糙米储藏表面形态与胚乳结构的变化

粮油食品科技第20卷2012年第6期

粮食加工

糙米储藏表面形态与胚乳结构的变化

1，2121

包金阳，孙辉，陆启玉，李光涛

(1．国家粮食局科学研究院，北京100037;2．河南工业大学，河南郑州450001)

要:研究糙米在储存过程中的表面形态和胚乳微观结构的变化，探讨其与品质劣变的关系。研

究表明:糙米储藏一定时期后胚芽会扭曲变形，萎缩甚至破裂;胚部和皮层均有不同程度的损伤，容摘

易被氧化的脂类直接与空气接触;胚和皮层损伤处有微生物的生命体存在;胚乳细胞的放射状的细胞层次结构变得模糊，细胞间断面减少，细胞内断面增多。这种结构上的变化可能是造成储存一段时间后品质变化的主要因素。

关键词:糙米;储存;表面形态;胚乳结构中图分类号:TS211．4

文献标识码:A

文章编号:1007－7561(2012)06－0001－05

Changeofsurfacemorphologyandendospermmicrostructure

ofbrownriceduringstorage

2

BAOJin－yang1，，SUNHui1，LUQi－yu2，LIGuang－tao1(1．AcademyofStateAdministrationofGrain，Beijing100037;

2．HenanUniversityofTechnology，ZhengzhouHenan450001)

Abstract:Thechangesofsurfacemorphologyandendospermmicrostructureofbrownriceduringstoragewerestudied，andtherelationbetweenthechangesandthequality．Itshowedthatafteracertaintimeofstorage，theembryocontorted，shrinked，andevenbroken．Thedamagesoccurredonthesurfaceandembryo，theexposedlipidswaseasytobeoxygenized．Microbeswereobservedinembryoandthebreak-ageofsurfacelayer．Theradianthierarchicalstructureinendospermcellbecamebluredandthecross－sectionsbetweencellsdecreased，whileincreasedinsidecells．Thesechangesofmicrostructureofbrownricemightbethemainreasonwhichcausedqualitydeteriorationduringstorage．Keywords:brownrice;storage;surfacemorphology;endospermmicrostructure糙米流通对于节省运力、减少仓容、保护环境和保障城市粮食供应安全都具有重要的意义，因此成为稻米流通的趋势

［1－4］

方面做了大量的工作，但极少研究糙米的表面形态及其储存中的变化对其上述指标劣变的重要影响。

从组织学结构的观点分析，构成稻米组织的薄壁细胞最基本的一种细胞类型，胞壁是很薄的初生壁，外形是等径多面体，它是一种储藏细胞，在其内部积累了淀粉、蛋白质、脂肪等成分存在于胚乳中;早川利郎

［14］

［12］

。糙米因为失去了颖壳的保

在储运中更容易受到各种因素的影响。一方面，护，

搬倒装运等操作易损伤其表皮，另一方面，糙米具有完整胚，呼吸旺盛，脂类物质含量高，品质劣变加快

［5］

。表现为发芽率降低甚至丧失，脂肪酸值。Juliano［13］

显著增加，食用品质变劣。其中，脂肪酸值增加很快，远远高于相同条件下稻谷储存中的脂肪酸值变化一

［6－10］

认为淀粉作为葡萄糖的一种聚合体，以多面体颗粒

认为稻米淀粉粒为球形

［15］

。同时，也有研究指出，微生物代谢分泌

体或椭圆形体，每颗淀粉粒约由20～60个多角立方体的淀粉小粒组成;渡部忠世

认为淀粉粒是五角

形12面晶状体结构，很有规则地排列着。在稻谷收获以后储藏的初期被称为后熟阶段，这时由于水分的减少，一方面还在进行细胞的分化，另一方面，细胞间质和胞间通道会发生一定程度的收缩，最终形



