主要粮食品种储藏期间霉菌活动特性研究

黄淑霞 蔡静平 田海娟

(河南工业大学,郑州 450052)

主要粮食品种储藏期间霉菌活动特性研究

黄淑霞 蔡静平 田海娟

(河南工业大学,郑州 450052)

研究了稻谷、玉米和小麦在 25℃,相对湿度分别为 75%、85%和 95%储藏,以及在高于安全水分2%的相似水活度条件下储藏期间霉菌的活动特性。结果表明,小麦最易出现霉菌生长活动,稻谷的抗霉菌生长作用最强,玉米介于小麦和稻谷之间;其中 85%相对湿度下储藏至 28 d,小麦的微生物活性值升高了 475 u,分别是稻谷和玉米同期升高值的 5.6和 3.5倍。储粮中霉菌活动特性的不同表现与各粮种的吸湿性能及粮粒外皮 (颖壳或种皮)的霉菌可生长性差异有关,但将相同霉菌活动强度的储粮样品作相关品质指标的检测,发现小麦的黏度、发芽率变化不明显,而玉米和稻谷的脂肪酸值和发芽率则有较大的变化。因此,对于储藏品质较稳定但易滋长霉菌的小麦应该重点关注霉菌活动的状况,仅仅监测品质指标变化难以准确判断储藏的安全性和粮食相关的食品安全性。

稻谷 玉米 小麦 储藏 霉菌

稻谷、小麦和玉米是我国农业种植的主要粮食种类,也是国家粮库和农户主要的存储粮种。在粮食储藏期间,国家大型粮库主要通过测温、检测粮食品质指标变化判断储藏状况,以通风、降温等手段控制霉菌等微生物的危害性活动[1-3],农户也通过干燥等方法防止粮食变质。但由于我国粮食储存期普遍较长,外界湿度及粮仓内湿热空气流动会影响局部粮食,导致其水分发生变化。当环境温湿度满足霉菌生长的条件后,储粮就有可能发生霉腐现象[3]。

霉菌在粮食中的活动不仅影响粮食的食用及加工工艺品质,而且会产生黄曲霉毒素等真菌毒素及霉菌的其他有毒代谢产物[4],可能影响相关食品的食用安全性。但是长期以来,人们较多地关注储藏粮食的品质变化,各种粮食品种储运、加工、流通的标准也均以食用及加工工艺特性参数作为衡量粮食品质的最主要指标,很少考虑储粮中微生物活动影响食品安全的问题。如果霉菌在粮食中的活动程度与储粮的实际品质变化程度不相对应,则有可能掩盖某些粮食种类存在较多霉菌代谢产物的可能性,导致食品安全性的风险[5]。拟在相同的条件下模拟储藏稻谷、小麦和玉米,研究三种粮食中霉菌的生长、代谢活动特性及一些品质指标变化的相关性,探讨各粮种在抗霉菌活动方面存在的差异性,为粮食的科学储藏和食品安全控制提供基础参数。

1 材料与方法

1.1 试验粮食

稻谷为郑州本地产粳稻;小麦为郑州本地产硬质白麦;玉米为郑州本地产马齿型黄色玉米。

1.2 培养基及检测试剂

霉菌带菌量分析采用改良察氏培养基;所有检测试剂均为市售分析纯试剂。

1.3 试验仪器

微生物活性检测仪:四川晟荣科技发展有限公司生产;温湿度传感器:精度为温度 0.1℃,相对湿度 1%,郑州贝博电子有限公司组装;储藏容器:1.2 mm镀锌板制成直径 650 mm,高 1 000 mm的圆筒状容器,容器侧面开有直径 50 mm的小孔可供采集一定深度的储粮样品。

1.4 试验方法[4]

1.4.1 粮食模拟储藏方法

在无菌室中用温度、湿度传感器[5]分别控制电加热器和超声波加湿器,维持设定的温湿度,将粮食储藏在镀锌铁板制成的容器中。

1.4.2 微生物活性检测方法

取 100 g样品于具塞三角瓶中,分三次 (每次150 mL左右)分别加入蒸馏水至瓶中,每次在振荡器上振荡 2 min,把滤液过滤到 500 mL量筒中,补足500 mL.然后加到微生物活性检测仪的反应室中,得到仪器的提示后加入检测底物 10 mL,加盖密闭,10 min后屏幕上显示的数值即为微生物活性值。

