不同儲(chǔ)藏條件下玉米真菌多樣性研究

程 芳 陳 偉

不同儲(chǔ)藏條件下玉米真菌多樣性研究

程 芳 陳 偉

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

研究不同含水率玉米在溫度為20、25、30、35℃及相對(duì)濕度為70%～80%、80%～90%、≥90%條件下儲(chǔ)藏過程中霉菌數(shù)量、種群組成、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)微生物種群變化動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明:從不同含水率玉米中分離到的優(yōu)勢(shì)霉菌主要是青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、根霉屬(Rhizopus)和鐮刀霉屬(Fusarium)，玉米含水率為10．04%和14．72%時(shí)，優(yōu)勢(shì)霉菌為青霉屬和曲霉屬;玉米含水率為19．41%時(shí)，優(yōu)勢(shì)霉菌為曲霉屬中灰綠曲霉和黃曲霉。霉菌多樣性特征與玉米的儲(chǔ)藏環(huán)境有關(guān)，溫度低且玉米含水率低時(shí)，霉菌的多樣性大，優(yōu)勢(shì)度小;而高含水率玉米的霉菌多樣性小，優(yōu)勢(shì)度大。含水率和溫度對(duì)玉米脂肪酸值變化有顯著影響，玉米含水率和儲(chǔ)藏溫度越高，脂肪酸值含量越高。

玉米 儲(chǔ)藏 溫度 含水率 相對(duì)濕度 霉菌 脂肪酸值 微生物種群

我國(guó)是儲(chǔ)糧大國(guó)，玉米是我國(guó)三大主要糧食品種之一，產(chǎn)量約為全國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/4，占世界玉米總產(chǎn)量的1/5［1］。玉米屬于不耐儲(chǔ)品種，在儲(chǔ)藏期間會(huì)受到各種微生物特別是真菌的危害。據(jù)估計(jì)，全世界每年僅糧食霉變?cè)斐傻膿p失就達(dá)總產(chǎn)量的3% 以上［2］。

糧食微生物從數(shù)量上看，細(xì)菌數(shù)量最多，霉菌次之，放線菌和酵母菌最少，但是霉菌對(duì)糧食的危害最為嚴(yán)重，細(xì)菌、放線菌和酵母菌影響有限［3］。影響糧食儲(chǔ)藏安全的主要因素是霉菌腐敗，霉菌的種類和數(shù)量基本上可以反應(yīng)糧食的安全狀況，美國(guó)農(nóng)業(yè)部規(guī)定糧食中霉菌菌落總數(shù)限量級(jí)別為105cfu/g，當(dāng)霉菌總數(shù)大于此級(jí)別時(shí)，則不能使用;日本規(guī)定小于或者等于104cfu/g的標(biāo)準(zhǔn)與FAO的標(biāo)準(zhǔn)一致［4］。

糧食在儲(chǔ)藏過程中產(chǎn)生霉變，以及產(chǎn)毒霉菌產(chǎn)生的毒素對(duì)糧食的加工生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，測(cè)定脂肪酸值已經(jīng)成為檢測(cè)糧食食品品質(zhì)好壞的重要手段之一。一般剛收獲的玉米脂肪酸值在15～20 mgKOH/100 g干樣之間。《玉米儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》將玉米脂肪酸值＞50 mgKOH/100 g的玉米判定為不宜儲(chǔ)存，將＞78 mgKOH/100 g的玉米判定為陳化［5］。

本研究利用傳統(tǒng)方法檢測(cè)玉米中的帶菌量，從而預(yù)測(cè)微生物活性，研究不同含水率玉米在溫度為20、25、30、35 ℃，相對(duì)濕度為 70%～80%，80%～90%，≥90%下儲(chǔ)藏過程中的微生物特性，同時(shí)測(cè)定玉米儲(chǔ)藏過程中的脂肪酸值變化。

