Effect of Packaging Materials on the Storage Quality of Purple Rice
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摘要: 紫米在储藏过程中易受内部及外部因素如温度、湿度、氧气等的影响,合适的包装能有效抑制紫米的陈化与霉变,本研究通过使用四种不同阻隔性的包装材料AL/PE、PA/PE单面压纹、PA/PE、PE/EVOH/PA/PE对紫米进行包装后储藏98 d,储藏期间定期测定紫米的水分含量、脂肪酸值、蛋白质含量、霉菌数量、电导率、色价、色差、电子鼻气味、形态结构等指标的动态变化并对各指标进行相关性分析。结果表明,各材料包装的紫米的水分含量有不同程度的上升而后下降、电导率先增加后降低、△E、脂肪酸值不断增大,蛋白质含量小幅上升后不断下降,霉菌含量先增加后减少至稳定,电子鼻能明显区分不同储藏期及不同包装材料中的紫米。从水分含量、△E、色价、脂肪酸值、形态结构指标来看,高阻隔材料PE/EVOH/PA/PE包装的紫米品质较稳定,从霉菌含量、电导率指标来看,PA/PE单面压纹材料包装的紫米品质较稳定。Abstract: Purple rice is susceptible to the influence of internal and external factors such as temperature, humidity and oxygen during storage, and proper packaging can effectively inhibit aging and mildew of purple rice. In this study, purple rice was packed and stored for 98 days using four packaging materials with different barrier properties, AL/PE, PA/PE single-sided embossed, PA/PE, PE/EVOH/PA/PE, and the dynamic changes of moisture content, fatty acid value, protein content, mold count, electrical conductivity, color value, color difference, E-nose odor, morphological structure and other indicators of purple rice were measured periodically during storage and correlation analysis was performed for each indicator. The results showed that the moisture content of purple rice increased and then decreased, the conductivity increased and then decreased, the △E and fatty acid value increased, the protein content increased slightly and then decreased, the mold count increased and then decreased to stable, and the electronic nose could significantly distinguish purple rice in different storage periods and different packaging materials. From the moisture content, △E, color value, fatty acid value and morphological structure indexes, the quality of purple rice packed with high barrier material PE/EVOH/PA/PE was more stable, and from the indexes of mold count and conductivity, the quality of purple rice packed with PA/PE single-sided embossed material was more stable.
