陳尚兵 袁 建 張 斌 劉雅婧 丁 超 邢常瑞 鞠興榮 袁翔宇

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心；江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室1，南京 210023) (安徽糧食工程職業(yè)學院2，合肥 230011)

稻谷是世界上最重要的糧食作物之一，也是我國主要的儲糧[1]。我國主要的糧食作物，在人們?nèi)粘５纳钪衅鹬豢苫蛉钡淖饔?。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高，高水分稻谷數(shù)量急劇增加。稻谷水分含量越高，越易受到霉菌侵染從而霉變，并且其品質(zhì)極不穩(wěn)定，在儲藏中其品質(zhì)也易降低[2-4]。在糧食儲藏過程中，由于不良的儲藏條件，如受潮、高溫等可能造成微生物的大量繁殖。霉菌是造成糧食發(fā)熱、霉變的主要原因，糧食被霉菌污染后, 除了會引起糧食的變質(zhì)外，最為嚴重的是這些霉菌可以產(chǎn)生具有致畸、致癌致突變“三致”效應的霉菌毒素，對人體產(chǎn)生危害[5-6]。因而，對糧食干燥和霉菌做到及時的處理是目前研究關注的重點[7]。

常見的糧食干燥方式有自然通風干燥，熱風干燥，低溫干燥及對流干燥等。尤其是對流干燥[8]，在用于保存食物的古代工藝當中已被證明對糧食和食物的干燥是有效的。物理和化學變化也會在一定程度上對干燥品質(zhì)產(chǎn)生影響，如一些不穩(wěn)定的外部條件會導致干燥變質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量[9-10]。 這些包括表面硬化，收縮和產(chǎn)品變色?？諝飧稍锏钠渌秉c是干燥時間長和低能源效率[11]。微波干燥作為一種新型的干燥技術(shù)，微波技術(shù)具有干燥速度快、滅菌效率高、處理后無污染特點而日益受到關注[12-14]。因為微波干燥不同于熱風及其他干燥方式，在于其獨特的加熱特性，物料干燥速度快、干燥時間短、干后品質(zhì)和利用率高，因而在農(nóng)產(chǎn)品加工及食品工業(yè)中越來越受到重視[15]。同時微波消毒和滅菌操作方便，省力，時間短，速度快，加熱均勻，溫度不高，穿透性好，效果穩(wěn)定可靠，所以在對農(nóng)產(chǎn)品當中微生物的殺傷力非常優(yōu)秀，也能夠在一定程度上保證產(chǎn)品品質(zhì)不受微波殺菌而產(chǎn)生變化。于秀榮等[16]發(fā)現(xiàn)針對稻谷微波比熱風干燥具有更好的干燥效果，指出若選用適當?shù)牡凸β?55 W微波干燥稻谷，并且控制稻谷受熱溫度不超過50 ℃，降水率在3%以內(nèi)，能夠得到稻谷爆腰率增長值在5%內(nèi)，保證了其種用價值。徐鳳英等[17]研究了稻谷熱風、微波干燥的去水性能，結(jié)果顯示熱風干燥稻谷的分時過程去水速率均顯著低于其微波干燥去水速率。當用微波干燥稻谷時，在顆粒內(nèi)部的水分能較好地吸收電磁能，促進水分快速蒸發(fā)，以致稻谷微波干燥具有更好的干燥過程熱力強化作用，其去水速率較熱風干燥快。徐艷陽等[18]研究微波功率、微波時間和裝載量對玉米黑曲霉孢子數(shù)量減少周期和玉米裂紋粒的影響，顯示微波能夠有效殺滅玉米霉菌和保證玉米品質(zhì)。張鴻發(fā)等[19]微波殺菌機理研究中得出：環(huán)境中水分的存在能明顯增強微波的滅菌效果，不同微波功率處理枯草芽胞桿菌，當樣品溫度達 58 ℃，細菌開始死亡。上述結(jié)果表明：水分含量越高，微波殺菌效果越好。徐懷德等[20]利用不同微波劑量、電耗對大米霉菌進行處理，研究其殺滅效果。指出微波能耗達到0.023 kW·h/kg時，可使霉菌致死率在80%以上。SASAKI K等[21]為了研究微波滅菌機理，選擇3種干燥過的好氧性細菌孢子進行微波處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細菌孢子的存活率幾乎沒有任何變化。在此基礎上，制備了12種孢子懸液，以孢子的存活率為指標，對菌懸液進行處理，發(fā)現(xiàn)孢子的存活率急劇下降。研究結(jié)果表明：微波滅菌主要是熱效應。

