不同加工精度对大米主要储藏特性影响的研究

安红周 黄世豪 罗 琼 朱 萍 尹文婷

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001)

我国是世界上生产和消费大米最多的国家，大米品质的优劣与人们的饮食健康息息相关。大米失去皮壳的保护，营养物质直接暴露在外界，受环境的影响较大，易出现带菌量多、陈化、品质劣变等问题，从而失去食用价值。脂肪酸值是大米储藏品质变化的重要指标之一[1]。脂肪酸是脂类在酶的作用下，与水和空气发生水解反应和氧化反应产生的。大米中脂肪含量既少又不均匀，但它易被酯酶催化分解，分解产物为甘油和游离的脂肪酸，而游离的脂肪酸极易被氧化[2]。脂类氧化产物对米饭的风味有一定的负面影响，对大米风味有不良的影响的物质多为醛类、酮类和酸类，这些物质是通过脂肪酸的进一步自动氧化分解而生成的[3]。在不当的储藏条件下，会加剧大米酸败的速度。另外，随着储藏时间的延长，大米中发生霉变，滋生大量微生物，微生物消耗大量还原糖，保持其生命活动，还原糖含量转而发生下降[4]。目前国内最普遍的储藏方式是常温储藏，主要用干燥、自然低温和密闭的方法。干燥是先将大米的水分含量烘至14%以下，以便于严格控制大米的储藏质量[5]。一般低温采用15 ℃和准低温20 ℃储藏，可以抑制大米的呼吸作用，同时抑制微生物的生长繁衍[6]。

受长期错误消费观念影响，“亮、白、精”的大米更容易受到消费者的青睐。但是消费者只是考虑到外观品质，忽视了在稻米加工的过程中会丧失部分营养这一客观事实[7]。另外，针对我国大米过度加工导致的营养流失、能耗高、自动化控制落后等问题[8]，研究不同碾磨强度大米在储藏过程中品质的变化，确定适宜的碾磨强度、储藏温湿度、包装材料、储藏时间对于提升其食用安全性及营养性、减少生产成本和粮食资源损失的意义重大。

本实验研究5种不同品种的大米(原阳大米、稻花香、晚丝苗、美香黏和长粒香)采用3个不同加工精度在储藏过程中脂肪酸值、过氧化值和还原糖的变化，分析大米的储藏特性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原阳粳糙米、稻花香粳糙米、美香黏籼糙米、长粒香籼糙米。

冰乙酸、三氯甲烷、无水硫酸钠、氢氧化钠、硫代硫酸钠、碘、碘化钾、石油醚、可溶性淀粉、甲醇，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SATAKE TM05C砂辊碾米机，PB-10碘量瓶，WN-200电热恒温烘箱，721G可见分光光度计，HPX-2508H-III恒温培养箱，HH-6数显恒温水浴锅，LXJ-IIB高速离心机，CNS-1210直链淀粉仪，CNS-2121水分速测仪，CNS-1211超声波萃取仪。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

根据前期的食味品质研究，选取粳米原阳大米和稻花香，以及籼米晚丝苗、长粒香和美香黏5种大米，利用TM05C砂辊碾米机分别碾磨50、75、100 s，将其加工精度分别记为碾磨强度1、碾磨强度2、碾磨强度3，数值越高，代表大米的加工精度越高。5种大米不同碾磨强度对应的碾减率和留皮度如表1所示。5种米的3个不同加工精度都分别用2种包装材料进行封口包装，即PVDC(聚偏二氯乙烯)和PA(尼龙)，以进行实验对比。

表1 不同加工精度对5种大米碾减率和留皮率的影响/%

1.3.2 储藏实验

将3个不同加工精度的5种大米用2种不同材料包装共30个米样分别放在2个恒温恒湿培养箱中储藏，恒温恒湿培养箱设置为15 ℃和25 ℃，湿度设置为75%。每隔30 d各取出1份米样进行过氧化值、脂肪酸值和还原糖的测定。

1.3.3 大米留皮度和碾减率的测定

留皮度参照GB/T 5502—2018测定。碾减率的计算公式为：碾减率=(1—碾磨后出机大米质量/进机糙米质量)×100%。

1.3.4 大米脂肪酸值的测定

按照GB/T 20569—2006《稻谷储存品质判定规则》中附录 A 规定的方法测定稻谷的脂肪酸值，重复测定2次。

1.3.5 大米过氧化值的测定

按照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》方法进行，重复测定2次。

1.3.6 大米还原糖的测定

按照GB 5009.7—2016《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》方法中的铁氰化钾法进行，重复测定2次。