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Keywords:
- purple rice /
- packaging materials /
- barrier /
- preservation /
- brown rice
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水稻是世界主要粮食作物之一,与小麦、玉米和马铃薯等作物被世界一半以上的人口食用[1],紫米,俗称“紫珍珠”,是有色稻的一种[2],在广东、云南、广西等多个省份均有种植,通常来说,紫米主要以糙米的形式生产,所以米粒含有完整的胚乳、麸皮和胚芽,紫米中营养物质如蛋白质、赖氨酸等含量比白米高,因此紫米相对于白米而言更有营养[3]。紫米的麸皮层含有丰富的花青素,花青素的浓度会影响紫色素、黑色素合成使得米粒具有不同深浅的颜色[1]。紫米富含的花青素、类黄酮、生物碱等生物活性物质,具有清除自由基、抗氧化、降血脂、降低胆固醇含量、抗癌、抗炎、抗过敏、抗糖尿病等的功能[4]。由于糙米的麸皮层直接暴露于环境中,受微生物感染,酶活性会增加,脂类物质发生氧化,导致糙米的品质下降[5],因此储藏过程中适宜的包装对于维持紫米的食用品质和延长货架期具有重要的意义。
国内外对大米和糙米的包装材料主要有纸袋、塑料编织袋、复合塑料袋,少数还在包装中添加纳米材料,配合抽真空、充氮气、充二氧化碳等方式进行包装[6]。目前常用的高阻隔性包装材料有乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚对苯二甲酸(PET)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。塑料编织袋是最简单的一种包装方式,但是编织袋不具备良好的阻隔性能,使用后大米霉变的概率大幅度增加[7],复合塑料袋将不同功能的塑料薄膜结合使用,利用各种塑料薄膜的优点,赋予复合包装膜更佳的功能特性,能较好阻隔大米与外界环境以减缓品质劣变[8]。Norkaew等[9]探究了采用PA/LLDPE和铝袋对黑糙米进行气调包装(空气、真空、氮气),充氮气的PA/LLDPE包装材料对黑糙米的花青素和酚酸等保留效果更好,异味物质的产生更少,说明包装能有效延缓黑米的品质劣变。
目前国内外对紫米包装保鲜探究较少,本研究经过对市面成熟的复合塑料膜进行氧气透过率和水蒸气透过率测定后,根据测定的氧气透过率高低选择了四种不同阻隔性材料,分别是PA/PE单面压纹、PA/PE、AL/PE、PE/EVOH/PA/PE材料,PA复合材料价格较低、耐磨、印刷性能较好,但氧气透过率较高,铝箔复合材料具有良好的光阻隔性,EVOH复合材料韧性好,对气体、有机溶剂等有较好的阻隔性[10]。因此,本文采用四种材料对紫米进行真空包装后置于35 ℃的高温下储藏加快紫米品质陈化,探究其在储藏过程中品质与时间的变化关系,为紫米包装储藏提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
紫糙米 广东云浮市新兴县微丰农业科技有限公司提供,品种为“天紫1号”,采收于2021年;包装材料为AL/PE、PA/PE、PA/PE单面压纹、PE/EVOH/PA/PE 1 kg米砖袋 市购,表1为参照GB/T 1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法[11]和GB/T 16928-1997包装材料试验方法 透湿率[12]测定的四种包装材料的厚度、氧气透过率、水蒸气透过率。无水乙醇 分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司;氯化钠 分析纯,上海润捷化学试剂有限公司;活性炭 分析纯,台山市粤侨试剂塑料有限公司;丙三醇 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;盐酸、磷酸 分析纯,广州化学试剂厂;孟加拉红培养基 广东环凯微生物科技有限公司;氢氧化钠标准滴定液 以达科技(泉州)有限公司;考马斯亮蓝、牛血清白蛋白 上海伯奥生物科技有限公司。
材料 厚度
(μm)氧气透过率
(cm3/m2·24 h·0.1 MPa)水蒸气透过率
