臭氧處理不同含水量稻谷效果研究

張崇霞 嚴(yán)曉平 王雙林 朱延光

(中儲(chǔ)糧成都儲(chǔ)藏研究院有限公司， 成都 610091)

我國(guó)是世界上稻谷主產(chǎn)國(guó)之一，我國(guó)稻谷的播種面積約占糧食作物總面積的25%，產(chǎn)量約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的50%，占世界總產(chǎn)量的35%。我國(guó)稻谷主產(chǎn)區(qū)在南方，每年需要處理的高水分糧逾1億t，約占總產(chǎn)量的20%～25%。高水分稻谷極易霉變、發(fā)芽，造成嚴(yán)重的數(shù)量損失和品質(zhì)損失。在稻谷儲(chǔ)藏過(guò)程中，受氣溫及糧堆中微氣流影響，也會(huì)出現(xiàn)稻谷局部水分偏高現(xiàn)象[1，2]。

臭氧作為一種抑菌劑，經(jīng)FDA允許可以直接用于食品鏈中，并且臭氧有降低真菌活性和降解真菌毒素的作用[3，4]。在一些應(yīng)用中也出現(xiàn)臭氧對(duì)糧粒的物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，促進(jìn)化學(xué)成分氧化降解，引起色澤改變、香氣成分丟失并形成不良?xì)馕兜那闆r[4]，這與臭氧的濃度、處理時(shí)間和被處理對(duì)象的種類有關(guān)[5，6]。本實(shí)驗(yàn)采用不同濃度臭氧處理不同含水量稻谷，對(duì)稻谷相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，旨在保證稻谷品質(zhì)的前提下，達(dá)到滅霉和降低稻谷含水量的目的，探索臭氧處理稻谷的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

秈稻：兆優(yōu)5431，2019年種植于四川廣漢，收獲于2019年10月份，初始含水量13.5%。

1.2 主要儀器設(shè)備

SOZ-YW-16G(空氣源)型臭氧發(fā)生器，LX100A靜音空壓機(jī)，UV-100紫外臭氧檢測(cè)儀，LDZX-100KBS型立式壓力蒸汽滅菌器，JSC-800L型智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱，AL204分析天平，ZC-WQ-800臭氧尾氣處理器。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 臭氧濃度對(duì)霉菌總數(shù)影響的單因素實(shí)驗(yàn)

對(duì)含水量15.5%的稻谷，分別用濃度150、300、450、600 mg/kg的臭氧處理4 h，處理后測(cè)定稻谷霉菌總數(shù)，同時(shí)測(cè)定未用臭氧處理時(shí)的稻谷霉菌總數(shù)。

1.3.2 臭氧處理時(shí)間對(duì)霉菌總數(shù)影響的單因素實(shí)驗(yàn)

對(duì)含水量15.5%的稻谷，用300 mg/kg的臭氧分別處理2、4、6、8 h，處理后測(cè)定稻谷霉菌總數(shù)含量，同時(shí)測(cè)定未用臭氧處理時(shí)的稻谷霉菌總數(shù)。

1.3.3 稻谷含水量對(duì)霉菌總數(shù)影響的單因素實(shí)驗(yàn)

將含水量12.5%、14.0%、15.5%、17.0%、18.5%的稻谷，分別用300 mg/kg的臭氧處理4h，處理后測(cè)定稻谷霉菌總數(shù)。

1.3.4 正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選擇臭氧濃度、臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量作為主要影響因素，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平表設(shè)計(jì)見表1，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表1 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)編碼表

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程和指標(biāo)測(cè)定

使用晾曬的方法將部分含水量13.5%的稻谷水分降到12.5%，使用無(wú)菌水調(diào)節(jié)部分含水量13.5%的稻谷水分分別為14.0%、15.5%、17.0%、18.5%，調(diào)高水分的稻谷分別裝入具塞磨口玻璃瓶中置于15 ℃生態(tài)培養(yǎng)柜內(nèi)平衡14 d，然后置于25 ℃生態(tài)培養(yǎng)柜內(nèi)培養(yǎng)10 d。再將稻谷樣品分裝在2 L圓柱形玻璃管(長(zhǎng)度64 cm，內(nèi)徑6.4 cm)中用臭氧處理(如圖1)，臭氧流量5 L/min，處理過(guò)程中首先持續(xù)不斷將臭氧通入裝有蒸餾水的玻璃瓶，使臭氧有一定載濕量，防止干燥的臭氧通入稻谷中，引起稻谷水分丟失，再通入裝稻谷的玻璃管，濃度保持在目標(biāo)濃度±40 mg/kg，臭氧處理稻谷后通過(guò)三通閥流向紫外臭氧檢測(cè)儀和臭氧尾氣處理器，紫外檢測(cè)儀在整個(gè)處理過(guò)程中在線監(jiān)測(cè)臭氧濃度。達(dá)到處理時(shí)間后，停止通入臭氧，將稻谷樣品從玻璃管中取出，裝入自封袋，然后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)。臭氧處理時(shí)環(huán)境溫度20～25 ℃。

