稻谷儲藏過程中發熱霉變研究進展

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(河南工業大學糧油食品學院,河南鄭州 450001)

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稻谷儲藏過程中發熱霉變研究進展

薛飛,渠琛玲*,王若蘭,李慧

(河南工業大學糧油食品學院,河南鄭州 450001)

受外界高溫高濕環境條件、含水量等因素的影響,稻谷在儲藏過程中易發生發熱霉變的現象,嚴重影響稻谷品質及經濟效益。本文詳細綜述了稻谷發熱原因、發熱類型以及稻谷霉變成因、霉變過程品質變化、霉變防控,為稻谷的安全儲藏提供了依據。

稻谷,發熱,霉變,防控

稻谷是我國主要的糧食作物之一,產區遍及全國各地,稻谷年總產量高達2億多噸[1]。作為主要的糧食食用品種,供應著全世界一半以上的人口[2]。稻谷相對于小麥來說,屬于不耐儲藏的品種,一般儲備輪換年限為3年。據不完全統計,每年稻谷因在儲藏過程中發生的倉儲害蟲、發熱霉變以及自身陳化造成的損失,約占總儲量的3.03%,達數百億斤,損失超過200億元[3]。發熱霉變會導致稻谷品質嚴重劣變,滋生大量霉菌,同時部分霉菌的生長繁殖會產生黃曲霉毒素、伏馬毒素等真菌毒素,大部分毒素無法通過物理或者化學的方法清除,使得稻谷失去食用價值。

1 稻谷發熱

1.1發熱原因

稻谷發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、儲糧害蟲(昆蟲、螨類等)、有機雜質等,非生物因素主要為環境溫濕度。

1.1.1 稻谷籽粒 稻谷籽粒是活的生命體,在儲藏過程中會進行有氧或無氧呼吸,盡管籽粒的呼吸強度相對于微生物或儲糧害蟲來說弱很多,但在溫濕度增高時,與呼吸有關的酶類活性增強,呼吸強度顯著增加,會釋放大量熱量。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,數據顯示當溫度、含水量增加時,稻谷的呼吸速率由10～20 CO2mL/(kg·d)增加到了90～100 CO2mL/(kg·d),呼吸強度顯著增強。稻谷因呼吸強度增強釋放的熱量可使糧堆出現發熱情況,應引起足夠重視。

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

1.1.3 儲糧害蟲 在安全水分或安全水分以下儲藏的稻谷,當儲糧害蟲爆發時,其生理代謝活動產生的熱量能導致稻谷的含水量增大,引起糧堆局部發熱。常見的儲糧害蟲包括米象、玉米象、赤擬谷盜和銹赤扁谷盜等[9]。袁業宏[10]進行的實倉實驗表明,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,導致“窩狀”發熱。當外界環境適宜時,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發熱類型

根據發熱部位的不同可將稻谷糧堆發熱分為表層發熱、底層發熱、局部發熱、全倉發熱等。

稻谷表層發熱是由于季節更替和氣溫變化使稻谷糧堆表層溫度與倉內溫度或糧堆內部溫度的溫差較大,或外界環境濕度大,表層稻谷通過毛細管吸收水分,表層出現結露現象,進而導致發熱。發熱部位多在上表層(糧面以下5～30 cm)[11]。

底層發熱主要是因為倉房地面防潮性能差,或稻谷入倉時機選擇不正確,與地面產生較大溫差而結露,稻谷吸濕使含水量增加,導致稻谷中下層或底層發熱情況的產生。

局部發熱的產生主要是因為局部雜質聚集、局部水分偏高和微生物的生長繁殖作用等產生的熱量,此時的糧堆不僅孔隙度大大降低,聚集的熱量不能及時散失,導致局部發熱。

全倉發熱主要是因為偏高水分的新稻谷不經烘干晾曬等處理直接入倉導致的,如若不及時進行通風降溫降水處理,將造成巨大的經濟損失。

2 稻谷霉變

稻谷霉變是指稻谷中的營養物質被糧堆中的微生物降解吸收,是一個連續的且具有一定發生發展階段的過程。根據對營養物質分解利用的程度可劃分為三個階段:變質、生霉、霉爛[12]。稻谷在儲藏過程中最常見的微生物類群有放線菌、酵母菌、細菌和霉菌等[13],其中對稻谷品質危害最大且最容易滋生的是霉菌。

