納他霉素協(xié)同微波對(duì)儲(chǔ)藏期間小麥品質(zhì)及微生物的影響

張金方 陳 偉 仲光緒 劉方超 韓瑜瑋

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，泰安 271018)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物，也是國(guó)家糧庫(kù)和農(nóng)戶(hù)的主要儲(chǔ)藏糧種。但由于我國(guó)糧食存儲(chǔ)期普遍較長(zhǎng)，外界濕度及糧倉(cāng)內(nèi)濕熱空氣流動(dòng)會(huì)影響局部糧食，導(dǎo)致水分發(fā)生變化。當(dāng)環(huán)境溫濕度滿(mǎn)足霉菌生長(zhǎng)條件后，儲(chǔ)糧就可能發(fā)生霉腐現(xiàn)象[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于儲(chǔ)藏不當(dāng)，造成霉變的糧食達(dá)數(shù)十億公斤，約占全國(guó)糧食總產(chǎn)的1.5%～3%[2]。出現(xiàn)霉變后，霉菌有可能產(chǎn)生有毒代謝產(chǎn)物，如黃曲霉產(chǎn)生強(qiáng)致癌性毒素黃曲霉毒素，嚴(yán)重危害人畜食用安全[3]。

目前小麥防腐的主要手段是低溫儲(chǔ)藏、氣調(diào)儲(chǔ)藏、輻照處理、生物制劑儲(chǔ)藏保鮮等技術(shù)[4]。常溫儲(chǔ)藏小麥品質(zhì)不穩(wěn)定，低溫儲(chǔ)藏和氣調(diào)儲(chǔ)藏成本高，能耗大。近年來(lái)，微波對(duì)生物體系的效應(yīng)已經(jīng)引起大家的廣泛關(guān)注[5-7]。理論上講，微波不僅可以加快化學(xué)反應(yīng)度，而且在一定條件下還可以抑制化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生[8]。微波輻射處理，已經(jīng)用于防霉[9]、防蟲(chóng)[10]、改善食用品質(zhì)[11]，延長(zhǎng)食品貨架期[12]，對(duì)其儲(chǔ)藏品質(zhì)有明顯的改善作用。趙梅等[13]、王芳婷[14]、張習(xí)軍[15]、李進(jìn)偉等[16]等利用微波處理小麥制品，表明微波處理能夠改善小麥品質(zhì)及儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。

納他霉素是一種能有效地抑制和殺死霉菌和酵母菌的多烯烴大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)的抗菌物質(zhì)， 對(duì)人畜無(wú)致癌、致畸和致敏等有害作用，在食品中使用納他霉素，能有效地抑制和殺死霉菌和酵母菌，不僅可以解決由真菌引起的食品腐敗問(wèn)題，還能減少真菌毒素對(duì)人類(lèi)的危害，提高食品的安全性[17]。納他霉素已在甜櫻桃[18]、葡萄[19]和蘆筍[20]等果蔬保鮮上有所研究。李聽(tīng)聽(tīng)等[21]、程芳等[22]采用納他霉素處理小麥，抑菌效果和小麥品質(zhì)都得到明顯改善；Tsiraki等[23]利用納他霉素對(duì)小麥面團(tuán)進(jìn)行防腐處理，可有效延長(zhǎng)儲(chǔ)藏時(shí)間和改善品質(zhì)。針對(duì)小麥?zhǔn)崭詈笥绊懫淦焚|(zhì)的主要因素，本實(shí)驗(yàn)采用將微波技術(shù)與納他霉素復(fù)合的研究思路，即利用微波殺滅小麥內(nèi)部致病菌，再選用對(duì)致病真菌有極強(qiáng)抗性的天然防腐劑納他霉素對(duì)小麥處理。對(duì)經(jīng)納他霉素協(xié)同微波處理后的小麥品質(zhì)及可培養(yǎng)真菌菌落數(shù)的變化進(jìn)行分析，為小麥儲(chǔ)藏提供綠色穩(wěn)定化處理化方法提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2016年夏季小麥(豫麥57)；納他霉素：河南豫中生物科技有限公司；瓊脂粉、葡萄糖、鏈霉素、碘化鉀、碘等均為國(guó)產(chǎn)分析純或生物試劑。

1.2 主要儀器設(shè)備

RVA StarchMaster2-快速黏度測(cè)定儀：Perte；MG823ESJ-SA微波爐：廣東美的微波爐制造有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：國(guó)華電器有限公司；BS124S電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；DH-6000電熱恒溫培養(yǎng)箱：天津市泰斯特儀器有限公司；TDZ5-WS 臺(tái)式低速離心機(jī)：長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：UV-2450島津(Shimadzu)；JFSD-70 實(shí)驗(yàn)室粉碎磨：上海市嘉定糧油檢測(cè)儀器廠；202 型-鼓風(fēng)干燥箱：中國(guó)龍口市先科儀器公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 水分調(diào)節(jié)

