阅读说明：本技术 冷等离子体处理大米的方法在改善大米品质中的应用 (Application of method for treating rice by using cold plasma in improving rice quality ) 是由 李兴军 薛德军 闫恩峰 刘俊明 段义三 刘静静 徐咏宁 丁进 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了冷等离子体处理大米的方法在提高大米品质中的应用。该应用是将低压强射频氦气冷等离子体技术用于我国常规条件储藏后的稻谷加工的大米,尤其是南方高温地区常规条件储藏后的稻谷加工的大米。本发明的应用方法操作简单,可以有效改善大米蒸煮特性、新鲜度指数及其他品质指标。(The invention discloses an application of a method for treating rice by using cold plasma in improving the quality of rice. The application is to apply the low-pressure strong radio frequency helium cold plasma technology to the rice processed by the rice stored under the conventional condition in China, in particular to the rice processed by the rice stored under the conventional condition in the high-temperature region in the south. The application method of the invention is simple to operate, and can effectively improve the rice cooking characteristic, the freshness index and other quality indexes.)

冷等离子体处理大米的方法在改善大米品质中的应用

技术领域

本发明涉及粮食加工及储藏技术领域。更具体地，涉及冷等离子体处理大米的方法在改善大米品质指标中的应用。

背景技术

基于粮食平衡水分理论的低温(＜23℃)低湿(RH＜70％)物理法储粮技术，其目标是通过抑制储粮昆虫和霉菌生长来保持籽粒活性，延缓粮食品质劣变，改善加工性能。在1985～2000年期间，我国粮食宜储存评价指标包括了气味、色泽、品尝得分、脂肪酸值、发芽活力、糊化粘度等，建立了以品尝得分为因变量的多元回归方程。在2005年之后，我国粮食宜储存评价指标中包括气味、色泽、品尝得分、脂肪酸值，取消了发芽活力、糊化粘度等生理学和物理化学指标。近些年来，随着我国城市化进程的快速发展，城市车辆和高楼大厦日益增多，温室效应导致的夏季持续高温(＞30℃)加快了我国城市郊区粮库中常规条件储存的粮食品质劣变速率，值得研发粮食品质劣变抑制的方法及改进粮食各项品质指标的技术。

目前，在原粮和成品粮仓储运输中，使用控低温系统、氮气密封包袋，以及含有防虫防霉剂配料的编制袋，成本均较高。食品工业中的气调保鲜及充氮包装,深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高。还有用聚乙烯、表面粗糙剂和防虫防霉剂原料配伍材料制作的内塑料袋，配装在外编织袋以内用于盛装成品粮，该材料中添加了防虫防霉剂成份，制作过程较复杂，成本高。值得研发环境友好的粮食品质指标保持和改善的物理学方法。

冷等离子体(CP)技术作为食品行业的非热加工技术，在最近十年，对其应用研究有大量报道。这个技术的优势在于它的非热本性、成本低、设计多样化及环境友好。CP技术可用于失活蔬菜、豆类及谷物上的寄生曲霉和青霉菌，提高谷物种子发芽率，修饰谷物和薯类的淀粉，失活引起苹果褐变相关的酶如过氧化物酶、多酚氧化酶，改善油在饼干中的铺展性，也用于增加材料的表面能量。中国发明专利申请公布号CN108208140A将甜柿用纳米材料包装后，进行冷等离子体杀菌处理，可杀死甜柿表面微生物，延长甜柿货架期。此外，冷等离子体提高种子发芽率和幼苗长势的技术在国内已经应用于水稻、玉米、牧草等种子。但是，冷等离子体技术用于粮食行业缺乏研究。

本发明基于粮食各项品质指标的方法研究，将低压强射频氦气冷等离子体技术用于我国常规条件储藏后的稻谷加工的大米，尤其是高温地区(例如南方)常规条件储藏后的稻谷加工的大米，对其蒸煮特性、新鲜度指数及其他品质指标改善的新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速安全及环境友好的大米品质保持或提高的方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了冷等离子体处理大米的方法在改善大米品质中的应用。

具体的，上述应用可以为：在氦气为喂料气体条件下，低压强射频冷等离子体处理大米，其中，低压强为10-180Pa，处理功率为80W-520W，处理时间为20-60秒。