的脂肪酶是使大米脂肪酸值快速上升的原因之

［11］

。已有研究多从糙米储存中的生理生化指标

收稿日期:2012－03－31基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2009BADA0B02)

1987年出生，作者简介:包金阳，男，硕士研究生．1971年出生，通讯作者:孙辉，女，博士，研究员．

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成米粒坚硬的结构特点。随着储藏时间的延长，种子自身发生的一系列生化反应，可能会造成胚乳细完整性改变胞壁变厚，

［16］

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℃恒温恒湿的人工气候箱中保存，相对湿度均为50%～60%，不定时检查粮情，防止高水分的糙米结取样前将样品充分块发霉。每隔一个月取样一次，混匀，取样后立即放入4℃冷库备用。1．3．2

电镜处理和观察

放入离子溅将样品用双面胶固定在载物台上，

溅射电流为1．5mA，溅射时间90s，射仪的喷金室，

处理完毕后，扫描电镜20kV加速电压下观察，并照相。1．3．3

发芽率测试

根据GB5520，所有用具使用前在120℃灭菌20min。籽粒(100粒)放在培养皿中，置于人工气候箱恒温30℃，湿度50%，观察五天发芽势。22．1

结果与分析

糙米储存中胚的形态变化

SEM放大35×糙米胚部的外观形态见图1。新鲜糙米(图1a)胚部平滑饱满无损伤，四个月后(图1b、图1c)两个温度下的糙米胚部均有不同表现为胚芽与胚基连接处紧缩，胚基处程度的萎缩，

凹坑变深;六个月后胚芽扭曲变形(图1d、图1e)，30℃(图1e)存放糙米的胚芽开裂并且出现裂缝，

程度比20℃严重;八个月后(图1f、图1g)胚基处30℃(图1g)的胚芽胚芽完全开裂，的表皮翘起，

出现塌陷，严重损坏。胚是种子保持生命活力的器官，完整的胚是种子保证良好发芽率的前提，储胚的外观形态发生了显著的变藏的八个月期间，化。

，但是缺乏直接证据。有

研究观察到稻谷高温储藏一段时间后，复粒胚乳细胞表面膜爆裂并翘起，从而使淀粉粒暴露，整个籽粒横断面显得粗糙不平

［17］

，提出这种组织结构的变化

可能与其米饭品质劣变有关。

本文将利用扫描电子显微镜(Scanningelectronmicroscope，SEM)技术，对糙米的表皮损伤、胚部和了解胚乳横截面淀粉粒结构等进行全方位的观察，糙米表皮损伤及储藏过程中的微生物、胚的变化和探讨其与糙米品质劣变的关系，为胚乳细胞的变化，

糙米的安全储存提供一定的技术支撑。11．1

材料与方法材料

实验样品选取2009年收获的粳稻品种—空育131，并经工业化脱壳后得到的糙米样品。该样品于2010年2月自黑龙江省建三江取回，水分含量18．5%。1．2

仪器与设备

E1010离子溅射仪、S－3000N扫描电子显微镜:日本日立公司;人工气候箱(HDD－APPARA-TUS):哈尔滨东联电子技术开发公司。1．31．3．1

方法

材料预处理及制备

样品筛理后分装于1mm厚的防虫防霉塑料20℃和30袋，扎紧袋口，胶条密封，分别置于15℃、

a新鲜糙米;b、c分别为20℃、30℃储存四个月;d、e分别为20℃、30℃储存六个月;f、g．分别为20℃、30℃储存八个月。

图1

SEM下不同储存时期糙米的胚部形态(35×

)



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储存期间，糙米发芽率也发生了明显变化(见20℃储存条件下第四个月发芽率急剧降低，图2)，

