稻谷儲(chǔ)藏過程中發(fā)熱霉變研究進(jìn)展

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(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

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稻谷儲(chǔ)藏過程中發(fā)熱霉變研究進(jìn)展

薛飛,渠琛玲*,王若蘭,李慧

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

受外界高溫高濕環(huán)境條件、含水量等因素的影響,稻谷在儲(chǔ)藏過程中易發(fā)生發(fā)熱霉變的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響稻谷品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益。本文詳細(xì)綜述了稻谷發(fā)熱原因、發(fā)熱類型以及稻谷霉變成因、霉變過程品質(zhì)變化、霉變防控,為稻谷的安全儲(chǔ)藏提供了依據(jù)。

稻谷,發(fā)熱,霉變,防控

稻谷是我國主要的糧食作物之一,產(chǎn)區(qū)遍及全國各地,稻谷年總產(chǎn)量高達(dá)2億多噸[1]。作為主要的糧食食用品種,供應(yīng)著全世界一半以上的人口[2]。稻谷相對于小麥來說,屬于不耐儲(chǔ)藏的品種,一般儲(chǔ)備輪換年限為3年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),每年稻谷因在儲(chǔ)藏過程中發(fā)生的倉儲(chǔ)害蟲、發(fā)熱霉變以及自身陳化造成的損失,約占總儲(chǔ)量的3.03%,達(dá)數(shù)百億斤,損失超過200億元[3]。發(fā)熱霉變會(huì)導(dǎo)致稻谷品質(zhì)嚴(yán)重劣變,滋生大量霉菌,同時(shí)部分霉菌的生長繁殖會(huì)產(chǎn)生黃曲霉毒素、伏馬毒素等真菌毒素,大部分毒素?zé)o法通過物理或者化學(xué)的方法清除,使得稻谷失去食用價(jià)值。

1 稻谷發(fā)熱

1.1發(fā)熱原因

稻谷發(fā)熱的原因主要包括生物因素和非生物因素兩大類,生物因素有微生物、儲(chǔ)糧害蟲(昆蟲、螨類等)、有機(jī)雜質(zhì)等,非生物因素主要為環(huán)境溫濕度。

1.1.1 稻谷籽粒 稻谷籽粒是活的生命體,在儲(chǔ)藏過程中會(huì)進(jìn)行有氧或無氧呼吸,盡管籽粒的呼吸強(qiáng)度相對于微生物或儲(chǔ)糧害蟲來說弱很多,但在溫濕度增高時(shí),與呼吸有關(guān)的酶類活性增強(qiáng),呼吸強(qiáng)度顯著增加,會(huì)釋放大量熱量。吳芳等[4]研究了不同溫度(20、30 ℃)、含水量(13.4%、14.5%、18.5%)條件下稻谷的呼吸速率,并建立了稻谷呼吸速率的回歸模型,數(shù)據(jù)顯示當(dāng)溫度、含水量增加時(shí),稻谷的呼吸速率由10～20 CO2mL/(kg·d)增加到了90～100 CO2mL/(kg·d),呼吸強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。稻谷因呼吸強(qiáng)度增強(qiáng)釋放的熱量可使糧堆出現(xiàn)發(fā)熱情況,應(yīng)引起足夠重視。