根据本发明的

具体实施方式

，所述低压强射频冷等离子体处理大米，其中，低压强为140Pa，处理功率为80W-520W，处理时间为20-60秒。

根据本发明的具体实施方式，所述低压强射频冷等离子体处理大米，其中，低压强为140Pa，处理功率为120W，处理时间为20-60秒。

进一步的，所述大米为南方地区常规条件储藏半年以上的稻谷加工的大米。

进一步的，所述冷等离子体处理大米的方法在提高大米品质如下任一指标中的应用：

(1)在提高大米吸水率中的应用；

(2)在减少大米蒸煮时间、增加蒸煮过程中米粒水分吸水比率和促进粥中固形物溶解中的应用；

(3)在趋向降低米饭硬度、增加米饭黏附性中的应用；

(4)在提高米饭品尝得分中的应用；

(5)在高温高湿环境中抑制储藏霉菌孢子生长、改善储藏性能中的应用；

(6)在减少大米脂肪酸值和丙二醛含量中的应用；

(7)在增加大米巯基含量中的应用；

(8)在增加大米新鲜度指数中的应用。

本发明的有益效果如下：

本发明首次将低压强射频氦气冷等离子处理技术应用于改善大米品质，尤其是改善我国南方高温地区常规条件储藏后的稻谷加工的大米的新鲜度及其他品质指标。该方法操作简单，效果显著，有很好的技术推广潜力。

本发明的方法克服了大米食用品质评价通常采用人工品尝得分，品尝团队之间有差异，而稻谷和大米储藏流通中的评价常常采用化学指标脂肪酸值，滴定终点不容易判断的问题。本发明在不同类型品种大米蒸煮特性(蒸煮时间、水分吸收比率、粥中干物质溶解量)试验测定基础上，根据溴百里香酚蓝在中性pH下的颜色变化，排除淀粉小颗粒的干扰，以新鲜度指数0.01(D₆₁₅-D₆₉₀)评价大米样品，本方法简单、快速易行。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

针对目前我国成品粮大米保鲜储藏流通的技术成本高，粮库中常规条件储存的稻谷和大米品质劣变速率加快，尤其是我国南方高温地区常规条件储藏后的粮食品质劣变速率加快问题，本发明提供了冷等离子体技术在有效改善大米品质中的新应用。具体应用为，在氦气为喂料气体条件下，低压强射频冷等离子体处理大米，其中，低压强为10-180Pa，功率为80W-520W，处理时间为20-60秒。该方法操作简单，经过该方法处理的大米品质有了很大的改善。

在大米品质评价中，本发明引入了更多的评价指标，克服了现有评价指标过于单一，无法全面反映大米品质改良情况的问题。

需要说明的是，本发明的术语“大米品质”涉及如下指标：大米吸水率；大米蒸煮性能，如蒸煮时间、米粒水分吸水比率和粥中固形物溶解情况；米饭硬度、米饭黏附性；米饭品尝得分；储藏性能；大米脂肪酸值、丙二醛含量、巯基含量；大米新鲜度指数等。

本发明在大米品质评价方面除了采用现有技术中常用的人工品尝得分外，为了克服品尝团队之间的差异性，在脂肪酸值测定基础上增加了一些特殊的化学指标测定，例如米粒吸水率、丙二醛含量、巯基含量等来评价大米的新鲜度。此外，本发明在不同类型品种大米蒸煮特性(蒸煮时间、水分吸收比率、粥中干物质溶解量)试验测定和米饭质地仪测定基础上，还测定了大米的新鲜度指数0.01(D₆₁₅-D₆₉₀)，从而，更加全面的反映了冷等离子技术对于改善大米品质方面的效果。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

下述实施例中的材料，如无特殊说明，均为本领域常用材料，均可从商业途径得到。

在冷等离子体发生器的传送板上放置正常水分的大米样品300克，压强(真空度)140Pa，射频电源频率13.56MHz，电压380V，氦气为放电气体，处理功率80W-520W，处理时间20-120秒。

实施例1氦气冷等离子体处理大米对蒸煮的效果影响

米饭蒸煮时间测定方法：称取2g米粒置于直径2.5cm、长度20cm试管中，加入20mL蒸馏水，于沸水浴中蒸煮，间隔0.5min取一次米粒，在两个玻璃板之间挤压米粒，直至白色核心消失。该过程所用的时间即为最佳蒸煮时间。同一样品重复测定5次。

米饭蒸煮过程水分吸收比率测定方法：称取米粒2g(m₀)于上述试管中，加入20mL蒸馏水，在沸水浴中蒸煮，所用时间为最佳蒸煮时间。称量50mL塑料离心管(直径2.6cm、长度10cm)重量m₁，将米汤和内含物移入离心管中，静置冷却后倾倒上清液，用镊子夹滤纸到离心管内除去蒸煮的米粒表面水，称量离心管和蒸煮米粒总重量m₂。试验重复5次。水分吸收比率为(m₂-m₁-m₀)/m₀。同一样品重复测定5次。

