纳他霉素协同微波对储藏期间小麦品质及微生物的影响

张金方 陈 伟 仲光绪 刘方超 韩瑜玮

(山东农业大学食品科学与工程学院，泰安 271018)

小麦是我国的主要粮食作物，也是国家粮库和农户的主要储藏粮种。但由于我国粮食存储期普遍较长，外界湿度及粮仓内湿热空气流动会影响局部粮食，导致水分发生变化。当环境温湿度满足霉菌生长条件后，储粮就可能发生霉腐现象[1]。据统计，每年由于储藏不当，造成霉变的粮食达数十亿公斤，约占全国粮食总产的1.5%～3%[2]。出现霉变后，霉菌有可能产生有毒代谢产物，如黄曲霉产生强致癌性毒素黄曲霉毒素，严重危害人畜食用安全[3]。

目前小麦防腐的主要手段是低温储藏、气调储藏、辐照处理、生物制剂储藏保鲜等技术[4]。常温储藏小麦品质不稳定，低温储藏和气调储藏成本高，能耗大。近年来，微波对生物体系的效应已经引起大家的广泛关注[5-7]。理论上讲，微波不仅可以加快化学反应度，而且在一定条件下还可以抑制化学反应的发生[8]。微波辐射处理，已经用于防霉[9]、防虫[10]、改善食用品质[11]，延长食品货架期[12]，对其储藏品质有明显的改善作用。赵梅等[13]、王芳婷[14]、张习军[15]、李进伟等[16]等利用微波处理小麦制品，表明微波处理能够改善小麦品质及储藏稳定性。

纳他霉素是一种能有效地抑制和杀死霉菌和酵母菌的多烯烃大环内酯类的抗菌物质， 对人畜无致癌、致畸和致敏等有害作用，在食品中使用纳他霉素，能有效地抑制和杀死霉菌和酵母菌，不仅可以解决由真菌引起的食品腐败问题，还能减少真菌毒素对人类的危害，提高食品的安全性[17]。纳他霉素已在甜樱桃[18]、葡萄[19]和芦笋[20]等果蔬保鲜上有所研究。李听听等[21]、程芳等[22]采用纳他霉素处理小麦，抑菌效果和小麦品质都得到明显改善；Tsiraki等[23]利用纳他霉素对小麦面团进行防腐处理，可有效延长储藏时间和改善品质。针对小麦收割后影响其品质的主要因素，本实验采用将微波技术与纳他霉素复合的研究思路，即利用微波杀灭小麦内部致病菌，再选用对致病真菌有极强抗性的天然防腐剂纳他霉素对小麦处理。对经纳他霉素协同微波处理后的小麦品质及可培养真菌菌落数的变化进行分析，为小麦储藏提供绿色稳定化处理化方法提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

2016年夏季小麦(豫麦57)；纳他霉素：河南豫中生物科技有限公司；琼脂粉、葡萄糖、链霉素、碘化钾、碘等均为国产分析纯或生物试剂。

1.2 主要仪器设备

RVA StarchMaster2-快速黏度测定仪：Perte；MG823ESJ-SA微波炉：广东美的微波炉制造有限公司；HH-4数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；BS124S电子天平：赛多利斯科学仪器有限公司；DH-6000电热恒温培养箱：天津市泰斯特仪器有限公司；TDZ5-WS 台式低速离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司；紫外可见分光光度计：UV-2450岛津(Shimadzu)；JFSD-70 实验室粉碎磨：上海市嘉定粮油检测仪器厂；202 型-鼓风干燥箱：中国龙口市先科仪器公司。

1.3 实验方法

1.3.1 水分调节

将不同处理的小麦放入经消毒的塑料盒中，按其含水量计算调节至目标含水量所需的理论添加无菌水量，用喷雾器分3次将1.3倍理论添加水量的蒸馏水喷到粮食表面，用保鲜膜覆盖使水分被完全吸收和平衡[24]。将调节完水分的小麦放入4 ℃冰箱7 d，每天振荡3次，确保水分平衡[25]。

1.3.2 不同抑菌处理

根据食品添加剂国家标准GB 2760—2014，选取纳他霉素高效天然防腐剂协同微波组合处理。纳他霉素(每千克小麦最佳量0.015 g)，微波(800 W)处理时间70 s 达到65～70 ℃。天然防腐剂结合微波进行不同组合，每个组合共10 mL，均匀喷洒在1 500 g粮食上，每个处理做3个平行，并做空白对照。将小麦放入4 ℃，平衡水分至13.6%左右。小麦经各个组合处理后放入食品级PE袋中，放在培养箱中温度：30 ℃，相对湿度：75%下培养，每隔7 d定期取样进行相关测定。

