玉米儲(chǔ)藏真菌早期預(yù)測(cè)的研究

歐陽毅, 祁智慧, 李春元,張海洋 ,唐 芳

(1.國(guó)家糧食局科學(xué)研究院,北京 100037;2.中央儲(chǔ)備糧通遼東郊直屬庫,內(nèi)蒙古 通遼 028012)

我國(guó)是玉米生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。玉米作為飼料和食品行業(yè)的主要原料之一,其儲(chǔ)藏安全尤為重要。玉米籽粒含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且胚部較大、吸濕性強(qiáng) ，與小麥、稻谷等糧種相比，其耐儲(chǔ)性較差，儲(chǔ)藏過程中易受到微生物生長(zhǎng)的影響而發(fā)生霉變[1]。微生物生長(zhǎng)會(huì)引起玉米干物質(zhì)減少，水分增加，異味產(chǎn)生和色澤變化，種子發(fā)芽率下降及品質(zhì)降低[2-3]。近年來，收儲(chǔ)的玉米水分上升，加上玉米是“北糧南運(yùn)”的主要糧種之一，玉米在儲(chǔ)運(yùn)期間水分和溫度偏高導(dǎo)致的霉變問題日漸突出，進(jìn)行玉米儲(chǔ)藏真菌生長(zhǎng)規(guī)律的研究，對(duì)高水分玉米短期儲(chǔ)藏的安全性進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)保障我國(guó)玉米儲(chǔ)藏安全十分必要。

糧食發(fā)熱是由真菌引起的[4]，最早在糧食上生長(zhǎng)的儲(chǔ)藏真菌是局限曲霉和灰綠曲霉[5]， Barron等對(duì)玉米儲(chǔ)藏真菌進(jìn)行研究，提出引起糧食劣變的主要真菌是灰綠曲霉和白曲霉[6]。當(dāng)20%～50%糧食受到灰綠曲霉的侵染時(shí)，表示糧食儲(chǔ)藏失去穩(wěn)定性，當(dāng)5%～10%糧食受到黃曲霉和白曲霉的侵染時(shí)，糧食已經(jīng)發(fā)生變質(zhì)并且很快會(huì)發(fā)熱[8]。玉米儲(chǔ)藏真菌的生長(zhǎng)受到玉米自身水分和儲(chǔ)藏環(huán)境條件的影響。許多學(xué)者曾對(duì)溫濕度、pH、營(yíng)養(yǎng)成分等各類儲(chǔ)糧相關(guān)的生態(tài)因子進(jìn)行系統(tǒng)的研究，探索了儲(chǔ)糧真菌的最低生長(zhǎng)水分和生長(zhǎng)環(huán)境條件[8-13]，其中最主要的因素是水分和溫度[14]。不同的溫度和水分組成了糧食復(fù)雜的儲(chǔ)藏環(huán)境，同時(shí)又與儲(chǔ)糧微生物相互關(guān)聯(lián)，形成糧食儲(chǔ)藏生態(tài)體系。唐芳等研究了不同水分的玉米儲(chǔ)藏過程中主要危害真菌灰綠曲霉和白曲霉生長(zhǎng)演替的規(guī)律[15]，陳娟等利用微生物活性值研究了不同溫濕度條件下玉米儲(chǔ)藏真菌的活動(dòng)變化規(guī)律[16]，在不同水分和溫度條件下，玉米儲(chǔ)藏真菌生長(zhǎng)早期預(yù)測(cè)的研究報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)對(duì)玉米儲(chǔ)藏水分和溫度的變化，與真菌生長(zhǎng)規(guī)律關(guān)系進(jìn)行了研究，初步建立玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)關(guān)系曲線，旨在為我國(guó)玉米儲(chǔ)藏安全早期預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品

玉米樣品，質(zhì)量中等，水分為12.2%，2008年新收玉米。

1.2 試劑和儀器

SMART顯微鏡：重慶奧特公司；HPS-250生化培養(yǎng)箱：哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；PL3002-IC電子分析天平：梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司；DHG-9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；JSFM-1糧食水分測(cè)試粉碎磨：成都糧食儲(chǔ)藏科學(xué)研究所。

實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品著水和儲(chǔ)藏

將清理、除雜后的玉米樣品均分為約5 kg每份的若干等份，采用噴霧著水法，邊噴水變攪拌，使玉米著水均勻，將玉米樣品水分調(diào)至實(shí)驗(yàn)所需水分，裝入袋中密封，置于5 ℃環(huán)境中平衡10 d。每次著水量≤2%，如著水量超過2%，則需多次著水，多次平衡，操作方法同上。將平衡后的樣品再均分為6等份，分裝于1.0 L廣口瓶中，加塞，置于不同溫度恒溫箱中儲(chǔ)藏。

