玉米儲(chǔ)藏過(guò)程中生理代謝與品質(zhì)變化機(jī)理研究進(jìn)展

曹　俊,劉　欣,陳文若,戴炳業(yè),蔣偉鑫,董　文,陳銀基,*

(1.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023;2.中國(guó)農(nóng)村技術(shù)開(kāi)發(fā)中心,北京 100045)

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玉米儲(chǔ)藏過(guò)程中生理代謝與品質(zhì)變化機(jī)理研究進(jìn)展

曹俊1,劉欣1,陳文若1,戴炳業(yè)2,蔣偉鑫1,董文2,陳銀基1,*

(1.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023;2.中國(guó)農(nóng)村技術(shù)開(kāi)發(fā)中心,北京 100045)

玉米是最重要的儲(chǔ)糧品種之一。隨著糧庫(kù)玉米存量不斷增長(zhǎng),研究?jī)?chǔ)藏過(guò)程中玉米生理代謝與品質(zhì)變化機(jī)理和相關(guān)指標(biāo)的變化規(guī)律,確保玉米的品質(zhì)和安全儲(chǔ)藏顯得尤為重要。玉米的品質(zhì)在儲(chǔ)藏期間更會(huì)受到溫度、濕度和氣候變化等儲(chǔ)藏條件的影響。玉米原始含水量對(duì)玉米粒和營(yíng)養(yǎng)成分的影響顯著,原始含水量越大,霉變程度越大,呼吸作用越強(qiáng),脂肪和淀粉含量降低越快。玉米脂質(zhì)由于呼吸和水解酶的作用,生成大量游離脂肪酸,脂質(zhì)又是細(xì)胞膜的組分,細(xì)胞膜也會(huì)因氧化而被破壞,導(dǎo)致細(xì)胞生理活動(dòng)紊亂。本文綜述了玉米儲(chǔ)藏期間生理代謝、營(yíng)養(yǎng)成分變化機(jī)理、理化特性以及主要生物有害物變化規(guī)律,以期通過(guò)儲(chǔ)藏前和儲(chǔ)藏過(guò)程中品質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)來(lái)判別其玉米儲(chǔ)藏后品質(zhì)劣變。

玉米,儲(chǔ)藏,品質(zhì)變化,生理代謝

玉米是全世界總產(chǎn)量最高的谷物之一,也是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。我國(guó)的大部分地區(qū)均可種植玉米,主產(chǎn)區(qū)為東北平原、黃淮平原等。隨著育種技術(shù)的不斷突破,玉米的平均單產(chǎn)不斷增加。相應(yīng)地,對(duì)玉米的安全儲(chǔ)藏技術(shù)提出了更高要求。作為我國(guó)重要的儲(chǔ)糧品種,玉米在儲(chǔ)藏過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列生理代謝與熟化活動(dòng),在儲(chǔ)藏后期出現(xiàn)陳化、生蟲(chóng)、發(fā)霉等現(xiàn)象[2]。新收玉米水分一般在20%～35%之間,最高可達(dá)38%～40%,即便是在雨量少、日照好的收獲季,在成熟度高的情況下,玉米水分也高達(dá)17%～22%左右,而玉米的安全水分含量約13%～14%,且玉米的胚大,約占整個(gè)籽粒的1/3,其呼吸強(qiáng)度大、脂肪含量高、容易吸濕和酸敗,在胚部首先發(fā)生霉變,是難以?xún)?chǔ)藏的糧食品種之一[3]。學(xué)者對(duì)玉米儲(chǔ)藏特性及品質(zhì)變化進(jìn)行了大量的研究[4-5],對(duì)于玉米質(zhì)變的原因和機(jī)理,主要有大分子物質(zhì)變性假說(shuō)、有毒物質(zhì)累積假說(shuō)、細(xì)胞膜通透性假說(shuō)和自由基損傷假說(shuō)等[6-7]。一般認(rèn)為,糧食在儲(chǔ)藏期間,其品質(zhì)劣變的主要外部因素是水分、溫度和環(huán)境氣體成分等[8],而內(nèi)部因素主要是酶和微生物的作用,使玉米中淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等成分發(fā)生酶促、水解和氧化反應(yīng),導(dǎo)致玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)劣變。

