不同储藏条件下稻谷品质变化规律研究--优秀毕业论文.pdf

南京财经大学 硕士学位论文 不同储藏条件下稻谷品质变化规律研究 姓名 胡寰翀 申请学位级别 硕士 专业 农产品加工及贮藏工程 指导教师 宋伟 2010 01 i 摘摘 要要 本文针对我国稻谷储藏过程中的主要问题 以 2008 年新产粳稻为试材 采 用氮气钢瓶进行充氮气调的处理方式 研究稻谷在综合储藏条件下氧气浓度 温 度 水分含量对稻谷品质变化的影响 同时在稻谷储藏期间对稻谷的气味进行电 子鼻感官分析 主要研究结果如下 1 不同氧气浓度 o2浓度 5 10 15 21 下稻谷在储藏期 0 150d 间水分均呈缓慢下降趋势 低氧储藏 o2含量 5 与自然储藏 o2含量 21 稻 谷脂肪酸值在储藏期 60 75d 之间 脂肪酸值分别增加了 59 65 63 53 在 储藏期 0 150d 间自然储藏 o2含量 21 与低氧储藏 o2含量 5 峰值粘度分 别增加 405cp 368cp 回复值分别增加 63 2 40 98 氧气浓度的差异对于 稻谷水分 脂肪酸值 rva 特征值无显著影响 2 不同储藏温度下 30 25 20 15 稻谷在储藏期 0 150d 之间 稻谷脂肪酸值分别增加 25 9 24 1 17 01 15 03 mgkoh 100g 在储藏期 0 150d 间 30 15 下稻谷峰值黏度分别增加 249 112 cp 回复值分别增加 434 77cp 最终黏度分别增加 824 112 cp 对 30 和 15 下储藏的稻谷峰值黏度 最终黏 度 回复值进行差异性检验 得出 p 显著性水平 值为 0 004 0 017 0 022 均小于 95 的置信区间 差异显著 可见低温储藏稻谷保质效果较好 3 不同水分含量的稻谷在储藏期间品质有明显变化 不同初始水分 15 5 14 5 13 6 12 5 稻谷在储藏期 0 150d 间水分含量分别下降 1 7 1 67 1 27 0 7 水分 15 5 14 5 13 6 12 5 的稻谷在储藏期 60d 75d 之 间脂肪酸值分别增加 27 17 22 59 19 08 19 01 mgkoh 100g 低水分稻谷在 可以延缓脂肪酸值的增加 在储藏期 0 150d 之间 对 15 5 12 5 水分稻谷 峰值黏度 回复值 消减值进行差异显著性检验 得出 p 0 313 0 509 0 524 p 均大于 95 的置信区间 差异不显著 4 采用电子鼻对不同储藏条件下的稻谷进行气味分析 在储藏期 0 120d 之间不同氧气浓度 o2浓度 5 10 15 21 下稻谷气味相对距离分别增加 1 66 1 67 1 62 1 63 氧气浓度的差异对于气味相对距离无显著影响 在不同 储藏温度条件下 30 25 20 15 气味相对距离分别增加 1 63 1 58 1 20 1 50 不同水分含量 15 5 14 5 13 6 12 5 稻谷气味相对距离增 加 1 70 1 62 1 16 0 95 稻谷水分的差异对于气味相对距离有显著影响 关键词 稻谷 水分含量 脂肪酸值 rva 谱特征值 电子鼻 ii abstract solving the mainly questions of paddy storage in different condition using the fresh paddy gained in 2008 as material and adopting the methods of control atmosphere it mainly research that the effects of quality changes of paddy storage during the oxygen concentration moistrue content temperature in the paddy preservation in the same time also analyse the paddy odor by using electronec nose the mainly results as follow 1 the paddy moisture content was slowly descend in 150 days storage the paddy moisrure content change unconspicuous at different concentration of oxygen 5 10 15 21 but the characteristics of rva profile have distinctness difference the peak viscosity increased 405cp at 21 concentration of oxygen and the peak viscosity increased 368cp at 5 concentration of oxygen the consistence was increased by 63 2 at 21 concentration of oxygen and the consistence was increased by 40 98 at 5 concentration of oxygen fill