1 材料與方法

1．1 材料

1．1．1 糧食樣品

2010年收獲的東北玉米盛單219，初始品質(zhì)見表1。

表1 玉米初始品質(zhì)及帶菌量

1．1．2 儀器

分析天平(精度0．000 1 g):賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;高壓蒸汽滅菌鍋:山東新華醫(yī)療器械有限公司;超凈工作臺(tái):蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;LRH－250生化培養(yǎng)箱:上海一恒科技有限公司;HH－4數(shù)顯恒溫水浴鍋:國(guó)華電器有限公司;pHs－3型酸度計(jì):上海第二分析儀器廠;HYG－B全溫度搖瓶柜:太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠;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;TE2000－尼康倒置顯微鏡:南京兆坤儀器有限公司。

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 玉米含水率調(diào)節(jié)方法

將玉米樣品放入滅菌后的玻璃容器內(nèi)，按其含水率計(jì)算調(diào)節(jié)至目標(biāo)含水量所需的理論添加無菌水量，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，用薄膜覆蓋使水分被完全吸收和平衡，獲得所需要的玉米水分含量［6］。

1．2．2 糧食模擬儲(chǔ)藏方法

干燥器(180 mm)內(nèi)放置不同飽和鹽溶液，以形成不同相對(duì)濕度的密閉環(huán)境條件。分別以NaCl、KNO3和KCl的飽和鹽溶液配置形成不同的相對(duì)濕度［7－8］，20 ～35 ℃下幾種不同飽和鹽溶液相對(duì)濕度值見表2。

配制溶液用鹽須符合化學(xué)純或分析純?cè)噭┮螅也簧儆?/4鹽晶體存在于溶液中;配制飽和鹽溶液的蒸餾水電導(dǎo)率應(yīng)低于10 s/m(可用去離子蒸餾水)。

表2 不同飽和鹽溶液在不同溫度下的相對(duì)濕度

稱取玉米樣品90 g放在無菌平皿內(nèi)，將平皿放在裝有不同飽和鹽溶液的干燥器內(nèi)，分別置于20、25、30、35℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)21 d。

1．2．3 相關(guān)指標(biāo)測(cè)定方法

玉米樣品含水率的測(cè)定按照GB 5497—1985糧食、油料檢驗(yàn)水分測(cè)定法執(zhí)行;玉米脂肪酸值含量的測(cè)定按照GB/T 15684—1995執(zhí)行;玉米中霉菌分離及鑒定參照GB/T 4789．16以及參考文獻(xiàn)［9］執(zhí)行;玉米樣品中雜質(zhì)含量按照GB/T 5494—2008執(zhí)行;玉米外部帶菌量采用稀釋平板計(jì)數(shù)法計(jì)算菌落總數(shù)，按照 GB 4789．15—2010執(zhí)行。

霉菌測(cè)定培養(yǎng)基配方為:蛋白胨5．0 g，葡萄糖10．0 g，KH2PO41．0 g，MgSO4·7H2O 0．5 g，瓊脂20．0 g，孟加拉紅 0．03 g，氯霉素 0．1 g，水1 000 mL。

1．3 玉米在不同溫度和濕度條件下儲(chǔ)藏過程中霉菌的多樣性測(cè)定

參照 Guo等［10］的方法，選用 Shannom －Wiener指數(shù)(H)、豐富度指數(shù)(S)、Pielou指數(shù)(J)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)，多樣性指數(shù) H的計(jì)算公式為:H= －∑Piln Pi，式中，Pi=Ni/N，Ni為屬i的單菌落數(shù)量，N為玉米樣品中的總單菌落數(shù)量。均勻度指數(shù)J的計(jì)算公式為:J=－∑Piln Pi/ln S，式中，S為屬i所在玉米樣品中屬的數(shù)目。采用Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)測(cè)定群落內(nèi)不同物種所起的作用和所占的地位，其公式為:D=∑Pi2。

1．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)處理和分析采用SAS V 9．0軟件。霉菌菌落總數(shù)及脂肪酸值的數(shù)據(jù)處理采用逐步回歸分析(SRA，stepwise regression analysis);玉米脂肪酸值和多樣性分析采用方差分析(ANOVA，analysis of variance)。

