臭氧協同紫外處理對偏高水分粳稻儲藏品質的影響

王成龍，王俊卿，余波，董能華，路興花，龐林江*

1.浙江農林大學食品與健康學院（杭州 311300）；2.浙江省寧波鎮海國家糧食儲備庫有限公司（寧波 315200）

稻谷（Oryza sativa）是世界上最重要的主食之一，也是我國第一大糧食作物，產量約占全國糧食總產量的1/2，占世界糧食總產量的35%，居世界第一位[1-2]。稻谷作為我國主要的儲備糧品，對于我國糧食安全具有舉足輕重的意義。

水分是影響稻谷質量的重要因素，會直接影響糧食儲藏、加工和食用品質。稻谷水分偏高，容易引起發霉變質，不易儲藏，且會產生霉菌毒素，谷物的真菌污染是導致糧食不安全的重要因素之一[3]。隨著農業生產效率提高，稻谷大多未經曬干而直接進入收儲環節，高水分稻谷收儲已經成為糧食倉儲企業無法回避的現狀。由于消費者的偏好和商業利益，高水分稻谷在市場上的流通和銷售變得很受歡迎[1]。高水分稻谷儲藏也一直是糧食儲藏和加工企業面臨的共同難題[4]。開展高水分稻谷儲藏防霉等關鍵技術的研究，對保障國家糧食數量安全和質量安全都具有重要的意義。綠色儲糧技術是近些年來的研究熱點，紫外線和臭氧對大多數微生物都有殺滅作用，臭氧殺菌效率更高，對稻谷品質劣變起到一定的延緩作用[5-7]，但也都具有促氧化作用等缺點，紫外線和臭氧協同處理可能會具有揚長避短的的優勢，但這方面研究較少。因此，基于臭氧和紫外線單因素處理，研究兩者協同處理對高水分稻谷主要貯藏品質的影響，探索延緩高水分稻谷品質劣變的新型綠色糧食儲藏方式。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗材料：來自于2020年浙江省寧波市鎮海國家糧食儲備庫有限公司當季收儲粳稻。采用人工加濕的方式將水分調節到要求的水分范圍內15.5%±0.2%；調水后的樣品分別裝入密封盒中，于冰箱冷藏室平衡一周；實測水分與目標水分的偏差控制在±0.2%的范圍，超過±0.2%稻谷的重新處理。

主要試劑：蛋白胨、葡萄糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、瓊脂、孟加拉紅、氯霉素、氯化鈉、無水乙醇、氫氧化鉀、酚酞、領苯二甲酸氫鉀、3, 5-二硝基水楊酸（DNS）、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、結晶酚、亞硫酸鈉等均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器和設備

JQR-10AY臭氧發生器（北京嘉琪爾機電設備有限公司）；SKY2000-03-M臭氧檢測儀（深圳市元特科技有限公司）；TN-2254UVC紫外線強度計（成都泰仕儀器儀表有限公司）；YX280B手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器（上海三申醫療器械有限公司）；DRP-9162型電熱恒溫培養箱（上海森信實驗儀器有限公司）；T6新世紀紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；SW-CJ-1CU雙人單面（水平送風）潔凈工作臺（蘇州蘇潔凈化設備有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 臭氧熏蒸濃度、臭氧熏蒸時間、紫外輻照劑量單因素試驗

將水分平衡至15.5%的粳稻200 g均勻平鋪，常溫25±2 ℃下，放入密封儲藏室進行單因素試驗。臭氧熏蒸濃度7個水平，分別為0，15，35，55，75，95和115 mg/kg，熏蒸時間都固定為20 min；臭氧熏蒸時間5個水平，分別為0，10，20，30和40 min，臭氧濃度控制在75 mg/kg；紫外輻照劑量5個水平，分別為0，1.8，3.6，7.2和14.4 kJ/m2，將處理后的稻谷于常溫（25±2 ℃）下儲藏20 d，進行發芽率、霉菌菌落總數、脂肪酸值的測定。

1.3.2 正交試驗

基于單因素試驗結果，進一步進行三因素三水平正交試驗。在常溫（25±2 ℃）下儲藏20 d，進行發芽率、霉菌菌落總數、脂肪酸值的測定。取較優水平組進行為期50 d驗證儲藏試驗。

1.3.3 測定方法

發芽率測定參考GB/T 5520—2011[8]。霉菌菌落總數測定參考GB 4789.15—2016[9]。脂肪酸值測定參考GB/T 5510—2011[10]。