本文主要綜述了玉米在儲(chǔ)藏過(guò)程中的生理代謝、營(yíng)養(yǎng)成分變化機(jī)理、理化特性以及主要生物有害物變化規(guī)律,闡明了引起這些變化的主要影響因素,并且展望了我國(guó)玉米儲(chǔ)藏研究的未來(lái)發(fā)展方向,以期對(duì)我國(guó)玉米安全儲(chǔ)藏提供技術(shù)參考。

1　玉米儲(chǔ)藏期間的生理變化及其影響因素

玉米采收后,其仍然是活的有機(jī)體,生命活動(dòng)也在進(jìn)行中,玉米粒中還會(huì)產(chǎn)生多種生理生化反應(yīng),如玉米籽粒呼吸時(shí)糖類(lèi)等成分的氧化還原反應(yīng)、后熟期間淀粉、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)的合成等,這均是玉米粒儲(chǔ)藏期間的新陳代謝過(guò)程。為了維持玉米粒的生活力,呼吸作用是必不可少的,主要發(fā)生在玉米的胚部,是有機(jī)物氧化分解,消耗氧氣,產(chǎn)生二氧化碳的過(guò)程[8]。當(dāng)玉米含水率達(dá)到一定程度時(shí),玉米的呼吸強(qiáng)度變強(qiáng),大量消耗有機(jī)物,造成玉米品質(zhì)劣變,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值下降。水是玉米呼吸過(guò)程中所有生化反應(yīng)的介質(zhì),干燥的玉米粒中主要是結(jié)合水,許多酶的蛋白質(zhì)分子不具有活性,故玉米呼吸作用和新陳代謝活動(dòng)弱,而水分增加,酶蛋白充分水合,活性增加,玉米粒中呼吸和代謝活動(dòng)也增強(qiáng)。

1.1呼吸強(qiáng)度的變化及其影響因素

玉米的呼吸作用是籽粒維持生命活動(dòng)一種生理現(xiàn)象,但對(duì)于玉米的儲(chǔ)藏,呼吸作用又是玉米不穩(wěn)定儲(chǔ)藏的重要因素之一[8]。籽粒的呼吸作用常常伴隨著大量水分產(chǎn)生,可能導(dǎo)致糧堆水分積聚,引起玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)劣變,所以玉米呼吸作用過(guò)強(qiáng)不利于其儲(chǔ)藏。因此,在玉米儲(chǔ)藏過(guò)程中,為了保持玉米的生活力(種子發(fā)芽的潛在能力或種胚所具有的生命力)和玉米安全儲(chǔ)藏特性,必須使玉米處于微弱的有氧呼吸,降低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗,延緩玉米品質(zhì)劣變。

新收玉米的原始水分比較高,與儲(chǔ)藏期間玉米粒新陳代謝反應(yīng)和微生物活動(dòng)都息息相關(guān),因此其水分含量須降至13%～14%左右才能入庫(kù)儲(chǔ)藏。Reed等[5]研究了玉米原始含水量對(duì)玉米粒呼吸強(qiáng)度和營(yíng)養(yǎng)成分的影響,研究結(jié)果表明,玉米原始含水量越大,霉變程度越大,呼吸作用越強(qiáng),脂肪和淀粉含量降低越快。Weinberg[9]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)呼吸作用可使玉米的含水量升高8～17 g/kg,并且隨著水分的增加,玉米的呼吸速率也增強(qiáng)。Huang等[10]發(fā)現(xiàn)玉米的呼吸強(qiáng)度隨含水率增加而加強(qiáng),而且在相同含水率儲(chǔ)藏的玉米,其呼吸強(qiáng)度也隨溫度升高而加強(qiáng),并在50 ℃時(shí)達(dá)最大值,玉米的呼吸速率是由水分和溫度共同決定的。Gagandeep等[11]通過(guò)壓力傳感器對(duì)玉米呼吸強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量,認(rèn)為玉米含水量的增加,是其呼吸速率增加和霉菌滋生的重要原因,而且在高水分玉米中,其即便處低溫儲(chǔ)藏也易霉變。