1.3.7 实验数据统计与分析

使用Excel软件进行数据整理，使用Origin8.5对数据进行绘图，使用SPSS20进行数据描述统计量分析。

2 结果与分析

2.1 储藏时间对大米储藏品质的影响

2.1.1 储藏时间对大米脂肪酸值的影响

不同加工精度的5种大米分别用PA材料包装，在15 ℃、75%湿度的储藏条件下，脂肪酸值随储藏时间的变化情况如图1所示。

图1 大米脂肪酸值随储藏时间的变化

由图1可知，随着储藏时间的延长，大米的脂肪酸值一直呈上升趋势。脂肪酸值是大米储藏过程中品质变化主要参考标准之一，在大米储藏过程中脂肪在酶的作用下发生水解，产生游离脂肪酸。脂肪酸值的变化，反应了大米储藏过程中品质的劣变程度。林镇清等[9]研究表明，储藏时间越长，单位时间内脂肪酸上升幅度越大。渠琛玲等[10]在稻谷储藏新鲜度的研究中表示，脂肪酸值≤10 mg KOH/100 g时，大米新鲜度高；脂肪酸值介于10～15 mg KOH/100 g时，大米新鲜度一般；脂肪酸值为≥20 mg KOH/100 g时，大米新鲜度较差。当大米储藏到30 d的时候，大米的脂肪酸值介于15～20 mg KOH/100 g，新鲜度开始趋于较差；当大米储藏到60 d的时候，大米的脂肪酸值均在20 mg KOH/100 g以上，新鲜度较差。而GB/T 20569—2006《稻谷品质判定规则》也规定大米脂肪酸值超过25 mg KOH/100 g为不宜储存。因此，大米最储藏时间最长为2个月较好。

在储藏30 d后大米3种不同碾磨强度下的脂肪酸含量相差不大。当储藏到120 d的时候，不同加工精度脂肪酸的差异性比较显著，碾磨强度2的脂肪酸含量要低于碾磨强度1和碾磨强度3。这可能是因为碾磨强度2的大米中的脂肪在脂肪酶的作用下产生的脂肪酸被氧化成过氧化物。

2.1.2 储藏时间对大米过氧化值的影响

不同加工精度的5种大米分别用PA材料包装，在15 ℃、75%湿度的储藏条件下，过氧化值随储藏时间的变化情况如图2所示。

由图2可知，大米在3种不同加工精度下过氧化值随着储藏时间的延长而逐渐上升的趋势。在储藏前大米的过氧化值在8～9 g/100 g之间，碾磨强度3的过氧化值最高。这可能是因为碾磨强度3的碾减率最大，大米表面皮层破坏得最严重，脂肪更容易与空气中的氧发生氧化反应，产生过氧化物。当储藏时间达到150 d的时候，碾磨强度2的过氧化值要高于碾磨强度1和碾磨强度3。这可能是因为碾磨强度1的大米碾磨程度比较轻，碾减率为7.06%，大米还保留有较多完整的皮层，脂肪暴露在空气中的比较少，氧化得慢。而碾磨强度3的大米碾磨的程度比较大，碾减率为12.96%，大米皮层中的脂肪以及大米的胚大部分已经被碾去，氧化产生的过氧化物会低。

图2 大米过氧化值随储藏时间的变化

当储藏时间达到30 d，5种大米的过氧化值比较接近，过氧化值上升速度比较缓慢。这可能是因为在储藏过程中，大米中的脂肪在脂肪酶的作用下发生水解反应，产生游离脂肪酸，游离脂肪酸在空气和水分的作用下和大米脂肪氧化酶接触，发生氧化酸败，导致过氧化值的上升[11]。当储藏时间达到30 d的时候，过氧化值上升的速度最快，过氧化值提高了50%左右。因为此时大米中已经水解产生了大量的游离脂肪酸和自由基，这些游离脂肪酸和自由基与空气接触面积大，产生较多的过氧化物，导致过氧化值升高得比较快，这与罗达文[12]报道的大米在储藏30 d时，过氧化值上升得比较快，随后慢慢趋于平缓的研究结果不一致，这可能是因为实验原料和实验条件的不同，前者采用的原料为晚籼七号和粳米空育131，碾减为糙米(0%碾磨)、轻碾米(5%碾磨)、精白米(10%碾磨)；而本实验中5种大米的碾磨强度在4.50%～8.76%。当储藏时间达到90 d后，5种大米的过氧化值变化开始出现差异，长粒香的过氧化值还以较快的速度上升，而稻花香的过氧化值上升速度渐渐平缓下来。因为同为碾磨强度1时，美香黏的碾减率比较高，大米表面皮层破损得比较充分，皮层内的脂肪与外界接触得较多，产生的过氧化物较多[13]。