gas adjustment preserve is have unconspicous on moisture content fatty acid characteristics of rva profile 2 the paddy quality have conspinuous difference in different temperature 30 25 20 15 the paddy fatty acid was increased 25 9 27 1 17 01 15 03 mgkoh 100g in 150 days storage peak viscosity increased 249 112 cp set back increased 434 77cp final viscosity increased 824 112cp carry through the othermess test on peak viscosity final viscosity and consisence the respective results was p 0 004 0 017 0 022 the slower of quality change of paddy at lower tempature 3 the paddy quality have conspinuous difference with different moisture content the paddy of different initial moisture content 15 5 14 5 13 6 12 5 was slowly descend in 150 days the paddy at 15 5 14 5 13 6 12 5 were reduced by1 7 1 77 1 27 0 7 the fatty acid of paddy at 15 5 14 5 13 6 12 5 were increased 27 17 22 59 19 08 19 01mgkoh 100g in 60d 75d storage carry through the othermess test on peak viscosity final viscosity and consisence the respective results was p 0 004 0 017 0 022 the difference was unconspinuous 4 an investigation was made to evaluate the quality of paddy by e nose during different storage condition the distance of rice of different concentration of oxygen increased 1 66 1 67 1 62 1 63 in 120 days storage the difference of iii concentration of oxygen have unconspicuous affect on the distance the distance of rice of different tempture increase 1 63 1 58 1 21 1 50 the difference of tempture have a certain extent affect on the distance the distence of rice of different moisture content increased 1 70 1 62 1 16 0 95 the difference of moisture content have conspicuous affect on the distance key words paddy moistrue content fatty acid characteristics of rva profile electronic nose 学位论文独创性声明学位论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 论文中除了特 别加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意 作者签名 日期 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解南京财经大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送交 论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的全部或部分内容 可以采用 影印 缩印或其它复制手段保存论文 保密的论文在解密后遵守此规定 作者签名 导师签名 日期 南京财经大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1 1 国内稻米储藏研究现状 国内稻米储藏研究现状 水稻广泛分布于热带和亚热带地区 公认的两个栽培种为 亚洲栽培稻种 非洲栽培稻种 