1.2發(fā)芽率的變化

玉米發(fā)芽率的變化規(guī)律也是評(píng)判玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。玉米的成熟度、儲(chǔ)藏溫度、含水量以及蟲(chóng)害霉變都能影響玉米發(fā)芽率。比如,在玉米干燥過(guò)程中,升溫過(guò)高過(guò)快,雖能快速降低玉米水分,但也能使種子中的酶失活、活力下降、喪失發(fā)芽率。因此,適當(dāng)?shù)膬?chǔ)藏環(huán)境才有利于玉米儲(chǔ)藏。黃淑霞[12]探究了霉菌對(duì)玉米發(fā)芽率的影響,其結(jié)果表明玉米在含水率分別為14.5%和16.0%,儲(chǔ)藏溫度30 ℃時(shí),霉菌在50 d后明顯增多,玉米的發(fā)芽率分別降低了13%和34%;低溫儲(chǔ)藏能抑制霉菌,并減少其對(duì)玉米發(fā)芽率的影響;在濕度大的環(huán)境中,玉米霉變速度加快,其發(fā)芽率降低速率加快。

2　玉米儲(chǔ)藏期間的營(yíng)養(yǎng)成分變化

玉米中主要的營(yíng)養(yǎng)成分是淀粉70%～72%、脂肪4%～6%和蛋白質(zhì)8%～11%[13],但玉米組分因品種而異,各組分在玉米粒各部位的分布也是不均勻的,淀粉主要在胚乳中,脂肪主要在胚芽中,而蛋白質(zhì)主要在胚芽和種皮中。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),人們對(duì)于食品的安全和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的要求也越來(lái)越關(guān)注,因此,學(xué)者就玉米儲(chǔ)藏過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)成分變化原因和變化規(guī)律進(jìn)行了大量探究。

2.1淀粉的變化及其影響因素

淀粉是玉米粒中的主要成分,而玉米胚乳淀粉的特性能影響玉米的品質(zhì)。一般地,淀粉顆粒由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成,直鏈淀粉是由α-D-吡喃葡萄糖殘基以1→4鍵線性連接而形成的大分子物質(zhì),而支鏈淀粉是一種高度支化的大分子物質(zhì),它的主鏈?zhǔn)瞧咸烟峭ㄟ^(guò)α-(1→4)糖苷鍵組成,支鏈則通過(guò)α-(1→6)糖苷鍵與主鏈鏈接,此支鏈又可以形成支鏈,其含量、支鏈長(zhǎng)度及分布、晶體結(jié)構(gòu)是影響淀粉功能性質(zhì)的主要原因[14],另外,高直鏈淀粉含量的淀粉具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,但其消化率低[15],因此,在玉米儲(chǔ)藏過(guò)程中,監(jiān)測(cè)玉米直鏈淀粉和總淀粉含量的變化是評(píng)判玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)之一[16]。許多學(xué)者認(rèn)為由于淀粉含量比重大,約占總重70%左右,因此其量變并不是引起玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值下降的主要原因,質(zhì)變才可使玉米淀粉的特性發(fā)生改變,從而影響玉米的食用品質(zhì)和加工性質(zhì)[17]。研究認(rèn)為玉米淀粉在不同的溫度(5、15、25、35 ℃)儲(chǔ)藏12個(gè)月后,隨溫度的升高,其直鏈淀粉含量增加,粘性隨時(shí)間下降,膨脹性增加,糊化溫度升高,結(jié)晶性降低[18-19],這是由于玉米中游離脂肪酸與直鏈淀粉螺旋結(jié)合或與支鏈淀粉的分支結(jié)合形成復(fù)合物,使淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變,影響玉米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和產(chǎn)品質(zhì)量[18-19]。Ketthaisong等[20]認(rèn)為含水率高于15%的玉米,其淀粉酶活力加強(qiáng),淀粉水解程度和還原糖大幅增加,而此時(shí)的條件也會(huì)加強(qiáng)玉米的呼吸強(qiáng)度,消耗玉米中的淀粉和糖類(lèi)物質(zhì),造成玉米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的降低,并且由于玉米呼吸產(chǎn)熱量的增加,易受到霉菌的侵染。張玉榮[21]報(bào)道玉米在儲(chǔ)藏過(guò)程中,淀粉分子會(huì)發(fā)生聚合作用,影響糊化和分散性能,同時(shí)淀粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中,由于受到淀粉酶水解成麥芽糖,再由酶分解成葡萄糖,其含量降低,玉米中還原糖和非還原糖含量變化,從而影響了玉米儲(chǔ)藏和加工品質(zhì)。玉米的干燥方式也能造成淀粉變質(zhì),日曬(35 ℃)玉米和機(jī)械干燥(80 ℃)玉米均在相對(duì)濕度85%～90%,溫度27 ℃的環(huán)境中儲(chǔ)藏6個(gè)月后,其淀粉結(jié)構(gòu)和功能都發(fā)生改變[22],隨著儲(chǔ)藏時(shí)間,淀粉水解率和黏度峰值降低、老化溫度、糊化溫度和結(jié)晶度升高,淀粉顆粒破壞數(shù)量增加,淀粉分子量和支鏈淀粉的分支長(zhǎng)度也降低,這表明,掌握合理的干燥溫度對(duì)維持玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)很重要[22]。因此,玉米在入庫(kù)前進(jìn)行干燥時(shí),應(yīng)該選擇合理的干燥溫度,儲(chǔ)藏在低溫干燥的環(huán)境中。玉米在儲(chǔ)藏期間,應(yīng)該定時(shí)進(jìn)行通風(fēng)散熱和干燥。