1.3.4 數據處理與分析

采用Excel 2019和SPSS 22.0軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 臭氧熏蒸和紫外輻照單因素處理對稻谷儲藏品質的影響

2.1.1 單因素處理對稻谷發芽率的影響

發芽率是糧油籽粒活力早期劣變的較好指標，可以用來檢驗糧食的新陳度[5]。由圖1可知，不同臭氧濃度熏蒸處理對粳稻的發芽率有顯著的影響。0～115 mg/kg臭氧質量分數熏蒸20 min，粳稻發芽率呈現出先逐漸增加后急劇降低的趨勢，臭氧質量分數為75 mg/kg時，粳稻發芽率顯著高于其他處理，達到80%，115 mg/kg時粳稻發芽率最低，只有69%。由圖1還可以看出，臭氧熏蒸質量分數為75 mg/kg時，0～40 min內隨著熏蒸時間增加，稻谷發芽率逐漸降低，但影響不顯著。另外分析結果表明，0～14.4 kJ/m2紫外照射劑量對發芽率影響顯著，表現出先逐漸增加后急劇降低的趨勢，低于7.2 kJ/m2時，稻谷發芽率在75%～78%之間，而輻照劑量達到14.4 kJ/m2時，發芽率只有70%。

圖1 各處理對偏高水分粳稻發芽率的影響

2.1.2 單因素處理對稻谷脂肪酸值的影響

脂肪酸值是稻谷儲藏品質變化最敏感的指標之一，是稻谷儲存品質判定的重要指標之一[11]。由圖2看出，臭氧熏蒸濃度對稻谷的脂肪酸值也有顯著的影響，隨著臭氧濃度逐漸增加，稻谷脂肪酸值開始逐漸下降，后期增加較快。臭氧質量分數為55～75 mg/kg時脂肪酸值較低，而后脂肪酸值顯著升高。臭氧質量分數為75 mg/kg時，0～40 min熏蒸時間處理稻谷脂肪酸值影響不大，均值為17.2±0.4 mg KOH/100 g。紫外輻照對稻谷脂肪酸值有明顯促進作用，0～7.2 kJ/m2紫外輻照劑量范圍內其脂肪酸值緩慢增加，而后劑量達14.4 kJ/m2后，稻谷脂肪酸值顯著增加，因此，紫外輻照不宜太高，應保持在7.2 kJ/m2以下。

圖2 各處理對稻谷脂肪酸含量的影響

2.1.3 單因素處理對稻谷霉菌菌落總數的影響

霉菌在稻谷儲藏中對其儲藏穩定性有著重要影響。研究發現臭氧熏蒸和紫外輻照均有較好的殺菌效果，臭氧熏蒸濃度、熏蒸時間和紫外輻照劑量對稻谷的霉菌菌落數量均有顯著的影響，隨著臭氧熏蒸濃度、熏蒸時間和紫外輻照劑量的增加，稻谷的霉菌數都呈現出先快后慢的下降規律（圖2所示）。當臭氧質量分數達到95 mg/kg時大部分的菌落被殺死，致死率達到86%；臭氧熏蒸20 min處理組霉菌菌落數下降了59%，熏蒸超過20 min后，其霉菌菌落數趨于一個穩定值。而當輻照劑量提高到14.4 kJ/m2時，可殺死74%的霉菌，稻谷表面的霉菌菌落數只有3.37×104CFU/g。

圖3 各處理對稻谷霉菌菌落總數的影響

綜上可以得出，臭氧熏蒸質量分數75 mg/kg，臭氧熏蒸時間20 min，紫外輻照劑量7.2 kJ/m2單因素處理時發芽率最高，霉菌菌落量相對較少，脂肪酸值也更低一些，貯藏效果較好。