目前對新型微波工藝在食品干燥、殺菌、防霉等多個方面得到應用，但是稻谷需要長期儲藏，在微波工藝處理后對其中微生物的影響較大。如果因儲藏環(huán)境的變化引起首次微波工藝處理后，霉菌的繼續(xù)生長，而降低稻谷品質(zhì)，影響其經(jīng)濟價值。因此本文主要對偏高水分糧當中優(yōu)勢菌分離純化，研究微波對稻谷內(nèi)部和表面優(yōu)勢霉菌殺菌效果，并與熱風處理做對照，分析微波對稻谷優(yōu)勢霉菌致死率及后期儲藏條件下，稻谷霉菌的生長效果，為偏高水分糧安全儲藏提供一定的基礎。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

粳稻：“淮稻5號”，是江蘇省主要種植稻，2016年生產(chǎn)，含水量(17.5±0.5)%，將稻谷收購后除雜，挑選飽滿顆粒后混合均勻，在4 ℃保存。

孟加拉紅培養(yǎng)基、察氏瓊脂培養(yǎng)基、棉蘭均為生化試劑BR，氯化鈉、乳酸(比重 1.21)、石炭酸均為分析純AR。

1.2 儀器與設備

XOGZ-8 KW型連續(xù)隧道式微波干燥滅菌線(頻率2450 MHz)；MB-EHR12型陶瓷紅外-熱風聯(lián)合干燥裝置；101-34S型電熱鼓風干燥箱；Testo830-S1型紅外測溫槍；EX30型生物顯微鏡；SX-700型高壓蒸汽滅菌鍋：GNP-9160型隔水式恒溫培養(yǎng)箱；SHZ-82A型水浴恒溫振蕩器；H-C型恒溫振蕩器；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.3 實驗方法

1.3.1 稻谷優(yōu)勢菌純化與鑒定

參照GB/T4789.15—2010對稻谷樣品進行菌落培養(yǎng)，待有菌落長出后，根據(jù)各單菌落的形態(tài)特征進行分類，選取生長得較多的優(yōu)勢霉菌，在無菌環(huán)境下，通過鏡檢確定菌株后，將分離出的優(yōu)勢霉菌在察氏培養(yǎng)基上接種，(28±1)℃條件下培養(yǎng)5 d，觀察每個菌落的形態(tài)特征[22]并拍照記錄。菌落形態(tài)觀察包括：菌落的生長速度、顏色、質(zhì)地、滲出物、氣味等。鑒定結(jié)果：參照《真菌鑒定手冊》[23]、《食品微生物檢測工作指南》[24]。

1.3.2 微波處理對稻谷中優(yōu)勢霉菌致死率的影響

首先對收購的樣品，放置室溫后，稱取稻谷質(zhì)量(760±0.5)g，稻谷層厚度1 cm，微波輻射表面積1 155 cm2，均勻平攤于塑料盒里放入微波處理設備中進行微波殺菌處理，然后將樣品放置于4 ℃條件下儲存[25]。以熱風處理稻谷作為空白對照組，稱取稻谷質(zhì)量(760±0.5) g，均勻平攤于托盤上置于熱風干燥設備中，稻谷層厚度1 cm，熱風溫度55～60 ℃，風量7 500 m3/h，風速0.8 m/s。

