大米贮藏保鲜技术研究进展.pdf
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1、第 4 卷 第 6 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.4 No.6 2013 年 12 月 Journal of Food Safety and Quality Dec.,2013 基金项目:渤海大学人才引进基金项目(BHU20120301)Fund:Supported by Bohai University Talent Introduction Foundation(BHU20120301)*通讯作者:冯叙桥,教授,博士生导师,主要研究方向为果蔬质量与安全控制。E-mail:feng_xqhotmail.c om*Corresponding author:FENG Xu-
2、Qiao,Professor,Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province,Food Science Research Institute of Bohai University,No.19,Technology Road,Songshan District,Jinzhou 121013,China.E-mail:feng_ 大米贮藏保鲜技术研究进展 段小明1,戴慧媛2,冯叙桥1,2*,张 蓓1,蔡茜彤1,范林林1(1.渤海大学食品科学研究院,辽宁省食品安全重点实验室,锦州 121013;2.沈阳农业大学食品学院,沈阳 110866)摘摘 要要
3、:大米(Oryza sativa L.)营养物质丰富,是人类最重要的粮食作物之一。大米经长时间贮藏后,其中的淀粉、蛋白质、脂肪等组分会发生各种变化,使其食用品质下降。大米贮藏保鲜技术能够在一定程度上抑制大米生虫、霉变和陈化现象的发生,延长大米的贮藏期。本文从贮藏温度和相对湿度的控制、电离辐射保鲜、介电加热保鲜、涂膜保鲜、包装保鲜和保鲜剂保鲜等方面,概述了大米贮藏保鲜技术的研究和应用现状。目前,大米的贮藏方式落后,贮藏保鲜技术大多仅处于实验室研究阶段、较难实现工业化应用,有关大米贮藏保鲜方面的研究还不够全面和深入是大米贮藏保鲜中主要存在的问题。大米复合保鲜和大米品种的优选优育、从分子水平上对大米
4、进行保鲜是大米贮藏保鲜技术的发展趋势。关键词关键词:大米;贮藏;保鲜技术;进展 Research advances on rice storage technology DUAN Xiao-Ming1,DAI Hui-Yuan2,FENG Xu-Qiao1,2*,ZHANG Bei1,CAI Xi-Tong1,FAN Lin-Lin1(1.Food Safety Key Lab of Liaoning Province,Food Science Research Institute of Bohai University,Jinzhou 121013,China;2.College of Fo
5、od Science,Shenyang Agriculture University,Shenyang 110866,China)ABSTRACT:Rice(Oryza sativa L.)is one of the staple foods for human beings as it is rich in nutrients.However,occurance of various biological and biochemical changes of starch,protein,fat and other components in rice during long period
6、storage result in the decline of rice edible quality.To an extent,rice storage technol-ogy can inhibits the growth of insect pests,mildew and aging process of rice.Research advances on rice storage technology,including the control of storage temperature and relative humidity,ionizing radiation,diele