將不同處理的小麥放入經(jīng)消毒的塑料盒中，按其含水量計(jì)算調(diào)節(jié)至目標(biāo)含水量所需的理論添加無(wú)菌水量，用噴霧器分3次將1.3倍理論添加水量的蒸餾水噴到糧食表面，用保鮮膜覆蓋使水分被完全吸收和平衡[24]。將調(diào)節(jié)完水分的小麥放入4 ℃冰箱7 d，每天振蕩3次，確保水分平衡[25]。

1.3.2 不同抑菌處理

根據(jù)食品添加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2014，選取納他霉素高效天然防腐劑協(xié)同微波組合處理。納他霉素(每千克小麥最佳量0.015 g)，微波(800 W)處理時(shí)間70 s 達(dá)到65～70 ℃。天然防腐劑結(jié)合微波進(jìn)行不同組合，每個(gè)組合共10 mL，均勻噴灑在1 500 g糧食上，每個(gè)處理做3個(gè)平行，并做空白對(duì)照。將小麥放入4 ℃，平衡水分至13.6%左右。小麥經(jīng)各個(gè)組合處理后放入食品級(jí)PE袋中，放在培養(yǎng)箱中溫度：30 ℃，相對(duì)濕度：75%下培養(yǎng)，每隔7 d定期取樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)定。

表1 不同防腐處理方式

1.3.3 小麥相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

小麥脂肪酸值的測(cè)定參照GB 5510—2011執(zhí)行；小麥面筋持水率參照GB/T 5506.3—2008中烘箱干燥法測(cè)定；小麥脂肪酶檢測(cè)參照GB/T 5523—2008 糧油檢驗(yàn)糧食、油料的脂肪酶活動(dòng)度的測(cè)定；小麥黏度系數(shù)采用LS/T 6101—2002谷物黏度測(cè)定快速黏度儀法執(zhí)行；小麥霉菌計(jì)數(shù)檢測(cè)按照GB 4789.15—2010；小麥中霉菌的分離及鑒定參照GB/T 4789.16—2003和中國(guó)氣傳真菌彩色圖譜[26]。

2 結(jié)果與分析

2.1 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥水分含量的變化

處理2在儲(chǔ)藏前7 d，水分呈上升趨勢(shì)，可能是在溫度一定的條件下，當(dāng)環(huán)境中的水蒸氣壓高于小麥中的水蒸氣壓，小麥就會(huì)吸濕使水分含量升高[27](圖1)。而經(jīng)微波處理的小麥，儲(chǔ)藏7 d出現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)。由于微波處理，打破小麥平衡水分，使小麥吸水率低于降解率, 與對(duì)照相比，處理1的水分降低13.1%，處理3水分下降11.4%。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)不同處理的小麥含水量呈先升高后下降。在高溫高濕環(huán)境下，小麥中的真菌和細(xì)菌開(kāi)始大量繁殖，尤其是真菌，大量分解小麥中的蛋白質(zhì)和糖類(lèi)產(chǎn)生水分，導(dǎo)致含水量增加[28]。在儲(chǔ)藏35 d時(shí)，各個(gè)含水量為對(duì)照組(14.75%)>處理2(14.53%)>處理3(13.74%)>處理1(13.71%)，經(jīng)單因素方差分析，經(jīng)微波組合處理的小麥含水量與其他處理差異性顯著(P<0.05)，說(shuō)明微波協(xié)同效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)藏小麥的含水量變化影響顯著。

圖1 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間含水量的影響

2.2 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥脂肪酸值的變化

脂肪酸是油脂經(jīng)氧化降解后的副產(chǎn)物，可以一定程度上評(píng)價(jià)小麥油脂的氧化酸敗品質(zhì)。在儲(chǔ)藏階段，各個(gè)處理的小麥脂肪酸值差異性顯著(P<0.05)(圖2)。0～14 d小麥脂肪酸值緩慢增加，14～21 d小麥脂肪酸值增長(zhǎng)迅速，可能由于水分含量增加，脂肪酶活性升高，加之霉菌大量繁殖，小麥中的脂肪水解成甘油和脂肪酸，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)，脂肪酸產(chǎn)生率大于損失率，使脂肪酸值進(jìn)一步積累[29]。21～35 d 脂肪酸值呈平緩趨勢(shì)，可能由于微生物增長(zhǎng)速度下降，小麥中可利用脂肪含量降低，使脂肪酸值趨于平穩(wěn)。在儲(chǔ)藏35 d后，對(duì)照、 微波、納他霉素、納他霉素協(xié)同微波處理小麥脂肪酸值依次為162.8、99.2、125.9、59.3 mg KOH/100g干基，經(jīng)納他霉素協(xié)同微波組合處理的小麥脂肪酸值明顯低于其他抑菌處理的小麥，有效延長(zhǎng)了小麥儲(chǔ)藏時(shí)間。