是世界上食用人口最多 栽培历史最悠久的农作物 是世界上 三大谷物品种之一 每年世界稻谷产量为 6 亿吨左右 占谷物世界产量的 28 为全球 30 亿人口提供赖以生存的口粮 1 1 1 我国稻米生产现状我国稻米生产现状 稻谷是中国的主要粮种 我国稻谷的年产量占世界稻谷总产量的 35 左右 是稻谷产量最大的国家 2008 年我国粮食总产量为 5 29 亿吨 其中稻谷产量占 了 1 64 亿吨 继续稳居我国粮食作物产量的第一位 我国水稻主产区主要分布 在湖南 湖北 江西 安徽 江苏 浙江 广东 广西 四川 福建 海南和 黑龙江 吉林 辽宁等 14 个主产省区 其产量之和占全国稻谷总产量的 80 以上 在我国稻谷的种植分布基本上以秦岭 淮河为分界线 秦岭 淮河一线 的东西向狭长地段是我国釉 粳稻种植的过渡带 秦岭 淮河以北基本以粳稻 为主 籼稻为辅 随着向北延伸 粳稻比重逐渐增大 东北 西北几乎全部是 粳稻 秦岭 淮河以南基本以籼稻为主 粳稻为辅 华南的闽 粤 桂 琼等 省几乎全部是粳稻 谢宏 2007 稻米是我国膳食中最主要的主食 据统计 全国 65 以上人口以稻米为主食 85 以上的稻米是作为口粮消费 我国大米 年消费总量 1 35 亿吨左右 折稻谷年消费量在 1 93 亿吨 基于粮食安全与保障 的需要 须相当规模的储备 并且 从战略和减灾的角度考虑 国家必须实施 粮食国储制度 强化宏观调控能力 1 1 2 减少稻米储藏损失的重要性 减少稻米储藏损失的重要性 在中国城乡居民口粮消费总量中 稻谷年消费量达 1 16 亿吨 稻谷的其它 消费包括 工业用粮 200 万吨左右 占 1 5 饲料用粮 900 万吨左右 占消费 总量的 6 5 种子用粮 150 万吨左右 占消费总量的 1 损耗及其他消费 600 万吨左右 占消费总量的 4 5 出口 80 万吨左右 占消费总量 0 5 谢宏 2007 我国稻谷的消费特点也决定了稻谷需要有一定数量的储藏 据统计 目 前我国的稻谷库存量约占全年稻谷产量的 40 每年约有 500 亿斤的稻谷用于 储藏 平均储藏时间约 16 个月 因为粮食是其他各类农产品的生产的基础 而 南京财经大学硕士学位论文 2 稻谷又是粮食中的重中之重 所以稻谷的供给稳定 价格稳定是国家稳定的的 根本前提 因此作为中国第一粮食作物水稻的生产和储藏安全就直接关系到国 家粮食安全 为有效解决我国粮食安全问题 实现稻米的安全储藏 减少储粮 损失和提高储粮质量就具有重要现实和战略意义 1 2 稻谷储藏技术 稻谷储藏技术 稻谷属于原粮 是收货后未经加工的粮食 是粮食储藏的主要对象 我国 储存的粮种主要有小麦 稻谷 玉米及豆类等 原粮较成品粮而言更易储藏 因为原粮均具有完整的皮壳 具有一定的保护作用 在储藏期间具有较强的抵 御温 湿 虫 霉等不良影响的能力 其耐储藏性较成品粮好 稻谷在储藏中 常用的技术为 常规储藏 气调储藏等 1 2 1 常规储藏 常规储藏 各粮种的储藏均可用常规储藏方法储藏 从粮食入库到出库 为一个储藏 周期 通过提高入库质量 加强粮情调查 根据季节变化采取适当的管理措施 来防治虫害 基本上能够做到安全保管 稻谷常规储藏的主要内容包括 1 2 1 1 控制水分 控制水分 稻谷入库时水分高低 关乎到稻谷是否能安全储藏 早 中籼稻收获气温 高 收获后容易干燥 入库水分低 晚粳稻入库水分高 水分不同的稻谷应该 采取不同的方式进行干燥降水处理 1 2 1 2 清除杂质 清除杂质 稻谷在入库时 杂质常常由于自动分级现象聚集在粮堆的某一个部位 形 成明显的杂质区域 杂质区域的有机杂质含水量高 吸湿性强 带菌量大 呼 吸强度高 储藏稳定性差 因此 在入库前应尽可能降低杂质含量 通常需要 将杂质的含量降低 确保储粮品质的稳定 1 2 1 3 通风降温 通风降温 稻谷入库后 特别是早中稻入库时粮温高 生理活性强 堆内易积热 并 且会导致发热 结露 生霉 发芽现象 因此 在稻谷入库后 应根据气候特 点适时的通风 缩小粮温与外温及仓温的差距 防止发热 结露 根据江苏 浙江 江西 上海等省市的经验 利用离心式风机 采用地槽通风 竹笼通风 和存气箱通风 在 9 10 月 11 12 月 1 2 月分段 利用夜间的冷空气 进 行间歇通风 可使粮温从 33 35 分段降至 20 左右 15 左右和 10 以下 南京财经大学硕士学位论文 3 路茜玉 1999 能有效地防止稻谷的发热 结露 确保安全储藏 1 2 1 4 低温密闭 低温密闭 在完成通风降温 防治害虫之后 冬末春初气温最低时 采取压盖粮面密闭 粮堆的方法 保持粮堆的低温或准低温状态 延缓最高粮温出现的时间及降低夏 季粮温 这种方法不仅可以减少害虫和霉菌的危害 而且可以保持粮食的新鲜度 没有药物的污染 保证了粮食的卫生 1 2 2 气调储藏 气调储藏 气调储藏是在密封粮堆或气密库中 采用生物降氧或人工气调改变正常大气 中的n2 co2 o2的比例 使在仓库或粮堆中产生一种对储粮害虫致死的气体 抑制霉菌繁殖 并降低粮食呼吸作用及基本的生理代谢 这种技术以控制环境气 体成分为依据 使粮食增加稳定性 充n2储粮就是通过人为调节粮仓储藏环境中 n2 o2成分的比例 使粮仓内n2浓度上升至95 98 o2浓度下降为2 5 在这种气体环境中长期储藏的粮食可有效地保持其新鲜度 延缓储粮品质劣变 抑制储粮害虫和微生物的生长繁殖 