2.2蛋白質(zhì)的變化及其影響因素

一般玉米品種中蛋白質(zhì)含量約占12%,其中有75%左右蛋白質(zhì)分布在玉米胚乳中,有20%左右分布在玉米胚芽里,玉米表皮中僅含有蛋白質(zhì)4%左右[23],玉米所含谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白在玉米粒各個(gè)部位分布不均,醇溶蛋白和谷蛋白所占比例最大,分別是40%,37%,是玉米主要蛋白質(zhì),而清蛋白和球蛋白共占8%～9%,胚乳中的蛋白質(zhì)組分和玉米粒中的相當(dāng),但是玉米胚芽中的蛋白質(zhì)多數(shù)為球蛋白和清蛋白[23]。在儲(chǔ)藏過(guò)程中,玉米蛋白的天然構(gòu)象和分子中共價(jià)鍵易受外界因素的影響而改變,如蛋白質(zhì)自身性質(zhì)、蛋白質(zhì)濃度、水分活度、溫度和pH等,Sánchez del Angel[24]通過(guò)差示掃描量熱法探究了玉米儲(chǔ)藏溫度和含水率對(duì)其蛋白質(zhì)各組分熱特性的影響,含水率10%～18%的玉米儲(chǔ)藏在40 ℃,蛋白質(zhì)組分短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生了明顯變化,30 d后,清蛋白和球蛋白變性熱焓值降低了80%,而醇溶蛋白和谷蛋白在50 d后才降低了80%左右,這主要是清蛋白和球蛋白有親水優(yōu)勢(shì),醇溶蛋白和谷蛋白有疏水優(yōu)勢(shì),熱焓值降低說(shuō)明蛋白質(zhì)分子構(gòu)象發(fā)生改變,氫鍵斷裂和疏水作用的破壞等,這可能由于玉米部分蛋白質(zhì)分子與籽粒中的糖類(lèi)和脂類(lèi)相互作用或結(jié)合,蛋白質(zhì)分子中含有許多巰基,其經(jīng)氧化變成二硫鍵也可使玉米蛋白變性,影響其加工和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[25]。為了更好地保護(hù)玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,玉米儲(chǔ)藏水分應(yīng)控制在安全水分13%左右,儲(chǔ)藏在穩(wěn)定的低溫環(huán)境中。

