夏季通風(fēng)抑制高水分小麥微生物活性的研究

陳玉峰，王殿軒，王 宏，李榮鋒，蘇 凱，安超楠

（1.中央儲(chǔ)備糧商丘直屬庫(kù)，河南 商丘 476000；2.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心，糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；3.中央儲(chǔ)備糧開封直屬庫(kù)，河南 開封 475000）

0 前言

在小麥?zhǔn)斋@、收購(gòu)和入倉(cāng)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到因糧食水分較高而難以安全儲(chǔ)藏的問題.入倉(cāng)期的高水分糧在高溫環(huán)境中很容易霉變發(fā)熱.入倉(cāng)的糧食還會(huì)存在品種混雜、水分含量高和品質(zhì)差異大等特點(diǎn).儲(chǔ)糧微生物在溫濕度較大的環(huán)境中有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生真菌毒素等，如黃曲霉等易產(chǎn)生劇毒和致癌的黃曲霉毒素等[1-2].通常，對(duì)于高水分糧可以采取烘干、曬干和通風(fēng)降水等措施，如對(duì)于東北糧食主產(chǎn)區(qū)的高水分玉米和南方糧食主產(chǎn)區(qū)的高水分稻谷較多采用烘干技術(shù)處理.但對(duì)于華北糧食主產(chǎn)區(qū)，在糧食收購(gòu)和入倉(cāng)時(shí)較少采用烘干技術(shù)，因此高水分糧安全儲(chǔ)藏技術(shù)仍較落后.另一方面，這些地方的大型倉(cāng)房常常因糧源等原因，入滿一個(gè)單倉(cāng)的時(shí)間周期較長(zhǎng)，在夏季入庫(kù)的較高水分小麥容易出現(xiàn)發(fā)熱霉變等問題.對(duì)于高溫季節(jié)高水分糧儲(chǔ)藏中的發(fā)熱和霉變問題，在其他技術(shù)如烘干等設(shè)施難以到位的情況下，進(jìn)行通風(fēng)處理應(yīng)為重要的應(yīng)急措施之一，即在烘干、晾曬等條件難以應(yīng)用的情況，對(duì)于新收獲的高溫高水分小麥，在其糧情易于處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)采取機(jī)械通風(fēng)處理較為易行[3].當(dāng)前儲(chǔ)糧通風(fēng)技術(shù)的設(shè)備選擇與配置、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行模式等是以大規(guī)?；蛘麄}(cāng)糧食在適當(dāng)溫差下運(yùn)行為基礎(chǔ)的，對(duì)于入倉(cāng)過程或短期儲(chǔ)藏的糧食可能會(huì)存在通風(fēng)效率低、能耗大、水分過分損耗等問題[4].研究探討夏季高溫高濕條件下不同通風(fēng)風(fēng)速和處理時(shí)間對(duì)糧食中微生物的影響，可為科學(xué)通風(fēng)、抑制霉變、防止糧食發(fā)熱提供細(xì)化的參數(shù)指導(dǎo).筆者研究了在高溫環(huán)境中，不同通風(fēng)風(fēng)速下不同水分含量的小麥中微生物的活性變化，意在探討高溫環(huán)境中通風(fēng)對(duì)糧食微生物的抑制情況，為高水分糧的夏季安全儲(chǔ)藏提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

試驗(yàn)糧倉(cāng)：直徑1 m，高3 m 的鍍鋅鐵皮圓筒倉(cāng)，裝糧量約為1.6 t.其下部15 cm 處設(shè)架空的全開孔沖孔鋼板作為通風(fēng)孔板和糧食承載底面，通風(fēng)孔開孔形狀近長(zhǎng)方形，孔板開孔率為33%.在通風(fēng)孔板下的倉(cāng)壁側(cè)面設(shè)直徑70 mm 的通風(fēng)進(jìn)氣孔，其上連接相應(yīng)的通風(fēng)管和風(fēng)機(jī)，在通風(fēng)管上部中間設(shè)有一個(gè)風(fēng)速檢測(cè)孔和可以軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)速調(diào)節(jié)閥.通風(fēng)風(fēng)機(jī)型號(hào)為8XT 型，安徽省界首市云龍電器有限公司生產(chǎn)，風(fēng)速14 m/s，功率0.75 kW.在糧面下30 cm 和糧堆圓柱體底平面層分別設(shè)置中心和半徑圓周點(diǎn)上的溫度傳感器，其相應(yīng)的測(cè)溫電纜置于糧面外，連接LYLJ-II 型溫度檢測(cè)儀檢測(cè)溫度，測(cè)溫誤差為±0.5 ℃.測(cè)試裝置示意圖見圖1.整個(gè)試驗(yàn)過程于當(dāng)年夏季在中央儲(chǔ)備糧商丘直屬的一大型平房倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行.