7、ctric heating,coating preservation,packaging technology and preservation with fresh keeping agents,were reviewed in this paper.Present storage technology of the rice is,overall,outdated.And most technologies for rice storage are in the stage of laboratory research and still far away to be applied in
8、 the rice industry.In addition,research on rice storage is not comprehensive and extensive.Trends of technological development for rice storage in-clude but not limited to the application of compound preservation technology,selection of best rice variety for storage,and implementation of rice preser
9、vation at molecular level.KEY WORDS:rice;storage;preservation technology;progresses 1646 食品安全质量检测学报 第 4 卷 大米(Oryza sativa L.)是人类最重要的粮食作物之一,全世界约有 39 个国家、超过世界半数以上人口以大米为主食,亚洲对大米的依赖性最强;我国也是稻米的消费大国,约有 67%的居民以稻米为主食;为保证食物安全和人民的基本生活,每个国家都必须有一定数量的稻谷储备,贮藏过程中,稻米的陈化、霉变、虫害等问题是稻米贮藏中的历史难题1-2。陈化会引起大米的理化性质如糊化性质、颜色、风
10、味、成分组成等发生变化,影响稻米的食用和蒸煮品质,大米的陈化主要由以下原因引起,包括细胞壁和蛋白质的变化,蛋白质间的相互作用,油脂氧化产物的分解,淀粉和蛋白质的相互作用等3。大米中含有一定数量的真菌,随着贮藏时间的延长,真菌大量繁殖导致大米霉变;岛青霉(Penicillium islandicum)和黄曲霉(Aspergillus flavus)是贮藏大米中生长的主要有害 真 菌4。米 象(Sitophilus oryzae L.)、玉 米 象(Sitophilus zeamais M.)、谷象(Rhyzopertha dominica F.)是大米中存在的 3 种主要象鼻虫,俗称“米虫”5。
11、为缓解和抑制大米贮藏过程中老化、霉变、虫害的发生,许多学者也尝试采用不同的方法对大米进行处理,以延长其贮藏期。大米的贮藏保鲜对于提升其食用安全性,减少粮食资源的损失意义重大。本文概述了大米贮藏保鲜技术的研究和应用现状,指出了大米贮藏保鲜中存在的一些问题,并对其发展前景进行了展望。1 大米贮藏保鲜技术 1.1 贮藏温度和相对湿度的控制 贮藏温度和相对湿度是大米贮藏的外界环境条件,对大米的品质影响较大。为保证贮藏效果,需了解温度及相对湿度对贮藏期间大米品质的影响,在此基础上选择适宜的大米贮藏环境条件。Kanlayakrit等6将水稻 Kalasin11 和 KhawDokMali105 的糙米和脱
12、壳精米分别在 205、305、405 下贮藏10 个月,并对其贮藏期间的理化性质进行了测定。结果表明,405 下贮藏时,两种稻米的糙米和精米其凝胶稳定性、伸长率、糊化性质均明显发生了变化,对大米的食用品质产生间接影响。Kaminski 等2研究了贮藏温度(0.5、20、35)和时间对灌溉稻贮藏期间(180 d)品质的影响,认为贮藏温度和时间对大米的烹饪品质、糊化性质影响较大;贮藏时间较长、温度较高的条件下,大米体积膨胀率、熟制时间、米粒完整性、伸长率的变化更明显;贮藏180 d后,与0.5、20 下贮藏的大米相比,35 下贮藏的大米老化程度最大。Park 等3研究了大米在 4、20、30、40