30℃第三个月即将为0，第六个月降至20%左右，

说明储存期间胚部形态的变化与发芽率之间关系密切

。

a100×;b500×;c1．0k×;d2500×。图3

图2

18．5%水分的糙米在不同温度下发芽率的变化曲线

不同放大倍率下糙米表皮损伤

2．3糙米表面微生物的活动

SEM下可以清晰的观察到储存后糙米胚和表皮

2．2糙米的表皮损伤

糙米中的脂类多分布于果皮和种皮及胚中，糊

［18］

损伤处的微生物活动(图4)，直径大约6μm左右的白色带刺球状物和表面光滑的球状物，按其大小和形1．0态可以判断其为真菌的孢子，有单个聚集(图4a，k×)，1．0k×)，也有着生在菌丝体上的孢子(图4b，2．0k×)。在放大3．0k真菌的孢子排列成串(图4c，

－5．0k倍数下，可以清楚的看到真菌的生殖和孢子的形成(图4d和图4e为孢子正在进行分裂生殖或是孢子正在形成，图4f为真菌的分裂生殖)。

亚糊粉层和胚乳中最低粉层次之，。糙米本身由

于失去了稻壳的保护，储藏性能变得不佳，还有可能将对空气敏感的脂类暴露于空气中。试验中观察到，糙米在储存过程中存在“起糠现象”即表皮翘起，与胚乳脱离。因此，在电镜下观察糙米的表皮翘起探讨脂肪是否深入到糙米中脂类分布较多的皮层，酸值的显著增加与表皮损伤的关系。

糙米由果皮、种皮、外胚乳、胚乳及胚组成。果皮包括外果皮、中果皮、横列细胞和管状细胞，总厚度约10μm。种皮极薄，厚度约为2μm，结构不明有的糙米种皮内含有色素而呈现颜色。外胚乳显，

是粘连在种皮下的簿膜状组织，厚度1～2μm，与种皮很难区分开来

［19］

。图3a(100×)清晰地显现出

了起糠表面的形态，图3b(500×)是由于起糠失去可以清楚地看到管状细胞，管部分表皮的糙米籽粒，

状细胞位于果皮和种皮之间，是籽粒中脂类含量最丰富的部位。图3c(1．0k×)可以看到翘起的表大致属于外果皮。在SEM下放大2500倍(图皮，

3d)观察图3a中的裂缝，可以看到内部的管状细胞也可以看到裂缝内部有菌丝和糊粉层中的糊粉粒，

体及孢子存在。由此可见，表皮的起糠现象是糊粉层以外的表皮翘起，暴露出籽粒内部容易发生氧化在储藏过程中不断地分解氧化，致使糙酸败的脂类，

米的脂肪酸值大幅度增高

。

a单个聚集(1．0kx);b孢子(1．0k×);c真菌孢子(2．0k×);d、e分别为孢子生殖和孢子形成(3．0k×～5．0k×);f真菌分裂生殖。

图4

SEM

不同放大倍率下糙米表面微生物状态



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2．4

糙米储存中胚部微生物的变化

图5显示了糙米在20℃和30℃储存条件下不同时期胚部及其周围微生物的分布状况。20℃储存四个月后糙米胚基部的网纹区域内的微生物状况见图5a(1．0k×)，有少量的菌丝体和孢子存在，而胚芽裂缝内部则可以看到较多的白色球状真菌孢子(图5b，500×);30℃储存六个月后(图5c，500×)，胚芽裂缝处密集的出现真菌孢子;30℃储存八个月500×)胚芽裂纹处几乎被菌丝体所覆盖

。后(图5d，

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裂的胚芽内部也会有较多的真菌生长。胚部富含种子生长发育的各种酶和营养物质，真菌在生长和繁并产生有害代殖过程中会不断消耗各类营养物质，

谢产物，造成种子发芽率降低。这与图2所示的20℃条件下储存四个月发芽率急剧下降的结果相吻真菌合。糙米中的脂类物质多分布于种皮和胚部，在生长过程中可能会生成分解脂类的酶