試驗(yàn)用小麥：河南省商丘市當(dāng)年新收獲的混合硬質(zhì)冬小麥，容重780 g/L 左右，雜質(zhì)0.9%～1.0%，色澤、氣味正常.不同處理批次的小麥水分為15.5%、14.5%、14.0%.

圖1 通風(fēng)試驗(yàn)倉(cāng)與測(cè)試裝置

1.1.2 儀器及參數(shù)

SKWJH-1 型微生物活性檢測(cè)儀：四川昇榮科技發(fā)展有限公司，其原理為將糧食微生物細(xì)胞中與代謝活動(dòng)密切相關(guān)特定酶（過氧化氫酶）[5-8]的活力變化量通過微生物檢測(cè)儀進(jìn)行量化顯示，單位為U.即微生物物的活性為微生物中特定酶的活力.KS-2 康氏振蕩器：江蘇金壇宏凱儀器廠，振幅20 mm，頻率起動(dòng)300 r/min，配套分液漏斗夾具.AL204 型天平：深圳市郎普電子科技有限公司，感量為0.000 1 g，誤差為±0.000 3 g.DFA-3 低壓風(fēng)速表：鞍山市光學(xué)有限公司，風(fēng)速誤差為0.01 m/s.TES-1340 型熱線式風(fēng)速計(jì)：泰仕電子工業(yè)股份有限公司，精度為0.01 m/s.

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)方法

分別將試驗(yàn)小麥裝入糧倉(cāng)中，埋入測(cè)溫電纜，連接相應(yīng)設(shè)備.開啟風(fēng)機(jī)，檢測(cè)管道風(fēng)速，調(diào)節(jié)通風(fēng)閥門，使糧堆表面風(fēng)速分別穩(wěn)定在0.06 m/s、0.04 m/s、0.02 m/s、0 m/s.每天在10:00～16:00 進(jìn)行通風(fēng)運(yùn)行.每日通風(fēng)結(jié)束后，自上而下取樣，樣品質(zhì)量1 kg.試驗(yàn)期間環(huán)境氣溫為23～35 ℃，相對(duì)濕度為35%～65%.糧溫在27～32 ℃之間.

1.2.2 微生物活性的測(cè)定

稱取100 g 糧食樣品于500 mL 具塞三角瓶中，分3 次加入蒸餾水（每次約160 mL），每次在振蕩器上振蕩2 min 后用濾網(wǎng)過濾到500 mL 的量筒中，濾液補(bǔ)足至500 mL 作為糧食樣品提取液.將樣品提取液加到微生物活性檢測(cè)儀的反應(yīng)室中，加熱至30 ℃，加入30%過氧化氫10 mL，加蓋密閉，開始微生物活性值的檢測(cè)，儀器自動(dòng)計(jì)時(shí)至10 min 后檢測(cè)結(jié)束，屏幕上顯示的數(shù)值即為該糧食樣品的微生物活性值（U）.每個(gè)試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)平行.

每天微生物活性值的變化數(shù)=[第n 次取樣該點(diǎn)糧食的微生物活性值-第(n-1)次取樣該點(diǎn)糧食的微生物活性值]/n.

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 處理，并采用DPS 軟件Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 通風(fēng)對(duì)水分含量14.0%的小麥中微生物活性的抑制

水分含量為14.0%的小麥在25～35 ℃條件下分別采用表面風(fēng)速0 m/s（不通風(fēng)）、0.08 m/s、0.06 m/s、0.04 m/s、0.02 m/s 進(jìn)行通風(fēng)后，測(cè)定不同時(shí)間不同位置的微生物活性，結(jié)果見表1.

從表1 可以看出，糧堆上層小麥在通風(fēng)開始時(shí)微生物的活性在37～63 U 之間，沒有通風(fēng)的糧食中微生物的活性在第13 天時(shí)顯著增強(qiáng)，在第31天時(shí)達(dá)到385 U，相應(yīng)地下層糧食的微生物活性在第10 天時(shí)顯著增強(qiáng)，在第31 天時(shí)達(dá)到398 U.以0.02～0.08 m/s 進(jìn)行通風(fēng)的糧食中微生物的活性值不但沒有增強(qiáng)，反而均呈現(xiàn)略微下降趨勢(shì).即使是在風(fēng)速最小0.02 m/s 的情況下，小麥中微生物活性也是不升反降.結(jié)果顯示，水分含量為14.0%的小麥在夏季高環(huán)境中堆放儲(chǔ)藏時(shí)，其中微生物活性會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而升高.夏季堆存小麥在通風(fēng)或有氣流影響的條件下，其中微生物活性會(huì)受到抑制.通風(fēng)對(duì)微生物的活性抑制是由于通風(fēng)氣流及時(shí)帶走了糧食和微生物產(chǎn)生的濕熱，使得微環(huán)境中溫度和濕度不再有利于微生物的活動(dòng).