2.1.3 储藏时间对大米还原糖的影响

不同加工精度的5种大米分别用PA材料包装，在15 ℃、75%湿度的储藏条件下，还原糖随储藏时间的变化情况如图3所示。

图3 大米还原糖随储藏时间的变化

从图3中可以看出，5种大米在储藏0～90 d之间，还原糖的含量一直呈现上升的趋势，均在90 d时达到最大值。在30～60 d，5种大米还原糖上升的速率最大。这可能是因为在储藏初期，大米有较高的淀粉酶活力，生成还原糖能力较强。90 d后大米还原糖含量又开始下降，这可能是因为在大米长期储藏过程中，大米产生霉变，滋生的微生物和大米的自身活动消耗一定的还原糖，导致还原糖的含量降低。还原糖含量先上升后下降的规律，与黄亚伟等[14]的研究结果一致。5种大米中储藏过程中，晚丝苗还原糖的含量最高，美香黏和原阳大米的还原糖含量相近。在不同碾磨强度下的大米还原糖的含量也各不相同。总体来看碾磨强度2下的大米在每个储藏时间下，还原糖的含量都比较高，此时的碾减率为9.56%。这可能是因为大米在碾减率达到10%的时候，砂辊已经将已经刮到胚乳的部分，淀粉裸露在外边，与胚中的淀粉酶发生水解作用产生还原糖[15]。

2.2 储藏温度对大米储藏品质的影响

鉴于5种大米变化趋势比较相似，分析选取其中一种具有代表性的碾磨强度为2的稻花香表示。

2.2.1 储藏温度对大米脂肪酸值的影响

图4为碾磨强度为2的稻花香大米用PA材料包装后，分别在储藏温湿度为75%、15 ℃和75%、25 ℃的条件下，脂肪酸值随储藏时间的变化情况。

图4 不同温度下大米脂肪酸值随储藏时间的变化

从图4中可以看出，大米脂肪酸含量在15 ℃和25 ℃时上升的趋势和速率相一致，25 ℃时不同储藏时间下的脂肪酸含量要略高。这可能是因为当储藏温度高于20 ℃的时候，有利于脂肪的水解，脂肪水解速度加快导致脂肪酸值增加，而低温可减缓脂肪的水解反应。大米表面的真菌数量也是脂肪酸值增长的原因[16]。微生物会将脂肪分解成高级脂肪酸，这些脂肪酸在米粒中积累，导致脂肪酸值的增大，高温有利于微生物生命活动的进行[17]。当大米储藏到60 d的时候，脂肪酸值介于20 mg KOH/100 g和25 mg KOH/100 g，新鲜度较差。15 ℃相同储藏时间下的脂肪酸值低于25 ℃，有利于大米的储藏。

2.2.2 储藏温度对大米过氧化值的影响

图5为碾磨强度为2的稻花香大米用PA材料包装后，分别在储藏温湿度为75%、15 ℃和75%、25 ℃的条件下，过氧化值随储藏时间的变化情况。

从图5中可以看出，在15 ℃和25 ℃下，大米的过氧化值都随着储藏时间的延长而呈现上升的趋势。在不同的储藏时间下，大米的过氧化值都呈现差异性显著。在30 d的时候，2个温度下大米的过氧化值上升速度相差不大。这可能是因为大米表面还留有一些皮层，包裹起大米，脂肪氧化速度比较慢。储藏30 d后，25 ℃下大米的过氧化值随储藏时间的延长显著升高，且上升的速度快于15 ℃。这说明15 ℃的储藏温度有利于防止过氧化值的升高。

图5 不同温度下大米过氧化值随储藏时间的变化

2.2.3 储藏温度对大米还原糖的影响

图6为碾磨强度为2的稻花香大米用PA材料包装后，分别在储藏温湿度为75%、15 ℃和75%、25 ℃的条件下，还原糖随储藏时间的变化。大米还原糖在在15 ℃和25 ℃的储藏温度下均呈现先增加后下降的趋势，25 ℃下还原糖的变化速率比15 ℃的变化速率要快。储藏过程中每个阶段的还原糖都与初始值呈现出显著差异。这可能是因为大米中淀粉受淀粉酶的作用而分解[18]，使还原糖含量增加，而淀粉酶的作用对温度较为敏感，25 ℃有利于淀粉酶的活动。