2.1霉變原因

稻谷霉變的發生一般與稻谷含水量、環境溫濕度等緊密關聯。正常儲藏條件下,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素有關[14]。但當稻谷出現發熱情況時,如不及時進行通風降溫降水等有效處理,大多數霉菌會在適宜的溫度、濕度條件下大量生長繁殖,稻谷中的有機質被逐漸消耗,霉菌菌落生長造成稻谷霉變板結。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%)儲藏條件下的霉菌生長情況,數據顯示,含水量16.2%的稻谷在35 ℃條件下儲藏40 d就能明顯觀察到菌絲的生長,并根據所得數據建立了稻谷儲藏溫度、含水量對霉菌危害的預測模型。

2.2霉變稻谷品質變化

稻谷籽粒的主要營養成分包括淀粉、纖維素、蛋白質、脂質、礦物質等,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,需利用胞外水解酶將稻谷中的大分子物質分解成小分子物質,再經細胞壁、細胞膜等的作用將小分子物質吸收,合成自身所需的營養物質[16]。J K Misra等[17]收集了儲藏期在1～28個月的不同稻谷品種,使用瓊脂平板法篩選霉菌菌群,還對樣品的水分含量、發芽率、直鏈淀粉含量和膠稠度等品質指標進行了研究,結果表明,霉菌菌落數和稻谷品質指標之間存在顯著的相關性。Noorlidah A等[18]也研究了濕度對糧食霉菌活動的影響,以及品質的變化,結果表明,當水分活度(Aw)在0.65時,霉菌基本不生長,稻谷品質劣變不明顯。

淀粉是稻谷的主要營養成分之一。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構特性[19]。雷玲等[20]研究了不同稻谷品種在35 ℃高溫條件下儲藏6個月淀粉糊化特性的變化,結果表明,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。黃永忠等[21]研究了高溫35 ℃條件下儲藏40 d后還原糖和非還原糖含量的變化,實驗結果表明,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性狀間存在一定程度的內在聯系[22]。脂肪在儲藏的過程中是非常不穩定的物質之一,常被霉菌等微生物分解得到脂肪酸等物質,導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,不同溫度對稻谷微生物區系和脂肪酸值的影響,結果表明,在該濕度條件下,霉菌和脂肪酸值都呈現逐漸增加的趨勢,尤其30、35 ℃高溫條件下儲藏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重分解利用,相關性分析表明霉菌量和脂肪酸值呈顯著的二元線性關系。楊基漢等[24]也研究了溫度在25、30、35 ℃下,稻谷儲藏20 d 后,脂肪酸值分別達到15.9、17.1、23.3 mg KOH/100 g,儲藏30 d 后,脂肪酸值均超過宜存指標,隨著儲藏時間的延長,脂肪酸值的變化主要與霉菌的分解有關,經過相關性分析得到稻谷霉菌與脂肪酸值的相關系數為0.7985,呈正相關。其他學者[25-26]的研究也表明脂肪酸值是一個用來評價稻谷儲藏狀態的顯著指標。

2.3稻谷霉變的防控

稻谷的防霉是產后儲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,實現安全儲藏。防霉劑的主要作用是降低細胞內酶的活性、破壞霉菌等微生物的細胞結構,而且添加的防霉劑對人體、牲畜等無毒害作用[27]。目前,新型防霉劑的復配及研發成為國內外學者的重要研究方向。盛強等[28]通過將食品級防霉劑雙乙酸鈉和山梨酸鉀復配,制成復合防霉劑,按一定劑量與高水分稻谷(含水量15.6%、17.6%)混勻,進行常規儲藏,同時設定空白組,結果表明,防霉劑量越大,防霉效果越好,而且經過90 d的儲藏期后,脂肪酸值等品質指標仍處在宜存范圍內,該復合防霉劑對高水分糧食的儲藏具有明顯的保質保鮮效果。除了食品級防霉劑外,其他類型的防霉方法也逐步運用到儲藏實踐中。姚明蘭等[29]研究了臭氧處理對高水分稻谷品質與微生物數量的影響,結果表明,臭氧處理能顯著降低稻谷中生長的微生物數量,霉變時間明顯延遲,而且對稻谷感官品質和發芽率均沒有產生影響。國外學者的研究結果也表明臭氧可以抑制霉菌等微生物的生長,殺滅儲糧害蟲,降低黃曲霉毒素的含量等,且對品質無明顯影響[30-31]。Weerachet等[32]借助流化床等干燥機設備,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 ℃的熱空氣條件下進行就倉干燥至14%以下,結果表明,這種分段干燥方式可以獲得較高的烘后品質,而且儲藏穩定性大大提高,不易生霉。在降低稻谷含水量的基礎上,通過機械通風、環流熏蒸、氣調儲糧等技術手段,就能保證稻谷的安全儲藏。