减少储粮损失 是一项无公害 无污染的绿 色储粮新技术 早在1921年英国的佛罗盖特首先使用co2控制玉米免受害虫的感 染 20世纪70年代气调储粮在世界各地有了极大的发展 美国 意大利 澳大利 亚等国做了大量的研究 并且美国环境保护部1980年批准并支持使用co2 n2和 燃烧产生的气体处理各种农作物原料 在1981年又批准这些气体可用于处理成品 粮 路茜玉 1999 气调储藏的途径有生物降氧和人工气调两大类 二者各有不同的理论依据 生物降氧是通过粮食生物体自身呼吸 将塑料薄膜帐幕或气密库粮粒孔隙中的 o2消耗殆尽 使co2浓度升高 人工气调则是利用一些机械设备 如燃烧炉 制 n2机 它们的燃料可以用木炭 液化石油气 煤油等 亦可以用分子筛或真空泵 先抽真空泵再充入n2或co2气体 这些应用催化高温燃料 变压循环吸附 充入 或置换的方法借以改变粮堆原有的气体成分 1 2 2 1 气调储藏防治害虫的作用 气调储藏防治害虫的作用 储藏害虫的生活条件与所处环境的气体成分 温度 湿度分不开 配比最有 效的杀虫气体成分 按照粮种的不同提高粮温到一定范围 并按实际情况延长处 理时间 均能提高气调杀虫的效果 当o2浓度含量在2 之下 储粮害虫就能致 死 当有高co2和低o2混合气体同时起作用时就更具毒性 当粮堆中单一充入 36 80 的co2 其杀虫效果 随着co2的浓度增高 其毒性增加 杀虫效果更 大 当o2含量低于5 有15 38 的co2混合时 对害虫的毒效作用增加更为 南京财经大学硕士学位论文 4 明显 能够取得明显的气调杀虫作用 据班克斯 李前泰试验报导 路茜玉 1999 单一co2气调杀虫的效果 对不同虫种和虫期的综合防治 与co2 浓度 暴露时 间 温度及湿度有关 co2浓度15 时已具有防治 抑制虫种发育的效果 使各 虫期发育滞后7 15天 当co2控虫的最低有效浓度 45 暴露时间应 153 4 小时 随湿度的降低 温度的增高 不同虫期的lt50 lt99 5相应减小 不同 虫期对co2忍耐力大小排序为杂拟谷盗 赤拟谷盗 玉米象 米象 谷蠹 不同 虫期对co2的忍耐力顺序为成虫期 幼虫期 蛹期 卵期 1 2 2 2 气调储藏抑制霉菌的作用 气调储藏抑制霉菌的作用 气体对真菌的代谢活动有明显的影响 能理想地将o2降低至0 2 1 0 不仅控制储藏物的代谢 也明显地影响到气体对真菌的代谢作用 当粮堆o2浓度下降到2 以下时 对大多数好气性霉菌具有抑制作用 特别 是在安全水分范围内的低水分稻谷以及粮食相对湿度在65 左右的低湿环境下 低氧对于霉菌的控制 其作用尤为显著 国外资料表明 对刚收获的湿玉米 水 分17 23 采用缺氧密闭储藏 由于缺氧的结果 微生物区系逐渐减小 杂 色曲霉分生孢子的发芽率降低到20 以下 娄地干酪青霉和烟曲霉不能生长 但 在用氮气控制真菌时 采用含o20 3 的工业n2中 只能减少霉菌发展速度 只 有在纯n2 含o2在0 01 时 真菌生长 繁殖才全部被抑制 n2抑制黄曲霉毒素 的产生 这在湿小麦 花生与湿玉米中均获得证实 而黄曲霉毒素的产量与真菌 的生长成正比 路茜玉 1999 1 2 2 3 气调储藏对粮食品质的影响 气调储藏对粮食品质的影响 控制储粮环境的主要原因是控制或防治害虫 真菌 螨类的侵害 实践证明 影响储粮品质的首要因素是温度的影响 其次才是其它的条件 从大米缺氧储藏 的效果分析 对14 05 水分的大米采用缺氧储藏的品质与空气 对照 储藏相比 缺氧储藏组品质变化明显优于常规储藏 其中对照组黏度下降 脂肪酸值增高 淀粉糊化特性改变明显的较缺氧储藏的快 而原粮如稻谷 小麦采用缺氧储藏后 品质的变化较为稳定 据湖南湘潭中路铺粮店分析 缺氧储藏16个月的稻谷 其 品质变化与仓库条件保管的没有明显差异 当稻谷水分在15 以上 在低氧下储 藏 生成相当大量的乙醇 为空气中储藏的4 10倍 这是由于稻谷的代谢方式 不同 已由好气性的呼吸酶转向嫌气呼吸酶的活性导致缺氧呼吸所致 路茜玉 1999 目前国内外应用较为广泛的人工气调是充co2和充n2气调 特别是充co2气 调较为普遍 大量的实践证明充co2气调对于低水分的稻谷生活力影响不大 如 水分低于13 的稻谷在高二氧化碳中储藏四年以上 生活力只略有降低 但如果 南京财经大学硕士学位论文 5 稻谷水分偏高 则高二氧化碳对于生活力的影响将是明显的 1 3 稻谷储藏品质变化规律的研究稻谷储藏品质变化规律的研究 稻谷或大米长时间的储藏必然导致会陈化甚至品质劣变 这种变化通常是 难以避免的 也是不以人的意志为转移的 稻谷或大米的陈化定义为 在储藏 期间随着储藏时间的延长发生品质降低 并且它的物理 化学特性也会发生一 系列的变化 稻谷或大米的陈化可以从稻谷的多项品质指标的检验结果可以看 出 储粮品质需要通过多项品质指标的检验结果综合判定 1 3 1 稻谷的储藏特性 稻谷的储藏特性 1 3 1 1 稻谷的结构特征 稻谷的结构特征 稻谷籽粒具有完整的内外颖 稻壳 能够保护易于变质的胚乳部分 并且 具有一定的抵抗虫霉 温湿侵害的能力 并且稻谷籽粒的最外层的水分又偏低 这些结构上的特点使稻谷相对来讲易于储藏 但是另一方面 稻粒表面粗糙 粮堆孔隙度大 易受不良环境的影响 再者稻谷籽粒的组织较为松弛 耐热性 差 陈化速度较大 特别是经过夏季高温后 品质劣变明显 1 3 1 2 稻谷的生理特性 稻谷的生理特性 