米饭蒸煮过程中粥中固形物溶解量测定方法：称量2g米粒(m₀)于上述试管中，加入20mL蒸馏水以最佳蒸煮时间在沸水浴中蒸煮。将米汤和内含物倒入50mL离心管中冷却。称量玻璃培养皿(直径10cm、高度2.5cm)重量m₃，然后倾倒离心管中上清液到培养皿中。并在离心管的内含物中加入5mL蒸馏水轻轻震荡，在4000r/min下离心6min，将上清液并入到培养皿中，120℃烘15h，称取质量m₄。同一样品重复测定5次。蒸煮损失质量为1000(m₄-m₃)/m₀ mg/g。

表1氦气冷等离子体对米饭蒸煮效果的影响

注：同一大米品种样品不同处理测定指标平均值后的不同小写字母表示差异显著水平(P≤0.05)

实施例1中对东北大米1号和天龙1号大米分别采用80W和120W氦气冷等离子体处理，处理时间20s、40s、60s、120s，结果显示，与对照比较，80W-20s处理就能够减少蒸煮时间而且增加米粒水分吸收比率；增加处理功率和时间，效果则更明显。就粥中固形物溶解量，与对照比较，120W处理20秒和60秒，对东北大米1号增加固形物溶解量各是5.0％和24.2％，对天龙1号增加固形物溶解量各是39.5％和49.9％。120w处理20秒增加长粒香大米固形物溶解量3.3％。再进一步增大冷等离子处理功率，120W-60s、320W-60s、520W-60s三种处理对常州粳米分别增加固形物溶解量各是25.2％、23.7％和58.9％，对东北粳米分别增加固形物溶解量各是10.0％、15.4％和41.9％。考虑到冷等离子是高能量物质，对材料表面具有蚀刻作用，为了对大米籽粒表面的物理特性适度改性，而且对不同的大米品种获得稳定的氦气冷等离子体处理效果，我们选用氦气冷等离子体120W-20s和120W-60s，这两个条件处理就能够显著减少米饭蒸煮时间，增加水分吸收比率，促进粥中固形物溶解。

米饭的质地采用日本佐竹仪器有限公司生产的米饭硬度黏附性测定仪RHS-1A。圆柱形探头P/36R用于测定质地。测定的力(kgf)依据应压试验。该仪器采用50kg称重传感器(load cell)校正。转速是1mm s^-1，探头以0.5mmin^-1压缩样品。每个米饭样品测定5次，从每次试验的压缩循环记录测定指标值，用于质地轮廓分析，测定指标包括硬度、黏附性、弹性、黏附性/硬度的比率。

表2氦气冷等离子对米饭硬度、粘度及弹性的影响

注：同一大米品种样品不同处理测定指标平均值后的不同小写字母表示差异显著水平(P≤0.05)

进一步分析米饭质地参数，氦气冷等离子体处理(120W-20秒和120W-60秒)趋向于增加米饭粘附性和黏附性/硬度比率，而趋向于减少硬度，对弹性不影响。

实施例2氦气冷等离子体处理大米对吸水率和米饭品尝得分的影响

采用的大米吸水率测定方法是50g大米，加水100mL，在20℃浸泡4小时，纱布过滤后静止30min，称重后计算米粒水分吸收率。米饭品尝得分参考国标GB/T 15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》。

表3氦气冷等离子体对大米吸水率及米饭品尝得分的影响

注：同一大米品种样品不同处理测定指标平均值后的不同小写字母表示差异显著水平(P≤0.05)。

从表3看出，120W-20s氦气等离子处理显著提高两种东北大米的米粒吸水率，而且品尝得分显著提高。

实施例3氦气冷等离子体处理大米对安全储存的效果

大米籽粒的长度和宽度测定采用JMWT12大米外观品质测定仪测定。这个仪器包括米粒排列器、扫描仪、图像处理系统。米粒排列器用于快速将粳米或籼米排列在扫描仪玻璃板上，接着扫描仪扫过接触玻璃板的米粒表面，在计算机软件中40秒内可以显示米粒的形状。米粒图像处理按照GB/T 1354精米标准。采用自定义模式扫描大米全粒长平均值，全粒宽平均值，计算长宽比。每次扫描大米500粒左右，重复3次。大米籽粒在高温高湿环境(30℃-RH 85％)霉菌孢子的生长观察，采用我们建立的静态称重的平衡水分测定方法，5克正常水分的大米样品置于铜网制成的小桶中，小桶悬挂在250mL玻璃广口瓶的橡胶塞下部，玻璃广口瓶底部是2.0～2.5cm高度的过饱和氯化钾溶液，小桶底部距离氯化钾溶液的液面2.5～3cm，旋紧橡胶塞。然后将玻璃广口瓶置于人工气候箱(30±0.5℃,经常采用标准温度计进行校正)，同一样品平行三次测定。进样后每天定时观察霉菌孢子生长情况。