2.4霉變監測

稻谷霉變的監測對后期處理有著明確的指導意義。糧溫的變化能直觀反映稻谷的儲藏狀態,糧情測控系統的部分功能正是利用了霉菌等微生物生理活動產生大量熱量導致糧溫上升的原理,準確監測糧溫的變化[33]。感官檢測在糧情監測方面具有重要的地位,有豐富經驗的保管員能對儲糧的情況作出準確可靠的判斷,并擬定有效的處理措施。傳統實驗室檢測一般通過平板菌落計數法直接取樣培養,監測微生物的生長情況,該方法也是我國糧食食品監測的國家標準方法[34],具有良好的重復性和平行性,能直接檢測糧食內外菌及全菌情況,獲得活菌的信息,但該方法微生物培養時間也比較長,大約一周時間才能得到檢測結果,對操作人員和操作環境要求高,對糧堆的及時處理不利。另外,有研究者對儲藏期間糧堆氣體成分進行分析檢測。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[35]。此外,根據仿生概念發明的電子鼻技術,作為糧食感官評價的一種延伸,在糧食儲藏行業得到了快速發展[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氣體的響應數據,提取傳感器與氣味反應的特征值,采用徑向基函數神經網絡分析,準確判斷稻谷的霉變情況,正確率高達92.19%,缺點是不能識別微生物種類。國外學者也通過研究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性[38-39]。近年來,一些高新檢測技術高速發展,例如頂空固相微萃取—氣質聯用技術,在氣體分析檢測方面日趨成熟。Jane?等[40]利用HS-SPME/GC-MS技術分析谷物的揮發性成分,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

發熱霉變是兩個不同的發展過程,但又有著相互促進的關系。在稻谷日常儲藏的過程中,發熱霉變的現象時有發生,使稻谷在短時間內嚴重劣變。為了預防發熱霉變,延緩品質變化,必須加強日常的管理,實時監測,建立及時的預警機制,采取切實可行的方法有效處理發熱霉變的問題,保證儲糧安全,減少儲藏的損失。

[1]孫強,劉心雨,張三元,等.我國稻米產業現狀及發展對策[J].北方水稻,2011,41(4):69-71.

[2]Seong Yeong Kim,Ho Lee. Effects of eating quality on milled rice produced from brown rice with different milling conditions[J].The Korean Society for Applied Biological Chemistry,2013,56(5):621-629.

[3]云昌杰.我國農村儲糧問題研究[J].糧食儲藏,1996,25(4):24-27.

[4]吳芳,何洋,柳彩虹,等.自然帶菌稻谷和玉米呼吸速率回歸模型研究[J].糧食儲藏,2016,45(3):24-27.

[5]舒在習,徐廣文,周天智,等.儲糧有害生物綜合防治[J].糧食儲藏,2007,36(5):3-6.

[6]陳福海,曹琨.綜合儲糧技術在處理糧堆發熱中的應用[J].中國糧油學報,2006,21(3):380-383.

[7]田海娟,蔡靜平,黃淑霞,等.稻谷儲藏中溫濕度變化與微生物活動相關性的研究[J].糧食儲藏,2006(4):40-42.

[8]周建新,鞠興榮,孫肖東.不同儲藏條件下稻谷霉菌區系演替的研究[J].中國糧油學報,2008,23(5):133-136.

[9]馬曉輝,王殿軒,李克強,等.中央儲備糧中主要害蟲種類及抗性狀況調查[J].糧食儲藏,2008(1):7-10.

[10]袁業宏.害蟲引起糧堆“窩狀”發熱的處理措施[J].糧油倉儲科技通訊,2016(2):47-48.

[11]羅斌,鄧曉兵,陳紅霞.儲糧發熱的系統研究[J].糧油倉儲科技通訊,2006(1):23-26.

[12]韓玲.糧食霉變的階段、預測及處理[C].中國糧油學會儲藏分會第六次學術年會論文集,2009:309-310.

[13]贠婷婷.稻谷儲藏中水分含量與霉變關系的研究[D]. 呼和浩特:內蒙古農業大學,2010.

[14]黃淑霞,蔡靜平,田海娟.主要糧食品種儲藏期間霉菌活動特性研究[J].中國糧油學報,2010,25(1):99-103.

[15]唐芳,程樹峰,張海洋,等.稻谷儲藏真菌危害早期預測的研究[J].糧食儲藏,2015(1):24-32.