图6 不同温度下大米还原糖随储藏时间的变化

2.3 包装材料对大米储藏品质的影响

2.3.1 包装材料对大米脂肪酸值的影响

图7为碾磨强度为2的稻花香大米分别使用PVDC和PA的包装材料，在储藏温度15 ℃、储藏湿度75%的条件下，脂肪酸值随储藏时间的变化情况。

从图7中可以看出，大米采用不同的2种包装材料，其脂肪酸的含量都随着储藏时间的延长而上升，但是PVDC包装的大米脂肪酸含量在不同的储藏时间下都要比PA的含量略高。这可能是因为PA的透气性比较高，外界的水蒸气容易进入包装袋内，大米脂肪不断发生水解反应[19]。

图7 不同包装材料大米脂肪酸值随储藏时间的变化

2.3.2 包装材料对大米过氧化值的影响

图8为碾磨强度为2的稻花香大米分别使用PVDC和PA的包装材料，在储藏温度15 ℃、储藏湿度75%的条件下，过氧化值随储藏时间的变化情况。

从图8中可以看出，随着储藏时间的延长，PVDC包装的大米的过氧化值含量都要低于PA包装的大米。说明PVDC包装材料更有利于大米储藏过程品质的保持，延缓了大米品质的劣变。这可能是因为PVDC的包装材料阻隔性比较好，防止包装袋外部的水分及空气中的氧进入包装袋内，促进大米脂肪氧化反应[20]。但是2种包装的大米过氧化值都随着储藏时间的延长而呈现上升的趋势，说明包装材料并不能完全阻隔大米脂肪氧化反应的发生。这可能是因为在大米装袋封口的时候，包装袋内留有空气，导致脂肪氧化反应的发生[21]。

图8 不同包装材料大米过氧化值随储藏时间的变化

2.3.3 包装材料对大米还原糖的影响

图9为碾磨强度为2的稻花香大米分别使用PVDC和PA的包装材料，在储藏温度15 ℃、储藏湿度75%的条件下，还原糖随储藏时间的变化。

图9 不同包装材料大米还原糖随储藏时间的变化

从图9中可以看出，2种包装的大米还原糖含量随着储藏时间的延长呈现先上升后下降的趋势，最高分别为0.28%和0.25%。PVDC包装的大米还原糖含量在各个储藏时间都低于PA包装的大米，这可能是因为包装材料PA的材质有利于大米淀粉发生水解反应，产生还原性糖。储藏90 d时，还原糖含量开始下降，这可能是因为大米中已滋生大量的微生物，而且微生物消耗的还原糖的速度要大于淀粉水解产生还原糖的速度。随着储藏时间的延长，大米中淀粉酶的活性降低，也会降低还原糖增长的速度[22]。

2.4 数据分析

大米储藏过程中，以脂肪酸值为评判指标分别对粳、籼米的储藏温度、包装材料和加工精度进行方差分析，结果如表2所示。

表2 以脂肪酸值为评判指标大米各储藏条件的方差分析

从表2中可以看出，在3种不同的储藏条件温度、包装材料和加工精度中，无论对于籼米还是粳米，加工精度对大米储藏过程中脂肪酸值的影响差异均显著。说明不同加工精度间的处理，大米脂肪酸值随着储藏时间的延长，变异数分析比较明显。温度为其次，不同的温度也是造成大米储藏过程中脂肪酸值变异的影响因素，差异显著。包装材料对脂肪酸值的影响差异不显著，说明在包装材料PVDC和PA下储藏的大米，脂肪酸值的差异性并不大，但PVDC的材料更胜一筹。温度、包装材料和加工精度对大米储藏过程中的影响程度从大到小依次为：加工精度(碾磨强度)>温度>包装材料。

3 结论

5种大米在相同的储藏条件下，大米的过氧化值、脂肪酸值和还原糖的含量均随着储藏时间的增加而呈现上升的趋势。温度、包装材料和加工精度对大米储藏过程中的影响程度从大到小依次为：加工精度>温度>包装材料。储藏时间在90 d之内，碾磨强度为2，储藏温度15 ℃、湿度75%，包装材料PVDC的大米储藏效果较好。储藏时间超过90 d，碾磨强度为1，储藏温度15 ℃、湿度75%，包装材料PVDC的大米较好。

适度加工意味着适度保留皮层及营养，不通过盲目追求提高白度来改善外观，减少碎米产生，节约电力消耗，让稻谷资源得到充分利用。通过研究不同碾磨强度下不同储藏条件下大米品质的变化，找出适度加工的范围和储藏的温度，使大米可以保留更多的营养价值、较好的口感以及较长的货架期。