2.2 臭氧熏蒸和紫外輻照協同處理對稻谷儲藏品質的影響

在單因素試驗基礎進一步進行三因素三水平正交試驗，結果由表1所示，單位時間臭氧熏蒸質量分數為55 mg/kg，臭氧熏蒸時間為20 min，紫外照射劑量為7.2 kJ/m2，此55-20-7.2處理稻谷的發芽率最高，達到86%，霉菌菌落總數和脂肪酸值分別為14.8×103CFU/g和17.0 mg KOH/100 g。另外結果表明，脂肪酸值控制最好的是75-10-7.2處理，即單位時間臭氧熏蒸質量分數為75 mg/kg，臭氧熏蒸時間為10 min，紫外照射劑量為7.2 kJ/m2，此時稻谷的脂肪酸值最低，只有16.2 mg KOH/100 g，除與55-20-7.2處理差異不大外，均顯著低于其他處理，此時發芽率和霉菌菌落總數分別為79.0%和7.8×103CFU/g，相對55-20-7.2處理霉菌控制效果顯著。與前面單因素試驗結果一致，較高臭氧熏蒸濃度加上較高的紫外輻照劑量殺菌效果較好，殺菌效果最好的是95-10-14.4處理，即單位時間臭氧熏蒸質量分數為95 mg/kg，臭氧熏蒸時間為10 min，紫外照射劑量為14.4 kJ/m2，此時稻谷的霉菌菌落總數最低，只有0.8×103CFU/g，但其發芽率較低，只有67%，并且脂肪酸值較高，為30.9 mg KOH/100 g，出現陳化不宜存現象。

表1 高水分粳稻儲藏品質正交試驗結果

根據方差分析結果表明，紫外照射劑量對發芽率和霉菌菌落總數影響最大，達到極顯著水平；臭氧濃度次之，影響顯著；臭氧熏蒸時間影響最小，效果不顯著。對稻谷脂肪酸值影響較大的因素為紫外照射劑量，單位時間臭氧熏蒸質量分數和熏蒸時間影響較小，均達到顯著差異水平。

2.3 臭氧熏蒸和紫外輻照協同優化處理驗證儲藏試驗

以空白CK為對照，對儲藏品質指標較好的55-20-7.2處理、75-10-7.2處理和95-10-14.4處理進一步進行為期50天的驗證儲藏試驗，隨著儲藏期間的增加，各處理發芽率逐漸降低，95-10-14.4處理發芽率顯著低于其他處理，其他處理間差異不大（圖4所示）。由圖5可以看出，所有處理儲藏期間0～40 d稻谷脂肪酸值逐漸增加，而后有所降低，95-10-14.4處理顯著大于其他處理；其中55-20-7.2處理表現出較好控制脂肪酸值效果，儲藏30 d和50 d時分別比CK降低了6.1%和15.1%，比75-10-7.2處理分別降低了10.3%和6.3%。對稻谷儲藏期間霉菌菌落數測定結果表明，0～30 d內，CK逐漸上升，其他處理則呈現出先降低后增加的趨勢；30 d后，所有處理均出現逐漸下降趨勢。紫外協同輻照處理稻谷霉菌量均極顯著低于CK，殺菌效果特別好；協同處理中，95-10-14.4處理霉菌含量較低，顯著低于55-20-7.2處理，但和75-10-7.2處理差異不大。

圖4 協同處理對稻谷儲藏中發芽率的影響圖

圖5 協同處理對稻谷儲藏中脂肪酸值的影響

圖6 協同處理對稻谷儲藏中霉菌菌落數的影響

3 結論

稻米的可儲存性受到稻米水分含量的影響，一般水分含量越高，可儲存性越低，儲存性經常用發芽率、脂肪酸度、微生物污染等質量參數來評價[11-13]，其中脂肪酸值是判定稻谷儲存品質的關鍵指標之一[11]。研究結果表明，紫外照射劑量對粳稻儲藏品質的影響最大，隨著劑量增加，極顯著降低了儲藏過程中稻谷的發芽率和霉菌菌落數量，脂肪酸值則是顯著增加；其次臭氧熏蒸濃度，隨著熏蒸濃度增加，顯著降低了稻谷的發芽率和霉菌菌落數量，同樣脂肪酸值也是顯著增加；臭氧熏蒸時間對稻谷儲藏品質影響相對較小，影響規律與前面兩個因素類似。通過臭氧和紫外協同試驗結果綜合分析表明，55-20-7.2協同處高水分稻谷儲藏期間脂肪酸值控制最好，發芽率與CK差異不大，菌落總數極顯著低于CK，儲藏50 d后，發芽率、脂肪酸值和霉菌菌落總數分別為64%，19.98 mg KOH/100 g和6.35×103CFU/g，總體可滿足偏高水分稻谷應急短期儲藏需求。因此，臭氧熏蒸質量分數55 mg/kg，臭氧熏蒸時間10 min，紫外照射劑量7.2 kJ/m2，脂肪酸值控制效果最好，發芽率效果較好，霉菌菌落總數較低，可以作為偏高水分稻谷應急儲藏的優選條件。