臭氧协同紫外处理对偏高水分粳稻储藏品质的影响

王成龙，王俊卿，余波，董能华，路兴花，庞林江*

1.浙江农林大学食品与健康学院（杭州 311300）；2.浙江省宁波镇海国家粮食储备库有限公司（宁波 315200）

稻谷（Oryza sativa）是世界上最重要的主食之一，也是我国第一大粮食作物，产量约占全国粮食总产量的1/2，占世界粮食总产量的35%，居世界第一位[1-2]。稻谷作为我国主要的储备粮品，对于我国粮食安全具有举足轻重的意义。

水分是影响稻谷质量的重要因素，会直接影响粮食储藏、加工和食用品质。稻谷水分偏高，容易引起发霉变质，不易储藏，且会产生霉菌毒素，谷物的真菌污染是导致粮食不安全的重要因素之一[3]。随着农业生产效率提高，稻谷大多未经晒干而直接进入收储环节，高水分稻谷收储已经成为粮食仓储企业无法回避的现状。由于消费者的偏好和商业利益，高水分稻谷在市场上的流通和销售变得很受欢迎[1]。高水分稻谷储藏也一直是粮食储藏和加工企业面临的共同难题[4]。开展高水分稻谷储藏防霉等关键技术的研究，对保障国家粮食数量安全和质量安全都具有重要的意义。绿色储粮技术是近些年来的研究热点，紫外线和臭氧对大多数微生物都有杀灭作用，臭氧杀菌效率更高，对稻谷品质劣变起到一定的延缓作用[5-7]，但也都具有促氧化作用等缺点，紫外线和臭氧协同处理可能会具有扬长避短的的优势，但这方面研究较少。因此，基于臭氧和紫外线单因素处理，研究两者协同处理对高水分稻谷主要贮藏品质的影响，探索延缓高水分稻谷品质劣变的新型绿色粮食储藏方式。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验材料：来自于2020年浙江省宁波市镇海国家粮食储备库有限公司当季收储粳稻。采用人工加湿的方式将水分调节到要求的水分范围内15.5%±0.2%；调水后的样品分别装入密封盒中，于冰箱冷藏室平衡一周；实测水分与目标水分的偏差控制在±0.2%的范围，超过±0.2%稻谷的重新处理。

主要试剂：蛋白胨、葡萄糖、磷酸二氢钾、硫酸镁、琼脂、孟加拉红、氯霉素、氯化钠、无水乙醇、氢氧化钾、酚酞、领苯二甲酸氢钾、3, 5-二硝基水杨酸（DNS）、酒石酸钾钠、氢氧化钠、结晶酚、亚硫酸钠等均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器和设备

JQR-10AY臭氧发生器（北京嘉琪尔机电设备有限公司）；SKY2000-03-M臭氧检测仪（深圳市元特科技有限公司）；TN-2254UVC紫外线强度计（成都泰仕仪器仪表有限公司）；YX280B手提式不锈钢压力蒸汽灭菌器（上海三申医疗器械有限公司）；DRP-9162型电热恒温培养箱（上海森信实验仪器有限公司）；T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；SW-CJ-1CU双人单面（水平送风）洁净工作台（苏州苏洁净化设备有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 臭氧熏蒸浓度、臭氧熏蒸时间、紫外辐照剂量单因素试验

将水分平衡至15.5%的粳稻200 g均匀平铺，常温25±2 ℃下，放入密封储藏室进行单因素试验。臭氧熏蒸浓度7个水平，分别为0，15，35，55，75，95和115 mg/kg，熏蒸时间都固定为20 min；臭氧熏蒸时间5个水平，分别为0，10，20，30和40 min，臭氧浓度控制在75 mg/kg；紫外辐照剂量5个水平，分别为0，1.8，3.6，7.2和14.4 kJ/m2，将处理后的稻谷于常温（25±2 ℃）下储藏20 d，进行发芽率、霉菌菌落总数、脂肪酸值的测定。

1.3.2 正交试验

基于单因素试验结果，进一步进行三因素三水平正交试验。在常温（25±2 ℃）下储藏20 d，进行发芽率、霉菌菌落总数、脂肪酸值的测定。取较优水平组进行为期50 d验证储藏试验。

1.3.3 测定方法

发芽率测定参考GB/T 5520—2011[8]。霉菌菌落总数测定参考GB 4789.15—2016[9]。脂肪酸值测定参考GB/T 5510—2011[10]。