1.1.2 微生物 大量研究發(fā)現(xiàn),對儲(chǔ)糧穩(wěn)定性產(chǎn)生影響最大的微生物種類是霉菌。大多數(shù)霉菌生長繁殖的適宜溫度范圍為20～40 ℃,其中在28～30 ℃范圍內(nèi)生長繁殖最為旺盛[5]。微生物活動(dòng)在糧食發(fā)熱過程中提供了大量的熱量,霉菌的呼吸強(qiáng)度是糧食籽粒自身呼吸強(qiáng)度的上百倍乃至上萬倍,正常干燥稻谷呼吸強(qiáng)度為0.1～1.2 CO2mL/(g·24 h),而經(jīng)過培養(yǎng)2 d后生長的霉菌(黑曲霉)的呼吸強(qiáng)度則為1576～1870 CO2mL/(g·24 h)[6]。糧食在入倉時(shí)攜帶了大量的微生物,在儲(chǔ)藏的過程中,高溫高濕的環(huán)境條件會(huì)促進(jìn)微生物的生長繁殖,釋放大量熱量。田海娟等[7]研究了稻谷在不同溫度、相對濕度下進(jìn)行儲(chǔ)藏時(shí)的霉菌活動(dòng),溫度30 ℃,相對濕度在70%～80%、80%～90%、大于90%范圍內(nèi)微生物活性分別增加252、220、597 u,高相對濕度極大程度上促進(jìn)霉菌等微生物的活性,生理代謝活動(dòng)大大加強(qiáng)。周建新等[8]研究了不同儲(chǔ)藏溫度、含水量條件下稻谷霉菌的活動(dòng),結(jié)果表明,儲(chǔ)藏的溫度超過25 ℃時(shí),不同含水量的稻谷霉菌量均顯著增加,并且曲霉是優(yōu)勢菌,稻谷籽粒的水分與霉菌量的變化也密切相關(guān),溫度相同時(shí),含水量越高,霉菌增長越快。

1.1.3 儲(chǔ)糧害蟲 在安全水分或安全水分以下儲(chǔ)藏的稻谷,當(dāng)儲(chǔ)糧害蟲爆發(fā)時(shí),其生理代謝活動(dòng)產(chǎn)生的熱量能導(dǎo)致稻谷的含水量增大,引起糧堆局部發(fā)熱。常見的儲(chǔ)糧害蟲包括米象、玉米象、赤擬谷盜和銹赤扁谷盜等[9]。袁業(yè)宏[10]進(jìn)行的實(shí)倉實(shí)驗(yàn)表明,糧面以下3～4 m處,蟲篩得到的玉米象7頭/kg,谷蠹3頭/kg,銹赤扁谷盜8頭/kg,低密度的蟲情仍能引起糧溫的迅速上升,導(dǎo)致“窩狀”發(fā)熱。當(dāng)外界環(huán)境適宜時(shí),害蟲的呼吸代謝作用更為旺盛,對糧溫的影響更加巨大。

1.2發(fā)熱類型

根據(jù)發(fā)熱部位的不同可將稻谷糧堆發(fā)熱分為表層發(fā)熱、底層發(fā)熱、局部發(fā)熱、全倉發(fā)熱等。

稻谷表層發(fā)熱是由于季節(jié)更替和氣溫變化使稻谷糧堆表層溫度與倉內(nèi)溫度或糧堆內(nèi)部溫度的溫差較大,或外界環(huán)境濕度大,表層稻谷通過毛細(xì)管吸收水分,表層出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱。發(fā)熱部位多在上表層(糧面以下5～30 cm)[11]。

底層發(fā)熱主要是因?yàn)閭}房地面防潮性能差,或稻谷入倉時(shí)機(jī)選擇不正確,與地面產(chǎn)生較大溫差而結(jié)露,稻谷吸濕使含水量增加,導(dǎo)致稻谷中下層或底層發(fā)熱情況的產(chǎn)生。

局部發(fā)熱的產(chǎn)生主要是因?yàn)榫植侩s質(zhì)聚集、局部水分偏高和微生物的生長繁殖作用等產(chǎn)生的熱量,此時(shí)的糧堆不僅孔隙度大大降低,聚集的熱量不能及時(shí)散失,導(dǎo)致局部發(fā)熱。

全倉發(fā)熱主要是因?yàn)槠咚值男碌竟炔唤?jīng)烘干晾曬等處理直接入倉導(dǎo)致的,如若不及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)降溫降水處理,將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 稻谷霉變

稻谷霉變是指稻谷中的營養(yǎng)物質(zhì)被糧堆中的微生物降解吸收,是一個(gè)連續(xù)的且具有一定發(fā)生發(fā)展階段的過程。根據(jù)對營養(yǎng)物質(zhì)分解利用的程度可劃分為三個(gè)階段:變質(zhì)、生霉、霉?fàn)€[12]。稻谷在儲(chǔ)藏過程中最常見的微生物類群有放線菌、酵母菌、細(xì)菌和霉菌等[13],其中對稻谷品質(zhì)危害最大且最容易滋生的是霉菌。