(g/m2·24 h)AL/PE 112.1 8.450 2.419 PA/PE单面压纹 92/212.8 47.485/29.782 5.245/4.055 PA/PE 110 38.576 2.7165 PE/EVOH/PA/PE 105.7 2.247 1.866 超净工作台 苏州净化设备有限公司;LDZX-50L立式高压蒸汽灭菌锅 上海申安医疗器械厂;LHS-250SC恒温恒湿箱 上海齐欣科学仪器有限公司;202-0AB型电热恒温干燥箱 绍兴市苏铂仪器有限公司;PHS-3C pH计、DDS-11A电导率仪 上海仪电科学仪器股份有限公司;FD-5BT分光密度计 柯尼卡美能达公司;PEN3电子鼻 德国Airsense公司;UV-4802S紫外可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;TG16-WS离心机 湘潭湘仪仪器有限公司;SHZ-D(III)循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限公司;WBL10225破壁机 广东美的公司;EVO MA 15扫描式电子显微镜 德国Carl Zeiss集团;DZ-500B真空包装机 广州瑞宝包装机械有限公司;SHA-CA恒温水浴振荡器 常州澳华仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 紫米包装
将紫米按400 g/包装进上述包装材料中,对其进行抽真空后封口,各封装10袋,置于35±1 ℃[13],65%±5% RH恒温恒湿箱中加速陈化储藏,每隔14 d进行取样测定各品质指标,总储藏周期为98 d。
1.2.2 水分测定
水分测定参照GB 5009.3-2016干燥法[14]进行。
1.2.3 霉菌含量测定
霉菌含量测定参照GB 4789.15-2016霉菌和酵母菌计数[15]进行。
1.2.4 气味变化
气味变化参照彭旭怡等[16]的研究方法,取30 g紫米,置于100 mL的烧杯中,在30 ℃的恒温培养箱中顶空2 h,期间每隔半小时摇晃一次。用便携式电子鼻检测系统(Airsense PEN3,German)测定大米的气味变化,电子鼻参数为:采样间隔1 s,冲洗时间120 s,调零时间10 s,预采样时间5 s,检测时间120 s,载气流速、进样流速300 mL/min,每种样品重复测3次。选取80~85 s的响应值进行主成份分析(PCA)和Loadings分析。电子鼻传感器性能描述见表2。
阵列序号 传感器名称 性能描述 1 WIC 芳香成分 2 W5S 灵敏度大,对氮氧化合物很灵敏 3 W3C 氨水,对芳香成分灵敏 4 W6S 主要对氢气有选择性 5 W5C 烷烃芳香成分 6 W1S 对甲烷灵敏 7 W1W 对硫化物灵敏 8 W2S 对乙醇灵敏 9 W2W 芳香成分,对有机硫化物灵敏 10 W3S 对烷烃灵敏 1.2.5 蛋白质测定
蛋白质测定采用考马斯亮蓝法[17]。具体步骤如下:
取粉碎过40目的紫米粉0.5 g,置于研钵中,加入8 mL 0.1 mol/L NaOH,研磨成匀浆,转入50 mL离心管,静置30 min,期间每隔10 min振荡一次,3500 r/min,离心15 min,上清液转入50 mL容量瓶中,用蒸馏水定容至刻度线,摇匀,得碱溶性蛋白待测液。沉淀物中加入8 mL 7%乙醇提取,操作步骤同上,得醇溶性蛋白待测液。
吸取待测液0.3 mL置于15 mL试管中,加入15 mL考马斯亮蓝溶液,混合均匀,放置2 min后,用1 cm玻璃比色皿在595 nm波长测定吸光度,同时用牛血清蛋白的不同梯度溶液替代待测液测定标准曲线,记录吸光度值,在标准曲线上查出对应的蛋白质的含量,蛋白质标准曲线y=9.2301x+0.0731,R2=0.9971。
计算方法:
X=m1×V1V2×m2×1000×100 式中:X为试样中蛋白质的含量(g/100 g),m1为从标准曲线中查得的蛋白质的质量(mg),V1为最终样液的定容体积(mL),V2为测定时所取待测液的体积(mL),m2为研磨试样的质量(g)。
1.2.6 电导率测定
参照周显青等[18]的研究方法,具体步骤如下:随机挑选40颗完整的紫米,称量质量W,用蒸馏水冲洗3遍,用滤纸吸干浮水后放入100 mL的烧杯中,加入50 mL蒸馏水,加盖保鲜膜,在30 ℃的水浴锅中保温13 h,同时做空白对照。取出冷却至室温(25 ℃)后用电导率仪测定浸泡液的电导率。
计算方法:
电导率=(C1−C2)/W 式中:C1为浸泡液的电导率(μS/cm),C2为空白对照的电导率(μS/cm),W为紫米的质量(g)。
1.2.7 色差测定