[16]蔡靜平.儲糧微生物活性及其應用的研究[J].中國糧油學報,2004,19(4):76-79.

[17]Misra J K,Gergon E B,Mew T W.Storage fungi and seed health of rice:A study in the Philippines[J].Mycopathologia,1995,131(1):13-24.

[18]Noorlidah A,Nawawia A,Othmanb I.Fungal spoilage of starch-based foods in relation to its water activity(aw)[J]. Journal of Stored Products Research,2000,36:47-54.

[19]吳莉莉,李琦,熊寧,等.不同儲藏條件對稻谷直鏈淀粉含量變化的影響[J].糧食與飼料工業,2015(12):27-30.

[20]雷玲,孫輝,姜薇莉,等.稻谷儲存過程中品質變化研究[J].中國糧油學報,2009,24(12):101-106.

[21]黃永忠.高溫高濕地區稻谷儲藏品質變化[J].農業工程,2014,4(6):71-73.

[22]于永紅,周鵬,段彬伍,等.水稻脂肪含量分布及與食味品質的相關性分析[J].浙江農業科學,2006(6):669-671.

[23]周建新,張瑞,王璐,等.儲藏溫度對稻谷微生物和脂肪酸值的影響研究[J].中國糧油學報,2011,26(1):92-95.

[24]楊基漢,張瑞,王璐,等.高濕條件下溫度對儲藏稻谷水分和脂肪酸值的影響研究[J].糧食儲藏,2011,40(1):45-47.

[25]Clarke P A.The effect of dehusking on the quality of brown rice[J].Tropical Science,1998,28(2):141-142.

[26]朱有光,張玉榮,賈少英,等.國內外糙米儲藏品質變化研究現狀及展望[J].糧食與飼料工業,2011(10):1-4.

[27]蔣偉鑫,陳銀基,陳霞,等.高水分稻谷品質劣變與防控技術研究進展[J].糧食與飼料工業,2014(6):11-16.

[28]盛強,伍松陵,王若蘭.復合型防霉劑對高水分稻谷的防霉保鮮效果研究[J].中國糧油學報,2010,25(8):77-80.

[29]姚明蘭,包月紅,周建新,等.臭氧處理高水分稻谷儲藏的研究[J].中國糧油學報,2014,24(8):106-110.

[30]Tiwari B K,Brennan C S,Curran T,et al.Application of ozone in grain processing[J].Journal of Cereal Science,2010,51(3):248-255.

[31]Bock M D,Beeck M O D,Temmerman L D,et al.Ozone dose-response relationships for spring oilseed rape and broccoli[J].Atmospheric Environment,2011,45(9):1759-1765.

[32]Weerachet J,George S,Robert D.Corn,rice,and wheat seed drying by two-stage concept[J].Drying Technology,2010,28(6):807-815.

[33]王晶磊,肖雅斌,李增凱,等.儲糧糧情測控系統的應用效果研究[J].糧食與食品工業,2013,20(5):68-70.

[34]中華人民共和國國家標準,GB/T 4789.15-2010,食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數[S].中華人民共和國衛生部,2008-12-01.

[35]任佳麗,唐云鵬,張紫鶯,等.黃曲霉污染稻谷貯藏期間典型揮發性成分的變化[J].食品與機械,2016,32(8):49-54.

[36]韓楓,蔡靜平,黃淑霞.儲糧昆蟲及真菌危害實倉監測應用與研究進展[J].糧食與油脂,2016,29(4):12-15.

[37]潘天紅,陳山,趙德安.電子鼻技術在谷物霉變識別中的應用[J].儀表技術與傳感器,2005(3):51-52.

[38]Bartosik R,Cardoso L,Rodriguez J.Early detection of spoiled grain stored in ermetic plastic bags(silo-bags)using CO2monitoring[C].Proceedings of the 8th international conference on cont rolled atmosphere and fumigation in stored products. Chengdu:Sichuan Science and Technology Press,2008.

[39]Fernandez A,Stroshine R,Tuite J.Mold growth and carbon dioxide production during storage of high-moisture corn[J].Cereal Chemistry,1985,62(2):137-143.

[40]Jane? D,Kantar D,Kreft S,et al.Identification of buckwheat(Fagopyrum esculentum Moench)aroma compounds with GC-MS[J].Food Chemistry,2009,112(1):120-124.

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：糧食儲藏與品質保鮮，E-mail：15872384522@163.com。

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

“十三五”國家重點研發計劃課題(2016YFD0400104)。

TS210.1

:A

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

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.063