粮 食 储 藏 2009(3)
粮食储藏技术
大米储藏保鲜技术现状及研究进展
3
曲春阳 刘 鹏 屠 康
(南京农业大学食品科技学院,
农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室,南京 210095)
摘 要 在简要介绍大米储藏过程中品质下降机理及其影响因子的基础上,重点比较分
析了大米的常用储藏方法(包括:常温储藏、低温储藏、气调储藏、化学储藏)和保鲜包装新技术(如:60Co和电子加速器辐照保鲜、纳米保鲜膜保鲜技术、生物源保鲜剂保鲜技术、微波处理技术等),并结合大米储藏的发展趋势,提出了大米储藏保鲜技术的研究方向。
关键词 大米 储藏 保鲜技术 全世界大米年产量在5.2亿吨左右,约有39个
国家高达10亿以上人口以大米为主要食物,尤以亚洲对稻米的依赖性最强;其中我国年生产大米1.85亿吨,约占世界的35%,居于首位;其次为印度、印尼和泰国。我国也是大米消费大国,目前人均直接年消费大米100kg左右,口粮消费总量1.2亿吨左右[1]。大米是粮食中最难保存的粮品之一,由于保护胚乳的稻壳和皮层在大米加工过程中均被去除,胚乳直接与外界环境温湿度等因素发生联系,且米粒是富含淀粉和蛋白质等营养物质的亲水胶体,极易受湿、热、氧、虫、霉等的影响而变质。特别在夏季高温、高湿条件下,大米品质劣变、霉变速度加快,导致大米酸度增加,粘性下降,使大米食用品质下降甚至丧失食用价值[2～3]。据联合国粮农组织统计(2006年),全世界每年有15%～16%的大米由于收获后不适宜储藏和加工而导致损失[4]。为此,大米储藏保鲜一直受到国内外食品科学工作者的重视。
大米保鲜目的是防止大米在仓储、流通和消费者食用存放期间生虫、长霉以及延缓其品质劣变。大米主要的储藏法包括:常温储藏,低温储藏(自然和机械制冷)、气调(自然缺氧、充CO2、充N2、真空)储藏、化学储藏等。大米储藏从仓储式、大包装向小包装发展,一些新的技术如辐照技术、纳米技术、微波技术和涂抹保鲜技术等已开始应用研究。
谷收获后经自然晒干至安全水分以下,然后碾成大米进行常温库存或缸、桶、编织袋等储存。这种储藏方式主要以控制大米的含水量和环境相对湿度为主,操作简单,但大米数量和品质的损失比较严重。大中型加工厂、粮站储藏则以标准粮库为主,条件较好,储藏质量相对容易控制,但也有量大、保管不善、大米储藏质量不稳定等问题[4]。Genkawa等[5]将含水量分别为16.2%、14.4%、12.8%和11%的糙米分别放置于塑料瓶中密封,在15℃和25℃下保藏6个月,发现25℃下储藏的含水量为16.2%的糙米发芽率从97%下降到27%,含水量在12.8%以下的糙米发芽率保持在90%以上。水分含量在14.4%以上的糙米上发现有霉菌生长,12.8%以下的没发现。可见,低水分含量结合密封小包装是大米储藏的有效方法。1.2 低温储藏
1 常用储藏方法
1.1 常温储藏
常温储藏是应用最为普遍的大米储藏方式。稻
低温可有效延缓大米的品质劣变、抑制霉菌生长和害虫繁殖。日本推荐含水量为15%的大米经
[6]
济储藏温度为15℃。低温的途径有两种:(1)利用机械通风将冬春自然低温通入粮堆,使仓内大米降温,并利用粮食导热系数小的特性,使粮食较长时间保持低温。(2)夏秋季高温季节采用空调器补充冷源,以保持粮温的准低温状态。日本阿高工业公司最近开发出大米保鲜储藏新设备并已试用。该设备由冷却装置、通风管道及温度自控装置等构成。大米采用散装储藏,大米入仓后,冷却装置启动产生冷气,并通过散布的通风管道使仓内大米全部冷却。当仓内温度降至15℃、湿度75%时,冷却装置自动
3基金项目:江苏省科技支撑计划(BE2008396)、江苏省农业高技术项目(BG2005323,BG2007340)资助。
通讯地址:南京市卫岗1号
第38卷 大米储藏保鲜技术现状及研究进展
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关闭,并随时启动,使大米长期处于恒定的低温低湿条件,极大地延长了储藏时间[7]。但是,低温储藏成本高,能耗大。1.3 气调储藏