1.3.2.1 微波功率對稻谷優(yōu)勢霉菌致死率的影響

對經(jīng)過預處理的稻谷樣品接種5種優(yōu)勢菌，然后分別取5類染單種優(yōu)勢霉菌的稻谷分別在有效微波功率485、927、1 349 W條件下以及在對稻谷進行微波處理，同時對比在熱風處理下的樣品升溫到60 ℃[26]，測量其表面和內(nèi)部菌落數(shù)，并計算稻谷表面及內(nèi)部霉菌致死率。

1.3.2.2 微波時間對稻谷優(yōu)勢霉菌致死率的影響

同時根據(jù)在微波有效功率條件下對稻谷進行微波處理，稻谷放入后開始計時，每隔20 s取樣一次，直到稻谷表面溫度達到60 ℃。然后把樣品放入(60±1)℃電熱恒溫箱中，階段降溫緩蘇4 h后測其表面和內(nèi)部霉菌總數(shù)，并計算稻谷表面及內(nèi)部霉菌致死率。

1.3.2.3 稻谷表面霉菌總數(shù)測定

稱取稻谷(25±0.01)g，放入均質(zhì)袋中，再倒入225 mL無菌蒸餾水，均質(zhì)2 min，制成1∶10樣品勻液。吸取1 mL樣品勻液進行10倍系列稀釋，選取2～3個適宜稀釋度的樣品勻液，并各取1 mL倒入孟加拉紅培養(yǎng)基中，(28±1)℃下培養(yǎng)5 d，按照GB 4789.15—2016方法對霉菌計數(shù)。

表面霉菌(細菌)致死率采用表面霉菌(細菌)減少對數(shù)周期表示，計算公式如下：

Y=lgN0-lgN

式中，Y為表面霉菌(細菌)減少對數(shù)周期(log CFU/g)，N0為初始的表面霉菌(細菌)菌落數(shù)(CFU/g)，N為微波處理后的表面霉菌(細菌)菌落數(shù)(CFU/g)。

1.3.2.4 稻谷內(nèi)部霉菌致死率測定

贠婷婷等[27]將表面消毒的稻谷種植到高鹽察氏培養(yǎng)基培養(yǎng)的方法 (從1粒稻谷中長出的數(shù)個霉菌都視為1個計數(shù))。對稻谷內(nèi)部霉菌總數(shù)計數(shù)。稻谷內(nèi)部霉菌致死率，計算公式如下：

W=(X0-X)/X0×100%

式中：W為稻谷內(nèi)部霉菌致死率/%，X0為初始的內(nèi)部霉菌菌落數(shù)/個/10顆，X為微波處理后的內(nèi)部霉菌菌落數(shù)/個/10顆。

1.3.2.5 微波處理后對稻谷儲藏期間優(yōu)勢霉菌的影響

首先使用微波工藝對實驗稻谷進行處理[28]，根據(jù)國標GB/T4789.15—2016，測得霉菌的帶菌量在102FU/g以下。然后在稻谷表面添加高水分稻谷分離鑒定出的5種優(yōu)勢菌，以最優(yōu)微波條件為實驗組，熱風處理作為對照組，放在28 ℃ 濕度80%的條件儲存一定時間，定期取樣測定菌落數(shù)。

1.4 實驗數(shù)據(jù)處理與分析

每次實驗重復3次，采用Excel 2007軟件計算平均值、標準偏差，采用Origin 8.5軟件繪圖，依據(jù)圖和表分析高水分稻谷中優(yōu)勢菌在微波和熱風條件下優(yōu)勢菌的變化趨勢以及對常規(guī)儲藏環(huán)境中優(yōu)勢菌的生長狀態(tài)做出分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻谷中優(yōu)勢霉菌的分離鑒定結(jié)果

