干燥花生荚果在不同温湿度条件下的水分含量及霉变研究

王晨光，王殿轩*，渠琛玲，迟晓元，刘晓莉

1.河南工业大学 粮油食品学院，粮食储藏与安全教育部工程研究中心，粮食储运国家工程实验室，河南 郑州 450001

2.山东省花生研究所，山东 青岛 266100

花生作为世界上重要的油料作物和经济作物，种植十分广泛[1]。我国花生总产量占全世界花生总产量的40%以上[2]，2017年我国花生总产量1 709.2万t[3]，花生产业在我国农业生产和国家粮食安全中作用重大[4]。花生收获后的安全储藏是花生产业链的重要部分，避免和减少产后数量和质量损失是保障其后期价值的重要基础。由于花生中脂肪与蛋白质含量较高，收获后水分含量高时极易霉变甚至产生毒素[5]，干燥后的花生如储藏不当，也会吸湿返潮而再度霉变，影响品质甚至产生毒素[6]。与谷物、其他油料相似，不同环境温度、湿度等条件下花生自身水分的变化和储藏环境因子的影响关系花生的安全储藏性能。谷物在不同温度、湿度等条件下的水分变化多有报道，小麦在安全水分含量下较耐储藏，在高湿度环境中较稻谷、玉米更容易滋长霉菌从而导致其发生品质劣变[7]。大豆储藏温度高于20 ℃时，真菌生长速度随温度升高而加快[8]。稻谷水分含量14.0%以上时，温度越高真菌生长速度越快[9]。玉米储藏时环境温度的升高会加剧脂肪氧化速度，脂肪酸值上升，使玉米的品质发生劣变[10-11]。花生在储存中因受潮霉变和品质劣变多有报道[12-14]，关于花生荚果在不同湿度条件下吸湿增水的研究较少。研究干燥后的花生荚果在不同温度和湿度条件下的水分、处于安全水分[15]的时间、出现霉变现象的时间等，有助于为干燥花生荚果安全储藏提供指导。作者研究了干燥后的花生荚果在不同温湿度条件下不同时间的水分变化，以及导致花生荚果霉变的水分和时间等，以期为花生荚果安全储藏提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

花生荚果：2018年收获于山东省青岛市，品种为花育25，储藏于4 ℃的冷库中，试验前即时测定花生水分含量。

1.2 试验装置

以640 mm×500 mm×400 mm 的食品级PVC塑料箱为环境控制室,在高度250 mm处设不锈钢网架以放置样品，网架长560 mm、宽420 mm，孔目边长1 cm。内设过饱和盐溶液，用以控制环境相对湿度，并用温湿度计进行检测。控制室上口处用塑料薄膜密封，并在薄膜中设直径115 mm的密封旋开盖作为取样口(图1)。

图1 花生荚果储藏环境控制室示意图

1.3 试验方法

在环境控制室内分别设置氯化钠、氯化钾、硝酸钾过饱和溶液，以控制环境相对湿度为70%、80%和90%。将完整花生荚果0.7 kg放单层置架网上，调节环境温度为20、25、30 ℃。每天定时取样检测和观察。花生荚果水分含量测定参照GB 5009.3—2016。样品霉变现象以镜检和感官目测方法进行。每个样品设3个平行。

