《Applied Food Research》：The high-efficiency of flexible brushing endows the shelf life of brown rice under various storage conditions
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延长糙米（brown rice, BR）的货架期仍是稻米加工行业的一个瓶颈问题。柔性刷洗（flexible brushing）是一种温和的物理处理方法，可在去除表面麸皮粉末的同时保留麸皮层结构，是缓解糙米品质劣化的潜在技术。本研究将未处理的糙米以及分别经过一次
延长糙米（brown rice, BR）的货架期仍是稻米加工行业的一个瓶颈问题。柔性刷洗（flexible brushing）是一种温和的物理处理方法，可在去除表面麸皮粉末的同时保留麸皮层结构，是缓解糙米品质劣化的潜在技术。本研究将未处理的糙米以及分别经过一次（BRO）、三次（BRT）和五次（BRF）刷洗处理的样品，在4°C和室温条件下储藏60天。随后研究人员评估了包括外观品质、脂肪酸值（fatty acid value, FAV）、脂肪酶活性、挥发性风味化合物和脂质组成在内的综合指标。柔性刷洗的应用显著改善了糙米的外观和清洁度；然而，过度刷洗（3–5次）导致碎米率略有增加，并降低了保鲜效果。储藏60天后，在所有刷洗处理组中，BRO组表现出最有效的保鲜效果：与未处理的糙米相比，该组在室温下游离脂肪酸值的增加被抑制了31.80%，在4°C下被抑制了40.74%；在相应储藏条件下，脂肪酶活性分别降低了18.66%和14.02%。此外，脂质组学与风味组学联合相关分析阐明了糙米风味劣变的潜在机制。这些分析揭示，由甘油脂和甘油磷脂水解并随后经自氧化衍生而来的游离脂肪酸，被确定为不良风味化合物的主要前体。因此，柔性刷洗结合低温储藏已被证明能有效延长糙米的货架期并缓解品质劣化。
**柔性刷洗技术提升糙米储藏品质的机制研究——论文解读**
**一、研究背景与问题提出**
糙米（brown rice, BR）作为稻谷经砻谷处理后保留胚、胚乳和麸皮层的全谷米产品，富含膳食纤维、维生素、矿物质以及谷维素和植物甾醇等功能性成分，其营养 profile 显著优于精白米。然而，糙米储藏稳定性差、货架期短的问题长期制约着其消费者接受度和工业化推广。糙米的胚和种皮富含脂质，一旦失去稻壳保护，在储藏过程中极易受外界环境因素影响而发生氧化水解。研究表明，甘油三酯（triglyceride, TAG）的酶解和脂质氧化是糙米储藏初期的主要生化过程，随储藏时间延长，脂质自氧化逐渐成为主导反应。在此过程中，内源脂肪酶催化TAG水解生成游离脂肪酸（free fatty acid, FFA），后者进一步经氧化降解产生醛、醇等挥发性不良风味化合物，导致糙米品质劣变。
传统糙米加工中，抛光虽能有效去除麸皮粉末，但其剧烈的机械摩擦作用会对糙米表面造成擦伤，破坏籽粒细胞结构，导致脂质体中的TAG暴露。这种损伤为内源脂肪酶提供了作用底物，反而加速了脂质的水解和氧化酸败，最终降低糙米的储藏稳定性。因此，开发一种既能有效清除表面杂质又不损伤麸皮层结构的温和加工技术，成为糙米储藏品质调控的关键需求。
**二、研究目的与意义**
基于上述问题，本研究旨在评估柔性刷洗技术在不同处理次数下对糙米储藏品质的影响，并探讨其与低温储藏联合应用的协同效应。该研究不仅为糙米加工业提供了一种温和的表面清洁替代方案，还通过脂质组学与风味组学联合分析，从分子水平揭示了脂质降解与风味劣变之间的内在关联机制，为糙米货架期的精准调控提供了理论依据。
