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氮气气调存储(N2-MAS)是常见的储粮技术，但此前研究发现稻米在N2-MAS后品质劣变更快。为揭示其机制，本研究探究了两种稻米在高、低浓度氮气气调与再曝气存储过程中的抗氧化指标变化。结果表明，再曝气后N2-MAS组FAV、MDA含量和EC加速上升，SOD、POD活性及GSH、TP含量下降更快，O2·?和H2O2积累增强。非靶向代谢组学进一步显示，CS组中与抗氧化相关的化合物水平显著上调，而与氧化应激相关的脂肪酸过氧化产物含量显著下调。该研究结果为优化储粮策略以保持稻米品质提供了生理和代谢基础。
粮食安全关乎国计民生，其中，粮食在储存过程中的品质维持是保障“舌尖上的安全”和减少产后损失的关键环节。氮气气调存储（Nitrogen-modified atmosphere storage, N2-MAS）作为一种环保且高效的物理保藏技术，通过在粮堆中充入高浓度氮气（N2），营造一个低氧环境，可以有效抑制虫霉滋生、延缓谷物自身的呼吸代谢，因此在粮食仓储行业得到广泛应用。然而，一个看似矛盾的现象引起了研究人员的注意：有研究表明，经历氮气气调存储后的稻米，一旦重新暴露于空气（即“再曝气”），其品质劣变的速度反而比常规储存的稻米更快。这就像给粮食“戴上了呼吸面罩”一段时间，摘掉后它却“喘”得更厉害、衰老得更快了。这一现象背后的生理与分子机制尚不清楚，制约了N2-MAS技术的精准优化与应用。为此，来自河南工业大学的研究团队在《LWT - Food Science and Technology》期刊上发表论文，旨在揭示氮气气调与再曝气存储如何通过调控稻米内部的抗氧化系统，最终影响其贮藏品质。
为探究上述问题，研究人员采用了多层次的实验策略。他们选取了籼稻（C-两优丝苗，CLS）和粳稻（津晶优，JJ）两个品种，设置了常规储存（CS）、高浓度氮气气调再曝气存储（HNM-RS，先99% N2存储40天，再曝气320天）和低浓度氮气气调再曝气存储（LNM-RS，先95% N2存储180天，再曝气180天）三种处理，模拟了实际生产中杀虫（短期高浓度）和防虫保鲜（中长期较低浓度）的场景。在整个360天的储存期内，研究人员系统测定了反映稻米品质的指标，如脂肪酸值（FAV）、丙二醛（MDA）含量、电导率（EC）以及吸水率、膨胀率等蒸煮品质。同时，全面评估了稻米的抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）的活性，以及还原型谷胱甘肽（GSH）、总酚（TP）的含量，并检测了超氧阴离子（O2·?）和过氧化氢（H2O2）这两种关键活性氧（ROS）的积累情况。为了从分子层面深入解析代谢变化，研究还采用了非靶向代谢组学（Untargeted metabolomics）技术，通过液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）对储存末期稻米样品中的小分子代谢物进行了全面定性与定量分析。
3.1. 储存期间稻米品质的变化
3.1.1. 脂肪酸值、丙二醛含量和电导率的变化
研究结果显示，尽管在储存中期（第180天），N2-MAS处理（特别是LNM-RS）能显著抑制FAV、MDA和EC的上升，表明其暂时延缓了脂质氧化和细胞膜损伤。然而，到储存末期（第360天，即再曝气后），HNM-RS和LNM-RS组的FAV、MDA和EC值均显著高于CS组。这表明，再曝气过程逆转了氮气环境的保护效应，反而加速了脂质水解、过氧化以及细胞膜完整性的破坏。
3.1.2. 蒸煮品质的变化
随着储存时间延长，稻米的吸水率和膨胀率总体呈上升趋势。储存中期，N2-MAS组的这两个指标显著低于CS组，说明氮气环境有助于保持蒸煮品质。但到储存末期，HNM-RS组的吸水率和膨胀率显著高于CS组，意味着再曝气加剧了稻米淀粉糊化特性的改变，导致蒸煮品质下降。稻米汤的pH值在各组间无显著差异。
3.2. 储存期间稻米抗氧化系统的变化
3.2.1. 超氧化物歧化酶活性的变化
在再曝气初期（第40天或第180天），N2-MAS组的SOD活性显著高于CS组。但到储存末期，所有氮气处理组的SOD活性均显著低于CS组，表明再曝气导致了SOD活性的快速衰退。