2.3脂質(zhì)的變化及其影響因素

玉米儲(chǔ)存期間,其脂肪有兩種變化途徑:一是發(fā)生氧化反應(yīng),二是發(fā)生水解反應(yīng)。由于玉米儲(chǔ)藏期間,脂肪易質(zhì)變,其分解速率顯著快于蛋白質(zhì)和淀粉[26],所以玉米的脂肪酸值常常用作評(píng)判其儲(chǔ)藏品質(zhì)變化的程度[27]。為此,許多研究者對(duì)玉米脂肪變化機(jī)理和影響規(guī)律進(jìn)行了探究,胡元森等[28]認(rèn)為玉米高水分促進(jìn)玉米中微生物活性急劇增加,微生物代謝活動(dòng)旺盛,加劇了脂肪變質(zhì)。Rajarammanna[29]認(rèn)為水分是導(dǎo)致玉米儲(chǔ)藏期間脂肪酸值快速升高的重要因素之一,因?yàn)橛衩缀粑难?在儲(chǔ)藏后期,玉米在缺氧條件下,其脂肪也會(huì)因含水量高而繼續(xù)發(fā)生水解反應(yīng),使玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)發(fā)生劣變。玉米在儲(chǔ)藏期間,因生理生化活動(dòng),產(chǎn)生大量生物活性氧自由基,玉米脂肪由于呼吸作用和水解酶的作用,生成大量游離脂肪酸,這些游離的脂肪酸受到自由基的攻擊而發(fā)生氧化,產(chǎn)生許多小分子烴類(lèi)、酮醛類(lèi)等揮發(fā)性物質(zhì)、更多的自由基和終產(chǎn)物丙二醛。同時(shí)脂質(zhì)又是細(xì)胞膜的組分,故細(xì)胞膜也會(huì)因氧化而被破壞,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外液相通,使生理活動(dòng)紊亂和喪失。丙二醛交聯(lián)性強(qiáng),可與蛋白質(zhì)、酶結(jié)合,使其變性失活,如過(guò)氧化物酶等。過(guò)氧化物反應(yīng)加強(qiáng),導(dǎo)致更多的自由基和揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生,進(jìn)一步加深膜系統(tǒng)的破壞,使玉米代謝不能正常進(jìn)行,儲(chǔ)藏品質(zhì)劣變程度進(jìn)一步加深。因此,玉米需要儲(chǔ)藏在低溫低氧的環(huán)境中,并且需要嚴(yán)格控制糧食中微生物的生長(zhǎng)。

3　玉米儲(chǔ)藏期間理化指標(biāo)變化及影響因素

3.1脂肪酸值的變化及其影響因素

玉米中脂肪酸是其脂肪水解代謝產(chǎn)物,脂肪酸含量增加是玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)劣變的主要因素之一。王華[30]報(bào)道,黃淮海地區(qū)新收獲玉米脂肪酸值一般為15～20 mg KOH/100 g,而東北新收獲玉米因水分較高,脂肪酸值偏高,一般在30～35 mg KOH/100 g左右,玉米在儲(chǔ)藏期間,會(huì)受水分、溫度、儲(chǔ)藏年限等因素的影響,玉米脂肪酸值會(huì)持續(xù)升高,儲(chǔ)藏一年后玉米脂肪酸值可能高于40 mg KOH/100 g,儲(chǔ)藏兩年的玉米脂肪酸值甚至高于60 mg KOH/100 g。因此,根據(jù)玉米的脂肪酸值,可以評(píng)估玉米質(zhì)變程度。程芳[31]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),玉米含水量與其脂肪酸值的變化有顯著性關(guān)系。含水量越高,脂肪酸值含量越高。王若蘭等[32]通過(guò)對(duì)玉米模擬儲(chǔ)藏時(shí)的含水量(13.5%、15.0%、17.0%),溫度(自然溫度、18、25 ℃),氣體(空氣、98% N2、40% CO2)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),探究了玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)變化規(guī)律,表明玉米水分、儲(chǔ)存氣體成分、儲(chǔ)存溫度及儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)其脂肪酸值有顯著性影響,且影響大小順序:玉米水分>儲(chǔ)存時(shí)間>儲(chǔ)存溫度>儲(chǔ)存氣體成分。另外,玉米中的游離脂肪酸經(jīng)氧化也可影響丙二醛的含量,丙二醛是自由基與脂質(zhì)的最終過(guò)氧化產(chǎn)物,具有一定的毒性,其含量的多少可反映膜脂質(zhì)的破壞程度[7]。