稻谷后熟期短 籼稻一般无明显的后熟期 粳稻也只有四周左右 稻谷的 种胚成熟较早因而大多数稻谷收获后即具有发芽能力 只要水分达 25 就可发 芽 因此稻谷成熟后无论在田间 场院 仓内 只要温度适宜 含水量偏高 均易发芽 在储藏期间 如遇仓房漏水 粮堆中水分转移及结露等情况 稻谷 便会发芽霉变 造成巨大损失 稻谷在正常储藏条件下 其呼吸作用在收获 1 2 年内较高 其后逐渐降低 趋于平稳 储藏温度 10 20 稻谷水分低于 16 呼吸微弱 当水分高于 16 5 时 呼吸作用明显增强 水分在 17 5 时 呼吸作用旺盛 因此 稻谷的水分 对储藏稳定性有着密切的关系 一般来说 粳稻的安全水分可以高些 籼稻则 应低些 晚稻水分可以高些 早中稻应低些 总之稻谷的安全水分标准应根据 科学实验并结合实践经验而定 1 3 2 稻谷成分与稻谷品质的关系 稻谷成分与稻谷品质的关系 1 3 2 1 淀粉与稻谷品质之间的关系 淀粉与稻谷品质之间的关系 南京财经大学硕士学位论文 6 淀粉在储藏期间受到酶的作用 水解成糊精 麦芽糖 进而分解成葡萄糖 这使得淀粉的含量降低 但由于基数大 总的变化百分比不明显 一般认为淀粉 量 的变化不是主要方面 主要是 质 的方面 具体体现为淀粉的粘性随着储藏 时间延长而下降 吸水率增加 米汤干物质减少 碘蓝值明显下降 而糊化温度 增高 这些都是稻米陈化的结果 不适宜的储藏条件会使其加快与增深 尤其是 粘度与粮食的陈化有着密切的相关 商业部 储粮品质劣变指标 研究协作组报导 王肇慈 1999 对1980 1981 年七省一市的不同储藏年限 不同储藏方法 的籼稻谷进行运动粘度与米饭品尝评分相关性探讨 结果表明两者呈显著正相 关 一元回归方程y 58 76 2 66x r 0 4989 n 360 达0 01显著水平 由此 可认为粘度可以作为籼稻谷品质劣变的指标之一 1 3 2 2 还原糖和非还原糖与稻谷品质变化之间的联系 还原糖和非还原糖与稻谷品质变化之间的联系 稻米在温度低 水分小的储藏环境中还原糖先是缓慢增加 而后很快下降 在温度高 水分大的储藏环境中 还原糖含量先很快增加 而后很快下降 气调 储藏时 只有当co2浓度高时 强烈抑制高水分稻米的呼吸 可使还原糖增加或 分解减慢 非还原糖在储藏期间是逐步降低的 降低的速度与粮食水份和温度有 关 气调储藏时与co2浓度大小无关 高影 2004 1 3 2 3 脂类物质 脂类物质 脂肪酸值是稻谷常用的品质指标 在一般房式仓条件下储存的稻谷 第一年 脂肪酸值可增加一倍 以后脂肪酸值增长速度缓慢 但不适宜的高温和高水分 均可加速脂肪酸值的增加 在储藏期间粮食中油脂的变化途径有两种 1 氧化 作用 产生过氧化物 羰基化合物 2 水解作用 产生脂肪酸 甘油等 一般 来说 低水分粮食油脂分解是以氧化为主 高水分粮食则以水解为主 脂肪酸含 量对粮食食用品质 种用品质有较大影响 储粮品质劣指标 研究组 1982 报导 王肇慈 1999 籼稻各脂肪酸值与米饭品尝评分一元回归方程y 78 99 0 38x r 0 4922 n 360 脂肪酸值与运动粘度相关系数r 0 3561 n 94 脂肪酸值与发芽率相关系数r 0 4561 n 94 均达0 01 显著水平 鉴于脂肪酸值 与粮食储藏品质有很好的相关性 因此 游离脂肪酸值可作为储粮劣变敏感指标 之一 1 3 2 4 蛋白质 蛋白质 粮食蛋白质含量是评定粮食营养价值的主要指标 粮食在储藏期间蛋白质含 量 全氮量基本无变化 但是 盐溶性蛋白 水溶性蛋白 酸溶性蛋白 醇溶性 蛋白的变化具有一定规律 例如稻谷储存14个月后 水溶性蛋白和盐溶性蛋白显 南京财经大学硕士学位论文 7 著下降 醇溶性蛋白也有下降趋势 王肇慈 1999 1 3 2 5 酶 酶 酶是具有生物活性的蛋白质 在储藏期间的变化与蛋白质基本相同 然而酶 活性随着储藏时间的延长而降低 与呼吸有关的酶类 例如过氧化物酶 过氧化 氢酶等 这些酶的活性均随着储藏时间的延长而降低 酶活性的降低代表粮食生 活力的降低 将12 水分的早籼稻分别储存在64 75 与94 相对湿度条件 下 25 三个月后淀粉酶活性分别为1210 526与210 一粒糙米浸泡24小时后 酶提取液在1分钟 30 产生麦芽糖微克数 较之发芽率88 7 89 4 与84 6 的差别明显 赵同芳 1983 1 3 2 6 稻谷发芽率与稻谷品质之间的关系 稻谷发芽率与稻谷品质之间的关系 新收获的稻谷发芽率一般都能达 90 以上 但随着时间的延长 种子内部 的胶体发生陈化 导致生命蛋白凝固 使种子丧失生活力 发芽率逐渐下降 不过长期储藏的稻谷虽然由于陈化衰老丧失了种用品质 但食用品质的并没有 发生显著的变化 由此可以认为 发芽率高的食用品质好 但食用品质较好的 发芽率不一定都高 所以发芽率只能作为品质参考指标 还需要配合其它检测 项目对储粮品质进行评价 1 3 3 电子鼻检测稻谷霉变的研究 电子鼻检测稻谷霉变的研究 电子鼻 的概念 最早是1982年英国warwick大学的persand和dodd教授提出 来的 电子鼻的原理是模仿哺乳动物嗅觉系统的结构和机理 对几种有机挥发气 体进行类别分析 随着材料科学 制造工艺 计算机 应用数学等相关科学的发 展 电子鼻技术取得了实质性的进展 该技术已初步应用到环境检测 军事 海 关 食品 化工 医药等领域 近年来 