圖1 臭氧處理稻谷工藝示意圖

脂肪酸值、品質(zhì)評(píng)分值測(cè)定方法：GB/T 20569—2006《稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》；發(fā)芽率測(cè)定方法：GB/T 5520—2011《糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》；水分測(cè)定方法：GB/T 21305—2007《谷物及谷物制品水分的測(cè)定 常規(guī)法》；霉菌總數(shù)測(cè)定方法：GB 4789.15—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 霉菌和酵母計(jì)數(shù)》；霉菌總數(shù)減量：臭氧處理前稻谷霉菌總數(shù)-臭氧處理后稻谷霉菌總數(shù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Origin8.0進(jìn)行曲線圖繪制，用SPSS12.0軟件進(jìn)行主效應(yīng)分析、LSD多重比較和多元線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧處理濃度對(duì)霉菌總數(shù)影響的單因素實(shí)驗(yàn)

對(duì)含水量15.5%的稻谷，用不同濃度的臭氧(150、300、450、600 mg/kg)處理4 h單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，未經(jīng)臭氧處理的稻谷霉菌總數(shù)為2.37×104cfu/g，經(jīng)臭氧處理后，稻谷霉菌總數(shù)下降明顯。采用150、300、450、600 mg/kg的臭氧處理后，與處理前相比，稻谷霉菌總數(shù)分別減少了58%、56%、60%、61%。方差分析結(jié)果表明，不同濃度臭氧處理后稻谷霉菌總數(shù)與未用臭氧處理的稻谷霉菌總數(shù)均呈極顯著差異。

圖2 臭氧處理濃度和處理時(shí)間對(duì)稻谷霉菌總數(shù)的影響

考慮到實(shí)際應(yīng)用中，維持高濃度臭氧需要投入更高的生產(chǎn)成本，因此在后續(xù)的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，選用150、300、450 mg/kg的臭氧濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.2 臭氧處理時(shí)間對(duì)霉菌總數(shù)影響的單因素實(shí)驗(yàn)

對(duì)含水量15.5%的稻谷，用300 mg/kg的臭氧分別處理不同時(shí)間(2、4、6、8 h)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，未用臭氧處理的稻谷霉菌總數(shù)為2.37×104cfu/g，用臭氧處理后，稻谷霉菌總數(shù)下降。從圖2可以看出，在用臭氧處理的0～6 h，處理時(shí)間越長(zhǎng)，稻谷霉菌總數(shù)越低。在用臭氧處理6～8 h的稻谷霉菌總數(shù)變化不明顯。用臭氧處理2、4、6、8 h后，與處理前相比，稻谷霉菌總數(shù)分別減少了33%、49%、62%、61%。

2.3 稻谷含水量對(duì)霉菌總數(shù)減量影響的單因素實(shí)驗(yàn)

用300 mg/kg的臭氧分別處理含水量12.5%、14.0%、15.5%、17.0%、18.5%的稻谷4 h，得到用臭氧處理不同稻谷含水量對(duì)霉菌總數(shù)減量影響的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3?？紤]到不同含水量稻谷初始霉菌總數(shù)有差異，因此使用了霉菌總數(shù)減量為縱坐標(biāo)繪制曲線圖。從圖3可以看出，稻谷含水量越高，用臭氧處理后，霉菌總數(shù)減量越大。對(duì)于含水量在12.5%～14.0%的稻谷，用臭氧處理后，霉菌總數(shù)減量在1.03×104～1.06×104cfu/g之間。當(dāng)?shù)竟群扛哂?4.0%，用臭氧處理后，霉菌總數(shù)減量增加明顯。也就是說(shuō)，稻谷含水量越高，用臭氧處理，殺滅霉菌的效果越好。

圖3 稻谷含水量對(duì)稻谷霉菌總數(shù)減量的影響

2.4 正交實(shí)驗(yàn)臭氧處理對(duì)稻谷品質(zhì)的影響

不同含水量的稻谷經(jīng)臭氧處理后脂肪酸值、發(fā)芽率和品嘗評(píng)分值變化見表3。臭氧濃度和臭氧處理時(shí)間對(duì)不同含水量稻谷的脂肪酸值、發(fā)芽率和品嘗評(píng)分值通過(guò)SPSS 進(jìn)行多因素方差分析結(jié)果見表4。