色差测定参照张玉荣等[19]的方法。具体步骤如下:将紫米粉碎后过40目筛,混合均匀的紫米粉置于一次性培养皿中压实后作为待测样。用FD-5BT分光密度计选用L*、a*、b*模式测样品,以△E作为糙米色泽的评价指标[20],△E由△L*、△a*、△b*三者的平方和开平方得到。每个样品随机测定3次。
1.2.8 色价测定
色价测定参照黑米测定方法[21]。具体步骤如下:称取1 g紫糙米(精确到0.01 g)置于具塞锥形瓶中,加入100 mL 1.5 mol/L HCl-95%乙醇溶液(HCl/乙醇=15/85),在80 ℃恒温水浴中浸提1 h。浸提完毕,冷却至室温并用滤纸过滤至100 mL容量瓶,定容后在535 nm测其Abs值。
计算方法:
E1%1cm,λ=max535nm=A×RW E1%1cm,λ=max535nm 即1 g紫米所含色素溶于100 mL酸性乙醇溶液,选用1 cm比色皿,在最大吸收波长535 nm处测得的吸光度(Abs),A为测试液的吸光度值,R为色素提取液的稀释倍数,W为样品的质量(g)。1.2.9 脂肪酸值测定
脂肪酸参照稻谷储存品质判定规则[22]和粮油检验 谷物及制品脂肪酸值[23]。具体步骤如下:取过40目筛的紫米粉待测样品,称取10 g置于250 mL的具塞锥形瓶中,加入50 mL无水乙醇,振摇30 min后加入0.5 g活性炭,静置5 min后转移至50 mL离心管中,用冷冻离心机,25 ℃,3500 r/min离心10 min后,收集上清液25 mL以上作为待测液。吸取25 mL的待测液置于200 mL的烧杯中,加入50 mL去CO2的蒸馏水(加盖加热10 min),加盖保鲜膜后放入校准的pH计的复合电极,用氢氧化钾标准滴定液滴定至pH为8,同时测定空白对照样,以中和100 g样品中游离脂肪酸所需的氢氧化钾毫克数表示。
计算方法:
S=(V1−V0)×c×56.1×5025×100m(100−ω)×100 式中:S为100 g紫糙米中游离脂肪酸所需氢氧化钾毫克数(mg/100 g),V1为滴定试样消耗氢氧化钾溶液的体积(mL),V0为空白对照消耗氢氧化钾溶液的体积(mL),c为氢氧化钾标准滴定液的浓度(mol/L),50为无水乙醇加入的体积(mL),25为滴定试样的体积(mL),100为换算为100 g干试样的质量(g),m为试样的质量(g),ω为试样中水分质量(g)。
1.2.10 胚乳结构观察
随机选取完整的紫米,放置在贴有导电胶的样品台上,在离子溅射仪上镀金膜后,用扫描电镜观察,电压为10 kV,放大100倍,观察后进行拍照。
1.3 数据处理
除霉菌含量外,其他指标无异常值重复测定三次,结果取平均值。数据采用Excel 2021、OriginPro9.0、SPSS 24.0、Winmuster软件进行统计与分析。
2. 结果与分析
2.1 水分变化
水分对于维持紫米的品质有着重要的作用,水分不仅会影响微生物的生长,还会影响脂肪酸值的变化[15],保持紫米稳定的含水量有利于维持紫米的食用品质;紫米水分含量的变化与米粒本身的呼吸和代谢有关,也与包装材料有关[24]。图1为不同包装材料对紫米加速储藏98 d水分含量变化趋势的影响,四种包装中的紫米的水分含量随储藏时间的增加整体呈先上升后下降的趋势。四款包装中紫米的水分含量在0~42 d呈上升趋势,可能是由于高温引起的水分迁移混乱,吸附水向自由水迁移,导致自由水的水分含量增加[25],42~98 d AL/PE材料和PA/PE材料中的含水量稍微下降后上升,PA/PE单面压纹材料中的水分含量呈下降后趋于平稳的趋势,PE/EVOH/PA/PE材料中的水分含量在56 d达到最高后下降后趋于平稳,从图中趋势可以看出PA/PE材料、AL/PE材料内紫米的水分含量波动都比较大,PA/PE单面压纹材料、PE/EVOH/PA/PE材料中的水分含量波动较小。水分含量对于维持米粒的品质、控制微生物生长和繁殖及其他物理特性起着非常重要的作用,四款不同阻隔性的包装材料中,PE/EVOH/PA/PE材料的水蒸气透过率最低,对于维持紫米的水分含量效果最好。
2.2 霉菌含量的变化