基于气敏传感器阵列和模式识别的电子鼻技术得到广泛研究 该技 术模拟人和动物的嗅觉系统对气味物质进行检测 它与常规理化分析法如气相色 谱法相比 样品无须前处理 基本不用有机溶剂 是一种快速 绿色 的仿生检 测仪器 近年来 电子鼻无损检测技术在谷物的检测中得到了探索与利用 如邹小波 和赵杰文 2004 研制出一套能快速检测谷物是否霉变的电子鼻装置 该装置能 快速 准确地分析所测谷物散发的气味 从而判定所测谷物是否霉变 潘天红等 1999 研制出一套谷物霉变识别电子鼻系统测试装置 该装置能快速准确地判别 几种谷物的霉变情况 网络的识别正确率为92 19 国外一些学者利用电子鼻 分别燕麦 小麦 大麦的霉变或异味进行了研究 此外paolesse等人 2000 利用 南京财经大学硕士学位论文 8 电子鼻来检测真菌对小麦的污染 检测结果令人满意 说明电子鼻有能力检测出 早期的真菌污染 1 4 稻谷储藏中存在的主要问题稻谷储藏中存在的主要问题 1 4 1 磷化氢在稻谷储藏中过度使用 磷化氢在稻谷储藏中过度使用 早中稻在入库后易感染害虫 造成较大的损失 因此 稻谷入库后应采取有 效措施防治害虫 通常防治害虫多采用防护剂或熏蒸剂 ph3由于具有高效低毒 使用方便 价格便宜 渗透力强等优点 至问世以来 在世界各地粮食仓储部门 得到了最广泛的应用 尽管先后也出现了其它一些熏蒸剂 但是 ph3的王牌地 位不可动摇 但几十年来ph3的大规模使用造成了储粮害虫对ph3严重的抗药性 2002年成都粮食储藏科学研究所对全国28省市的64个库点的104份虫样进行检测 结果表明 低抗性虫样占8 6 中等抗性虫样占6 7 高抗性虫样占11 5 极高抗性虫样占13 4 抗性最严重的有米象 谷蠹 锈赤扁谷盗 针对同一虫 种 在四川三台 有原始抗性倍数基数的米象比1996年测定的抗性倍数有明显的 提高 在湖北沙洋 有原始抗性倍数基数的谷蠹比1996年测定的抗性倍数也有明 显的提高 证明在最近的6年内 我国粮食主要储粮害虫对ph3的抗性有明显的增 加 兰盛斌等 2007 1 4 2 稻谷在储藏过程中水分丢失严重 稻谷在储藏过程中水分丢失严重 稻谷在储藏过程中 如果粮仓内的相对湿度低于粮食平衡水分所对应的相对 湿度 稻谷就会丢失水分 在相对湿度较低的华北 西北和西藏地区 稻谷水分 丢失尤为严重 在拉萨 储藏1年的大米 水分可能降至9 以下 兰盛斌等 2007 在相对湿度较低的地区如果进行机械通风 则稻谷水分丢失将更加严重 稻谷水 分的丢失 其食用和加工品质都会有明显下降 同时还会直接影响到企业的效益 1 4 3 高水分稻谷处理问题 高水分稻谷处理问题 据统计近几年我国粮食总产量在4 5 104 5 104万吨 而高水分粮约1亿吨 每年全国由于高水分粮的处理不及时而造成霉变的粮食达数10亿千克 约占全国 粮食总产量的1 5 3 尤其是南方的晚稻收获时大多遇阴雨天气 空气湿度 大 无法及时晾晒 导致约有10 晚稻霉烂变质 据统计 仅江淮流域 每年霉 烂的稻谷达50亿千克 在南方 稻谷的主要干燥方式是传统的晾晒 目前农村劳 动力大量转移 而晾晒的劳动强度相当大 无法顺利完成 另一方面 粮食市场 南京财经大学硕士学位论文 9 逐渐放开 粮食收购已经进入了卖方市场 在一些地方 农民不再晒粮 也不再 清理粮食 粮库不得不收购越来越多的高水分粮 在南方地区 稻谷收获季节又 是气温较高的时候 给粮食储藏技术提出了新的需求 1 4 4 绿色储粮技术尚未得到完全认可 绿色储粮技术尚未得到完全认可 对绿色储粮的定义 到目前为止还没有一个统一的认定 赵思孟 2000 提 出 将绿色储粮定义为 以粮食 堆 生态学为基础 采用不污染环境 又不污 染粮食 并节约能源的技术和装备 使符合绿色农业标准生产的粮食 在储藏过 程中 达到保持新鲜 优质 营养及安全的目的 绿色储粮的主要技术措施有 干燥储粮 低温储粮 气调储粮 生物防治 物理防治 习性防治等 我国目 前的主要问题是粮食储备体制单一 缺乏必要的竞争机制 市场不透规范 绿色 储藏技术比常规储藏技术成本高 成本过高也在客观上阻碍了绿色储藏技术在国 有大中型粮库中稻应用 1 5 研究的目的和意义研究的目的和意义 安全储藏 防止霉变 减缓品质劣变是稻谷储藏的重要内容 提高稻谷储藏 技术 延长安全储藏期 保持稻谷品质质量 降低成本 是稻谷储藏的方向 前 人虽对粮食的储藏作了大量的研究 但在不同储藏条件下对稻谷进行储藏过程中 品质的变化规律研究甚少 本论文的研究的主要内容是 1 不同氧气浓度下稻谷品质规律变化研究 2 不同储藏温度下稻谷的品质规律变化研究 3 不同水分含量稻谷品质规律变化研究 4 不同储藏条件下稻谷气味电子鼻检测 南京财经大学硕士学位论文 10 第二章第二章 不同氧气浓度下稻谷品质变化不同氧气浓度下稻谷品质变化 稻谷在自然环境中储藏 在储藏期间常因呼吸 氧化和酶的作用而发生若干 化学变化 从而导致其品质发生变化 品质变化严重者 一般通过感官就可以直 接判断 多表现为严重变色 变味 不严重者 则无法用感官来判断其质的变化 往往需要通过品质测定来判断稻谷新鲜度 近年来 国内外有关学者对稻谷气调储藏进行了许多研究 在应用和设施等 方面均得了很大的进展 但针对不同氧气浓度下气调储藏的稻谷品质变化的规律 进行系统研究所见报道很少 因此 本章将围绕这一重点 着重研究了稻谷气调 储藏与品质变化关系 