1.4 数据处理

2 结果与分析

花生荚果在20、25、30 ℃下不同相对湿度环境中储藏，其水分含量和出现霉变的时间见表1。

表1 干燥花生荚果在不同温湿度储藏条件下的水分含量及霉变时间

2.1 相对湿度70%环境中花生荚果水分含量及变化

RH70%条件下，20、25、30 ℃水分含量略有差异的初始花生荚果样品分别经14、15、14 d达到相对稳定值9.18%、8.47%和7.95%，达到稳定的水分含量增加幅度分别为63.64%、45.78%、34.29%。同一湿度环境中温度较低时花生荚果水分含量较高，达到稳定值时水分含量增加幅度较大，各温度下达到水分含量最大值的时间接近。RH70%条件下花生荚果吸湿水分含量增加平均速率分别为：20 ℃时0.223%/d；25 ℃时0.156%/d；30 ℃时0.127%/d；温度升高花生荚果吸湿速率降低。该环境下不同温度时花生荚果水分含量增长趋势方程：20 ℃时，y=-0.014 8x2+0.453 3x+5.668 7(R2=0.966 7)；25 ℃时，y=-0.011 5x2+0.336x+5.986 7(R2=0.939 7)；30 ℃时，y=-0.008 8x2+0.275 8x+5.762 9(R2=0.990 6)。结果表明，RH70%条件下水分含量近6%的花生荚果吸湿增水，温度较高时水分含量增加较慢。花生荚果所含水分包括自由水和结合水，测定的水分含量主要反映花生荚果自由水含量，温度较高时，水分子动能升高，水分子和基质间的结合力下降，花生结构中的蛋白质和糖类结合自由水量相对较少。20～30 ℃水分含量最大可增加至7.9%～9.5%，最大值小于10%，小于GB/T 1532—2008中安全储存水分含量，且经历时间较长(14～15 d)。20～30 ℃范围内RH70%以下时花生荚果表面水分活度不能满足霉菌活动需要，故无霉变现象。

2.2 相对湿度80%环境中花生荚果水分含量及变化

RH80%条件下，20 ℃时花生荚果经14 d水分含量从5.61%升至最高值11.27%，吸湿速率为0.404%/d，水分含量增长趋势方程为y=-0.019 8x2+0.685 3x+5.249 1(R2=0.988)。其中，经过9 d 花生荚果水分含量升至9.99%，经14 d出现霉变。25 ℃时花生荚果经13 d水分含量从5.81%升至最高值9.82%，吸湿速率为0.308%/d，水分含量增长趋势方程为y=-0.024 5x2+0.621 7x+5.597 9(R2=0.952 1)，第13天时花生荚果水分含量升至最大值且出现霉变。30 ℃时花生荚果经13 d水分含量从5.92%升至最高值9.50%，吸湿速率为0.275%/d，水分含量增长趋势方程为y=-0.012 7x2+0.448 4x+5.731 9(R2=0.985 5)，其在第13天出现霉变。RH80%环境条件满足黄曲霉萌发和生长所需最低相对湿度，根据菌落颜色与菌丝形态，初步判断该菌落为黄曲霉菌落。RH80%条件下干燥花生荚果吸湿增水速率较RH70%条件下明显增大，同湿度温度较高时水分增加速率和幅度较小。20 ℃时水分含量达到11.27%以上出现霉变，25、30 ℃时水分含量在9.82%、9.50%即会霉变。表明RH80%时花生荚果霉变的水分含量随温度升高而降低，与不同温度下花生荚果保持自由水的程度和水分活度有关。

2.3 相对湿度90%环境中花生荚果水分含量及变化

RH90%条件下，20 ℃时花生荚果水分含量经8 d从5.61%上升至12.75%，第9天时水分降至11.95%。吸湿速率为0.893%/d，水分含量增长趋势方程为y=-0.033 6x2+1.206x+4.617 9(R2=0.995 5)。花生荚果在水分含量最大时出现霉变，之后仅1 d后出现严重霉变并且水分含量有所降低，镜检可见菌丝顶端具球形分生孢子。25 ℃时花生荚果水分含量经7 d从5.81%上升至10.71%，第8天时水分含量降至9.99%。吸湿速率为0.523%/d，水分含量增长趋势方程为y=0.716 1x+5.546 4(R2=0.958 8)。花生荚果在水分含量最大为10.71%时出现霉变，之后仅1 d后出现严重霉变并水分含量降低至9.99%。30 ℃时花生荚果水分含量经7 d从5.92%上升至9.54%，第8天时水分含量降至9.38%。吸湿速率为0.517%/d，水分含量增长趋势方程为y=0.539 4x+5.601 4(R2=0.967 1)。花生荚果在水分含量最大为9.54%时出现霉变，之后仅1 d后出现严重霉变并水分含量降低至9.38%。

RH90%时其吸湿速率更高，温度升高时其吸湿速率和幅度相应降低。90%高湿条件下花生荚果霉变出现的时间更短，会发生严重霉变并且水分含量随之降低。温度升高后花生荚果霉变时的水分含量也有所降低，即高温高湿条件下导致花生荚果霉变的水分含量降低，这与花生荚果水分活度达到一定条件时菌丝直径增长速度加快、霉菌活动加剧有关。