3.2過(guò)氧化物酶(POD)活力的變化

在植物體中普遍存在過(guò)氧化物酶,且在老化組織中活性較高,幼嫩部位活性較低,可以作為衡量老化的一項(xiàng)指標(biāo)。因此,玉米的過(guò)氧化物酶活力也可作為評(píng)判玉米品質(zhì)變化的指標(biāo)。胡元森等[28]研究了儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)玉米過(guò)氧化氫酶活力的影響,研究表明:玉米在儲(chǔ)藏3個(gè)月和15個(gè)月后,玉米的過(guò)氧化氫酶活力稍有降低;27個(gè)月后,玉米過(guò)氧化氫酶活力大幅度降低。而對(duì)經(jīng)過(guò)熱風(fēng)和真空干燥處理的玉米進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià),結(jié)果表明,玉米的過(guò)氧化物酶(POD)活力可從一定程度地反映玉米的品質(zhì)變化情況。

3.3揮發(fā)性物質(zhì)成分及含量的變化及其影響因素

在糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中,糧食害蟲(chóng)、霉菌的活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一些特征物質(zhì),改變儲(chǔ)藏環(huán)境中揮發(fā)性物質(zhì)組成,或許某種揮發(fā)性物質(zhì)的含量,因此可監(jiān)測(cè)糧倉(cāng)中氣體組分和含量來(lái)評(píng)判糧食的儲(chǔ)藏情況[33]。玉米中揮發(fā)性物質(zhì)主要是脂類(lèi)物質(zhì)水解和氧化所產(chǎn)生,揮發(fā)性物質(zhì)總量及各組分含量與玉米儲(chǔ)藏時(shí)間及生化指標(biāo)有顯著相關(guān)性,可以作為有效指標(biāo)評(píng)判玉米儲(chǔ)藏品質(zhì)。胡元森[28]研究了玉米儲(chǔ)藏過(guò)程中霉菌種類(lèi)與玉米揮發(fā)物質(zhì)之間的聯(lián)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),玉米純培養(yǎng)中的揮發(fā)性物質(zhì)有酮、醛、酚、醇、小分子酮、烷烴及部分脂類(lèi)物質(zhì),但霉變玉米所產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)與其有很大差別,且玉米產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)也因霉菌種類(lèi)不同而有所差異。孟利[34]用氣相色譜法檢測(cè)了玉米儲(chǔ)藏期間的揮發(fā)性物質(zhì),同樣證明玉米所產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)與其霉變相關(guān)。

4　玉米儲(chǔ)藏期間的主要有害生物的發(fā)生

4.1玉米儲(chǔ)藏期間微生物的產(chǎn)生

微生物的數(shù)量和種類(lèi)對(duì)食品的安全和質(zhì)量有直接影響。例如玉米在收獲和儲(chǔ)藏過(guò)程中,可能感染黃曲霉而含有黃曲霉毒素,這將對(duì)種植者造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,同樣也對(duì)人和動(dòng)物的健康安全造成危害[35],因此了解玉米中微生物的種類(lèi)和代謝活動(dòng)有著重大意義。

徐艷陽(yáng)等[36]利用微波處理玉米,研究了黑曲霉的生長(zhǎng)情況,認(rèn)為微波處理能有效殺死黑曲霉菌及其孢子,為玉米儲(chǔ)藏微波處理提供了可行依據(jù)。Domenico等[37]研究了玉米在不同方式條件下儲(chǔ)藏12個(gè)月后鐮刀霉屬和曲霉菌屬的發(fā)生情況。實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)聚丙烯袋,垂直金屬筒倉(cāng),密封塑料袋和穗軸保存方式,結(jié)果表明,鐮刀霉屬發(fā)生率受儲(chǔ)藏方式和時(shí)間共同影響,但曲霉菌屬發(fā)生率均不受兩者影響。Majeed等[38]研究了玉米及玉米產(chǎn)品中黃曲霉毒素(AFs)和赭曲霉毒素A(OTA)的污染情況,研究者用高效液相色譜熒光檢測(cè)器對(duì)大量樣品(玉米105,玉米產(chǎn)品102)中的黃曲霉毒素和赭曲霉毒素A含量進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)顯示,37個(gè)玉米樣品及43個(gè)玉米產(chǎn)品的樣品均含有AFB1和總AFs的平均水平含量分別為7.90、12.08 mg/kg和5.47、7.85 mg/kg[38]。此外,28個(gè)玉米樣品及26個(gè)玉米產(chǎn)品的樣品中含有OTA,平均水平含量分別為5.29 mg/kg和3.69 mg/kg。這些樣品的AFB1和AFs總含量分別超過(guò)了歐盟允許限量14%、28%;14%、20%,OTA分別超過(guò)了14%、15%。