1.3.4 数据处理与分析

采用Excel 2019和SPSS 22.0软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 臭氧熏蒸和紫外辐照单因素处理对稻谷储藏品质的影响

2.1.1 单因素处理对稻谷发芽率的影响

发芽率是粮油籽粒活力早期劣变的较好指标，可以用来检验粮食的新陈度[5]。由图1可知，不同臭氧浓度熏蒸处理对粳稻的发芽率有显著的影响。0～115 mg/kg臭氧质量分数熏蒸20 min，粳稻发芽率呈现出先逐渐增加后急剧降低的趋势，臭氧质量分数为75 mg/kg时，粳稻发芽率显著高于其他处理，达到80%，115 mg/kg时粳稻发芽率最低，只有69%。由图1还可以看出，臭氧熏蒸质量分数为75 mg/kg时，0～40 min内随着熏蒸时间增加，稻谷发芽率逐渐降低，但影响不显著。另外分析结果表明，0～14.4 kJ/m2紫外照射剂量对发芽率影响显著，表现出先逐渐增加后急剧降低的趋势，低于7.2 kJ/m2时，稻谷发芽率在75%～78%之间，而辐照剂量达到14.4 kJ/m2时，发芽率只有70%。

图1 各处理对偏高水分粳稻发芽率的影响

2.1.2 单因素处理对稻谷脂肪酸值的影响

脂肪酸值是稻谷储藏品质变化最敏感的指标之一，是稻谷储存品质判定的重要指标之一[11]。由图2看出，臭氧熏蒸浓度对稻谷的脂肪酸值也有显著的影响，随着臭氧浓度逐渐增加，稻谷脂肪酸值开始逐渐下降，后期增加较快。臭氧质量分数为55～75 mg/kg时脂肪酸值较低，而后脂肪酸值显著升高。臭氧质量分数为75 mg/kg时，0～40 min熏蒸时间处理稻谷脂肪酸值影响不大，均值为17.2±0.4 mg KOH/100 g。紫外辐照对稻谷脂肪酸值有明显促进作用，0～7.2 kJ/m2紫外辐照剂量范围内其脂肪酸值缓慢增加，而后剂量达14.4 kJ/m2后，稻谷脂肪酸值显著增加，因此，紫外辐照不宜太高，应保持在7.2 kJ/m2以下。

图2 各处理对稻谷脂肪酸含量的影响

2.1.3 单因素处理对稻谷霉菌菌落总数的影响

霉菌在稻谷储藏中对其储藏稳定性有着重要影响。研究发现臭氧熏蒸和紫外辐照均有较好的杀菌效果，臭氧熏蒸浓度、熏蒸时间和紫外辐照剂量对稻谷的霉菌菌落数量均有显著的影响，随着臭氧熏蒸浓度、熏蒸时间和紫外辐照剂量的增加，稻谷的霉菌数都呈现出先快后慢的下降规律（图2所示）。当臭氧质量分数达到95 mg/kg时大部分的菌落被杀死，致死率达到86%；臭氧熏蒸20 min处理组霉菌菌落数下降了59%，熏蒸超过20 min后，其霉菌菌落数趋于一个稳定值。而当辐照剂量提高到14.4 kJ/m2时，可杀死74%的霉菌，稻谷表面的霉菌菌落数只有3.37×104CFU/g。

图3 各处理对稻谷霉菌菌落总数的影响

综上可以得出，臭氧熏蒸质量分数75 mg/kg，臭氧熏蒸时间20 min，紫外辐照剂量7.2 kJ/m2单因素处理时发芽率最高，霉菌菌落量相对较少，脂肪酸值也更低一些，贮藏效果较好。