13、 下贮藏期间理化性质的变化,结果表明与较低温度(4、20)下贮藏的大米相比,较高温度(30、40)下贮藏的大米脂肪酸败程度较高,色泽保持较差,制得米饭的凝聚性和硬度较高。贮藏 1 个月后,高温(30、40)贮藏大米制得米饭的感官评分显著降低,大米低于室温下贮藏有利于其品质的保持。Kim 等7研制了一种容量为10 t的自然干燥低温贮藏装置,室温下对收获后的稻谷进行自然通风处理,随后在 15 下进行贮藏。贮藏期间稻米发芽率、水分含量、破碎率、脂肪酸度测定结果表明,稻谷贮藏期间(一年)品质良好。张蕾等8将使用低密度聚乙烯(LDPE)包装的大米置于温度 38,相对湿度分别为 8%、34%、75%、96
14、%的条件下进行贮藏,研究相对湿度对大米霉变的影响,结果表明,相对湿度较低(8%、34%)的环境中,大米的主要品质变化是由失水引起米粒爆裂,霉菌生产缓慢;相对湿度较高(75%、96%)的环境中,霉菌生长迅速,加速了大米品质的劣变;相对湿度对大米水分活度影响显著,当外界水蒸汽压高于大米的水分活度时,大米易吸湿返潮,生霉发热;因此相对湿度对大米的贮藏稳定性有较大影响。Choi 等9研究了不同碾磨程度的大米中蜡样芽胞杆菌、嗜中温需氧菌、霉菌和酵母菌在温度为 12 或 21,相对湿度分别为 43%、68%、85%的条件下贮藏期间(24 周)的生长模型。结果表明,在温度 12,相对湿度 85%的条件下,霉
15、菌和酵母菌的数量仅在糙米中显著升高;而在温度 21,相对湿度 85%的条件下,不同碾磨程度的大米中霉菌和酵母菌的数量均显著增加。上述研究表明,低温更利于抑制大米的脂质氧化,维持大米的色泽,抑制大米的老化,提升大米的食用品质,是大米保鲜的有效途径之一;贮藏相对湿度应适中,避免因相对湿度过低引起大米的爆裂和过高引起真菌大量繁殖导致大米霉变。大米贮藏温度宜保持在 15,相对湿度保持在 75%,可使大米处于休眠状态10,延长其贮藏期。1.2 电离辐射保鲜 辐照保鲜加工是一种无污染、无残留的物理加工过程,常温条件下即可进行。辐照造成昆虫、微生物第 6 期 段小明,等:大米贮藏保鲜技术研究进展 1647
16、死亡或不育的原因在于电离辐射能够引起昆虫或微生物体内蛋白质及核酸在分子水平上发生变化,破坏了其新陈代谢,抑制 RNA 和 DNA 的代谢,最终导致其生理代谢、发育速度、活动能力和繁殖能力下降11。许多学者的研究表明,辐照技术在控制大米中的有害微生物和害虫、延长大米贮藏期方面有较好的效果(表 1)。由表1可知,大米辐照中常采用的辐照类型为电子束辐照和 射线辐照,一定剂量的辐照可以部分或完全杀灭大米中的有害微生物和害虫。需要指出的是,高剂量的辐照往往对大米品质产生较大的负面影响,如大米严重褐变18,脂质氧化程度增加13,淀粉结晶度增大14,风味劣变15等,因此利用辐照技术保鲜大米应严格控制剂量。1
17、.3 介电加热保鲜 介电加热包括射频(radio frequency,RF)和微波(microwave,MW)这两种方式,微波加热常用频率为2450 MHz或915 MHz,射频加热常用的频率为13.56 0.067 MHz(工业)、27.12 0.160 MHz(科研)和40.68 0.020MHz(医疗)20-21。介电加热的生物效应主要是源于其热特性22,以较高的温度杀灭食品中的害虫和微生物,达到食品保鲜的目的。与常规加热方式如熏蒸、热风等相比,介电加热的主要优势在于加热迅速、均匀,对物料穿透性较强20,23,杀菌灭虫的同时对物料品质影响较小。介电加热对大米的保鲜效果见表 2。由表2可知
18、,大米经一定条件下的微波或射频处理后,虫害可得到有效的控制,大米贮藏期间的稳定性和食用品质有所提升。关于高频介电用于谷物储藏害虫防治的报道始于 1946 年,在保证谷物品质的前提下,确定合理的微波、射频参数对害虫进行防治,是值得深入研究的方向29。1.4 涂膜保鲜 涂膜保鲜是一种较为新型的保鲜方式,目前主要用于生鲜食品的保鲜。可食膜可以抑制食品水分流失、脂质氧化和褐变的发生,改善食品外观,保持产品风味,作为抗氧化剂和抑菌剂的载体30。闫清平31研究了不同成膜材料对大米贮藏性能的影响,确定大豆分离蛋白(SPI)为最佳成膜材料,其最佳成膜条件为:pH 8.17,温度 82,SPI浓度为 6.0%。
19、不同处理方式的大米陈化后,涂膜大米的脂肪酸值变化量较低;米饭的硬度及胶质感减小,陈化进程得到延缓。表 1 辐照处理对大米的保鲜效果 Table 1 Effect of irradiation treatment on rice preservation 方式 对象 辐照剂量 结果 参考文献 射线辐照 龙稻 1 号 0.40.8 kGy 常温下贮藏 1 年,无虫蛀现象,营养成分及感观指标变化不明显。孟丽芬等12 香米 KDML-105 0.20.5 kGy 控制包装香米中的虫害,同时大米品质受辐照影响较小。Sirisoontaralak 等 13 澳大利亚长粒米 Inga 1.0 kGy 以下