3.2.2. 过氧化氢酶活性的变化
CAT活性随储存时间延长而下降。储存中期，LNM-RS组的CAT活性显著高于CS组。但到储存末期，各组间CAT活性无显著差异，说明再曝气同样削弱了CAT的活性维持优势。
3.2.3. 过氧化物酶活性的变化
POD活性的变化模式与SOD类似。再曝气时点，氮气处理组的POD活性较高，但储存末期HNM-RS组的POD活性已显著低于CS组。
3.2.4. 谷胱甘肽还原酶活性的变化
GR活性在储存期内呈下降趋势。储存中期，LNM-RS组的GR活性显著高于CS组。储存末期，各组间GR活性无显著差异。
3.2.5. 还原型谷胱甘肽含量的变化
GSH含量随储存时间延长而下降。储存中期，LNM-RS组的GSH含量较高。但储存末期，所有氮气处理组的GSH含量均显著低于CS组。
3.2.6. 总酚含量的变化
TP含量在储存期内下降。储存中期，LNM-RS组的TP含量较高。储存末期，所有氮气处理组的TP含量均显著低于CS组。
3.2.7. 超氧阴离子和过氧化氢含量的变化
O2·?和H2O2的含量随储存时间延长而增加。储存中期，氮气处理组的ROS含量较低。但储存末期，所有氮气处理组的O2·?和H2O2含量均显著高于CS组，表明再曝气引发了ROS的爆发性积累。
3.3. 非靶向代谢组学分析
3.3.1. 多变量分析
PCA（主成分分析）表明两个稻米品种的代谢谱存在固有差异。OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）则清晰地将CS组与HNM-RS、LNM-RS组区分开来，证实储存条件对稻米代谢产生了显著影响。
3.3.2. 关键差异代谢物的鉴定
通过VIP>1且p<0.05的标准，在CS组与两个再曝气组的比较中鉴定出了大量差异代谢物。对两个品种共有的差异代谢物进行分析发现，它们主要涉及萜类、脂肪酸以及莽草酸和苯丙烷类代谢途径。
在讨论部分，研究人员对上述结果进行了深入整合与阐释。研究表明，N2-MAS在维持期间通过抑制氧化代谢，暂时保护了稻米的抗氧化酶（如SOD、POD）活性和抗氧化物质（如GSH、TP）含量，并抑制了ROS的生成，从而延缓了品质劣变。然而，关键的转折点发生在再曝气环节。当稻米从低氧的氮气环境突然重新暴露于富氧空气中时，细胞代谢迅速从抑制状态“苏醒”并加剧，导致了氧化应激的剧烈爆发。这种“氧休克”表现为ROS（O2·?和H2O2）的过量生成。与此同时，经历了长期低氧“驯化”的稻米，其抗氧化防御系统（酶活性和非酶抗氧化物质）并未做好应对这种突增氧化压力的充分准备，反而呈现加速衰退的趋势。此消彼长之下，ROS的清除能力严重不足，造成其在细胞内大量累积。
代谢组学数据为这一生理现象提供了分子证据。与CS组相比，再曝气处理组（HNM-RS和LNM-RS）中具有抗氧化功能的代谢物，如莽草酸和苯丙烷类代谢产物（鸢尾苷元B、松柏苷、毛蕊花苷等）以及萜类化合物（如黄柏酮、(-)-地芰普内酯等），其含量显著下调。相反，与氧化损伤直接相关的脂肪酸过氧化产物，如(10E,12E)-9-羟基十八碳-10,12-二烯酸、13(S)-HODE等，其含量则显著上调。这些代谢变化表明，再曝气不仅削弱了稻米的化学抗氧化能力，还加剧了膜脂过氧化损伤，两者形成恶性循环，共同导致了FAV升高、MDA积累、细胞膜泄漏（EC升高）以及蒸煮品质下降等一系列加速劣变的表现。
综上所述，本研究得出明确结论：氮气气调存储本身能有效延缓稻米品质劣变，但其后的再曝气过程是诱导稻米品质加速劣变的关键环节。其核心机制在于再曝气引发了剧烈的氧化应激，导致活性氧爆发性积累，而同时稻米自身的抗氧化系统（包括酶系统和非酶抗氧化物质）却显著削弱，无法有效清除过量的活性氧，从而加剧了脂质氧化、细胞膜损伤和代谢紊乱，最终表现为贮藏品质的快速下降。该研究首次从抗氧化生理与代谢组学整合的视角，系统揭示了氮气气调储粮中“再曝气损伤”的机制，强调了控制再曝气时机与条件对于优化气调储粮工艺的重要性，为在实际仓储中制定更科学、精细的氮气气调管理策略，以最大程度保持粮食贮藏品质、减少损失，提供了重要的理论依据和实践指导。