表4氦气冷等离子处理对大米霉菌孢子生长的抑制作用

通过在实验室多年进行谷物及加工品平衡水分测定，大米处在30℃、RH85％环境中，一般在第5～6天可见霉菌孢子长出，而本实验中，120W-20s和120W-60s氦气等离子处理的五种大米在13～14天内没有观察到霉菌孢子。说明氦气冷等离子体处理的大米在潮湿环境中霉菌生长受到明显抑制和延缓。

等离子处理大米的平衡含水率测定采用上述的静态称重方法，平衡相对湿度70％和75％分别由氯化锶和氯化钠过饱和盐溶液产生，在20℃和30℃人工气候箱(±0.5℃，经常采用标准温度计进行校正)进行恒温试验。样品含水率平衡时间14～15天。

表5氦气冷等离子体处理对大米安全平衡水分的影响

注：同一大米品种样品不同处理测定指标平均值后的不同小写字母表示差异显著水平(P≤0.05)。

米厂生产的大米的水分通常13.5％～15.5％湿基。平衡相对湿度(ERH)70％是储藏霉菌生长的界限。本实验在ERH 70％、ERH 75％与20℃、25℃的温湿度组合中测定了120W-20s和120W-60s氦气等离子处理的三种粳大米的安全平衡水分。与大米品种有关，等离子处理的宝应大米(粳米)在四种温湿度组合条件下平衡水分没有增加，而东北大米1号和长粒香米的平衡水分显著增加或略增加。冷等离子对大米籽粒表面具有刻蚀作用，导致吸水率增加，平衡水分变化因品种有差别，最明显的是，在潮湿环境中大米霉菌孢子生长推迟10天以上，改善了储藏性能。

实施例4氦气冷等离子体处理大米对新鲜度的改善

大米样品含水率测定采用105℃恒重法(GB5497–1985)。脂肪酸值按照GB/T 5510-2011方法。丙二醛含量测定方法是，称取米粉2g，加入10％的三氯乙酸水溶液10mL研磨，并4000r/min离心10min。取上清液2mL(空白为2mL蒸馏水)，加入0.6％的2-硫代巴比妥酸溶液2mL，混匀，将混合物置于沸水浴15min。冷却后离心，取上清液测定吸光值D450、D532、D600。按照公式C＝6.45(D₅₃₂-D₆₀₀)-0.56D₄₅₀计算丙二醛浓度，式中C的单位是μmol/L，米粉中的丙二醛含量表示为μmol/g。试验重复3次。

新鲜度指数测定采用本实验室建立的方法，准确称量1g米粉样品于研钵中，用移液枪加入5mL溴百里酚蓝溶液研磨2～3分钟，将样品液移入50mL圆底离心管中，再吸取5mL溴百里酚蓝溶液洗涤研钵后一并移入离心管，8000r/min下离心10min。随后移液枪吸取4mL上清液于比色皿中，在615nm和690nm处测定吸光度，以蒸馏水做空白，重复三次。以0.01(D₆₁₅-D₆₉₀)表示米粒新鲜度指数，差值越大，米粒越新鲜。

巯基含量测定的方法是，称取2g米粉，加入50％乙醇15mL后超声波震荡10min并混匀。在3000r/min下离心20min，取4mL上清液于具塞试管，加入2mL重铬酸钾-醋酸溶液，用去离子水定容至10mL。然后在90℃水浴10min，吸取上清液在571nm处测定吸光度。试验重复3次。

本发明比较了我国广州、常州、山东齐河三个地方常规储藏半年的稻谷加工的大米，经过低压强氦气冷等离子处理，发现随着等离子处理功率增大，三种大米脂肪酸值最大分别减少了56％、40％、32％，丙二醛含量最大分别减少了14％、17％、11％，新鲜度指数0.01(D₆₁₅-D₆₉₀)最大分别增加了38％、35％、17％；巯基含量最大分别增加了184％、124％、11％。氦气冷等离子可能通过还原反应、氧化反应等多种反应提高了大米的巯基含量和新鲜度指数，进而改善了大米的品质指标。

表6氦气冷等离子对储藏半年稻谷加工的大米游离脂肪酸和新鲜度指数的影响

注：同一大米品种样品不同处理测定指标平均值后的不同小写字母表示差异显著水平(P≤0.05)

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。