對高水分稻谷中的霉菌進行分離純化，表1是各種稻谷霉菌菌落數(shù)和檢出率。根據(jù)表1得出，鏈格孢霉、雪腐鐮刀菌、白曲霉、灰綠曲霉和產(chǎn)黃青霉5種霉菌在稻谷上數(shù)量較多，可以作為稻谷的優(yōu)勢霉菌。

表1 稻谷主要霉菌檢出率

2.1.1 鏈格孢霉鑒定結(jié)果[23]

菌落在察式培養(yǎng)基上生長較快，5 d后平均菌落直徑超過3 cm以上，呈白色，菌絲呈稀疏的棉絮狀，無明顯凸起，有溝紋，無滲出，無氣味，菌落形態(tài)見圖1。

光鏡下觀察不育菌絲匍匐，有分隔，分生孢子梗暗色。多數(shù)是不分枝，比較短小，與營養(yǎng)菌絲很相似。分生孢子淡褐色，呈倒棒形狀，頂端延長至成喙狀，有壁磚狀分隔，常數(shù)個型成鏈狀，微觀形態(tài)見圖1。

圖1 鏈格孢霉在察氏培養(yǎng)基上和光學顯微鏡下的形態(tài)圖

2.1.2 雪腐鐮刀菌鑒定結(jié)果[23]

在察式培養(yǎng)基上，菌落呈白色，基質(zhì)稍呈淺黃色。菌絲呈稀薄的蛛絲狀、棉絮狀。生長5 d后平均菌落直徑超過1 cm以上。無明顯凸起，無溝紋，無氣味，無滲出，菌落形態(tài)見圖2。

光鏡下觀察小型的分生孢子呈橢圓形、卵圓形，0或1隔，集結(jié)成偶見假頭狀或鏈狀。大型的分生孢子產(chǎn)于粘孢團、子座和氣生菌絲體中，呈椎形、紡錐形或稍呈鐮刀形，直或稍彎。粘孢團呈淺橙色或鮮橙色。孢子兩端逐漸變窄細，基部有足細胞，橢圓形彎曲或幾乎平直，透明薄壁，一般多為3～5隔。無厚垣孢子。微觀形態(tài)見圖2。

圖2 雪腐鐮刀菌在察氏培養(yǎng)基上和光學顯微鏡下的形態(tài)圖

2.1.3 白曲霉鑒定結(jié)果[23]

菌落在察式培養(yǎng)基上生長較快，5 d后平均菌落直徑超過3 cm以上，呈白色，老熟時變?yōu)闇\黃乳酪色，背面無色或淡黃色，菌絲呈絨狀。無明顯凸起，無溝紋，無氣味，無滲出，微觀菌落形態(tài)見圖3。

光鏡下觀察分生孢子頭圓球形，分生孢子梗光滑，頂囊圓球形，頂囊全部表面著生二層小梗，分生孢子球形或扁球形，表面光滑，微觀形態(tài)見圖3。

圖3 白曲霉在察氏培養(yǎng)基上和光學顯微鏡下的形態(tài)圖

2.1.4 灰綠曲霉鑒定結(jié)果[23]

菌落在察式培養(yǎng)基上生長較慢，5 d后直徑超過2 cm以上，呈灰青綠色，老后變?yōu)楹志G色或暗綠色，菌絲呈絨毛狀。無明顯凸起，無溝紋，無氣味，無滲出，菌落形態(tài)見圖4。

光鏡下觀察分生孢子頭呈放射狀及略呈柱狀。頂囊不是很大，呈圓頂形或圓球形。分生孢子梗光滑。小梗一層產(chǎn)于頂囊的上部或全部，小梗比較粗。有隔膜。分生孢子呈近球形或橢圓形，表面粗糙。微觀形態(tài)見圖4。

圖4 灰綠曲霉在察氏培養(yǎng)基上和光學顯微鏡下的形態(tài)圖

2.1.5 產(chǎn)黃青霉鑒定結(jié)果[23]