4.2玉米儲(chǔ)藏期間害蟲(chóng)的發(fā)生

蟲(chóng)害不僅僅能造成儲(chǔ)糧嚴(yán)重?fù)p失,而且其幼蟲(chóng)能將玉米粒內(nèi)部蛀空,并引起玉米堆水分和溫度升高,造成玉米霉變,使玉米品質(zhì)下降。玉米中主要害蟲(chóng)多種多樣,其中玉米象與大谷蠹危害最常見(jiàn),玉米生蟲(chóng)與其儲(chǔ)藏環(huán)境和品種有關(guān)。張會(huì)娜等[39]研究了玉米象在不同溫度時(shí)的生長(zhǎng)情況,高于50 ℃的溫度可有效殺死玉米象成蟲(chóng),處理5.5 min其死亡率可達(dá)95%以上。Suleiman等[40]研究了硬質(zhì)玉米和馬牙玉米在不同溫度和時(shí)間儲(chǔ)藏時(shí)對(duì)玉米象的抵抗情況。結(jié)果表明,在相同儲(chǔ)藏條件下,玉米象容易存活在馬牙玉米中,那么廣泛種植和儲(chǔ)藏硬質(zhì)玉米也許是一個(gè)很有前景的解決玉米象侵?jǐn)_的方案,但這仍需更多研究。Njoroge等[41]使用聚丙烯編織袋(PP)和三層聚乙烯包裝袋(PICS)儲(chǔ)藏玉米,研究了大谷蠹侵?jǐn)_情況,結(jié)果表明,PICS包裝袋儲(chǔ)藏玉米能使大谷蠹數(shù)量增長(zhǎng)緩慢并不受周?chē)鷥?chǔ)藏環(huán)境侵?jǐn)_,而在另一種包裝中,大谷蠹大量生長(zhǎng)并與外界交叉感染;前者玉米的發(fā)芽率可以達(dá)到78.1%,后者則從91.1%降至37.0%,那么使用PICS儲(chǔ)藏玉米可有效抵制大谷蠹的侵?jǐn)_。Groote等[42]研究了密封儲(chǔ)藏在無(wú)滅蟲(chóng)劑的情況下對(duì)控制玉米儲(chǔ)藏害蟲(chóng)的有效性,發(fā)現(xiàn)金屬筒倉(cāng)儲(chǔ)藏玉米對(duì)控制玉米象和大谷蠹非常有效,但在金屬筒倉(cāng)中添加蟲(chóng)螨磷和磷化鋁等滅蟲(chóng)劑并沒(méi)有明顯增強(qiáng)金屬筒倉(cāng)封閉儲(chǔ)藏的效果;谷物編織袋也能有效控制害蟲(chóng),但害蟲(chóng)死亡并不完全,而且谷袋都出現(xiàn)多孔,幾乎是大谷蠹造成,所以金屬筒倉(cāng)或谷物編織袋密封儲(chǔ)藏在無(wú)殺蟲(chóng)劑時(shí)控制蟲(chóng)害是可行的。Baoua等[43]研究了低成本三重包裝技術(shù)(PICS)對(duì)玉米儲(chǔ)藏的適用性,經(jīng)6.5個(gè)月的儲(chǔ)藏,PICS儲(chǔ)藏的有大谷蠹,玉米象,米長(zhǎng)蠹侵?jǐn)_的玉米,害蟲(chóng)死亡達(dá)95%～100%,種子生活力保持很好,比傳統(tǒng)編織袋儲(chǔ)藏有優(yōu)勢(shì)。