2 結(jié)果與分析

2．1 溫度、濕度及含水率對(duì)儲(chǔ)藏過程中玉米霉菌菌落總數(shù)的影響

將3種不同含水率的玉米在20、25、30、35℃和相對(duì)濕度70%～80%、80%～90%、＞90%環(huán)境中儲(chǔ)藏，測(cè)定霉菌菌落總數(shù)如圖1所示。通過數(shù)學(xué)分析回歸方程為 Y=1．276+14．813p+2．096k，(p 為含水率，P ＜0．05;k為相對(duì)濕度，P ＜0．05)，P ＜0．05 具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，R2=0．688 0，F(xiàn)=36．38。其中溫度變量未被引入模型中，表明在20～35℃范圍內(nèi)溫度對(duì)霉菌數(shù)量的影響較弱，含水率對(duì)霉菌菌落總數(shù)影響最大，其次為相對(duì)濕度。玉米在不同溫度下隨著相對(duì)濕度和玉米含水率的增加，霉菌菌落總數(shù)呈上升趨勢(shì)，含水率在14．72%以下時(shí)，霉菌菌落總數(shù)增幅較小，霉菌菌落總數(shù)低于或者等于105cfu/g;當(dāng)含水率從14．72%上升到19．41%，霉菌菌落總數(shù)的增幅相對(duì)較大，從104cfu/g上升到106cfu/g;玉米霉菌菌落總數(shù)超過105cfu/g就已經(jīng)不適合儲(chǔ)藏。

圖1 玉米在不同溫度，不同含水率及RH下的霉菌菌落總數(shù)

2．2 不同含水率玉米在不同儲(chǔ)藏條件下霉菌的種類及多樣性特征

不同含水率玉米在儲(chǔ)藏過程的霉菌污染主要為青霉屬(Penicillium)、曲霉屬(Aspergillus)、根霉屬(Rhizopus)和鐮刀霉屬(Fusarium)，如表3所示;其中青霉屬和曲霉屬是優(yōu)勢(shì)菌屬，這與謝剛［11］在糧食污染主要真菌毒素研究中認(rèn)為青霉屬和曲霉屬是玉米儲(chǔ)藏期間的主要腐敗菌屬相一致。含水率為10．04%和14．72%時(shí)，優(yōu)勢(shì)菌屬為青霉屬、曲霉屬、鐮刀霉屬和根霉屬，菌落總數(shù)達(dá)到104cfu/g;當(dāng)含水率為10．04%時(shí)，青霉屬、曲霉屬、鐮刀霉屬和根霉屬分別占總菌落的 42．16%，38．24%，9．8%，9．8%;當(dāng)含水率為14．72%時(shí)青霉屬、曲霉屬、鐮刀霉屬分別占總菌落的 14．58%，77．08%，8．33%;含水率為19．41%時(shí)，優(yōu)勢(shì)菌屬為曲霉屬(包括灰綠曲霉和黃曲霉)，占總菌落的88．12%。玉米在儲(chǔ)藏過程中隨著水分含量的升高曲霉屬逐漸代替青霉屬和鐮刀霉屬成為優(yōu)勢(shì)菌屬，黃曲霉在適宜環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生黃曲霉毒素，危害人類及牲畜的健康，因此要降低儲(chǔ)藏玉米的含水率，防止其在儲(chǔ)藏過程中發(fā)生霉變。

表3 不同含水率玉米中霉菌多樣性

不同含水率玉米在儲(chǔ)藏過程中霉菌的多樣性、豐富度、均勻度、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)如表 4，含水率為10．04%時(shí)，霉菌多樣性指數(shù)最大為1．328，均勻度在含水率為19．41%時(shí)最大，多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)隨含水率的增加則呈遞減趨勢(shì)，而霉菌的優(yōu)勢(shì)度則隨含水率的增加呈遞增趨勢(shì)，這與霉菌的菌相和霉菌菌相的生存環(huán)境呈正相關(guān)。

表4 玉米在不同水分條件下儲(chǔ)藏霉菌的多樣性、豐富度、均勻度及優(yōu)勢(shì)度指數(shù)