菌落在察式培養(yǎng)基上生長較慢，5 d后直徑超過2 cm以上，初期呈白色，老后變?yōu)樗{綠色，背面呈亮黃色至暗黃色，菌絲致密絨狀，有明顯的褶皺和放射狀溝紋，有明黃色液滴，無氣味，菌落形態(tài)見圖5。

光鏡下觀察到分生孢子梗較光滑，帚狀枝呈不對稱，有2～3次分支，分支長短且不等，分生孢子鏈呈分散柱狀，分生孢子橢圓形，壁光滑，微觀形態(tài)見圖5。

圖5 產(chǎn)黃青霉在察氏培養(yǎng)基上和光學顯微鏡下的形態(tài)圖

2.2 微波處理對稻谷中優(yōu)勢霉菌致死率的影響

2.2.1 不同微波功率處理對稻谷中霉菌致死率的影響

從表2可以看出，使用有效功率485 W的微波處理稻谷至表面60 ℃需要240 s，927 W微波處理需要120 s，1 349 W微波處理需要70 s，而熱風60 ℃處理需要2 400 s。說明微波處理工藝可以快速升溫到最優(yōu)的干燥溫度[25]，節(jié)約能耗。

表2 不同微波功率處理稻谷至表面60 ℃的時間

圖6給出了不同微波功率處理對稻谷中表面霉菌致死率的影響。對于5類染單種優(yōu)勢霉菌的稻谷，其初始表面霉菌量均約為5.0×104CFU/g。從圖中可以看出，3種不同微波功率485、927及1 349 W處理稻谷至表面60 ℃都降低其表面霉菌量約3 lg CFU/g，而熱風處理只能降低約1.5 lg CFU/g。由此，微波處理的滅菌效果是熱風處理的2倍。分析可能是因為單獨熱風殺菌處理過程中樣品的溫度會高于置于室溫中未作任何處理稻谷處理樣品，在此溫度下微生物可能生長更快，而微波處理過程中表面的溫度變化緩慢升溫，所以單獨熱風殺菌后個別組中的微生物的致死率會低于微波處理后微生物致死率。表明微波處理后稻谷表面的霉菌量減少更加顯著，其稻谷表面滅菌效果比熱風處理高。并且隨著微波功率的增大，加熱稻谷至表面相同溫度其處理時間變短，導致稻谷表面霉菌殺滅效果都略有下降。

圖6 不同微波功率處理對稻谷中表面霉菌致死率的影響

圖7給出了不同微波功率處理對稻谷中內(nèi)部霉菌致死率的影響。對于5類染單種優(yōu)勢霉菌的稻谷，其初始內(nèi)部霉菌量均約為10個/10顆。從圖中可以看出，3種不同微波功率485、927、1 349 W處理稻谷至表面60 ℃都降低其內(nèi)部霉菌量約95%，而熱風處理只能降低約70%。說明微波處理具有很強的穿透能量，深入稻谷內(nèi)部，在較短的時間內(nèi)使稻谷內(nèi)部的霉菌量減少更加顯著[29]，表明稻谷內(nèi)部滅菌效果比熱風處理好。同時隨著微波功率的增大，加熱稻谷至表面相同溫度其處理時間變短，導致稻谷內(nèi)部霉菌殺滅效果都略有下降。微波加熱稻谷的表面溫度與熱風處理保持一致(60 ℃)，但微波對稻谷表面及內(nèi)部霉菌的致死率均顯著高于熱風，表明微波滅菌除了熱效應以外，可能存在一定的生物學效應[30]。