1.4.3 粮食含水量调节方法

将市场中购入的粮食置于塑料薄膜上,按其含水量计算调节至目标含水量所需的理论添加水量,用喷雾器分 3次将 1.3倍理论添加水量的蒸馏水喷到粮食表面,用薄膜覆盖使水分被完全吸收和平衡,获得所需水分的粮食。

1.4.4 粮食吸湿性比较试验方法

将小麦、玉米、稻谷三种试验粮食调节至含水量分别为 10.5%、11.8%和 11.4%,分别装入镀锌铁板制成的储藏容器中,控制空间的相对湿度为 85%,定时检测表层下 10 cm粮食的水分含量变化。

1.4.5 相关指标测定方法

脂肪酸值按照 GB5510—1985方法测定;发芽率按照 GB5520—1985方法测定;黏度按照 GB/T 5516—1985方法测定。

2 结果与分析

2.1 环境湿度对储粮霉菌活动的影响

将三种安全水分的粮食储藏在 25℃,相对湿度(RH)分别为 75%、85%及 95%的环境下,监测粮食中微生物的活动状况,结果如图 1、图 2和图 3所示。在 RH 75%条件下,稻谷中的微生物基本上无活动迹象,小麦和玉米仅在储藏 30 d后显示较弱的微生物活动。当环境湿度达到 RH 85%时,储粮中的微生物活动明显变得活跃,尤其是小麦,在储藏至 28 d时微生物活性值即升高了 475 u,分别是稻谷和玉米同期升高量的 5.6和 3.5倍,少数麦粒的胚部和腹沟甚至可发现霉菌的菌落;在 56 d的储藏中,稻谷、玉米和小麦的微生物活性值升高值分别为 203、634和 860 u,其差异是相当显著的。进一步升高储藏环境的相对湿度 (RH 95%),粮食中的微生物活动更为活跃,储藏 7 d即可发现显著的微生物活性值升高及粮食表观的变化,但所表现的规律与 RH 85%时相同,即在同一环境条件下储藏,小麦中的霉菌活动最活跃,玉米次之,稻谷具有较强的抗霉菌生长特点。

2.2 水分含量对储粮霉菌活动的影响

粮食在相同水活度下的储藏状态可排除多种可能因素的影响,更准确地反映储粮的霉菌活动特性。将三种粮食样品的含水量调节到超过规定安全水分约 2%的水平,置于在密封性较好的容器中储藏,结果表明 (图 4),小麦在储藏 10 d时霉菌的生长现象已非常明显,储藏 25 d时微生物活性值升高了 371 u,但水活度基本相当的稻谷储藏 25 d时基本没有显示霉菌生长的迹象,玉米的霉菌生长状态则介于小麦和稻谷之间。这一规律性与前述外界湿度对各粮种影响的试验结果相同。

图 4 相似水活度粮食的储藏霉菌活动状况(25℃)

2.3 不同粮种霉菌活动特性差异的影响因素

不同粮种霉菌活动的差异性可能受到多种因素的影响,由于霉菌的生长是粮粒水分升高所致,霉菌是在粮粒的表面生长,因此粮食的吸湿性能和粮粒外皮的保护性能应该是影响霉菌生长活动特性的重要因素。

2.3.1 吸湿性的比较

将低于安全水分 2%左右的三种粮食置于 85%的相对湿度条件下储藏,监测表层下 0.1 m粮食水分的变化,结果如图 5所示,稻谷的吸湿速率明显低于相同条件下储藏的小麦和玉米,试验过程中前14 d稻谷的水分增量仅为 2.2%,远低于小麦的4.2%和玉米的 3.4%水分增加量;在整个 42 d的试验期间,三种粮食的吸湿能力始终为小麦最大,玉米次之,稻谷最低。这一特性与粮食霉菌活动的表现完全一致。

图 5 不同粮食储藏吸湿性能比较(30℃,RH 85%)