紫米在储藏期间,由于失去了稻壳的保护,极易被霉菌所感染,霉菌通过消耗米粒的营养物质并产生代谢物质,影响紫米的品质[10]。图2为不同包装材料中紫米加速储藏98 d霉菌含量的变化,储藏初期紫米中霉菌含量为10 CFU/g,储藏过程中,四种包装材料中的霉菌数量呈先上升后下降的趋势,与藏茜等研究结果一致[10],由于糙米的表层营养物质比较丰富,储藏0~56 d霉菌数量有所增加,是由于霉菌消耗紫米表层的营养物质,霉菌含量逐渐增加至最高点,而从56~98 d,由于营养物质消耗,霉菌生长被抑制,霉菌含量逐渐减少[20]。储藏过程中,PA/PE单面压纹材料中紫米的霉菌含量变化浮动较小,最高是在28 d,霉菌含量为20 CFU/g,对霉菌的抑制效果最好,可能是由于其水分含量保持在比较低的状态,水分含量低,米粒的呼吸作用较低,微生物的生物活性有所抑制,PA/PE材料的氧气透过率为四个包装中最大,所包装的紫米的霉菌含量变化浮动最大,最高是在56 d,霉菌含量为100 CFU/g,PE/EVOH/PA/PE与AL/PE的变化趋势相似,储藏末期霉菌含量均为15 CFU/g,阻隔性更高的PE/EVOH/PA/PE、AL/PE、PA/PE单面压纹材料较PA/PE的抑菌效果更好,说明包装材料的阻隔性对霉菌生长有重要影响。
2.3 气味变化
Loadings分析与PCA分析是相关的,均是通过观察传感器在横纵坐标轴上的响应值,位置距离原点越远,其负载的参数值越大,说明传感器在评价样品品质中起到的作用越大[26]。由图3、图4可知第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的贡献率分别为92.89%和5.70%,总贡献率为98.59%,超过85.00%,可以代表紫米样品的整体气味[27]。由图3可见W1W和W5S在检测中作用最大,贡献率最高。如表2所示,W1W传感器对硫化物灵敏,W5S传感器对氮氧化合物灵敏。从图4的PCA图可以看出,电子鼻的W1W传感器能够区分不同储藏时期的紫米,但是同一时期不同包装材料中紫米的响应值相差不大,较难区分,W5S传感器能够区分不同储藏时期和不同包装中的紫米气味的变化。在储藏过程中,四个包装内紫米中的硫化物随着储藏时间的增加先增多后减少,氮氧化合物随着储藏时间的增加先增多后减少,储藏末期增加。氮氧化合物的变化是由于脂肪、氨基酸等降解为酮类、醛类等物质[28]。
2.4 蛋白质变化
紫米中含有丰富的蛋白质,较普通白米的含量高23%[29]。战旭梅[30]探究不同品种稻谷在38 ℃储藏9个月后发现,除武粳14储藏后蛋白质含量基本不变外,其他品种蛋白质含量都有所降低。图5是不同包装材料中紫米加速储藏98 d蛋白质的变化。储藏过程中,四种包装材料中紫米的蛋白质呈小幅增加后逐渐下降的趋势。赵学伟等[31]研究发现,陈化后的大米,总蛋白以及清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的提取率都降低。蛋白质测定过程中,考马斯亮蓝G20主要与蛋白质中的碱性氨基酸和芳香族的氨基酸残基疏水相互作用结合[17]。在温度、氧气、水分等影响下,蛋白质被氧化,导致蛋白质的空间结构发生变化,蛋白质与淀粉之间交联程度增加,蛋白质在淀粉周围形成了网络结构[32],另外脂质氧化产生的过氧化物和碳基化合物会通过巯基和二硫键与蛋白质结合[7],导致蛋白质的含量下降。整个储藏过程中,AL/PE材料和PE/EVOH/PA/PE材料对于维持蛋白质的含量效果较好,而PA/PE单面压纹材料与PA/PE材料中紫米蛋白质含量下降比较严重,材料的阻隔性高,对于维持蛋白质含量效果较好。
2.5 电导率变化
细胞膜发挥隔离环境与细胞的作用,它影响细胞代谢过程的酶活性,调节细胞之间的物质传递。随着储藏时间的增加,稻谷细胞膜通透性增大,其细胞电解质渗漏,导致电导率增加[33]。图6为不同包装材料中紫米加速储藏98 d电导率的变化,整体呈波动上升后下降的趋势,这与姚亚静采用真空包装糙米储藏过程中的电导率变化趋势一致[34],其中PA/PE单面压纹材料中紫米的电导率的波动最小,从初始的66.90 μS·cm−1·g−1到56 d达到最高的86.13 μS·cm−1·g−1,储藏末期98 d时为67.33 μS·cm−1·g−1。PE/EVOH/PA/PE中紫米的电导率波动浮动较大,最高点在56 d时为90.46 μS·cm−1·g−1,储藏末期98 d时为73.58 μS·cm−1·g−1;AL/PE材料中紫米的电导率最高点在在56 d时为90.47 μS·cm−1·g−1,储藏末期98 d时为73.68 μS·cm−1·g−1;PA/PE材料中的紫米在储藏末期98 d电导率最高,为78.00 μS·cm−1·g−1。可见,PA/PE单面压纹材料对于维持紫米的电导率效果最好。
2.6 色差变化