表1 不同防腐处理方式

1.3.3 小麦相关指标测定

小麦脂肪酸值的测定参照GB 5510—2011执行；小麦面筋持水率参照GB/T 5506.3—2008中烘箱干燥法测定；小麦脂肪酶检测参照GB/T 5523—2008 粮油检验粮食、油料的脂肪酶活动度的测定；小麦黏度系数采用LS/T 6101—2002谷物黏度测定快速黏度仪法执行；小麦霉菌计数检测按照GB 4789.15—2010；小麦中霉菌的分离及鉴定参照GB/T 4789.16—2003和中国气传真菌彩色图谱[26]。

2 结果与分析

2.1 储藏过程中小麦水分含量的变化

处理2在储藏前7 d，水分呈上升趋势，可能是在温度一定的条件下，当环境中的水蒸气压高于小麦中的水蒸气压，小麦就会吸湿使水分含量升高[27](图1)。而经微波处理的小麦，储藏7 d出现不同程度的下降趋势。由于微波处理，打破小麦平衡水分，使小麦吸水率低于降解率, 与对照相比，处理1的水分降低13.1%，处理3水分下降11.4%。随着储藏时间的延长，经过不同处理的小麦含水量呈先升高后下降。在高温高湿环境下，小麦中的真菌和细菌开始大量繁殖，尤其是真菌，大量分解小麦中的蛋白质和糖类产生水分，导致含水量增加[28]。在储藏35 d时，各个含水量为对照组(14.75%)>处理2(14.53%)>处理3(13.74%)>处理1(13.71%)，经单因素方差分析，经微波组合处理的小麦含水量与其他处理差异性显著(P<0.05)，说明微波协同效应对储藏小麦的含水量变化影响显著。

图1 不同抑菌处理对小麦储藏期间含水量的影响

2.2 储藏过程中小麦脂肪酸值的变化

脂肪酸是油脂经氧化降解后的副产物，可以一定程度上评价小麦油脂的氧化酸败品质。在储藏阶段，各个处理的小麦脂肪酸值差异性显著(P<0.05)(图2)。0～14 d小麦脂肪酸值缓慢增加，14～21 d小麦脂肪酸值增长迅速，可能由于水分含量增加，脂肪酶活性升高，加之霉菌大量繁殖，小麦中的脂肪水解成甘油和脂肪酸，随着储藏时间延长，脂肪酸产生率大于损失率，使脂肪酸值进一步积累[29]。21～35 d 脂肪酸值呈平缓趋势，可能由于微生物增长速度下降，小麦中可利用脂肪含量降低，使脂肪酸值趋于平稳。在储藏35 d后，对照、 微波、纳他霉素、纳他霉素协同微波处理小麦脂肪酸值依次为162.8、99.2、125.9、59.3 mg KOH/100g干基，经纳他霉素协同微波组合处理的小麦脂肪酸值明显低于其他抑菌处理的小麦，有效延长了小麦储藏时间。

图2 不同抑菌处理对小麦储藏期间脂肪酸值含量的影响

2.3 储藏过程中小麦脂肪酶的变化

脂肪酶活是导致谷物粉在储藏过程中发生脂肪酸败的重要原因[30]。小麦储藏7 d，对照组和处理2的小麦脂肪酶活明显上升，经微波组合处理的小麦脂肪酶活明显降低(图3)，说明微波处理小麦可使其脂肪酶发生钝化，降低酶活力，导致脂肪酶活显著降低(P<0.05)。随着储藏时间延长，各个处理的小麦脂肪酶活都有不同程度的上升趋势，该结果与王若兰等[31]研究一致。因为在高温高湿的环境下，小麦呼吸作用不断增强，其水分含量和水分活度也不断提高[32]，微生物大量繁殖分泌脂肪酶，加快了脂肪酶的积累。在储藏阶段，经微波组合处理的脂肪酶活也有增长趋势，说明经微波组合处理的脂肪酶并未完全失活，在高温高湿环境下，水分含量的回生，使其脂肪酶提高。储藏35 d后，与对照相比，纳他霉素协同微波处理的脂肪酶降低21.93 U/g，说明在高温高湿环境下，纳他霉素协同微波能够有效延缓脂肪酶活的增长，其结果与图2分析相吻合。

图3 不同抑菌处理对小麦储藏期间脂肪酶活的影响

2.4 储藏过程中小麦面筋持水率的变化

小麦面筋持水率是指小麦粉在形成面筋过程中其吸水多少。小麦中蛋白质含量越多，质量越好，水合能力越强，面筋持水率越高，所以面筋持水率不仅可以反映面筋蛋白含量，也可以反应面筋蛋白质量[33]。整个储藏过程中各个处理后小麦面筋持水率都呈不同程度下降趋势(图4)，一方面，可能是由于小麦在储藏过程中蛋白质主要表现为麦醇溶蛋白含量的降低，麦谷蛋白含量的升高，并且低相对分子质量的麦谷蛋白含量降低，而高相对分子质量的麦谷蛋白含量升高，使得表面游离基数目减少，使得结合水的能力降低[34]。另一方面，可能是由于在高温高湿的情况下，微生物大量繁殖，以霉菌增长最为迅速，分解小麦中蛋白质和多肽类物质[35]，使其面筋持水率降低。储藏35 d后，与对照相比，微波、纳他霉素、纳他霉素协同微波处理面筋持水率依次提升了25.6%、16.3%、32.4%，说明经纳他霉素协同微波处理可有效延缓小麦面筋持水率下降。