2.1霉變原因

稻谷霉變的發(fā)生一般與稻谷含水量、環(huán)境溫濕度等緊密關(guān)聯(lián)。正常儲(chǔ)藏條件下,稻谷屬于不易生長霉菌的品種,可能與稻殼的主要成分是霉菌難以分解利用的木質(zhì)素有關(guān)[14]。但當(dāng)?shù)竟瘸霈F(xiàn)發(fā)熱情況時(shí),如不及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)降溫降水等有效處理,大多數(shù)霉菌會(huì)在適宜的溫度、濕度條件下大量生長繁殖,稻谷中的有機(jī)質(zhì)被逐漸消耗,霉菌菌落生長造成稻谷霉變板結(jié)。唐芳等[15]研究了稻谷在不同溫度(10、15、20、25、30、35 ℃)、不同含水量(12.5%、13.4%、14.5%、15.6%、16.2%)儲(chǔ)藏條件下的霉菌生長情況,數(shù)據(jù)顯示,含水量16.2%的稻谷在35 ℃條件下儲(chǔ)藏40 d就能明顯觀察到菌絲的生長,并根據(jù)所得數(shù)據(jù)建立了稻谷儲(chǔ)藏溫度、含水量對霉菌危害的預(yù)測模型。

2.2霉變稻谷品質(zhì)變化

稻谷籽粒的主要營養(yǎng)成分包括淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、礦物質(zhì)等,其中淀粉的含量占到了70%左右。微生物不能直接利用稻谷籽粒中的大分子物質(zhì),需利用胞外水解酶將稻谷中的大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì),再經(jīng)細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等的作用將小分子物質(zhì)吸收,合成自身所需的營養(yǎng)物質(zhì)[16]。J K Misra等[17]收集了儲(chǔ)藏期在1～28個(gè)月的不同稻谷品種,使用瓊脂平板法篩選霉菌菌群,還對樣品的水分含量、發(fā)芽率、直鏈淀粉含量和膠稠度等品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,霉菌菌落數(shù)和稻谷品質(zhì)指標(biāo)之間存在顯著的相關(guān)性。Noorlidah A等[18]也研究了濕度對糧食霉菌活動(dòng)的影響,以及品質(zhì)的變化,結(jié)果表明,當(dāng)水分活度(Aw)在0.65時(shí),霉菌基本不生長,稻谷品質(zhì)劣變不明顯。

淀粉是稻谷的主要營養(yǎng)成分之一。研究表明,直鏈淀粉的含量能夠直接影響大米蒸煮后的硬度和粘度等質(zhì)構(gòu)特性[19]。雷玲等[20]研究了不同稻谷品種在35 ℃高溫條件下儲(chǔ)藏6個(gè)月淀粉糊化特性的變化,結(jié)果表明,不同品種的稻谷的峰值粘度均有所增加,增幅約為500 cp,最終粘度增幅約為800 cp。霉菌等微生物主要將淀粉分解為葡萄糖、麥芽糖等糖類物質(zhì)。黃永忠等[21]研究了高溫35 ℃條件下儲(chǔ)藏40 d后還原糖和非還原糖含量的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,還原糖的含量呈逐漸上升的趨勢。