2．3 玉米儲(chǔ)藏過程中脂肪酸值的變化

在高溫儲(chǔ)藏條件下，脂肪酸值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈明顯的上升趨勢(shì)，且變化幅度較大，對(duì)溫度極為敏感［12］。這表明脂肪酸值受溫度的影響很大［13］。脂肪酸值變化如表5，數(shù)學(xué)分析得出的回歸方程為Y= －257．070+4．629n+1548．445p，(n 為溫度 P=0．001 6，p為含水率 P ＜0．000 1)，P ＜0．05 具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，R2=0．691 7，F(xiàn)=37．02。相對(duì)濕度變量未被引入模型中，表明相對(duì)濕度對(duì)脂肪酸值的影響較弱。總體而言，儲(chǔ)藏過程中，溫度和含水率對(duì)玉米脂肪酸值的影響較大，相對(duì)濕度的影響不顯著。

當(dāng)含水率為10．04%、溫度為30℃時(shí)，玉米脂肪酸值大于50 mgKOH/100 g，不宜儲(chǔ)藏;當(dāng)溫度達(dá)到35℃時(shí)玉米開始陳化。而當(dāng)玉米含水率為19．41%時(shí)，20℃時(shí)脂肪酸值為122．38 mgKOH/100 g，大于78 mgKOH/100 g，已經(jīng)開始陳化。在20～35℃范圍內(nèi)溫度對(duì)霉菌菌落總數(shù)沒有顯著影響如圖1，但對(duì)玉米脂肪酸值影響顯著，因此要控制玉米的儲(chǔ)藏溫度和含水率，確保糧食的品質(zhì)與安全。

表5 玉米在儲(chǔ)藏過程脂肪酸變化(mgKOH/100 g干基)

3 討論

3．1 玉米儲(chǔ)藏過程中含水率變化

含水率對(duì)玉米在儲(chǔ)藏過程中霉菌及品質(zhì)變化影響顯著，但由于糧食在儲(chǔ)藏過程中會(huì)接觸外界環(huán)境，儲(chǔ)藏水分會(huì)在不同程度上發(fā)生變化，并受外界溫度及相對(duì)濕度的影響;周建新等［14］在對(duì)小麥粉儲(chǔ)藏過程中水分含量變化的研究中得出溫度、濕度與水分含量都呈極顯著的二元線性關(guān)系;由于試驗(yàn)條件限制，還沒有明確闡述玉米儲(chǔ)藏過程中含水率和相對(duì)濕度之間關(guān)系，但隨著現(xiàn)代儲(chǔ)藏技術(shù)的進(jìn)步及設(shè)備的完善，對(duì)于玉米在儲(chǔ)藏過程中含水率變化會(huì)被不斷的闡明，控制玉米水分含量變化，確保糧食安全。3．2 玉米儲(chǔ)藏過程中霉菌影響因素

試驗(yàn)通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得出環(huán)境因素對(duì)霉菌影響的回歸方程 Y=1．276+14．813p+2．096k(p 為含水率，P ＜0．05;k為相對(duì)濕度，P ＜0．05)表明在 20～35℃范圍內(nèi)對(duì)霉菌菌落總數(shù)的影響溫度較弱，含水率影響較大，其次為相對(duì)濕度，這與黃淑霞［8］2010年研究高于2%安全水分的糧食在儲(chǔ)藏過程中霉菌活性變化顯著相一致。由于溫度對(duì)玉米影響較小，20℃和25℃玉米霉菌菌落總數(shù)及品質(zhì)變化差異性較小，因此在儲(chǔ)藏過程中溫度設(shè)置在＜25℃范圍內(nèi)即可。

4 結(jié)論

4．1 同一含水率的玉米樣品，在不同的溫度和相對(duì)濕度條件下儲(chǔ)藏，霉菌菌落總數(shù)隨溫度和相對(duì)濕度的變化分別為:溫度25℃時(shí)＞30℃時(shí)＞20℃時(shí)，相對(duì)濕度90%～100%時(shí)＞80%～90%時(shí)＞70%～80%時(shí)。相同溫度和相對(duì)濕度條件下，玉米含水率越高，則霉菌菌落總數(shù)越大，玉米越容易發(fā)生霉變。

4．2 玉米儲(chǔ)藏過程中多樣性指數(shù)與含水率呈負(fù)相關(guān)，菌落優(yōu)勢(shì)度與含水率呈正相關(guān);玉米儲(chǔ)藏過程中引起霉變的主要是曲霉屬和青霉屬。