2.3.2 霉菌在粮粒外皮(颖壳或种皮)上的可生长性

粮粒外壳对粮食抗霉保护作用是非常明显的。三类粮食在外皮 (颖壳或种皮)的化学成分、厚度等方面存在较大差异,可能对它们的霉菌活动特性产生重要的影响。分别收集麸皮、玉米皮、稻壳,充分洗涤除去残留的胚乳成分,适当干燥后置于相对湿度为 90%左右的恒温恒湿培养箱中进行培养试验,经霉菌带菌量检测 (平板菌落计数),结果表明 (图6),稻壳中几乎没有霉菌的生长迹象,说明稻壳的抗霉菌活动作用较强,这可能与稻壳的主要成分是生物难以分解利用的木质素有关;在麸皮和玉米皮培养物中均有较明显的霉菌带菌量升高的现象,18 d培养的霉菌增加量分别为 1.0×102和 4.8×102cfu/g。因此,粮粒外皮 (颖壳或种皮)对粮食霉菌活动的保护性强弱依次为稻壳、玉米种皮和小麦种皮。

图 6 粮食种皮的霉菌培养(30℃,RH 95%)

2.4 霉菌活动状况与储粮品质变化的关系

储粮中霉菌的活动可导致粮食品质的劣变已经被人们广泛地认识。由于目前微生物尚未作为储粮的品质指标,在储粮实践中,人们通常以食用品质的变化衡量不同粮食的储藏稳定性。在常规储藏条件下,一般认为小麦是最耐储的品种,通常储藏 3～5年不会有明显的食用品质或加工工艺品质的变化;稻谷较易陈化,通常 1～2年后就会导致显著的食用品质下降;玉米的某些品质指标在储藏期间的变化速率也较快。储粮品质的变化程度与霉菌的活动并非完全对应,以微生物活性值作为储粮中霉菌活动强度的比较指标,将初始品质均为正常,初始微生物活性值分别为小麦 85 u、玉米 66 u、稻谷 93 u的样品储藏至微生物活性的升高值达到 400 u时几种常规指标的变化[6],结果如表 1所示,小麦的指标值变化率最小,发芽率基本没有变化,黏度仅降低 26%;稻谷与玉米基本相似,在霉菌生长活动强度与小麦相当的情况下,其主要品质指标脂肪酸值均发生了较大的变化,升高幅度高达 80%以上,发芽率的降低幅度也明显大于小麦。

表 1 粮食储藏期间微生物活性值升高 400 u时主要品质指标的变化

3 讨论

已有的研究表明,储粮中霉菌的生长和代谢活动可分解和利用粮食中的成分,使粮食的品质发生不同程度的劣变[6]。常规的研究一般是针对单一粮食品种储藏试验获得的结果,尚缺乏对不同粮食种类抗霉变特性比较的资料。试验将不同的粮食品种置于相同的环境温湿度条件,以及水活度基本相似的条件下进行储藏试验,采用了对储粮霉菌生长活动较为敏感的微生物活性值为检测指标,研究不同粮食品种的霉菌生长活动特性及霉菌活动影响粮食品质变化的相关性,结果表明,小麦最易出现霉菌生长活动,稻谷的抗霉菌生长作用最强,玉米则介于小麦和稻谷之间;对其差异性的机理做初步的试验探索表明,不同粮食品种粮粒的吸湿性存在一定差异,粮粒吸湿将导致水分含量升高,这是所有霉菌进行生长活动的基础;粮粒外皮的保护作用也是影响霉菌生长活动的重要因素,稻壳所含不易被分解的木质素导致其霉菌可生长性最差,从而使稻谷储藏的霉菌活动受到抑制。进一步的试验还表明,霉菌生长活动的强弱与不同储粮品种的品质变化程度不完全相对应,容易滋长霉菌的小麦是储藏品质最稳定的品种,抗霉菌生长比较明显的稻谷储藏时却最易劣变,这些现象可以说明储粮的劣变除了霉菌的作用外,可能还有其他多种影响因子。

从表面上看小麦相比稻谷和玉米更容易滋长霉菌的试验结果与常规的储藏概念有一些矛盾[7-10],实际上这是人们的评判角度不同所致。在我国目前的粮食储藏、流通领域中,一般仅以粮食的食用和加工工艺品质变化作为检测和衡量优劣的指标,由于粮食在发生严重霉变前,霉菌等微生物的个体发展不易被人们肉眼观察到,小麦表皮虽然可滋长霉菌,但对于加工工艺品质和食用品质的影响可能需要较长的时间,使得储藏品质较为稳定的小麦自然地被认为是不易霉变的粮种。