受光照、水分和气体变化的影响,紫米中的花青素、脂肪酸值、蛋白质等营养物质会发生酶促褐变[24]、非酶促褐变、垩白[35]等使得其色差发生改变,加速储藏选用的35 ℃也加快了色泽的变化,可能是由于温度接近脂肪酶活性的最佳温度[36],本文选用L*、a*、b*色彩空间测定紫米的色差变化,△E值越大,紫米的色泽变化越大,当△E<1.5时、1.5<△E<3.0、3.0<△E<6.0分别代表样品与储藏前样品颜色对比无差异、稍有差异、有显著差异。由图7可知四种包装内紫米的△E值均随着储藏时间的延长而增大,第0~70 d △E值增加较快,从第70 d至储藏末期增加速度减缓。从相关性分析可知,AL/PE材料、PA/PE单面压纹材料、PA/PE材料中紫米的△E与水分含量极显著相关,说明此时水分含量对色差的影响较大。除此之外,由于不同材料的氧气透过率和水蒸气透过率不同,使得紫米的各类物化反应如蛋白质氧化、脂肪氧化等程度不同,导致不同的色泽变化[37],AL/PE和PA/PE中紫米的△E在第42 d的时超过3.0;PA/PE单面压纹和PE/EVOH/PA/PE中紫米的△E在第56 d超过了3.0,说明此时紫米的颜色较取样前稍有差异。后续储藏过程中,四种包装内的紫米的△E均大于3.0,色差已经有明显差异。储藏到98 d时,AL/PE、PA/PE、PA/PE单面压纹的△E为5.42、5.54、5.54,PE/EVOH/PA/PE的△E为5.07,保持在最低,总色差变化最小。
2.7 色价变化
色价是测定紫米中花色苷色素的含量,该色素是一种水溶和醇溶性色素[21]。通过测定色价可以反映紫米所含色素总量的90%以上[38]。图8是不同包装材料中紫米加速储藏98 d色价的变化。储藏初期色价值为1.304,储藏过程中,四款包装中紫米的色价变化趋势有所差异,在0~28 d范围内不同程度降低,28~98 d波动上升,紫米麸皮层富含花青素,其颜色和稳定性易受内部及外部因素的影响,如光照、温度、氧气、pH、酶等的影响[33]。色价降低可能是由于紫米的花色苷受高温影响,加之四款包装材料氧气透过率有所差异,导致包材内部氧气含量不同,所以变化程度不同,紫米的生理生化反应导致脂肪酸含量增加,当pH从碱性至强酸性变化时,花色苷色调从红色变至紫色或者兰色[39],导致色价的检出值增大。Yamuangmorn等[40]研究了紫糙米和紫稻在储藏6个月花青素浓度的变化,两者均在0~1月降低,1~6月增加,储藏末期浓度少于初始样品,真空包装比非真空包装的紫米花青素浓度高10%。从图中可见,AL/PE材料中紫米的色价变化波动最大,储藏末期色价值为1.253;最稳定的是PE/EVOH/PA/PE材料中的紫米,储藏末期色价值为1.312;PA/PE单面压纹材料和PA/PE材料储藏末期色价值分别为1.353和1.270。可见PE/EVOH/PA/PE材料对于维持紫米中花色苷的稳定性效果最好。
2.8 脂肪酸值变化
储藏过程中,脂类物质受温度、氧气、内源酶等的影响会氧化产生游离脂肪酸[41],这是脂肪劣变的第一阶段,表现为脂肪酸值含量不断上升,脂肪酸值含量越高,气味和感官品质越差[42],因此能用于衡量紫米的品质。从图9可以发现,不同包装材料中紫米的脂肪酸值的变化趋势相似,都是随着储藏时间的增加而增大,该趋势与周绪霞等[43]、臧茜等[10]研究结果一致,米粒表面微生物的增加也会加速脂类的分解。在储藏期98 d,PA/PE单面压纹材料和PA/PE材料中紫米的脂肪酸值上升较快,分别为133.0 mg/100 g、132.3 mg/100 g,其次是AL/PE材料,含量为123.6 mg/100 g,最低的是PE/EVOH/PA/PE材料,为115.6 mg/100 g。由于紫米的麸皮层含有较多的脂质,在35 ℃储藏下,脂肪水解酶活性较高,酶促反应导致脂肪水解速度加快,除此之外,脂类与包装内的氧气发生非酶促反应(氧化作用)也会使脂肪酸增加[44],不同包装材料的氧气透过率不同,该因素使脂肪酸值增加速度有所不同,四款包装中按氧气透过率排序为PA/PE单面压纹材料>PA/PE材料>AL/PE材料>PE/EVOH/PA/PE材料,综合可见,包装材料的氧气透过率越低越有利于减缓脂质氧化[45]。
2.9 形态结构的变化
稻谷脱壳后未打磨,因此糙米会保留完整的麸皮和胚芽[46],随着储藏时间的增加,组织代谢累积,紫米的麸皮层损伤增加后,微生物通过裂缝进入并穿透胚乳[47],胚芽的营养物质丰富,更容易被微生物入侵。图10为不同包装材料中紫米加速储藏98 d后放大100倍下的胚芽部分,观察发现储藏前的紫米(A)胚芽基本完整,无明显起皮,储藏至98 d后,不同包装内紫米的胚芽均出现不同程度地损伤和起皮的现象,紫米经高温加速陈化后,麸皮层损伤增加。AL/PE材料中紫米(B)和PA/PE材料的紫米(D)的胚芽有50%明显的损失和起皮,PA/PE单面压纹材料中紫米(C)和PE/EVOH/PA/PE材料中紫米(E)的胚芽出现少量的损伤和小面积的起皮,储藏期内,PA/PE单面压纹材料中紫米(C)的霉菌含量最少,对麸皮层的损伤更小一些。而PE/EVOH/PA/PE包装内氧气浓度低,陈化速度相对较慢,因此胚芽部分损伤范围更小,无明显起皮,形态更好。