大米的气调储藏包括充CO2、充N2、真空等措施。大米在充CO2、N2或真空等缺氧条件下,呼吸强度下降,品质劣变速率减缓,可有效控制霉菌和害虫的侵害。气调储藏因其技术含量高、费用高、外环境(辅助设施)不够成熟,在大米粮库中尚未大量推广。随着小包装技术的发展,气调储藏技术再一次走上市场[3～4,8]。真空、充氮、充CO2和空气包装的大米在30℃、水分含量14.7%的密闭环境条件下储藏3个月,其还原糖、脂肪酸、硬度和米饭粘度均没有明显变化。水分含量为15.7%真空包装的大米中的还原糖、脂肪酸、硬度和米饭粘度变化最小,其次是充N2和充CO2包装,空气包装的变化最大[3]。充氮(氮浓度95%以上)可有效保持大米的新鲜品质、减少大米营养物质的损失、延缓大米的品质劣变[3]。王颖等[9]比较研究了常规包装(包装袋为PA/LLDPE薄膜)、真空包装、在包装袋中放入除氧剂、在包装袋中放入竹炭和在包装袋中同时放入除氧剂和竹炭对大米品质的影响,发现竹炭保鲜剂包装对大米保鲜效果最好,竹炭能有效地吸附袋内水蒸气、异味和氧气。李
[4]
军城研究表明:用尼龙复合膜(PA/PE)真空包装大米可以有效防止大米霉变,保持大米鲜度。日本一家公司推出一种强密封性包装袋,它由一种“奇克伦”塑料制成,具有极好的隔氧作用。用它来包装新大米,可长久保持大米的色、香、味不变,而且袋内产生的CO2还有防虫、防霉的作用[7]。1.4 化学储藏
谷物中所有害虫,延长易腐食品的货架寿命。它具
有无残留、无污染、穿透力强的特性,可均匀穿透谷粒,杀灭谷粒内部及大包装产品内部的各发育阶段的害虫,效果明显。孟丽芬等[13]利用辐照杀灭小包装大米的储藏害虫的研究结果表明,在采用尼龙-聚乙烯复合塑料真空包装及辐照吸收剂量0.4kGy～0.8kGy范围内,大米在常温条件下储藏1年,未发现虫蛀现象,其主要营养成分及感官和食味变化不明显。Wu等[14～15]研究发现γ-射线辐照能降低米淀粉的糊化粘度,3kGy对米蛋白质、脂肪和淀粉含量没有影响,10kGy～30kGy对米淀粉的微结构产生影响,并预测1kGy辐照可使米饭的质地软化。
电子辐照是用电子加速器产生的电子辐照大米后再储藏。经电子加速器辐照后,其色泽有一定程度的褐变,褐变程度随辐照剂量的增加而加重,褐变的机理应属于非酶促褐变反应。呼玉山等[16]采用2.4×105rad剂量辐照的大米样品褐变程度较轻,经1年30℃温度下储藏后其品质变化不大,其米饭食用可以接受。辐照剂量超过5.0×105rad,其防霉效果虽然得到提高,但大米的褐变程度加重。2.2 纳米保鲜膜保鲜技术
化学储藏使用的化学药剂主要为磷化铝,抑制
大米本身和微生物的生命活动,防止大米发热。目前多用磷化氢气体储藏高水分的大米。由于昆虫对磷化氢产生抗药性和甲基溴对大气臭氧层破坏被许多国家禁用[10],新的化学药剂如氧硫化碳、乙二腈和甲酸乙酯(单独或与二氧化碳混合)已作为甲基溴的替代品用于食品防虫[11]。罗来凌等[12]试验证明:在小包装米中即使放入大量虫样,只要加入敌敌畏(Dichlorvos,DDVP)缓释片,就可以在几天内将害虫熏蒸杀死,并保持无活虫期达3个月以上,残留测定也表明,大米是安全的。但DDVP的安全性还有待相关标准的健全。
2 大米保鲜包装新技术
602.1 Co和电子加速器辐照保鲜
近几年来,国内外研究较多的纳米包装材料是
聚合物基纳米复合材料(PNMC),常用的纳米材料有金属、金属氧化物、无机聚合物等,而常用的高分子聚合物有PA,PE,PP,PVC,PET,LCP等[17]。根据不同食品的特性与包装要求,已有多种PNMC(如纳米Ag/PE类、纳米TiO2/PP类、纳米蒙脱石粉/PA类等)用于食品,如啤酒、饮料、果蔬、肉类、奶制品等的包装,取得了较好的保鲜效果。与普通包装材料相比,纳米包装材料在可塑性、稳定性、阻隔性、抗菌性、保鲜性等性能上有大幅度提高[17]。高艳玲等[18]研究表明纳米氧化锌对常见的食品污染菌具有较广谱的杀、抑能力。Avella等[19]研制成功了生物可降解淀粉/粘土纳米膜,其机械性能和食品包装溶出试验均达到欧盟对生物可降解材料的要求,可望用于食品的包装。