2.2 通風(fēng)對(duì)水分含量為14.5%的小麥中微生物活性的抑制

水分含量為14.5%的小麥在25～35 ℃條件下分別采用糧堆表面風(fēng)速0 m/s（不通風(fēng)）、0.08 m/s、0.06 m/s、0.04 m/s、0.02 m/s 進(jìn)行通風(fēng)后，測(cè)定不同時(shí)間不同位置糧食的微生物活性值，結(jié)果見表2.

表1 通風(fēng)對(duì)水分含量14.0%的小麥中微生物活性的抑制情況 U

表2 通風(fēng)對(duì)水分含量14.5%的小麥中微生物活性的抑制情況 U

從表2 可以看出，起始微生物活性在37～63 U的水分含量為14.5%的小麥，未通風(fēng)情況下在第13 天時(shí)其中微生物活性出現(xiàn)顯著增強(qiáng)，在第31 天時(shí)達(dá)到396 U 以上.進(jìn)行通風(fēng)處理的小麥中微生物活性值都呈現(xiàn)略微下降趨勢(shì).結(jié)果顯示，水分含量為14.5%的小麥在夏季高溫環(huán)境中堆放儲(chǔ)藏時(shí)，其中微生物活性隨時(shí)間延長(zhǎng)而升高的情況與14.0%的小麥儲(chǔ)藏情況相近，通風(fēng)可以抑制其微生物活性，通風(fēng)處理有利于偏高水分小麥在高溫環(huán)境中安全儲(chǔ)藏.

2.3 通風(fēng)對(duì)水分含量15.5%的小麥中微生物活性的抑制

試驗(yàn)條件下對(duì)水分含量為15.5%的小麥進(jìn)行不同風(fēng)速間歇通風(fēng)處理后，測(cè)定不同時(shí)間不同位置的微生物活性值，結(jié)果見表3.

表3 通風(fēng)對(duì)水分含量15.5%的小麥中微生物活性的抑制情況 U

從表3 可以看出，起始微生物活性值在57～68 U 之間的小麥，在未通風(fēng)情況下其中微生物活性在第10 天時(shí)出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)，在第28 天時(shí)達(dá)到500 U(安全儲(chǔ)藏活性臨界值)[6].進(jìn)行間歇通風(fēng)處理的小麥中微生物活性值則仍保持略微下降趨勢(shì).結(jié)果顯示，水分為15.5%的小麥在夏季環(huán)境溫度下如果不進(jìn)行通風(fēng)處理，其中微生物會(huì)較快地表現(xiàn)高活性，并在28 d 達(dá)到非安全狀態(tài).采用不同試驗(yàn)風(fēng)速進(jìn)行間歇通風(fēng)處理的小麥，其中微生物活性則受到明顯抑制.結(jié)果說明即使水分含量達(dá)到15.5%的小麥，儲(chǔ)藏中如果進(jìn)行通風(fēng)處理，通風(fēng)氣流將糧堆微環(huán)境中的濕熱攜帶到糧堆外，可使其中微生物處于低活性狀態(tài)，夏季高溫環(huán)境中高水分糧食進(jìn)行通風(fēng)處理可抑制微生物活性.

比較3 種不同水分含量的小麥中微生物的活性變化可以看出，3 種小麥在夏季溫度環(huán)境中，如果不進(jìn)行通風(fēng)處理微生物活性都會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)顯著升高，且水分越大，微生物活性增長(zhǎng)速度越快，增長(zhǎng)幅度越大.試驗(yàn)也說明，在夏季高溫環(huán)境下，糧食的水分含量會(huì)明顯影響到糧食儲(chǔ)藏安全.