20、微生物数量随着辐照剂量的增大而降低,大米黄度值和水溶性直链淀粉含量增大。Wootton 等14 籼米 24 kGy 杀灭害虫和部分微生物,改善籼稻品质。Bao 等15 糙米 KDML-105 6 kGy 室温下(302)贮藏 4 个月,真空或密封包装接种糙米的真菌数减少 80%以上。Boonchoo 等16 大米 120 Gy 可以实现大米象鼻虫检疫安全。Peter 等17 电子束辐照 水分 14.50%的大米 能量E=1.8 Mer;剂量2.4105 rad 30 下可安全储藏一年,对大米品质影响不大。呼玉山等18 脱壳稻米 1.1 kGy 杀灭大肠杆菌群、亚 硫 酸 盐 还 原 梭 状 芽
21、 孢 杆菌、真菌。Sarras 等19 未脱壳稻米 7.5 kGy 杀灭大肠杆菌群、亚 硫 酸 盐 还 原 梭 状 芽 孢 杆菌、真菌。1648 食品安全质量检测学报 第 4 卷 表 2 介电加热对大米的保鲜效果 Table 2 Effect of dielectric heating on rice preservation 方式 对象 处理参数 结果 参考文献 微波 大米 频率2450 MHz,微波功率384 W或539 W,处理 30 s 后停 1 min,样品取出后混匀,在253,相对湿度 653%的条件下冷却1 min后放回炉内,上述操作重复 3 次 部分钝化脂肪酶和脂肪氧合酶,减少
22、贮藏期间大米游离脂肪酸的释放。Zhong 等24 大米 频率2450 MHz,微波能耗0.017 kWh/kg,相应大米温度约 55 大米中米象的成虫和虫卵的死亡率均为 100%。Zhao 等25 大米 频率 245050 MHz,微波能耗 00.03 kWh/kg 贮藏期间大米水分、游离脂肪酸、蛋白质含量降低,碘蓝值和米饭感官评分随微波能耗的增大而升高。Zhao 等26 射频 糙米 5560 的低热负荷射频处理 5min 不同成长阶段(卵、幼虫、蛹、成虫)麦蛾的死亡率高于 99%。Lagunas-Solar 等27 大米 13.56 MHz 下处理 105 s 或 27.12 MHz 下处理
23、95 s 大米害虫的致死率达 100%。Mirhoseini 等28 欧阳建勋32应用乳化型大米被膜剂作为载体与保护剂,对大米进行赖氨酸、VB1、VB2、Ca 的强化及着色、增香加工。被膜剂最佳配方为单甘酯:蔗糖酯:色拉油:-环糊精:水=55:45:450:3:650。对被膜大米在加工与陈化过程中品质变化的研究表明,涂膜对延缓大米陈化、维持大米的粘弹性有一定的作用;可实现对大米的营养强化、着色和增香。Laohakunjit 等 33采用一种大米淀粉膜(5%大米淀粉(w/w),30%山梨糖醇(w/w),25%班兰叶提取物,蒸馏水)对 3 种非香稻RD23、SPR1 和 SPR90 进行喷动床涂膜
24、。3 种非香稻的涂膜、未涂膜样品和未涂膜香稻(KDML 和 PTT1)样品塑料袋包装后置于 25 下贮藏 6 个月。分析结果表明,涂膜非香稻样品的风味与香稻样品接近;香稻 品 种 的 典 型 风 味 物 质 2-乙 酰 基-1-吡 咯 啉(2-acetyl-1-pyrroline,2-AP)存在于涂膜非香稻中,不存在于未涂膜非香稻中;与香稻 PTT1 相比,涂膜非香稻样品的 2-AP 含量较高。该大米淀粉膜可较好地改善稻米风味,降低稻米贮藏过程中氧化酸败的可能性。上述研究表明,将涂膜保鲜应用于大米也有一定的可行性。目前大米涂膜的主要目的在于营养强化,选择合适的涂膜剂实现大米的保鲜仍需更多的基础
25、研究。1.5 包装保鲜 大米包装保鲜涉及到化学、物理、微生物学等多门学科,要解决大米生虫霉变、变酸变味等问题,需综合运用多门学科的知识;包装方式及包装材料对大米保鲜效果有很大影响34。大米保鲜包装的关键在于如何控制和调节包装中的气体组成及浓度,包装材料的透气性是调节包装中气体浓度的主要因素35。大米包装保鲜主要包括气调包装(modified at-mosphere packaging,MAP)、真 空 包 装(vacuum packaging,VP)和普通保鲜膜密封(内含空气)包装这 3种方式。大米气调保鲜主要是通过人为控制包装内的气体组分和比例来控制害虫和微生物的繁殖,较高浓度的 CO2和较
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