2.2 臭氧熏蒸和紫外辐照协同处理对稻谷储藏品质的影响

在单因素试验基础进一步进行三因素三水平正交试验，结果由表1所示，单位时间臭氧熏蒸质量分数为55 mg/kg，臭氧熏蒸时间为20 min，紫外照射剂量为7.2 kJ/m2，此55-20-7.2处理稻谷的发芽率最高，达到86%，霉菌菌落总数和脂肪酸值分别为14.8×103CFU/g和17.0 mg KOH/100 g。另外结果表明，脂肪酸值控制最好的是75-10-7.2处理，即单位时间臭氧熏蒸质量分数为75 mg/kg，臭氧熏蒸时间为10 min，紫外照射剂量为7.2 kJ/m2，此时稻谷的脂肪酸值最低，只有16.2 mg KOH/100 g，除与55-20-7.2处理差异不大外，均显著低于其他处理，此时发芽率和霉菌菌落总数分别为79.0%和7.8×103CFU/g，相对55-20-7.2处理霉菌控制效果显著。与前面单因素试验结果一致，较高臭氧熏蒸浓度加上较高的紫外辐照剂量杀菌效果较好，杀菌效果最好的是95-10-14.4处理，即单位时间臭氧熏蒸质量分数为95 mg/kg，臭氧熏蒸时间为10 min，紫外照射剂量为14.4 kJ/m2，此时稻谷的霉菌菌落总数最低，只有0.8×103CFU/g，但其发芽率较低，只有67%，并且脂肪酸值较高，为30.9 mg KOH/100 g，出现陈化不宜存现象。

表1 高水分粳稻储藏品质正交试验结果

根据方差分析结果表明，紫外照射剂量对发芽率和霉菌菌落总数影响最大，达到极显著水平；臭氧浓度次之，影响显著；臭氧熏蒸时间影响最小，效果不显著。对稻谷脂肪酸值影响较大的因素为紫外照射剂量，单位时间臭氧熏蒸质量分数和熏蒸时间影响较小，均达到显著差异水平。

2.3 臭氧熏蒸和紫外辐照协同优化处理验证储藏试验

以空白CK为对照，对储藏品质指标较好的55-20-7.2处理、75-10-7.2处理和95-10-14.4处理进一步进行为期50天的验证储藏试验，随着储藏期间的增加，各处理发芽率逐渐降低，95-10-14.4处理发芽率显著低于其他处理，其他处理间差异不大（图4所示）。由图5可以看出，所有处理储藏期间0～40 d稻谷脂肪酸值逐渐增加，而后有所降低，95-10-14.4处理显著大于其他处理；其中55-20-7.2处理表现出较好控制脂肪酸值效果，储藏30 d和50 d时分别比CK降低了6.1%和15.1%，比75-10-7.2处理分别降低了10.3%和6.3%。对稻谷储藏期间霉菌菌落数测定结果表明，0～30 d内，CK逐渐上升，其他处理则呈现出先降低后增加的趋势；30 d后，所有处理均出现逐渐下降趋势。紫外协同辐照处理稻谷霉菌量均极显著低于CK，杀菌效果特别好；协同处理中，95-10-14.4处理霉菌含量较低，显著低于55-20-7.2处理，但和75-10-7.2处理差异不大。

图4 协同处理对稻谷储藏中发芽率的影响图

图5 协同处理对稻谷储藏中脂肪酸值的影响

图6 协同处理对稻谷储藏中霉菌菌落数的影响

3 结论

稻米的可储存性受到稻米水分含量的影响，一般水分含量越高，可储存性越低，储存性经常用发芽率、脂肪酸度、微生物污染等质量参数来评价[11-13]，其中脂肪酸值是判定稻谷储存品质的关键指标之一[11]。研究结果表明，紫外照射剂量对粳稻储藏品质的影响最大，随着剂量增加，极显著降低了储藏过程中稻谷的发芽率和霉菌菌落数量，脂肪酸值则是显著增加；其次臭氧熏蒸浓度，随着熏蒸浓度增加，显著降低了稻谷的发芽率和霉菌菌落数量，同样脂肪酸值也是显著增加；臭氧熏蒸时间对稻谷储藏品质影响相对较小，影响规律与前面两个因素类似。通过臭氧和紫外协同试验结果综合分析表明，55-20-7.2协同处高水分稻谷储藏期间脂肪酸值控制最好，发芽率与CK差异不大，菌落总数极显著低于CK，储藏50 d后，发芽率、脂肪酸值和霉菌菌落总数分别为64%，19.98 mg KOH/100 g和6.35×103CFU/g，总体可满足偏高水分稻谷应急短期储藏需求。因此，臭氧熏蒸质量分数55 mg/kg，臭氧熏蒸时间10 min，紫外照射剂量7.2 kJ/m2，脂肪酸值控制效果最好，发芽率效果较好，霉菌菌落总数较低，可以作为偏高水分稻谷应急储藏的优选条件。