1.3.2 糧食真菌檢測(cè)方法——孢子計(jì)數(shù)法[17]

稱取10.0 g糧食樣品，于80 mL具塞試管中，加30 mL水，加塞，用力上下振蕩1 min，用300目濾布過濾，取濾液虹吸進(jìn)入血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)區(qū)，置于顯微鏡下進(jìn)行真菌孢子計(jì)數(shù)。

1.3.3 水分測(cè)定方法

采用GB/T 5497—85 糧食、油料檢驗(yàn) 水分測(cè)定法。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用EXCEL軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品著水均勻性檢驗(yàn)

玉米儲(chǔ)藏真菌生長(zhǎng)與儲(chǔ)藏水分密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)著水的均勻性直接影響實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，對(duì)著水平衡后的玉米樣品著水均勻性進(jìn)行了檢驗(yàn)，2次平行測(cè)定結(jié)果取平均值，結(jié)果見表1。

表1 玉米著水均勻性檢驗(yàn)(n=6)

由表1可知，調(diào)節(jié)6個(gè)水分的玉米，經(jīng)多次著水平衡后，進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)，平均水分為12.2%、12.9%、13.5%、13.9%、14.7%、15.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)范圍0.3%～0.8%。結(jié)果表明，各水分樣品均具有良好的均勻性。

2.2 玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌生長(zhǎng)的關(guān)系

各水分玉米樣品分別放在10、15、20、25、30、35 ℃6個(gè)溫度下儲(chǔ)存，每隔10 d對(duì)儲(chǔ)存的玉米樣品進(jìn)行取樣，按照1.3.2方法對(duì)樣品中真菌孢子進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)周期180 d，結(jié)果見圖1(a～f)。

圖1 玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌生長(zhǎng)關(guān)系

從圖1(a～f)中可看出真菌生長(zhǎng)與水分、溫度和玉米儲(chǔ)存時(shí)間的變化關(guān)系。12.2%水分的樣品，在各實(shí)驗(yàn)溫度下儲(chǔ)存180 d，均未檢出真菌生長(zhǎng)。12.9%水分的樣品在25 ℃及以下儲(chǔ)存半年時(shí)間，均未檢出真菌生長(zhǎng)，長(zhǎng)期儲(chǔ)存是安全的。在30 ℃和35 ℃高溫條件下儲(chǔ)存，分別在180 d和100 d檢出真菌生長(zhǎng)，檢出量在105個(gè)/g，參照儲(chǔ)糧真菌危害檢測(cè)判定方法[17]，玉米儲(chǔ)藏狀況處于臨界狀態(tài)，經(jīng)顯微觀察，此階段灰綠曲霉生長(zhǎng)為主，且生長(zhǎng)緩慢，對(duì)玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)危害較小。13.5%水分的玉米在35 ℃和30 ℃溫度下分別儲(chǔ)存至80 d和120 d時(shí)，真菌孢子檢出量達(dá)106個(gè)/g，達(dá)到危害等級(jí)，在25 ℃條件下儲(chǔ)存180 d，雖有真菌生長(zhǎng)檢出，但數(shù)量級(jí)在105個(gè)/g，處于臨界狀態(tài)，可見在35 ℃連續(xù)高溫不超過二個(gè)月，30 ℃不超過4個(gè)月的北方地區(qū)，水分13.5%的玉米可安全度夏儲(chǔ)存。13.9%水分玉米20 ℃以下儲(chǔ)存半年，未檢出真菌生長(zhǎng)，20 ℃低溫長(zhǎng)期儲(chǔ)藏可保證儲(chǔ)藏安全，25 ℃儲(chǔ)藏70 d后檢出真菌生長(zhǎng)，由此可見，東北地區(qū)夏季短期高溫，但糧堆溫度25 ℃不超過70 d時(shí)，基本可保證安全度夏。14.7%和15.7%水分的玉米在20 ℃及以上儲(chǔ)藏均有真菌生長(zhǎng)檢出，隨著水分升高，真菌生長(zhǎng)逐漸加快，玉米儲(chǔ)藏水分與真菌生長(zhǎng)速度有良好的相關(guān)性。