綜上所述,玉米適合儲(chǔ)藏在低溫密閉的環(huán)境中,可通過(guò)對(duì)糧倉(cāng)進(jìn)行改造,改善糧倉(cāng)的隔熱保溫性能和氣密性,這樣可更有效地實(shí)現(xiàn)玉米低溫密閉儲(chǔ)藏。另外,研究者應(yīng)重視研究有害生物的適宜生存條件,以利于糧食部門(mén)科學(xué)選擇經(jīng)濟(jì)、合理的玉米儲(chǔ)藏方式。另外,在品質(zhì)選用方面,可進(jìn)一步推廣硬質(zhì)玉米種植,減少儲(chǔ)藏玉米霉變和蟲(chóng)害的發(fā)生率。

5　展望

玉米在儲(chǔ)藏過(guò)程中,品質(zhì)易受儲(chǔ)存溫度、濕度和氣體成分等外界環(huán)境因素的影響而發(fā)生劣變。在高溫高濕的儲(chǔ)藏條件下,常發(fā)生霉變蟲(chóng)害、生理代謝高度旺盛的現(xiàn)象,引起玉米淀粉、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分的損失,儲(chǔ)藏性能下降,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)玉米種植面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng),國(guó)家各級(jí)糧倉(cāng)的儲(chǔ)存量也不斷增加。玉米安全儲(chǔ)藏對(duì)維持糧食市場(chǎng)穩(wěn)定、保護(hù)農(nóng)民利益和國(guó)家糧食安全具有十分重要的意義。目前,玉米安全儲(chǔ)藏的研究已經(jīng)取得了豐富的成果,但其中仍然存在許多不足之處需要進(jìn)一步研究解決,如大多研究基于外部?jī)?chǔ)藏環(huán)境的變化對(duì)玉米品質(zhì)的影響,而對(duì)玉米品質(zhì)劣變機(jī)理的研究不夠全面透徹;另一方面,玉米在儲(chǔ)藏過(guò)程中有害生物生活習(xí)性、演替規(guī)律和危害機(jī)理的研究也相對(duì)較少。此外,我國(guó)玉米安全儲(chǔ)藏研究主要基于實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)模擬研究,應(yīng)該更多地進(jìn)行實(shí)倉(cāng)型溫濕度動(dòng)態(tài)變化對(duì)玉米生理代謝及品質(zhì)影響研究,才能更好地推動(dòng)我國(guó)玉米儲(chǔ)藏的科學(xué)水平。

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Research progress in the mechanism of physiological metabolism and quality changes in corn during storage

CAO Jun1,LIU Xin1,CHEN Wen-ruo1,DAI Bing-ye2,JIANG Wei-xin1,DONG Wen2,CHEN Yin-ji1，*

(1.College of Food Science and Engineering/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210023,China;2.China Rural Technology Development Center,Beijing 100045,China)

Corn is one of the most important crops,and with the corn production growing,the corn reserves has been increasing in recent years. It is particularly important for protecting corn quality to study fully mechanism in corn physiological metabolism and quality changes during storage as well as change rules of related indicators. Quality of corn can be affected by storage conditions,including temperature,humidity,and climate changes,and the degree of corn deterioration can be detected by relative indicators during storage. Corn original moisture content has an great effect on corn kernels respiratory intensity and nutrients,and the greater original moisture content,the greater degree of mildew and the stronger the respiration,then more fat and starch content reduced more quickly. Corn lipids produce large amounts of free fatty acids due to respiration and hydrolytic enzymes,lipids is a component of the cell membrane,the membrane will be destroyed due to oxidation,leading to cell physiological disorder. This paper mainly focused on the research progress on corn physiological metabolism,corn nutrition changes,corn physicochemical properties changes as well as biological pests changes during storage.

corn;storage;quality changes;physiological metabolism

2015-05-15

曹俊(1990-)，女，碩士研究生，主要從事谷物儲(chǔ)藏研究，E-mail:13951014868@163.com。

陳銀基(1979-)，男，博士，副教授，主要從事糧食工程研究，E-mail:chenyinji@gmail.com。

國(guó)家糧食公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201313010)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程(PAPD)；江蘇高校自然科學(xué)研究(13KJB550010)。

TS255.1

A

1002-0306(2016)03-0379-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.071