圖2 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間脂肪酸值含量的影響

2.3 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥脂肪酶的變化

脂肪酶活是導(dǎo)致谷物粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中發(fā)生脂肪酸敗的重要原因[30]。小麥儲(chǔ)藏7 d，對(duì)照組和處理2的小麥脂肪酶活明顯上升，經(jīng)微波組合處理的小麥脂肪酶活明顯降低(圖3)，說(shuō)明微波處理小麥可使其脂肪酶發(fā)生鈍化，降低酶活力，導(dǎo)致脂肪酶活顯著降低(P<0.05)。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)，各個(gè)處理的小麥脂肪酶活都有不同程度的上升趨勢(shì)，該結(jié)果與王若蘭等[31]研究一致。因?yàn)樵诟邷馗邼竦沫h(huán)境下，小麥呼吸作用不斷增強(qiáng)，其水分含量和水分活度也不斷提高[32]，微生物大量繁殖分泌脂肪酶，加快了脂肪酶的積累。在儲(chǔ)藏階段，經(jīng)微波組合處理的脂肪酶活也有增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)微波組合處理的脂肪酶并未完全失活，在高溫高濕環(huán)境下，水分含量的回生，使其脂肪酶提高。儲(chǔ)藏35 d后，與對(duì)照相比，納他霉素協(xié)同微波處理的脂肪酶降低21.93 U/g，說(shuō)明在高溫高濕環(huán)境下，納他霉素協(xié)同微波能夠有效延緩脂肪酶活的增長(zhǎng)，其結(jié)果與圖2分析相吻合。

圖3 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間脂肪酶活的影響

2.4 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥面筋持水率的變化

小麥面筋持水率是指小麥粉在形成面筋過(guò)程中其吸水多少。小麥中蛋白質(zhì)含量越多，質(zhì)量越好，水合能力越強(qiáng)，面筋持水率越高，所以面筋持水率不僅可以反映面筋蛋白含量，也可以反應(yīng)面筋蛋白質(zhì)量[33]。整個(gè)儲(chǔ)藏過(guò)程中各個(gè)處理后小麥面筋持水率都呈不同程度下降趨勢(shì)(圖4)，一方面，可能是由于小麥在儲(chǔ)藏過(guò)程中蛋白質(zhì)主要表現(xiàn)為麥醇溶蛋白含量的降低，麥谷蛋白含量的升高，并且低相對(duì)分子質(zhì)量的麥谷蛋白含量降低，而高相對(duì)分子質(zhì)量的麥谷蛋白含量升高，使得表面游離基數(shù)目減少，使得結(jié)合水的能力降低[34]。另一方面，可能是由于在高溫高濕的情況下，微生物大量繁殖，以霉菌增長(zhǎng)最為迅速，分解小麥中蛋白質(zhì)和多肽類(lèi)物質(zhì)[35]，使其面筋持水率降低。儲(chǔ)藏35 d后，與對(duì)照相比，微波、納他霉素、納他霉素協(xié)同微波處理面筋持水率依次提升了25.6%、16.3%、32.4%，說(shuō)明經(jīng)納他霉素協(xié)同微波處理可有效延緩小麥面筋持水率下降。

圖4 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間面筋持水率的影響

2.5 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥糊化特征值的變化

表2可以看出，在儲(chǔ)藏過(guò)程中，各個(gè)處理的小麥峰值黏度、衰減值、回升值、最低黏度、最終黏度都增大。這可能是隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，脂肪酸含量增加，直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物減少，影響了淀粉間的交聯(lián)作用，致使小麥粉的黏度逐漸上升[36]。經(jīng)微波組合處理小麥最終黏度和回升值明顯高于其他處理，可能是微波前期處理可使小麥中穩(wěn)定的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，破壞氫鍵，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更為松散，淀粉更容易吸水糊化，因而最終黏度增加[14]?；厣档纳呤怯捎谖⒉ǖ那捌谔幚恚箻悠返矸垲w粒變得結(jié)構(gòu)致密，易聚集，促使直鏈淀粉的定向排列，更有利于形成面糊凝膠結(jié)構(gòu)，使回升值升高[13]。儲(chǔ)藏35 d后，處理1和3差異性不顯著(P>0.05)，與對(duì)照相比，最終黏度和回生值相對(duì)升高，峰值黏度、最低黏度、衰減值相對(duì)較低，與蔡雪梅[36]研究相符，說(shuō)明微波干燥可以減緩小麥在儲(chǔ)藏期間其糊化特性的劣變。