圖7 不同微波功率處理對稻谷中內(nèi)部霉菌致死率的影響

2.2.2 稻谷中霉菌致死率隨微波時間變化曲線

圖8表明，隨著微波處理時間的延長，稻谷表面溫度升高，5類染單種優(yōu)勢霉菌的稻谷表面霉菌致死率隨著上升。5類稻谷的表面霉菌致死率曲線相似，在0～80 s內(nèi)曲線呈快速上升趨勢，在80～120 s內(nèi)上升較緩慢。當微波處理稻谷120 s后，稻谷表面溫度達到60 ℃[25]，其表面霉菌量降低約3 lg CFU/g?？赡苁且驗槊咕淖钸m宜的溫度是28～36 ℃左右，當溫度到60 ℃，同時微波時間的增長，霉菌和細菌活性受到抑制，大部分霉菌和細菌被殺死。說明微波時間對稻谷表面霉菌致死率呈現(xiàn)正向增加。

圖8 稻谷中表面霉菌致死率隨微波時間變化曲線

圖9表明，對于5類染單種優(yōu)勢霉菌的稻谷，隨著微波處理時間的延長，稻谷表面溫度升高，其內(nèi)部霉菌量逐漸降低，致死率均提高。5類稻谷的內(nèi)部霉菌致死率曲線相似，在0～80 s內(nèi)曲線呈快速上升趨勢，在80～120 s內(nèi)上升較緩慢。當微波處理稻谷120 s后，此時稻谷表面溫度達到60 ℃，其內(nèi)部霉菌量都降低約95%。這可能是因為隨著微波時間的延長，內(nèi)部霉菌因受到微波輻射，稻谷內(nèi)部霉菌的活性降低[28]，時間在80～120 s之間，內(nèi)部霉菌活性受到抑制強度增強，同時溫度到60 ℃[25]，此時稻谷的出糙率、整精米率也上升，品質(zhì)能得到提升，說明微波時間對稻谷內(nèi)部霉菌致死率呈現(xiàn)正向增加。

圖9 稻谷中內(nèi)部霉菌致死率隨微波時間變化曲線

2.2.3 微波處理后對儲藏期間稻谷霉菌的影響

以最佳微波條件和熱風處理作為實驗組和對照組。圖10是在微波927 W 和熱風處理下，稻谷儲藏期間染5種優(yōu)勢菌的稻谷微生物生長曲線。由圖10可知，在927 W 的微波功率下，隨著儲藏時間的延長，5種染單種優(yōu)勢菌的生長趨勢較為緩慢，而經(jīng)過熱風處理后的樣品菌落數(shù)呈現(xiàn)正增加的狀態(tài)。在儲藏35 d之后，部分經(jīng)過熱風處理的稻谷出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，而微波處理的實驗組仍然處于低于霉變的國家標準，說明微波處理對稻谷霉菌的生長有一定的殺滅和抑制作用，菌落生長速度顯著的降低。

圖10 微波和熱風處理后不同儲藏時間稻谷菌落數(shù)

3 結(jié)論

本研究確定了高水分稻谷中的優(yōu)勢霉菌是：鏈格孢霉、雪腐鐮刀菌、白曲霉、灰綠曲霉、產(chǎn)黃青霉。在微波功率485、927及1 349W分別對接種單一優(yōu)勢菌稻谷進行滅菌處理，發(fā)現(xiàn)稻谷表面霉菌降低約3 lg CFU/g，內(nèi)部霉菌致死率約95%，同時隨著微波時間的延長，受優(yōu)勢菌侵染的稻谷表面及內(nèi)部霉菌數(shù)量均降低，致死率上升，而熱風對照組接種單一優(yōu)勢菌的稻谷表面及內(nèi)部霉菌致死率較低，表明微波處理后稻谷霉菌量減少更加顯著，滅菌效果比熱風處理高。此外通過微波工藝對殺菌后的稻谷接種單一優(yōu)勢菌，以常規(guī)熱風處理為對照組進行儲藏，發(fā)現(xiàn)微波處理后稻谷霉菌生長量明顯低于常規(guī)熱風儲藏的稻谷，有益于糧食長時間儲藏。