并通过比较几种不同氧气浓度下的气调方式对稻谷品质的 影响 探讨稻谷气调储藏品质变化规律 为完善稻谷储藏技术提供科学依据 2 1 材料与方法材料与方法 2 1 1 材料 材料 晚粳稻谷 2008 年产中央储备粮南京直属库 容积 5000ml 的广口瓶 包括瓶塞 三通玻璃管 x 600 脂肪酸值测定仪 北京先驱威锋公司 rva 3d 型rva rapid visco analyser 澳大利亚newport scientific仪器公司 新丰牌jlg4 5型检验砻谷机 浙江台州市粮仪制造厂 pqx型分段可编程人工气候箱 宁波东南仪器有限公司 jxfm110锤式旋风磨 上海嘉定粮油仪器有限公司 jssd 粉碎机 上海嘉定粮油仪器有限公司 恒温干燥箱 上海英松工矿设备有限公司 2 1 2 方法 方法 2 1 2 1 试验方法 试验方法 喷洒去离子水调节晚梗稻谷的水分分别为12 5 13 6 14 5 15 5 采取矩阵实验的设计方案 所有稻谷样品分装在64个广口瓶中 调整广口瓶内 o2浓度分别为5 10 15 21 即自然储藏 2 1 2 2 储藏方法 储藏方法 广口瓶分别储存在15 20 25 30 的人工气侯箱中 定期取样测定 试样的水分 游离脂肪酸值 rva糊化特征值的变化情况 南京财经大学硕士学位论文 11 2 1 3 稻谷品质指标测定方法 稻谷品质指标测定方法 a 水分的测定 gb t5009 3 2003 1 取有代表性的稻谷40g经粉碎机粉碎 过筛 粉碎后的样品必须充分混 匀 2 称量瓶的准备 称量皿洗净 于105 烘30min 然后于干燥器内冷却20 min 用万分之一的天平称量 记录其空皿重量 3 样品称取 在称量皿中称 取大米样品3 0000g左右 精确到0 0001 g 4 干燥 将称取的样品放入烘箱在 105 下烘3 5h 然后于干燥器内冷却20min 用万分之一的天平称量 记录其称 量皿重量 5 恒重 重复 4 使前后两次重量差不超过2mg b 稻谷脂肪酸值的测定 取40g大米经粉碎机粉碎 过筛 筛上物在反复粉碎至90 以上试样通过40 目筛 混合均匀 准确称取10 000g于250ml三角瓶中 在100转 分的振荡器上振 荡10min 静置过滤 盖上盖玻防止蒸发 取25ml于100ml的小烧杯中 koh 的标准溶液浓度为0 0092mol l 使用x 600脂肪酸值测定仪滴定至终点 同时 取25ml无水乙醇按上述步骤做空白试验 c 稻谷rva谱特征值测定 1 测试水分 用rva 3d 型测定仪测定rva糊化特征值前需要求出所测样品 的实际水分 测出实际水分后按下列公式修正输入机器中的水分 s 88 3 00 100 m 2 1 式中s 校正的试样的质量 g m 试样的实际水分含量 2 开启rva 预热30min 开启联用的计算机 运行rva控制软件并输入测定程 序 输入文件名以便存储数据 量取25 0ml蒸馏水 应按12 湿基根据试样水分 补偿 移入新样品筒中 称量准确的样品质量并转移到样品筒内的水面上 将搅 拌器置于样品筒中并用搅拌器桨叶在试样中上下剧烈搅拌10次 若在水面上仍有 团块或粘附搅拌器桨叶上 可重复此步操作 将搅拌器插入样品筒中并将样品筒 插接到仪器上 按下塔帽 启动测量循环 测试结束后 取样品筒并将其丢弃 3 记录数据记录峰值粘度和最终粘度以最终粘度减去峰值粘度作为 rva 大米 的回生指数 此值较高表明米饭地硬和较干 这通常与直链淀粉含量较高有关 同时记录糊化温度 峰值时间和保持强度 糊化温度表明大米作为啤酒酿造辅 料的适用性 2 1 4 数据处理方法 数据处理方法 实验结果采用数学软件spss进行结果分析 南京财经大学硕士学位论文 12 2 2 结果与分析结果与分析 2 2 1 稻谷水分含量的变化 稻谷水分含量的变化 图2 1 2 2中 在30 储藏下两种不同初始水分的稻谷水分含量有缓慢下降 的趋势 不同氧气浓度下 o2浓度5 10 15 21 的稻谷水分变化无显著 差别 储藏150d时 初始水分13 6 15 5 自然储藏 o2含量21 的稻谷水分 分别下降1 31 2 05 低氧储藏 o2含量5 的稻谷水分分别下降1 27 2 63 稻谷水分下降的原因可能是为调整到所需氧气浓度 需对密闭广口瓶抽 真空 每次取样测定稻谷水分瓶内气体都需要重新抽真空进行氧气浓度调整 抽 真空过程中瓶内高负压导致稻谷毛细管中的水分挥发出来 图2 1 不同氧气浓度下稻谷水分含量的变化 fig 2 1 change of paddy watery during different concentration of oxygen 图2 2 不同氧气浓度下稻谷水分含量的变化 fig 2 2 change of paddy watery during different concentration of oxygen 11 12 13 14 15 16 0153045607590105120135150 时间 d 水分含量 30 13 6 21 30 13 6 15 30 13 6 10 30 13 6 5 12 13 14 15 16 17 0153045607590105120135150 时间 d 水分含量 30 15 5 21 30 15 5 15 30 15 5 10 30 15 5 5 南京财经大学硕士学位论文 13 2 2 