3 讨论

花生因脂肪与蛋白质含量较高，收获后水分含量高时极易霉变甚至产生毒素[5]，花生收获后及时干燥是保证其品质和数量安全的前提。通常所谓的干花生系指GB/T 1532—2008中水分含量10%以下的花生。干燥花生荚果储藏不当易吸湿返潮，甚至霉变而影响品质或产生毒素[6]。温度、湿度和储存时间等均影响干燥花生荚果吸湿和水分含量变化，以及达到非安全储藏的状态。研究表明，水分含量近6%的干燥花生荚果在RH90%，20、25 ℃环境中在1周内水分含量即可回升至10%以上。RH70%环境中干燥花生荚果可以达到不超过10%的平衡水分含量，在30 ℃下不会霉变，生产实践中长期储藏花生荚果应控制环境RH70%以下。

花生具有易于吸收水分的蛋白质等组分，干燥花生荚果在RH70%环境中更易吸湿而达到平衡水分含量，20～30 ℃时花生荚果的平衡水分含量接近7.95%～9.18%。稻谷在25 ℃和RH85%条件下水分含量达到平衡所需时间大于40 d[16]，本试验中花生荚果在RH70%和20、25、30 ℃时水分含量达平衡的时间仅2周，常温低湿条件下花生荚果比谷物更容易吸湿和达到平衡水分。RH80%以上环境中干燥花生荚果吸湿水分含量升高，在未达到平衡水分含量时即出现霉变或严重霉变。同样条件下，温度升高促进菌丝生长与菌落繁殖速度[17]，使花生荚果严重霉变时的水分含量有所降低。从吸湿速率和霉变结果看，花生荚果比稻谷更易于吸湿[18]、达到平衡水分、超过安全水分等，因此花生比谷物储藏更需要环境干燥。

花生蛋白质含量高，蛋白质中离子基团水合作用、氢键作用使分子中基团结合水分子能力强[19]。水分含量的增加与水分活度的升高几乎同步[20]。谷物霉变与水分活度大小关系密切，花生同样如此。由于花生最易滋生的霉菌为黄曲霉[21]，黄曲霉生长所需最低水分活度为0.84[22]，在水分活度满足时黄曲霉在12 ℃以上即可生长[23]。玉米在20 ℃环境中黄曲霉生长所需最低水分含量14%[24]，本试验中，20 ℃时花生荚果水分含量达11.27%时即发生霉变，说明花生荚果水分活度高于谷物水分活度；另一方面，由于花生脂肪含量高，利于霉菌菌落生长[25]，花生荚果较谷物更易霉变。本研究中最低试验温度为20 ℃，但其在高湿环境很快出现霉变，反映了花生荚果更易生霉变质的特性。

一般认为花生荚果的安全储藏水分含量为10%[26]。本研究显示，25 ℃时RH80%条件下花生荚果霉变时水分含量为9.82%，30 ℃时RH80%、90%条件下花生荚果霉变时的水分含量为9.50%和9.38%，即花生荚果在水分含量小于10%时环境湿度适宜也会霉变。用MHAE方程预测在25、30 ℃时花生荚果相对安全储藏水分含量为9.27%和9.22%[27]，本研究中花生荚果出现霉变的水分含量大于该预测值。在温湿度和水分活度达到霉菌生长要求时，霉菌即可进行相应的代谢活动[18]，环境温湿度较高时花生荚果安全储藏水分含量会相应降低，花生荚果储藏过程中应加强水分检测。

4 结论

干燥花生荚果在大于其平衡相对湿度的环境中仍会吸湿增加水分，20～30 ℃、RH70%以下环境中，花生荚果可在2周内吸湿达到水分含量未超过10%的平衡水分，且不发生霉变。RH80%以上环境中干燥花生荚果吸湿水分含量升高，在未达到平衡水分含量即出现霉变或严重霉变。花生荚果的安全储藏水分含量除与环境温度有关外，更与环境湿度关系密切，干燥花生荚果长期储藏的环境相对湿度不宜大于70%。