樣品間的差異性大。秈稻和粳稻衰減值呈現(xiàn)波動的趨勢，無明顯變化規(guī)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(xiàn)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(guān)，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(zhì)特性，由于各指標(biāo)有不同的量綱，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，按照特征值大于1的原則進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見圖1。由圖1a可知，秈稻脂肪酸值、丙二醛含量、電導(dǎo)率、糊化溫度與PC1呈負(fù)相關(guān)，而過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發(fā)芽率、巰基含量與PC1呈正相關(guān)，即脂肪酸值、丙二醛含量、電導(dǎo)率、糊化溫度越小，過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發(fā)芽率、巰基含量越高，PC1的貢獻(xiàn)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(dǎo)率、糊化溫度，高過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發(fā)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(fù)相關(guān)，過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、發(fā)芽率、巰基含量、衰減值與PC1呈正相關(guān)。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(fā)芽率、巰基、衰減值越低，則PC1貢獻(xiàn)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(fā)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(jié)論

隨著儲藏時間的增加，兩種稻谷的發(fā)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(dǎo)率增加，其增幅基本一致。糊化特性指標(biāo)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(dá)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(fā)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(zhì)特性變化。