图4 不同抑菌处理对小麦储藏期间面筋持水率的影响

2.5 储藏过程中小麦糊化特征值的变化

表2可以看出，在储藏过程中，各个处理的小麦峰值黏度、衰减值、回升值、最低黏度、最终黏度都增大。这可能是随着储藏时间的延长，脂肪酸含量增加，直链淀粉-脂质复合物减少，影响了淀粉间的交联作用，致使小麦粉的黏度逐渐上升[36]。经微波组合处理小麦最终黏度和回升值明显高于其他处理，可能是微波前期处理可使小麦中稳定的蛋白质空间结构发生变化，破坏氢键，使蛋白质结构变得更为松散，淀粉更容易吸水糊化，因而最终黏度增加[14]。回升值的升高是由于微波的前期处理，使样品淀粉颗粒变得结构致密，易聚集，促使直链淀粉的定向排列，更有利于形成面糊凝胶结构，使回升值升高[13]。储藏35 d后，处理1和3差异性不显著(P>0.05)，与对照相比，最终黏度和回生值相对升高，峰值黏度、最低黏度、衰减值相对较低，与蔡雪梅[36]研究相符，说明微波干燥可以减缓小麦在储藏期间其糊化特性的劣变。

表2 不同抑菌处理对小麦储藏期间小麦RVA谱特征值的影响

2.6 储藏过程中小麦曲霉、青霉及真菌总数的变化

经不同抑菌剂处理后小麦在储藏过程中可培养真菌菌落数变化如图5、图6和图7 所示。储藏前期，经单因素方差分析3种抑菌处理与对照都有极显著差异性(P<0.01)。随着储藏时间的延长，纳他霉素协同微波处理对真菌、曲霉、青霉抑菌效果好于单抑菌处理，可能是微波导致小麦水分含量的降低，致使微生物繁殖缓慢，加之纳他霉素协同作用，增强其抑菌时间和能力。储藏35 d，与对照相比，对于真菌菌落数、纳他霉素、微波、纳他霉素协同微波分别抑制291、76 068、251 976倍；对于曲霉总数，分别抑制14.7、636.9、1 602.6倍；对于青霉总数，分别抑制57.4、2 689、6 114倍，小麦经过不同抑菌处理后纳他霉素协同微波对真菌、曲霉、青霉的抑菌效果最好，而且抑制青霉强度大于曲霉。

图5 不同抑菌处理对小麦储藏期间真菌菌落总数的影响

图6 不同抑菌处理对小麦储藏期间曲霉菌落总数的影响

图7 不同抑菌处理对小麦储藏期间青霉菌落总数的影响

2.7 储藏过程中小麦品质与微生物菌落数相关性分析

经过不同处理的小麦微生物菌落数与水分含量、脂肪酸值、脂肪酶活呈明显正相关，不同处理小麦面筋持水率与微生物菌落数呈负相关(P<0.05)，经微波和纳他霉素协同微波处理的糊化参数与微生物菌落数呈负相关，纳他霉素和对照与微生物菌落数呈显著正相关(P<0.05)(表3)。不同抑菌处理的小麦储藏品质与曲霉相关性更为显著，说明小麦在温度30 ℃，湿度75%储藏过程中，曲霉比青霉生长更为优势。

表3 不同抑菌处理小麦储藏品质与微生物菌落数的相关性

注: * 表示显著线性相关性P<0．05，** 表示极显著线性相关性P<0.01。

3 结论

小麦在经纳他霉素、微波、纳他霉素协同微波处理后在30 ℃，相对湿度75%条件下储藏35 d品质及可培养真菌总数、曲霉、青霉菌落数变化为：在储藏期间经纳他霉素(每千克小麦最佳量0.015 g)协同微波(800 W，70 s)处理的小麦，水分含量、脂肪酸值和脂肪酶活呈先显著降低，后增加的趋势；面筋持水率降低缓慢；黏度指标增加；微生物菌落数显著降低。

经过不同处理的小麦微生物菌落数与含水量、脂肪酸值、脂肪酶活呈明显正相关，不同处理小麦面筋持水率与微生物总数菌落数呈负相关(P<0.05)，经微波和纳他霉素协同微波处理的糊化参数与微生物菌落数呈负相关，纳他霉素处理和对照与微生物菌落数呈显著正相关(P<0.05)。不同抑菌处理的小麦储藏品质与曲霉相关性更为显著，说明小麦在温度30 ℃，湿度75%储藏过程中，曲霉比青霉生长更为优势。

纳他霉素(每千克小麦最佳量0.015 g)协同微波(800 W，70 s)处理的小麦抑菌效果及品质优于微波和纳他霉素单独处理方式，为粮食储藏提供新的方法和思路。