3. 各指标相关性分析
3.1 AL/PE材料中紫米各指标的相关性
由表3可知,紫米在该包装中储藏时间、水分含量、脂肪酸之间呈现正相关,蛋白质与色价呈现负相关。脂肪酸值和储藏时间之间呈现极显著的相关性(P<0.01),脂肪酸值作为粮食品质的判定指标,因此选取与脂肪酸(YA)相关性较高的储藏时间(X1)和△E(X2)进行线性回归分析,得二元线性回归方程YA=0.448X1+7.042X2+44.955(R2=0.971;F=119.981,P<0.01)。
3.2 PA/PE单面压纹材料中紫米各指标的相关性
由表4可知,紫米在该包装中储藏时间、脂肪酸值之间呈现正相关,霉菌含量与色价呈现负相关;蛋白质与色价、脂肪酸值呈现负相关。选取与脂肪酸(YB)相关性较高的储藏时间(X1)和△E(X2)进行线性回归分析,得二元线性回归方程YB=0.201X1+11.082X2+51.881(R2=0.971;F=119.547,P<0.01)。
水分 霉菌含量 蛋白质 电导率 △E 色价 脂肪酸 储藏时间 −0.033 −0.431 −0.828* 0.364 0.979** 0.597 0.977** 水分 −0.064 0.356 0.073 −0.028 −0.268 0.073 霉菌含量 0.490 −0.148 −0.458 −0.837** −0.395 蛋白质 −0.050 −0.779* −0.774* −0.711* 电导率 0.525 −0.063 0.513 △E 0.548 0.989** 色价 0.477 3.3 PA/PE材料中紫米各指标的相关性
由表5可知,紫米在该包装中储藏时间与蛋白质含量呈现负相关,储藏时间、电导率、脂肪酸之间呈现正相关,水分含量与电导率、脂肪酸呈现正相关,霉菌含量与电导率呈现正相关,蛋白质与电导率、脂肪酸呈现负相关。选取与脂肪酸(YC)相关性较高的储藏时间(X1)和 △E(X2)进行线性回归分析,得二元线性回归方程YC=0.679X1+5.677X2+42.496(R2=0.959;F=82.540,P<0.01)。
水分 霉菌含量 蛋白质 电导率 △E 色价 脂肪酸 储藏时间 0.849** 0.403 −0.903** 0.746* 0.912** 0.385 0.976** 水分 0.486 −0.838** 0.712* 0.880** 0.490 0.863** 霉菌含量 −0.388 0.751* 0.493 0.040 0.437 蛋白质 −0.736* −0.714* −0.653 −0.869** 电导率 0.744* 0.331 0.806* △E 0.234 0.945** 色价 0.444 3.4 PE/EVOH/PA/PE材料中紫米各指标的相关性
由表6可知,紫米在该包装中储藏时间与蛋白质呈现负相关、与脂肪酸呈现正相关,水分与霉菌含量、电导率、脂肪酸之间呈正相关,蛋白质与色价呈负相关,电导率与脂肪酸呈正相关。选取与脂肪酸(YD)相关性较高的储藏时间(X1)和水分含量(X2)进行线性回归分析,得二元线性回归方程YD=0.231X1+10.702X2+46.126(R2=0.929;F=46.815,P<0.01)。
水分 霉菌含量 蛋白质 电导率 △E 色价 脂肪酸 储藏时间 0.658 0.171 −0.713* 0.623 0.986** 0.410 0.968** 水分 0.782* −0.358 0.859** 0.671 0.260 0.733* 霉菌含量 0.235 0.564 0.181 −0.108 0.278 蛋白质 −0.429 −0.669 −0.794* −0.653 电导率 0.696 0.069 0.726* △E 0.288 0.973** 色价 0.328 4. 结论
本研究通过使用四种不同阻隔性的包装材料AL/PE、PA/PE单面压纹、PA/PE、PE/EVOH/PA/PE材料对紫米进行包装后储藏98 d后发现,各材料中紫米的水分含量有不同程度的上升而后下降、电导率先增加后降低、△E、脂肪酸值不断增大,蛋白质含量小幅上升后不断下降,霉菌含量先增加后减少至稳定,电子鼻能明显区分不同储藏期及不同包装材料中紫米。从水分含量、△E、色价、脂肪酸值、形态结构指标来看,高阻隔材料PE/EVOH/PA/PE包装的紫米品质较稳定,从霉菌含量、电导率指标来看,PA/PE单面压纹材料包装的紫米品质较稳定。采用高阻隔性包装材料真空包装紫米能延缓紫米的陈化,目前储运更多是采用尼龙复合材料进行包装销售,由于EVOH复合材料的成本相对较高,企业相应的包装成本会增加许多,如前文所探究的,虽然EVOH材料能保持紫米的部分指标的稳定,但是紫米品质受到很多因素的综合影响,实际储藏过程中,温湿度是一个动态变化的过程,未来的研究方向可以探究不同包装材料、包装方式和储藏条件对紫米品质变化的影响。