稻谷中的脂肪含量低,但其含量與蒸煮食味品質(zhì)性狀間存在一定程度的內(nèi)在聯(lián)系[22]。脂肪在儲(chǔ)藏的過程中是非常不穩(wěn)定的物質(zhì)之一,常被霉菌等微生物分解得到脂肪酸等物質(zhì),導(dǎo)致稻谷的脂肪酸值升高。周建新等[23]研究了相對濕度為85%時(shí),不同溫度對稻谷微生物區(qū)系和脂肪酸值的影響,結(jié)果表明,在該濕度條件下,霉菌和脂肪酸值都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,尤其30、35 ℃高溫條件下儲(chǔ)藏50 d后,脂肪酸值分別增加到41.1 mg KOH/100 g和42.5 mg KOH/100 g,增加了5.5倍和5.7倍,脂肪在高溫條件下被霉菌等微生物嚴(yán)重分解利用,相關(guān)性分析表明霉菌量和脂肪酸值呈顯著的二元線性關(guān)系。楊基漢等[24]也研究了溫度在25、30、35 ℃下,稻谷儲(chǔ)藏20 d 后,脂肪酸值分別達(dá)到15.9、17.1、23.3 mg KOH/100 g,儲(chǔ)藏30 d 后,脂肪酸值均超過宜存指標(biāo),隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,脂肪酸值的變化主要與霉菌的分解有關(guān),經(jīng)過相關(guān)性分析得到稻谷霉菌與脂肪酸值的相關(guān)系數(shù)為0.7985,呈正相關(guān)。其他學(xué)者[25-26]的研究也表明脂肪酸值是一個(gè)用來評價(jià)稻谷儲(chǔ)藏狀態(tài)的顯著指標(biāo)。

2.3稻谷霉變的防控

稻谷的防霉是產(chǎn)后儲(chǔ)藏過程中亟待解決的問題。防霉劑能夠有效地抑制稻谷霉菌的生長,實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)藏。防霉劑的主要作用是降低細(xì)胞內(nèi)酶的活性、破壞霉菌等微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu),而且添加的防霉劑對人體、牲畜等無毒害作用[27]。目前,新型防霉劑的復(fù)配及研發(fā)成為國內(nèi)外學(xué)者的重要研究方向。盛強(qiáng)等[28]通過將食品級(jí)防霉劑雙乙酸鈉和山梨酸鉀復(fù)配,制成復(fù)合防霉劑,按一定劑量與高水分稻谷(含水量15.6%、17.6%)混勻,進(jìn)行常規(guī)儲(chǔ)藏,同時(shí)設(shè)定空白組,結(jié)果表明,防霉劑量越大,防霉效果越好,而且經(jīng)過90 d的儲(chǔ)藏期后,脂肪酸值等品質(zhì)指標(biāo)仍處在宜存范圍內(nèi),該復(fù)合防霉劑對高水分糧食的儲(chǔ)藏具有明顯的保質(zhì)保鮮效果。除了食品級(jí)防霉劑外,其他類型的防霉方法也逐步運(yùn)用到儲(chǔ)藏實(shí)踐中。姚明蘭等[29]研究了臭氧處理對高水分稻谷品質(zhì)與微生物數(shù)量的影響,結(jié)果表明,臭氧處理能顯著降低稻谷中生長的微生物數(shù)量,霉變時(shí)間明顯延遲,而且對稻谷感官品質(zhì)和發(fā)芽率均沒有產(chǎn)生影響。國外學(xué)者的研究結(jié)果也表明臭氧可以抑制霉菌等微生物的生長,殺滅儲(chǔ)糧害蟲,降低黃曲霉毒素的含量等,且對品質(zhì)無明顯影響[30-31]。Weerachet等[32]借助流化床等干燥機(jī)設(shè)備,將含水率20%～25%的稻谷在40～80 ℃的熱空氣條件下干燥至18%以下,然后在相對濕度60%～70%、溫度18～30 ℃的熱空氣條件下進(jìn)行就倉干燥至14%以下,結(jié)果表明,這種分段干燥方式可以獲得較高的烘后品質(zhì),而且儲(chǔ)藏穩(wěn)定性大大提高,不易生霉。在降低稻谷含水量的基礎(chǔ)上,通過機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸、氣調(diào)儲(chǔ)糧等技術(shù)手段,就能保證稻谷的安全儲(chǔ)藏。