纳米保鲜膜在大米保鲜中的研究报道较少。潘巨忠等[20]研究表明大米PE/Ag纳米防霉保鲜膜和PVC/TiO2纳米防霉保鲜膜对大米灰霉菌的抑制作用明显,但从该物理性能测试结果分析,防霉膜增强效果较差,可能与含银系防霉材料同PE树脂交联有关。
2.3 生物源保鲜剂保鲜技术
γ-射线辐照能减少微生物的生长、有效杀灭
采用安全无毒的生物材料如壳聚糖海藻糖和天然植物提取物等利用其成膜性、抗菌性等生产出纯
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天然的大米生物保鲜剂喷涂在大米表面形成保护
膜,阻隔空气,从而抑制大米表面微生物和虫卵的生长繁殖,达到保鲜效果[21]。开发无毒、高效、低成本和实用的生物源保鲜剂成为研究热点。日本林原生物化学研究所利用酶以淀粉为原料直接制取海藻糖,并制成大米保鲜剂。这种保鲜剂可用于营养价值高的胚芽米和免淘米[22]。罗小虎等[23]研究表明:微生物产生的曲酸能减少大米中游离脂肪酸生成量,具有较好的抗氧化作用。Kimura等[24]分离了枯草芽孢杆菌可以抑制黄曲霉和寄生曲霉生长。Reddy等[25]研究发现红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)培养液可抑制黄曲霉生长。
很多中草药植物具有抗菌、抗虫等作用,是理想的天然抑菌防腐材料。Reddy等[25]研究了大蒜姜黄,圣罗勒和蒲桃提取物对黄曲霉抑制作用,结果表明这些植物提取物对黄曲霉生长和产毒均有抑制作用。陈伟畅等[26]研究表明:生姜的醇或水提取物对灰绿曲霉、黄绿青霉、黄曲霉有较好的抑制效果。张旭[27]等研究表明柠檬、艾叶、肉桂、丁香、香茅和芥末6种植物提取的精油对高水分含量(17%)的大米均有一定的防霉作用,其中芥末精油效果最好,能够明显地防止大米发霉,其最佳使用浓度为5μL/kg(米)。Paster等[28]报道牛至精油和百里香精油可抑制黄曲霉、黑曲霉和赫曲霉的生长。
关于植物精油防治储粮害虫的研究已有很多报道[11,29]。植物精油具有广谱、安全、不污染粮食等优点。人们已发现并确定许多有杀虫活性的植物精油,主要来自伞形科、唇形科、樟科和桃金娘科等植物,对粮食害虫米象、谷蠹、赤拟谷盗、长角扁谷盗和玉米象等具有杀卵、驱避、拒食和杀虫等作用。这些植物精油中主要含有氰醇类、单萜类、含硫化合物和
[29][30～31]
硫氰酸盐类等有效成分。肖洪美等研究香茅精油对玉米象、赤拟谷盗的控制作用。结果表明,香茅精油对玉米象和赤拟谷盗都有很强的驱避性,保持了较强的熏蒸活性;对玉米象有较强的触杀活性,而对赤拟谷盗的触杀活性较弱。对苍耳、枫杨、苦楝、香茅4种植物精油对玉米象的控制作用的研究发现:4种植物精油对玉米象成虫都具有较强的驱避性。María等[32]研究了从芫荽、葛缕子的种子和5种罗勒品种的叶子提取的精油中的不同组分对大米害虫米象、谷蠹和长角扁谷盗毒性,结果表明:芫荽精油中的沉香醇是主要活性成分,对三种害虫均有毒性,樟脑对谷蠹和长角扁谷盗有毒性;葛缕子精油中主要活性成分为香芹酮、苧烯、茴香酮和E-茴香醚。香芹酮对米象最有效,E-茴香醚对谷蠹有毒性;苧烯和茴香酮可以杀死长角扁谷盗成虫;5种罗勒精油均含有甲基胡椒酚、沉香醇等活性成分。
这些活性成分对害虫的毒性取决于使用剂量,复合
使用比单一使用更有效。植物精油研究主要集中在对储粮害虫的成虫期,而对卵期、幼虫期及蛹期的研究则相对较少,植物精油对储粮害虫的作用机理及对大米品质的影响方面的研究报道不多。2.4 微波处理技术
微波处理具有速度快,不污染食品和环境等特点,可有效控制农产品中的病虫害,是替代化学熏蒸控制储粮害虫的一种有潜力的方法[10]。目前微波主要用于谷物干燥、种子处理、水分测定和防治害虫
[33][34]
灭菌等方面。Xiong等和Zhao等[35]研究了适宜的大米微波防虫防霉工艺参数,提出利用微波非热效应降低能耗,采用低能量密度长时间的微波在线杀虫防霉方法,建立了米象和锯谷盗的微波致死模型。当大米温度达到55℃±1℃,微波能耗0.017kWh/kg,可使米象成虫和卵全部致死,虫卵比成虫对温度更敏感[10]。微波处理对大米品质也有影响[36～37]。微波能耗增加,大米中的游离脂肪酸和蛋白质含量减少,蓝值增加。微波处理可能弱化直链淀粉和支链淀粉之间的相互作用,改善它们的分散性和米饭的粘附性。2.5 其它