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表 1 四种包装材料的参数
Table 1 Parameters of four kinds of packaging materials
材料 厚度
(μm)氧气透过率
(cm3/m2·24 h·0.1 MPa)水蒸气透过率
(g/m2·24 h)AL/PE 112.1 8.450 2.419 PA/PE单面压纹 92/212.8 47.485/29.782 5.245/4.055 PA/PE 110 38.576 2.7165 PE/EVOH/PA/PE 105.7 2.247 1.866 表 2 电子鼻传感器性能描述
Table 2 Electronic nose sensore and their responses to the substances
阵列序号 传感器名称 性能描述 1 WIC 芳香成分 2 W5S 灵敏度大,对氮氧化合物很灵敏 3 W3C 氨水,对芳香成分灵敏 4 W6S 主要对氢气有选择性 5 W5C 烷烃芳香成分 6 W1S 对甲烷灵敏 7 W1W 对硫化物灵敏 8 W2S 对乙醇灵敏 9 W2W 芳香成分,对有机硫化物灵敏 10 W3S 对烷烃灵敏 表 3 储藏期间AL/PE材料中紫米各指标的相关性
Table 3 Correlation of purple rice indexes in AL/PE materials during storage
表 4 储藏期间PA/PE单面压纹材料中紫米各指标的相关性
Table 4 Correlation of purple rice indexes in PA/PE single-sided embossed materials during storage
水分 霉菌含量 蛋白质 电导率 △E 色价 脂肪酸 储藏时间 −0.033 −0.431 −0.828* 0.364 0.979** 0.597 0.977** 水分 −0.064 0.356 0.073 −0.028 −0.268 0.073 霉菌含量 0.490 −0.148 −0.458 −0.837** −0.395 蛋白质 −0.050 −0.779* −0.774* −0.711* 电导率 0.525 −0.063 0.513 △E 0.548 0.989** 色价 0.477 表 5 储藏期间PA/PE材料中紫米各指标的相关性
Table 5 Correlation of purple rice indexes in PA/PE materials during storage
水分 霉菌含量 蛋白质 电导率 △E 色价 脂肪酸 储藏时间 0.849** 0.403 −0.903** 0.746* 0.912** 0.385 0.976** 水分 0.486 −0.838** 0.712* 0.880** 0.490 0.863** 霉菌含量 −0.388 0.751* 0.493 0.040 0.437 蛋白质 −0.736* −0.714* −0.653 −0.869** 电导率 0.744* 0.331 0.806* △E 0.234 0.945** 色价 0.444 表 6 储藏期间PE/EVOH/PA/PE材料中紫米各指标的相关性
Table 6 Correlation of purple rice indexes in PE/EVOH/PA/PE materials during storage
水分 霉菌含量 蛋白质 电导率 △E 色价 脂肪酸 储藏时间 0.658 0.171 −0.713* 0.623 0.986** 0.410 0.968** 水分 0.782* −0.358 0.859** 0.671 0.260 0.733* 霉菌含量 0.235 0.564 0.181 −0.108 0.278 蛋白质 −0.429 −0.669 −0.794* −0.653 电导率 0.696 0.069 0.726* △E 0.288 0.973** 色价 0.328 -
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