**三、主要技术方法**
研究人员以籼稻品种美香占2号为试验材料，其糙米（含水量12.02%）取自广东韶关中科富农业科技有限公司。糙米经生产线砻谷和分离后，分为未处理对照组（BR）及分别刷洗一、三、五次处理组（BRO、BRT、BRF），各处理组再分为两份，分别于4°C和室温（28±2°C）下密封储藏60天。研究采用多种技术手段进行评价：利用TX-200大米外观检测仪和扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察糙米表面形态；依据国家标准测定碎米率、胚保留率和麸皮保留率；通过滴定法测定脂肪酸值（fatty acid value, FAV）和脂肪酶活性；采用固相微萃取（solid-phase microextraction, SPME）结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析挥发性风味化合物（volatile flavor compounds, VFCs），并计算香气活性值（odor activity value, OAV）；同时运用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）技术进行脂质组学分析，结合偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA）和Pearson相关性分析解析脂质代谢途径与风味化合物形成的关系。
**四、研究结果**
**4.1 外观形态与表面结构**
外观观察和SEM分析结果表明，随着刷洗次数的增加，糙米表面杂质逐渐减少，光泽度显著提升。高倍SEM图像显示，所有刷洗样品表面均未出现划痕，表明柔性刷洗在有效去除表面污物的同时，完整保留了麸皮层结构。这一特性与抛光机通过金刚砂辊高速旋转产生摩擦作用的原理完全不同，刷洗机依靠尼龙刷配合负压吸附，实现对谷粒表面的温和清洁。
**4.2 碎米率、胚保留率与麸皮保留率**
单次刷洗不会显著改变糙米的碎米率、胚保留率和麸皮保留率。但当刷洗次数增加至3次和5次时，碎米率由12.70%分别上升至14.10%和14.45%，胚保留率由96.82%分别下降至96.20%和95.70%，麸皮保留率则相对稳定。这种轻微损伤归因于刷洗机竖直结构中，谷粒在进料、刷洗和出料环节因重力作用产生的碰撞损伤，且该损伤随处理次数累积。相比传统抛光机造成的严重表面磨损和破碎，刷洗处理对糙米的整体损伤仍明显较小。
**4.3 脂肪酸值（FAV）变化**
FAV是评价稻谷储藏品质的关键指标。根据中国国家粮食储藏标准（GB/T 20569-2006），籼稻FAV超过37 mg KOH/100 g即被认为不宜储藏。刷洗处理后（第0天），所有处理组的FAV均显著低于未处理BR组（P < 0.05），表明刷洗能有效去除富含脂肪酸氧化前体的麸皮粉末。在整个60天储藏期间，所有刷洗组的FAV始终显著低于BR组。储藏温度对FAV影响显著，室温储藏样品的FAV明显高于4°C储藏样品。值得注意的是，增加刷洗次数会导致FAV出现轻微但可察觉的回升，这与重复刷洗造成籽粒完整性受损、增强脂肪酶与脂质相互作用有关。
**4.4 脂肪酶活性变化**
脂肪酶是脂质分解代谢途径中的关键酶，其活性直接影响糙米的储藏稳定性。初始刷洗后，三个处理组的脂肪酶活性均有所降低，其中BRO组活性最低（6.83 mg KOH/g）。然而，继续增加刷洗次数反而导致脂肪酶活性回升，这可能是重复机械处理造成的籽粒损伤增强了酶与脂质的相互作用所致。在整个储藏期间，所有刷洗组的脂肪酶活性均持续低于BR对照组。室温储藏条件下的脂肪酶活性高于4°C储藏条件，且室温下酶活性呈现先升后降的动态波动，而4°C下各刷洗组酶活性保持相对稳定，证实低温储藏能有效抑制脂肪酶活性。