在许多植物中,脂氧合酶(LOX)在良好或不良风味形成过程中起重要作用。LOX主要存在于皮层中,将不饱和脂肪酸氧化成氢过氧化物。LOX-3参与大米中易挥发物质和陈化味的形成[3]。Su2zuki等[38]认为:LOX缺失可以减少氧化劣变。Zhang等[39]比较研究了脂氧合酶同功酶缺失和未缺失的稻米在室温、黑暗条件下储藏42个月,期间的虫害和生命力的变化,结果表明:LOX-1,2缺失的稻米品种比未缺失的储藏时间长,品质好,发芽率高;LOX-3缺失的稻米品种比未缺失的虫害低,所以通过育种技术也可以提高大米保鲜品质。
3 结论和展望
稻米是人类的主食,尤以亚洲对稻米依赖性最强。随着人们对大米品质、营养、口感、安全等要求不断提高和环保的重视,以稻米抗病虫育种为起点,以调控储粮生态因子为主要手段,通过自然低温、强制制冷及无公害综合防治病虫体系达到储粮品质无劣变、无污染,实现“绿色储运”是粮食储运的发展趋势。
据统计,现阶段利用塑料薄膜MA保鲜的大米总量约占总储量60%～70%。因此,大米新型防霉保鲜薄膜,特别是纳米防霉保鲜膜,将湿度、气体、防腐保鲜三因素高度集成化,使其既具有常规保鲜膜
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的气调、保湿功能,又具有防霉功能且降低成本是今后的研究方向。
开发无毒、高效、低成本和实用的生物源保鲜剂替代化学合成药剂用于大米防霉、防虫成为研究热点。但该方面的研究还不够深入和系统,生物源保鲜剂的使用方法及对储粮病虫害的作用机理和对大米品质的影响方面的研究有待进一步加强。
γ-射线辐照保鲜和微波处理技术是替代化学熏蒸防治储粮病虫害的有潜力的方法,目前,仍需要研究辐照和微波处理技术的杀虫、灭霉参数,评估其对大米品质的影响,形成标准化的杀虫、灭霉工艺,以便工业化推广应用。
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(CollegeofFoodScienceandTechnology,NanjingAgriculturalUniversity,Key
LaboratoryofFoodProcessingandQualityControl,MinistryofAgriculture,Nanjing 210095)Byintroducingbrieflythemechanismofricequalitydecreasinganditsimpactfactorsduringstorage,itmainlycomparedandanalyzedconventionalricestoragetechnology(storageatroomtemperature,stor2ageatlowtemperature,CAstorageandstoragebychemicalmethods),andsomepreservationpackingtechnologysuchasirradiationpreservationby
60
Coandelectronaccelerator,preservationtechnologyby
NanoFilm,preservationtechnologybybio-antistalingagent,microwaveirradiationtechnologyandsoon.Basedonthedevelopmentofricestorage,itbroughtforwardresearchdirectiononricestoragetech2nology.
Keywords:rice,storage,preservationtechnology
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