霉菌在粮食中的活动必然会产生各种代谢产物,代谢活性越强,形成的代谢产物量越多,产生真菌毒素等有害物质的可能性也越大。由于真菌毒素等霉菌代谢物危害性大,一旦在粮食中产生,迄今没有任何方法可以完全消除其存在,而且现有的粮食去毒技术处理成本高,对粮食品质的破坏性大。因此,在食品安全问题日益引起人们高度重视的今天,对于小麦这些容易滋长霉菌,而品质指标不易发生变化的粮食品种,在储藏期间应该对其霉菌活动的状况实施更为严格的监测,从而能够在霉菌活动的早期加以有效的控制;同时,在粮食储藏品质评估时,除了常规的粮食加工工艺指标外,还应引入储粮霉菌活动相关的指标,从而确保相关粮食及其产品的食用安全性。

4 结论

4.1 在相同的储藏温、湿度条件,或在相似的水活度下,各粮种的霉菌生长速度有较大差异,其霉菌的易生长顺序为:小麦、玉米、稻谷。

4.2 不同种类粮食的霉菌活动差异可能与粮粒的吸湿性及外皮的霉菌可生长特性等因素有关。

4.3 鉴于容易滋长霉菌的小麦难以从储藏品质指标和加工工艺指标反映霉菌活动情况,其被霉菌有害物质污染的风险高于玉米和稻谷,因而储藏期间更需要监测霉菌等微生物的活动。

[1]邹小波,赵杰文.电子鼻快速检测谷物霉变的研究[J].农业工程学报,2004,20(4):121-124

[2]刘长安,安学义,陈连军,等.高大平房仓控温控湿储粮试验[J].粮食储藏,2007,36(3):40-42

[3]唐芳,程树峰,伍松陵.玉米储藏主要危害真菌生长规律的研究[J].中国粮油学报,2008,23(5):137-140

[4]J.W.Bennett,M.Klich.Mycotoxins[J].ClinicalMicro2 biology Reviews[J],2003,16(3):497-516

[5]N.Magan,P.Evans.Volatiles as an indicator of fungal ac2 tivity and differentiation between species,and the potential use of electronic nose technology for early detection of grain spoilage[J]. Journal of Stored Products Research,2000(36):319-340

[6]蔡静平.储粮微生物活性及其应用的研究[J].中国粮油学报,2004,19(4):76-79

[7]殷贵华,于林平,朱京立,等.常温仓低温仓储存小麦品质变化规律研究[J].粮油加工,2007(7):93-95

[8]张瑛,吴先山,吴敬德,等.稻谷储藏过程中理化特性变化的研究[J].中国粮油学报,2003,18(6):20-24

[9]吴存荣,张玉荣,刘婷,等.玉米储藏过程中品质指标变化研究[J].郑州工程学院学报,2004,25(2):50-52

[10]展海军,李建伟,金华丽,等.小麦储藏期间品质变化的研究[J].郑州工程学院学报,2002,23(2):41-43.

Mould Development Characters ofDifferent Stored Grains

Huang Shuxia Cai Jingping Tian Haijuan
(Henna University of Technology,Zhengzhou 450052)

The characters for mould development of paddy,corn and wheat,stored at 25℃ and RH 75%,85%or 95%,orwith excess moisture of 2%over safe moisture,were investigated.Results:Wheat occurs mould developmentmost easy;paddy exhibits best anti-mould growing ability;and corn exhibits at the middle between wheat and paddy.Stored in RH 85%for 28d,the microbe activity ofwheat increases by 475 u that is 5.6 ti mes and 3.5 times higher than those of paddy and corn in the same period.The differences are found to be related with the hygroscopic character of the grain and the usable property formould of the grain coatOn the other hand,comparing the grains in the same mould activity status,it is found that the fatty acid value and ger mination percentage change remarkably for paddy and corn,but not evidently forwheat.Therefore,attention should be emphasized on mould de2 velopment for stored wheatwith easy growing character formould,in order to insure the quality of stored wheat and the related food safety.

paddy,corn,wheat,storage,mould

S379

A

1003-0174(2010)01-0099-05

国家科技支撑计划项目子专题(2006BAK02A25)

2009-03-05

黄淑霞,女,1957年出生,高级工程师,粮食及农产品储藏