**4.5 挥发性风味化合物（VFCs）分析**
在12组糙米样品中共鉴定出71种VFCs，包括43种烃类、6种醇类、5种酯类、3种酮类、1种酚类、8种醛类和5种杂环类化合物。烃类在种类和含量上均占主导地位，其次为醛类和醇类。刷洗处理后VFCs的总数和含量下降，因稻壳和麸皮中富含醇、醛等挥发性物质，刷洗去除了这些风味物质来源。但过度刷洗导致的籽粒损伤反而促进风味化合物的释放。储藏60天后，VFCs的总数和总含量均增加。基于OAV分析，共有11种化合物的OAV大于1，包括己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、1-庚醇、1-辛烯-3-醇、2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline, 2-AP）、2-戊基呋喃、D-柠檬烯和邻苯二甲酸二丁酯。其中，2-AP是香米的特征香气化合物，但在储藏过程中持续下降，而己醛、庚醛、辛醛等脂肪族醛类在低浓度时呈现果香和青草香，高浓度时则产生异味。
**4.6 脂质组学分析**
脂质组学分析共鉴定出糙米中5大类脂质：脂肪酸类（Fatty Acyls，3.63%）、甘油脂类（Glycerolipids, GLs，43.52%）、甘油磷脂类（Glycerophospholipids, GPs，46.60%）、鞘脂类（Sphingolipids，6.02%）和固醇脂类（Sterol Lipids，0.23%），涵盖23个亚类。PLS-DA分析显示，刷洗处理组与对照组之间脂质组成存在显著分离，储藏条件和时间同样显著影响脂质谱。变量投影重要性（variable importance in projection, VIP）分析表明，GLs和GPs是刷洗处理和储藏过程中变化最为显著的脂质类别。刷洗后LPC、FFA、TAG、LPG、DAG、PI、PG和PE含量下降，PS含量上升。60天储藏后，各处理组TAG含量下降而FFA含量上升，GPs类脂质（包括PC、PE、PS）均发生降解。低温储藏有效减缓了TAG水解和GPs降解速率，与FAV结果一致。
**4.7 相关性分析：脂质降解与风味形成的联系**
Pearson相关分析显示，己醛、庚醛、辛醛、壬醛、1-庚醇、1-辛烯-3-醇和2-戊基呋喃与FFA呈极显著正相关，与PC、PG、PS等GPs呈显著负相关。这揭示了糙米储藏过程中不良风味的形成途径：磷脂酶（phospholipase, PL）首先降解磷脂，增加油体膜通透性，当膜通透性超过临界阈值后，TAG从油体中泄漏并被脂肪酶水解，释放FFA。释放的FFA（尤其是油酸和亚油酸）进一步通过自氧化或酶促反应降解，生成己醛、庚醛、辛醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃等低分子量醛、醇类化合物。其中，己醛主要来源于亚油酸的氧化分解，辛醛、庚醛、壬醛和癸醛则来源于油酸的氧化分解，1-辛烯-3-醇由亚油酸氧化产生且气味阈值低，是糙米和米糠不良气味的主要贡献者。
**五、讨论与结论**
本研究表明，单次柔性刷洗能在保持糙米麸皮层完整性的前提下有效改善籽粒清洁度，同时降低初始游离脂肪酸含量和脂肪酶活性。低温储藏（4°C）相比室温储藏显著抑制了FFA水平的升高，减缓了脂质水解和氧化速率。脂质组学与挥发性风味化合物联合分析确认，糙米内源FFA是风味化合物的关键前体，甘油脂和甘油磷脂的水解及其后续氧化是储藏过程中异味产生的主要途径。
研究结论指出，柔性刷洗结合低温储藏可有效延长糙米货架期并缓解品质劣化。然而，本研究存在一定局限性：仅考察了单一水稻品种和两种储藏温度，储藏期固定为60天，且未进行直接的货架期测定，因此研究结论的外推性有限。未来研究将拓展刷洗处理在更多水稻品种上的适应性，为柔性刷洗技术的工业化应用提供更全面的理论支撑。该研究发表于《Applied Food Research》。