2.4霉變監(jiān)測

稻谷霉變的監(jiān)測對后期處理有著明確的指導(dǎo)意義。糧溫的變化能直觀反映稻谷的儲(chǔ)藏狀態(tài),糧情測控系統(tǒng)的部分功能正是利用了霉菌等微生物生理活動(dòng)產(chǎn)生大量熱量導(dǎo)致糧溫上升的原理,準(zhǔn)確監(jiān)測糧溫的變化[33]。感官檢測在糧情監(jiān)測方面具有重要的地位,有豐富經(jīng)驗(yàn)的保管員能對儲(chǔ)糧的情況作出準(zhǔn)確可靠的判斷,并擬定有效的處理措施。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測一般通過平板菌落計(jì)數(shù)法直接取樣培養(yǎng),監(jiān)測微生物的生長情況,該方法也是我國糧食食品監(jiān)測的國家標(biāo)準(zhǔn)方法[34],具有良好的重復(fù)性和平行性,能直接檢測糧食內(nèi)外菌及全菌情況,獲得活菌的信息,但該方法微生物培養(yǎng)時(shí)間也比較長,大約一周時(shí)間才能得到檢測結(jié)果,對操作人員和操作環(huán)境要求高,對糧堆的及時(shí)處理不利。另外,有研究者對儲(chǔ)藏期間糧堆氣體成分進(jìn)行分析檢測。霉變過程中微生物的生長代謝主要釋放出烴類、醇類、醛類、羥基類和硫化物等氣體成分,含量較高的是烴類物質(zhì)[35]。此外,根據(jù)仿生概念發(fā)明的電子鼻技術(shù),作為糧食感官評價(jià)的一種延伸,在糧食儲(chǔ)藏行業(yè)得到了快速發(fā)展[36]。潘天紅等[37]利用自主研制的厚膜MOS氣體傳感器陣列的電子鼻裝置,測得糧食霉變過程中揮發(fā)氣體的響應(yīng)數(shù)據(jù),提取傳感器與氣味反應(yīng)的特征值,采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析,準(zhǔn)確判斷稻谷的霉變情況,正確率高達(dá)92.19%,缺點(diǎn)是不能識(shí)別微生物種類。國外學(xué)者也通過研究CO2等氣體成分,證明霉菌等微生物的代謝程度與CO2的釋放速率有極為顯著的相關(guān)性[38-39]。近年來,一些高新檢測技術(shù)高速發(fā)展,例如頂空固相微萃取—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用技術(shù),在氣體分析檢測方面日趨成熟。Jane?等[40]利用HS-SPME/GC-MS技術(shù)分析谷物的揮發(fā)性成分,得出主要成分為(E,E)-2,4-癸二烯醛、2,5-二甲基-4-羥基-3(2H)-呋喃酮、苯乙醛等。

3 討論

發(fā)熱霉變是兩個(gè)不同的發(fā)展過程,但又有著相互促進(jìn)的關(guān)系。在稻谷日常儲(chǔ)藏的過程中,發(fā)熱霉變的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,使稻谷在短時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重劣變。為了預(yù)防發(fā)熱霉變,延緩品質(zhì)變化,必須加強(qiáng)日常的管理,實(shí)時(shí)監(jiān)測,建立及時(shí)的預(yù)警機(jī)制,采取切實(shí)可行的方法有效處理發(fā)熱霉變的問題,保證儲(chǔ)糧安全,減少儲(chǔ)藏的損失。

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Progressonthefeverandmoldyofpaddyduringstorage

XUEFei,QUChen-ling*,WANGRuo-lan,LIHui

(College of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

Due to high temperature and high humidity environmental conditions and relative high moisture content,paddy was prone to fever and mildew in storage,which can cause quality deterioration of paddy and economic losses. In this paper,the reasons of rice fever,fever types,the reasons of mildew,quality changes,mildew control methods were reviewed,which supplied the foundation for safe storage of paddy.

paddy;fever;moldy;control

2016-12-12

薛飛(1994-)，男，碩士研究生，研究方向：糧食儲(chǔ)藏與品質(zhì)保鮮，E-mail：15872384522@163.com。

*通訊作者:渠琛玲(1982-)，女，博士，副教授，研究方向：糧食儲(chǔ)藏與加工，E-mail：quchenling@163.com。

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFD0400104)。

TS210.1

:A

:1002-0306(2017)12-0338-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.063