2 稻谷脂肪酸值的变化 稻谷脂肪酸值的变化 图2 3中 在30 储藏条件下 水分15 5 稻谷的脂肪酸值随着储藏时间的延 长波动上升 可以看出水分15 5 稻谷在不同氧气浓度下 o2浓度5 10 15 21 的脂肪酸值的变化曲线无显著差别 低氧储藏 o2含量5 与自然储藏 o2 含量21 在储藏30d时脂肪酸值分别达到30 15mgkoh 100g 26 66mgkoh 100g 均超过了稻谷品质宜存的控制指标 国家标准 脂肪酸 25mgkoh 100g 在储藏期60d 75d之间 脂肪酸值分别增加了59 65 63 53 可以得出 在30 储藏条件下 15 5 水分稻谷低氧储藏 自然储藏两种储藏方 式其脂肪酸值变化趋势基本保持一致 低氧储藏并不能够有效的抑制稻谷的陈 化 图 2 3 不同氧气浓度下稻谷脂肪酸值的变化 fig 2 3 change of paddy fatty acid during different concentration of oxygen 表 2 1 不同氧气浓度下稻谷脂肪酸值多重差异比较 table 2 1 paddy fatty acid during different concentration of oxygen multiple comparisons dependent variable o2浓度 o2浓度 均值差值 标准误差 sig 95 置信区间 i j i j 下限 上限 10 00 1 3900 0 87810 0 148 0 5964 3 3764 15 00 1 3175 0 87810 0 168 0 6689 3 3039 5 00 21 00 0 6450 0 87810 0 481 1 3414 2 6314 5 00 1 3900 0 87810 0 148 3 3764 0 5964 15 00 0 0725 0 87810 0 936 2 0589 1 9139 10 00 21 00 0 7450 0 87810 0 418 2 7314 1 2414 5 00 1 3175 0 87810 0 168 3 3039 0 6689 10 00 0 0725 0 87810 0 936 1 9139 2 0589 15 00 21 00 0 6725 0 87810 0 463 2 6589 1 3139 5 00 0 6450 0 87810 0 481 2 6314 1 3414 10 00 0 7450 0 87810 0 418 1 2414 2 7314 lsd 21 00 15 00 0 6725 0 87810 0 463 1 3139 2 6589 0 10 20 30 40 50 0153045607590 105 120 135 储藏时间 d 脂肪酸值 mgkoh 100g 30 15 5 21 30 15 5 15 30 15 5 10 30 15 5 5 南京财经大学硕士学位论文 14 表2 1中 稻谷在不同氧气浓度下脂肪酸值多重比较的显著性水平sig均大于 0 05 氧气浓度的差异对稻谷脂肪酸值的变化影响不显著 从而可以得出 在不 同氧气浓度下储藏的稻谷 其脂肪酸值的变化趋势基本一致 稻谷脂肪酸值均随 着储藏时间的延长而波动上升 2 2 3 稻谷糊化特性变化的研究 稻谷糊化特性变化的研究 2 2 3 1 稻谷峰值黏度随时间的变化 稻谷峰值黏度随时间的变化 温度升高后淀粉颗粒会破裂 直链淀粉先溢出到溶液中 支链淀粉随后也以 较慢的速度溢出 淀粉颗粒的破裂及随后因机械剪切力的作用使多聚物重新排列 将降低淀粉糊的表观粘度 随着凝胶化发生 这些综合过程就被称之为糊化 峰 值粘度发生在溶胀和多聚体溢出导致粘度增加与破裂和多聚物重新排列导致粘 度降低之间的平衡点 峰值粘度显示了淀粉或混合物结合水的能力 雷玲 2007 图2 4中 水分12 5 稻谷在30 不同氧气浓度下峰值黏度随着时间的延长 而缓慢增加 在储藏0 150d之间 自然储藏 o2含量21 稻谷峰值黏度增加 405cp 低氧储藏 o2含量5 增加368cp 短时间内储藏 峰值粘度增大 与z zhou et a1 41 的结果一致 说明在储藏时间内 淀粉颗粒的水合作用增强 这是a 淀粉 酶活性在缓慢减弱的过程 而a 淀粉酶活性急剧降低后的糊化特性有待进一步研 究 在储藏期0 150d之间 自然储藏 o2含量21 稻谷峰值黏度在1300cp 1700cp之间变化 低氧储藏 o2含量5 稻谷峰值黏度在1300cp 1650cp变化 说 明在自然储藏和低氧储藏方式下 稻谷峰值黏度无显著差别 经差异性检验 p 差异性水平 值为0 506 p 0 05 说明不同氧气浓度储藏下 稻谷峰值黏度差 异不显著 即峰值黏度受氧气浓度影响小 图2 4 不同氧气浓度峰值黏度随时间变化 fig 2 4 change of peak viscosity during different concentration of oxygen 0 500 1000 1500 2000 2500 0153045607590105 120 135 150 时间 d 峰值粘度 cp 30 12 5 21 30 12 5 15 30 12 5 10 30 12 5 5 南京财经大学硕士学位论文 15 2 2 3 2 稻谷最终黏度和回复值随时间的变化 稻谷最终