表2 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間小麥RVA譜特征值的影響

2.6 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥曲霉、青霉及真菌總數(shù)的變化

經(jīng)不同抑菌劑處理后小麥在儲(chǔ)藏過(guò)程中可培養(yǎng)真菌菌落數(shù)變化如圖5、圖6和圖7 所示。儲(chǔ)藏前期，經(jīng)單因素方差分析3種抑菌處理與對(duì)照都有極顯著差異性(P<0.01)。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，納他霉素協(xié)同微波處理對(duì)真菌、曲霉、青霉抑菌效果好于單抑菌處理，可能是微波導(dǎo)致小麥水分含量的降低，致使微生物繁殖緩慢，加之納他霉素協(xié)同作用，增強(qiáng)其抑菌時(shí)間和能力。儲(chǔ)藏35 d，與對(duì)照相比，對(duì)于真菌菌落數(shù)、納他霉素、微波、納他霉素協(xié)同微波分別抑制291、76 068、251 976倍；對(duì)于曲霉總數(shù)，分別抑制14.7、636.9、1 602.6倍；對(duì)于青霉總數(shù)，分別抑制57.4、2 689、6 114倍，小麥經(jīng)過(guò)不同抑菌處理后納他霉素協(xié)同微波對(duì)真菌、曲霉、青霉的抑菌效果最好，而且抑制青霉強(qiáng)度大于曲霉。

圖5 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間真菌菌落總數(shù)的影響

圖6 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間曲霉菌落總數(shù)的影響

圖7 不同抑菌處理對(duì)小麥儲(chǔ)藏期間青霉菌落總數(shù)的影響

2.7 儲(chǔ)藏過(guò)程中小麥品質(zhì)與微生物菌落數(shù)相關(guān)性分析

經(jīng)過(guò)不同處理的小麥微生物菌落數(shù)與水分含量、脂肪酸值、脂肪酶活呈明顯正相關(guān)，不同處理小麥面筋持水率與微生物菌落數(shù)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，經(jīng)微波和納他霉素協(xié)同微波處理的糊化參數(shù)與微生物菌落數(shù)呈負(fù)相關(guān)，納他霉素和對(duì)照與微生物菌落數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)(表3)。不同抑菌處理的小麥儲(chǔ)藏品質(zhì)與曲霉相關(guān)性更為顯著，說(shuō)明小麥在溫度30 ℃，濕度75%儲(chǔ)藏過(guò)程中，曲霉比青霉生長(zhǎng)更為優(yōu)勢(shì)。

表3 不同抑菌處理小麥儲(chǔ)藏品質(zhì)與微生物菌落數(shù)的相關(guān)性

注: * 表示顯著線性相關(guān)性P<0．05，** 表示極顯著線性相關(guān)性P<0.01。

3 結(jié)論

小麥在經(jīng)納他霉素、微波、納他霉素協(xié)同微波處理后在30 ℃，相對(duì)濕度75%條件下儲(chǔ)藏35 d品質(zhì)及可培養(yǎng)真菌總數(shù)、曲霉、青霉菌落數(shù)變化為：在儲(chǔ)藏期間經(jīng)納他霉素(每千克小麥最佳量0.015 g)協(xié)同微波(800 W，70 s)處理的小麥，水分含量、脂肪酸值和脂肪酶活呈先顯著降低，后增加的趨勢(shì)；面筋持水率降低緩慢；黏度指標(biāo)增加；微生物菌落數(shù)顯著降低。

經(jīng)過(guò)不同處理的小麥微生物菌落數(shù)與含水量、脂肪酸值、脂肪酶活呈明顯正相關(guān)，不同處理小麥面筋持水率與微生物總數(shù)菌落數(shù)呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，經(jīng)微波和納他霉素協(xié)同微波處理的糊化參數(shù)與微生物菌落數(shù)呈負(fù)相關(guān)，納他霉素處理和對(duì)照與微生物菌落數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。不同抑菌處理的小麥儲(chǔ)藏品質(zhì)與曲霉相關(guān)性更為顯著，說(shuō)明小麥在溫度30 ℃，濕度75%儲(chǔ)藏過(guò)程中，曲霉比青霉生長(zhǎng)更為優(yōu)勢(shì)。

納他霉素(每千克小麥最佳量0.015 g)協(xié)同微波(800 W，70 s)處理的小麥抑菌效果及品質(zhì)優(yōu)于微波和納他霉素單獨(dú)處理方式，為糧食儲(chǔ)藏提供新的方法和思路。