3 討論

在我國(guó)的小麥主產(chǎn)區(qū)，夏糧在入庫(kù)后的一定時(shí)期常常處于高溫儲(chǔ)藏狀態(tài)，高水分糧儲(chǔ)藏問題也很常見.高溫高水分的糧食和其中的微生物更容易在此環(huán)境中呼吸和旺盛活動(dòng)，容易使糧堆內(nèi)熱量積累，造成糧食發(fā)熱霉變[9].許多情況下烘干、晾曬等處理技術(shù)難以實(shí)施，使得新收獲小麥的糧堆內(nèi)部溫度和水分較高，糧情處于不穩(wěn)定狀態(tài)[3]，對(duì)此采取機(jī)械通風(fēng)處理則相對(duì)較為易行.Smith[10]報(bào)道糧堆的自然氣流可帶走熱量，但過程很緩慢.本試驗(yàn)表明，通風(fēng)可抑制高溫高水分小麥中的微生物活性，通風(fēng)氣流可以促使生物活動(dòng)產(chǎn)生的熱量從糧堆中散出.在通風(fēng)過程中掌握適當(dāng)?shù)耐L(fēng)參數(shù)，可以在有效抑制微生物活性的基礎(chǔ)上，提高通風(fēng)效率，避免有害通風(fēng).儲(chǔ)糧通風(fēng)中測(cè)定糧堆表面的風(fēng)速簡(jiǎn)單易行，可以通過測(cè)定糧堆表面風(fēng)速掌握通風(fēng)運(yùn)行情況.從試驗(yàn)中對(duì)小麥中微生物活性抑制的情況看，糧堆風(fēng)速在0.02～0.08 m/s 之間時(shí)對(duì)活性抑制結(jié)果差異不顯著，即意味著采用較低的糧堆表面風(fēng)速就可起到抑制微生物活性的作用.根據(jù)本試驗(yàn)，采用低糧堆表面風(fēng)速進(jìn)行間歇通風(fēng)作業(yè)，既可抑制微生物活性，又不需要連續(xù)的大風(fēng)速通風(fēng)，具有節(jié)能高效的效果.同時(shí)，低風(fēng)速間隔作業(yè)還有利于充分利用一天中的有利通風(fēng)時(shí)機(jī)合理安排工作和運(yùn)行時(shí)間.

根據(jù)儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程有關(guān)規(guī)定，對(duì)于糧食水分高于當(dāng)?shù)貎?chǔ)糧安全水分進(jìn)行降溫通風(fēng)時(shí)，要求允許通風(fēng)的溫度條件為開始通風(fēng)時(shí)溫差在8 ℃以上，通風(fēng)進(jìn)行時(shí)溫差在4 ℃以上[11].從本試驗(yàn)的結(jié)果看，夏季入倉(cāng)的高水分小麥儲(chǔ)藏中，要進(jìn)行規(guī)程規(guī)定的溫差條件開啟或進(jìn)行通風(fēng)難以獲得要求的環(huán)境溫度條件.從防止微生物活動(dòng)和糧食霉變的需求考慮，進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐L(fēng)來防止微生物活動(dòng)仍然是可行的.機(jī)械通風(fēng)可以使夏季高水分小麥實(shí)現(xiàn)短期安全儲(chǔ)藏.

在溫度30 ℃的條件下，水分含量為13.3%的小麥可以在120 d 內(nèi)不出現(xiàn)危害性真菌的生長(zhǎng)，小麥中最初生長(zhǎng)的主要危害性真菌最低生長(zhǎng)水分在14.1%左右[12].本研究的結(jié)果也說明，小麥水分在14.5%以下時(shí)即使不進(jìn)行通風(fēng)處理，在1 個(gè)月內(nèi)其中微生物的活性也不超過500 U.但水分含量14.5%的小麥在高溫環(huán)境中儲(chǔ)藏時(shí)間超過1 個(gè)月后，其中微生物活性則有超過500 U 這一安全儲(chǔ)藏活性臨界值的趨勢(shì)，因此，水分含量14.5%的小麥儲(chǔ)藏時(shí)間超過1 個(gè)月應(yīng)進(jìn)行通風(fēng)處理以抑制微生物活性增長(zhǎng).對(duì)于水分含量15.5%的小麥，在夏季儲(chǔ)藏中其微生物活性極易升高，及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)抑制微生物活性和防止霉變很有必要.總體上看，高水分小麥在高溫環(huán)境下儲(chǔ)藏時(shí)，微生物活性達(dá)到和超過500 U 這一安全儲(chǔ)藏活性臨界值的時(shí)間是隨水分含量的增高而縮短的.堆存小麥的水分含量在15.5%以內(nèi)時(shí)，在夏季間歇通風(fēng)情況下可以維持其中微生物活性不明顯增加.

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