4．3 玉米脂肪酸值含量與溫度和含水率呈正相關(guān)，即隨著溫度和含水率的增加，脂肪酸值含量逐漸增加。

玉米在儲(chǔ)藏過程中受到含水率、溫度、相對(duì)濕度等環(huán)境因素的影響，儲(chǔ)藏過程中要檢測(cè)玉米的微生物菌群變化，控制玉米的含水率在14%安全水分以下，溫度在25℃以下，及相對(duì)濕度在70%以下，以防發(fā)生霉變，產(chǎn)生毒素，從而保證糧食的品質(zhì)及安全。

［1］劉笑然．中國(guó)玉米主產(chǎn)近況及近期走勢(shì)分析［J］．飼料廣角，2001

［2］蔡靜平，黃淑霞，張曉云，等．儀器法快速檢測(cè)儲(chǔ)糧霉菌的可靠性研究［J］．谷物化學(xué)與品種分析，2003(32):33－36

［3］李榮濤．糧食微生物與糧食防霉［J］．墾殖與稻作，2004:52－53

［4］岳曉禹．稻谷中黃曲霉及霉菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的研究［D］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008

［5］國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)．國(guó)家糧食局．國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．稻谷和玉米儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則，國(guó)糧(2004)43號(hào)，2004

［6］黃淑霞，蔡靜平，田海娟．主要糧食品種儲(chǔ)藏期間霉菌活動(dòng)特性研究［J］．中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2010(1):99－102

［7］GB/T 15309—1994，船舶貨艙溫濕度儀技術(shù)要求及試驗(yàn)方法［S］

［8］Greenspan L．Humidity fixed points of binary satuated aqueous solutions［J］．Journal of Research of the National Bureou of Standards－A，Physhs and Chermistry．1977(81A):89 －96

［9］魏景超．真菌鑒定手冊(cè)［M］．上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1979

［10］Guo Z G，Wang GX，Shen Y Y，et al．Plant species diversity of grassland plant communities in permafrost regions of northern Qinghai－ Tibet Plateau［J］．Acta Ecologica Sinica，2004，24(1):149 －155

［11］謝剛．糧食污染主要真菌毒素的研究［D］．成都:四川大學(xué)，2005

［12］張玉榮，溫紀(jì)平，周顯青．不同儲(chǔ)藏溫度下玉米品質(zhì)變化研究［J］．糧食貯藏，2003(32):7－9

［13］林春華，黃志宏，徐結(jié)兒，等．不同儲(chǔ)藏溫度下玉米脂肪酸值的變化情況［J］．糧油倉儲(chǔ)科技通訊，2009(5):44－45

［14］周建新，王璐，彭雪霽，等．溫濕度對(duì)小麥粉儲(chǔ)藏過程中細(xì)菌量的影響研究［J］．糧食儲(chǔ)藏，2010(1)42－44．

Study on Fungal Diversity of Maize under Different Storage Conditions

Cheng Fang Chen Wei
(College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai'an 271018)

The mold quantity，population composition，Simpson dominance index and dynamic changes of dominant species groups，in maize with three moisture contents，four temperatures and three relative humidity were studied in this paper．Penicillium，Aspergillus，Rhizopus and Fusarium were isolated from maize with different moisture contents．Penicillium and Aspergillus were dominant in the maize with 10．04%and 14．72%moisture contents，while in the maize with 19．41%moisture content，Aspergillus glaucus and Aspergillus flavus were dominant．It was found that the diversity features of molds were related to the storage environment．Greater diversity and lower dominance index presented in the maize with lower moisture content and temperature，while lower diversity and larger dominance index were demonstrated in the maize with high moisture content．Moisture content and temperature had significant effect on the amount of fatty acid values．The higher the moisture content and temperature were，the greater the fatty acid value was．

maize，storage，temperature，moisture content，relative humidity，mold，fatty acid value，diversity of the microorganism

TS210．2

A

1003－0174(2011)10－0083－05

泰安市科技發(fā)展計(jì)劃(20103009)

2010－11－30

程芳，女，1984年出生，碩士，食品科學(xué)

陳偉，女，1970年出生，博士，副教授，農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、發(fā)酵食品