脂肪酸值是影響稻谷質(zhì)量的重要指標(biāo)，是稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定指標(biāo)之一，臭氧處理后，各處理組脂肪酸值在12.98～15.56 mg/100 g之間，遠(yuǎn)低于GB 20569—2006中秈稻宜存脂肪酸值小于等于30.0 mg/100 g的要求。方差分析結(jié)果表明臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量對(duì)脂肪酸值有極顯著影響(F=18.975，P<0.01；F=10.490，P<0.01)，臭氧處理濃度對(duì)脂肪酸值影響不顯著(F=2.065，P>0.05)。

發(fā)芽率是衡量糧食籽粒綜合品質(zhì)的指標(biāo)，在經(jīng)臭氧處理后，各處理組發(fā)芽率在87%～97%之間，變化幅度小，發(fā)芽率仍然保持在較高的水平。方差分析結(jié)果表明臭氧濃度、臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量對(duì)發(fā)芽率影響均不顯著(F=0.646，P>0.05；F=1.403，P>0.05；F=2.349，P>0.05)。這表明對(duì)于含水量14%～17%的稻谷，用150～450 mg/kg的臭氧處理2～6 h，對(duì)稻谷發(fā)芽率無(wú)明顯影響。

稻谷品嘗評(píng)分值是判定稻谷是否宜存的重要指標(biāo)，經(jīng)臭氧處理后，各處理組品嘗評(píng)分值在75～81分之間，變化范圍小，高于GB 20569—2006《稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》中秈稻宜存品嘗評(píng)分值大于等于70分的要求。方差分析結(jié)果表明臭氧濃度對(duì)品嘗評(píng)分值有極顯著影響(F=20.456，P<0.01)，臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量對(duì)品嘗評(píng)分值影響不顯著(F=1.314，P>0.05；F=0.027，P>0.05)。

表3 不同處理稻谷品質(zhì)指標(biāo)變化

由分析可以看出，含水量14.0%～17.0%的稻谷，用150～600 mg/kg的臭氧處理2～6 h，處理后稻谷脂肪酸值、發(fā)芽率、品嘗評(píng)分值變化范圍小，這與很多研究的結(jié)果一致。Suian Jose等[3]用產(chǎn)量2 000 mg/h的臭氧發(fā)生器處理含水量18.6%的小麥發(fā)現(xiàn)，臭氧處理時(shí)間對(duì)小麥的發(fā)芽率、電導(dǎo)率、種子活力等生理指標(biāo)影響不顯著。Mendez等[7]研究發(fā)現(xiàn)，用50 mg/kg的臭氧處理糧粒，對(duì)發(fā)芽率沒(méi)有影響。Rozado 等[3]用50 mg/kg臭氧以0.8 L/min的流量處理玉米，玉米的品質(zhì)沒(méi)有受到影響。Wu等[8]用0.016～0.33 mg/g臭氧處理小麥1 h，對(duì)小麥發(fā)芽率沒(méi)有影響。Freitas等[9]用0.86 mg/L的臭氧處理玉米10～60 min，對(duì)發(fā)芽率沒(méi)有影響。

表4 不同影響因素對(duì)稻谷品質(zhì)指標(biāo)影響方差分析結(jié)果

也有一些研究表明臭氧對(duì)糧粒的物理化學(xué)性質(zhì)有影響，會(huì)促進(jìn)糧粒化學(xué)成分的氧化降解，引起色澤改變、香氣成分丟失并形成不良?xì)馕禰4]，這與臭氧的濃度和處理時(shí)間有關(guān)[5，6]。本實(shí)驗(yàn)用不同濃度臭氧和處理時(shí)間處理稻谷，對(duì)稻谷相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)影響較小。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)臭氧處理對(duì)稻谷霉菌總數(shù)的影響

臭氧具有高效、廣譜的殺菌效果，并且有無(wú)污染、成本低的優(yōu)點(diǎn)。由表5可以看出，各實(shí)驗(yàn)組經(jīng)臭氧處理后，霉菌總數(shù)減量在6.9×103～2.1×104cfu/g之間，臭氧處理滅霉效果明顯。

表5 不同處理稻谷霉菌減量變化

臭氧處理濃度、處理時(shí)間和稻谷初始含水量對(duì)霉菌總數(shù)減量的影響見表6，由分析結(jié)果可以看出臭氧處理濃度、臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量對(duì)霉菌總數(shù)減量均有極顯著影響(F=10.545，P<0.01；F=18.758，P<0.01；F=10.132，P<0.01)。