［11］

，解脂酶

也是造成糙米脂肪酸值增对胚部脂类物质的降解，

加的原因。本文所观察到的胚芽中大量真菌的存为真菌造成糙米脂肪酸值增加的理论提供了在，依据。2．5

糙米储存中胚乳细胞微观结构的变化SEM放大100倍下观察糙米横截面胚乳细胞(图6)，可以看到胚乳细胞内断面所暴露出小的淀片状结构的细胞间断面，淀粉颗粒包被于膜粉颗粒，

内。从细胞的轮廓可以看出，胚乳细胞长短不一，主要有不规则的多面体片状结构和多面体棱台结构，片状结构为胚乳细胞的横排形式，棱台结构为垂直于横排结构排列的纵排形式，两者交错排列形成了致密的胚乳细胞。新鲜糙米的胚乳细胞(图6a)以细胞内断面为中心向外辐射，细胞间断面呈整齐的切片中以片状的细胞间断面居多。片状交替排列，

15℃储存六个月后(图6b)切片的断裂形式仍以细八个月后(图6c)细胞内断面多于细胞间断面为主，

胞间断面，小淀粉颗粒暴露逐渐增多，细胞间的棱角依然清晰。30℃储存两个月后(图6d)较新鲜样品细胞内断面有增加的趋势，四个月后(图6e

)切片，

a20℃，四个月糙米胚基部(1．0k×);b20℃，四个月胚芽裂缝内部(500×);c30℃，六个月胚芽裂缝处(500×);d30℃，八个月胚芽裂缝处(500×)。

图5

不同储存时期糙米胚部微生物的分布

可以看出，随着储存时间的延长，真菌的数量不断增加，且多分布于胚部，尤以胚芽的裂缝处分布最四个月后开多。即使在准低温条件下(20℃)储存，

a新鲜糙米;b15℃，六个月;c15℃，八个月;d30℃，两个月;e30℃，四个月;f30℃，六个月;g30℃，八个月。

图6

糙米储存中胚乳细胞结构变化(100×)



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放射状的排列方式变得不清晰，六个月后(图6f)几乎观察不到放射状的排列方式，细胞内断面继续增八个月后(图6g)细胞间断面进一步减少，且细加，

胞间的排列层次和棱角进一步模糊。

可见，在储存过程中，胚乳细胞的排列状态也发生了一定的变化，细胞间断面减少，而细胞内断面增多，逐渐暴露出更多的小淀粉颗粒，放射状的排列方式逐渐被破坏，细胞间的排列层次和棱角逐渐变得模糊。

稻谷或大米储存一段时间后，米饭硬度增大，粘性降低

［17，20－21］

。有学者研究提出，这种变化与储存

［20－22］［23］

中蛋白质的变化，包括巯基含量降低有关，也

与多酚类化合物如阿魏酸的形态转变有关着重要的架桥作用壁的完整性

［16，23］

［24］

。阿

魏酸与蛋白质和多糖结合，在细胞壁微纤丝之间起

。在储存过程中，结合态的酚

酸通过酶促或非酶促反应被游离出来，会改变细胞

。这可以解释本文所观察到的储

存中暴露的小淀粉颗粒逐渐增多的现象。但是，造成籽粒横断面细胞放射状排列结构逐渐消失的机理尚需要进一步研究探讨。3

结论

糙米在储存中胚芽会扭曲变形，萎缩甚至破裂，并伴有微生物生长，这种胚部的损伤导致糙米发芽率严重降低。

糙米由于失去了颖壳的保护，在包装储运过程中表皮和胚都很容易受到机械损伤，致使容易被氧化的脂类直接与空气接触，同时也为微生物的滋生提供了更便利的条件，而微生物的生长又进一步加剧了脂肪酸值的升高，这可能是糙米储存中脂肪酸值明显增加的主要原因。

储藏一定时期后，糙米胚乳细胞放射状的细胞层次结构变得模糊，细胞间断面减少，细胞内断面增多，暴露出更多的小淀粉颗粒，这种变化可能是导致米饭品质变劣的原因之一。参考文献:

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