從圖1可以看出，不同水分的玉米在不同的溫度下儲(chǔ)藏，真菌生長(zhǎng)速度存在明顯差異。15 ℃及以下儲(chǔ)存，大部分玉米儲(chǔ)藏真菌生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，低溫對(duì)真菌生長(zhǎng)有一定抑制作用。在玉米儲(chǔ)藏真菌生長(zhǎng)的影響因素中，水分是真菌生長(zhǎng)的決定性因素，溫度影響真菌生長(zhǎng)速度。

2.3 玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間關(guān)系曲線

冪函數(shù)可用于描述2個(gè)變量之間的非線性關(guān)系。在上述研究的基礎(chǔ)之上，對(duì)玉米儲(chǔ)存水分、溫度以及真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行冪函數(shù)曲線擬合，得到玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間關(guān)系曲線、擬合方程和擬合度R2，結(jié)果見圖2和表2。

圖2 玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌生長(zhǎng)起始時(shí)間預(yù)測(cè)關(guān)系曲線

表2 不同水分玉米儲(chǔ)藏真菌冪函數(shù)擬合方程

水分/%冪函數(shù)擬合方程R212.9y=135.16x-0.293113.5y=125.95x-0.3220.965013.9y=100.19x-0.3120.972614.7y=83.403x-0.3360.931315.7y=86.492x-0.4440.9913

根據(jù)不同溫度條件下，不同水分的玉米樣品儲(chǔ)藏真菌生長(zhǎng)起始時(shí)間實(shí)驗(yàn)，得到了玉米儲(chǔ)藏水分、溫度和真菌生長(zhǎng)起始時(shí)間預(yù)測(cè)關(guān)系曲線(如圖2所示)，圖中每條曲線代表不同的樣品水分，對(duì)應(yīng)不同的溫度(縱坐標(biāo))，可得到相應(yīng)的真菌生長(zhǎng)起始時(shí)間。

從圖2和表2可看出，將不同水分的玉米儲(chǔ)藏溫度與真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行冪函數(shù)擬合，擬合度R2均在0.9以上，結(jié)果表明，各水分玉米、儲(chǔ)藏溫度和真菌生長(zhǎng)起始時(shí)間具有良好的相關(guān)性。在高水分玉米實(shí)際儲(chǔ)藏中，不同水分的玉米，受儲(chǔ)藏溫度的影響，安全儲(chǔ)藏期差別較大?？梢罁?jù)當(dāng)?shù)貎?chǔ)藏環(huán)境最高溫度，通過查閱圖2或表2中方程計(jì)算，預(yù)估出真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間，用于指導(dǎo)高水分玉米的短期安全儲(chǔ)藏操作。本曲線是在理想等溫條件下得到的，但在實(shí)際玉米儲(chǔ)藏過程中，糧堆溫度在短期內(nèi)會(huì)有變化，建議以最高溫度進(jìn)行真菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)。在使用本曲線時(shí)，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貎?chǔ)糧實(shí)際情況綜合考慮，對(duì)儲(chǔ)藏玉米水分準(zhǔn)確定值非常關(guān)鍵。

3 結(jié)論

研究了玉米儲(chǔ)藏水分、溫度及真菌生長(zhǎng)關(guān)系，結(jié)果表明， 12.2%水分玉米在儲(chǔ)藏期間未檢出真菌生長(zhǎng)。12.9%水分玉米在30 ℃和35 ℃高溫條件下儲(chǔ)藏半年，儲(chǔ)藏后期雖然有真菌生長(zhǎng)檢出，但對(duì)儲(chǔ)藏品質(zhì)影響較小，基本可以保證儲(chǔ)藏安全。13.5%水分玉米在25 ℃及以下儲(chǔ)藏半年是安全的，在我國(guó)北方地區(qū)基本可以安全度夏。13.9%水分玉米在20 ℃低溫條件下儲(chǔ)藏半年是安全的，在東北地區(qū)基本可以安全度夏。14.7%和15.7%水分的玉米在20 ℃及以上儲(chǔ)藏均有真菌生長(zhǎng)檢出，隨著水分升高，真菌生長(zhǎng)逐漸加快。15 ℃以下低溫儲(chǔ)藏對(duì)真菌生長(zhǎng)有一定抑制作用。

通過對(duì)玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌生長(zhǎng)規(guī)律的研究，得到了玉米儲(chǔ)藏水分、溫度與真菌起始生長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)關(guān)系曲線。依據(jù)當(dāng)?shù)貎?chǔ)藏環(huán)境最高溫度，通過查閱曲線圖，可對(duì)高水分玉米短期安全儲(chǔ)藏期進(jìn)行預(yù)測(cè)，用于指導(dǎo)高水分玉米儲(chǔ)藏。

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