Suian等[3]用產(chǎn)量2 000 mg/h的臭氧發(fā)生器處理含水量18.6%的小麥發(fā)現(xiàn)，臭氧處理時(shí)間對(duì)霉菌總數(shù)減量有最大影響，處理時(shí)間越長(zhǎng)，霉菌總數(shù)減量越大。Mendez等[7]研究發(fā)現(xiàn)，用50 mg/kg的臭氧處理糧粒，臭氧處理時(shí)間對(duì)霉菌總數(shù)減少有最大影響。Kells等[5]研究發(fā)現(xiàn)臭氧穿過(guò)糧層時(shí)有兩個(gè)階段的變化，第1階段，臭氧與糧粒表面物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，使傳過(guò)糧層的臭氧濃度不斷降低。第2階段，臭氧與糧粒表面物質(zhì)反應(yīng)完成，以固定濃度穿越糧層。在第1階段，臭氧不僅與糧粒自身物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)與糧粒表面的微生物發(fā)生氧化反應(yīng)，使微生物的細(xì)胞壁削弱和破裂，達(dá)到滅霉的效果。研究表明，糧食的含水量和處理時(shí)的溫度會(huì)影響到臭氧滅霉的效果[8,10]，Wu等[8]發(fā)現(xiàn)小麥含水量升高會(huì)使小麥籽粒水分活度提高，對(duì)臭氧的滅霉效果會(huì)起到促進(jìn)作用。Khadre等[11]研究發(fā)現(xiàn)水分會(huì)促進(jìn)臭氧的分解，從而加速臭氧對(duì)微生物的氧化，使其有更好的滅霉效果。也有研究表明，溫度升高時(shí)，臭氧滅霉和對(duì)真菌毒素降解作用會(huì)增強(qiáng)，這與溫度升高時(shí)，臭氧的分解加快有關(guān)[10，12]。

以霉菌總數(shù)減量為因變量，臭氧處理濃度、臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量為自變量，用逐步回歸法進(jìn)行多元線性回歸分析，得到模型。

表6 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表(霉菌總數(shù)減量)

Y=1 602.78X1+1 448.15X2+4.15X3-16 572.22

式中：Y為臭氧處理后霉菌總數(shù)減量/cfu/g；X1為臭氧處理時(shí)間/h；X2為稻谷初始含水量/%；X3為臭氧處理濃度/mg/kg。

通過(guò)評(píng)價(jià)模型的R2LAI判定模型的可靠度，通過(guò)模型的方差分析表，判定模型的顯著程度，結(jié)果見表7、表8。由表7可以看出，模型極顯著(P<0.01)，回歸模型調(diào)整決定系數(shù)為0.611，說(shuō)明該模型可以解釋總變異的61.1%。對(duì)回歸方程進(jìn)行系數(shù)顯著性分析檢驗(yàn)，由表8可以看出臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量影響極顯著(P<0.01)，臭氧處理濃度影響不顯著(P>0.05)。

表7 回歸模型方差分析表(霉菌總數(shù)減量)

表8 回歸系數(shù)表(霉菌總數(shù)減量)

用臭氧處理偏高水分稻谷，一般都伴隨著環(huán)境條件或局部?jī)?chǔ)藏條件溫度偏高的情況，而稻谷含水量偏高和較高的溫度條件，對(duì)臭氧滅霉有很好的增效作用。

3 結(jié)論

以150～450 mg/kg臭氧處理稻谷2～6 h，稻谷品質(zhì)指標(biāo)變化較小，臭氧處理對(duì)稻谷含水量和霉菌總數(shù)有較大影響。方差分析表明臭氧處理濃度、臭氧處理時(shí)間和稻谷初始含水量對(duì)霉菌總數(shù)減少有極顯著影響。

以稻谷霉菌總數(shù)減量(Y)為因變量，以臭氧處理時(shí)間(X1)、稻谷初始含水量(X2)、臭氧濃度(X3)為自變量，進(jìn)行多元線性回歸分析，得到模型Y=1 602.78X1+1 448.15X2+4.15X3-16 572.22。

根據(jù)研究結(jié)果可得出，在用臭氧處理偏高水分稻谷時(shí)，以低濃度臭氧進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的熏蒸處理，對(duì)品質(zhì)指標(biāo)影響小，并且有很好的降低霉菌總數(shù)的效果。以150mg/kg臭氧處理含水量17%的稻谷6 h為例，處理前稻谷稻谷脂肪酸值、發(fā)芽率和品嘗評(píng)分值為15.91 mg/100 g、93%、80分，處理后稻谷脂肪酸值、發(fā)芽率和品嘗評(píng)分值為14.36 mg/100 g、91%、80分，處理后霉菌總數(shù)減量2.2×104cfu/g。