粮食霉变和芽变快速检测方法分析

张 艳，王 伟，乔澎波

（中储粮河南质量检测中心有限公司，河南郑州 450000）

粮食霉变和芽变检测在粮食存储和调运管理中应用频繁，现行的霉变粒检测法可实现粮食霉变快速检测，但该方法对霉变初期发展阶段的检测效果较差。现行的粮食芽变检测方法为化学滴定法，其缺点为操作烦琐、效率低下。因此，开发出快速、稳定、可靠的粮食霉变和芽变检测方法具有重要的现实意义，酶活性检测原理为实现这一目标创造了有利的条件，应对其开展研究。

1 粮食霉变快速检测方法

1.1 粮食霉变的快速检测原理

粮食霉变主要由真菌引起，快速检测的依据为霉菌产生的过氧化氢酶，该检测原理具有间接性，不能判断霉菌种类，但能够有效反映粮食霉变的严重程度，在霉变发展的各个阶段均能发挥作用。检测设备为酶活性检测仪，耗时约为30 min，符合快速检测的要求[1]。

1.2 制备粮食籽粒外部洗涤液

粮食籽粒外部洗涤液对霉变检测效果影响突出，在制备洗涤液时应评估洗涤溶剂、洗涤转速、洗涤时间以及粮食浸泡时间对过氧化氢酶活性的影响程度。分别针对以上4个影响因素开展实验探究。在洗涤转速实验中，将转速从0逐渐提升至2 500 r·min-1，同时检测小麦样品籽粒洗涤液中的过氧化氢酶活性，发现酶活性随转速先升高，后基本保持不变，在2 300 r·min-1时接近峰值960 U/100 g，故将其作为最佳转速。蒸馏水对轻微霉变的粮食具有更强的洗涤效果，故选用蒸馏水。在粮食浸泡时间方面，为避免过度浸泡导致籽粒易破损，对比不同浸泡时长下的籽粒硬度，选择20 min浸泡处理时长。综合以上实验，最佳操作标准如表1。

表1 高速搅拌法制备粮食籽粒外部洗涤液的最佳操作标准

1.3 粮食霉变快速检测技术应用效果分析

1.3.1 霉变程度检测的灵敏度分析

（1）制取不同霉变程度的粮食水。将粮食破碎后加入少量无菌水，形成粮食水，再吸取适量粮食水进行霉变培养。培养箱温度设定为30 ℃，随着时间的延长，粮食水中的霉菌数量和过氧化氢酶含量不断增加，从而得到不同霉变程度的粮食水。

（2）霉变检测灵敏度对比。运用快速检测法和平板计数法在不同时间点检测霉变的粮食水，重点观察过氧化氢酶活性和霉菌的数量，将不同时间点的检测结果绘制成曲线，如图1所示。过氧化氢酶活性在0～3 d内有所提升，但提升幅度较小。第6 d的检测结果显示酶活性显著增强，第6～15 d小幅增强，但整体趋于稳定。霉菌的数量在0～6 d内小幅增加，在6～9 d内发展速度最快，随后增长速度有所放缓，但依然维持在较高的水平[2]。使用酶活性检测仪检测过氧化氢酶的活性，霉菌数量检测运用平板计数法。

图1 粮食霉变快速检测技术对不同霉变程度的检测结果图

1.3.2 霉变程度检测的稳定性分析

（1）试验方案。选取3种粮食籽粒样品，其霉变程度分别为轻微霉变（样品1）、中度霉变（样品2）、重度霉变（样品3）。通过平板计数法检测3种样品的霉菌数量，运用快速检测法分别对这3类样品各自开展8次过氧化氢酶活性检测，并求得平均值，结果如表2所示。

表2 快速检测技术对粮食霉变程度检测的稳定性分析数据

（2）试验结果分析。①过氧化氢酶活性与霉菌数量呈正相关，换言之，酶活性越高，霉菌数量也越多。②同种样品多次检测的结果较为稳定，未出现严重偏离预期的异常数据，说明快速检测法对粮食霉变严重程度的检测效果具有稳定性。以样品2的检测数据为例（表3），8次检测的过氧化氢酶活性均在300 U/100 g左右。在理论研究中利用相对标准差（RSD）评价多次重复测定的离散程度，如果RSD值小于15%，说明检测结果的可信度较高[3]。3种样品8次检测结果的RSD值分别为5.35%（样品1）、3.21%（样品2）、5.99%（样品3），均低于15%，再次印证了快速检测法的可靠性和稳定性。

表3 样品2过氧化氢酶8次检测结果统计表

2 粮食芽变快速检测方法

2.1 制备粮食籽粒匀浆提取液

2.1.1 粮食籽粒匀浆提取液的制备方法

过氧化氢酶在芽变粮食籽粒内部，需通过破碎和离心操作制取籽粒匀浆，在籽粒匀浆内存在一定浓度的过氧化氢酶。

2.1.2 粮食籽粒匀浆制备的影响因素控制

（1）破碎程度对匀浆制取效果的影响分析。粮食籽粒的破碎程度在一定程度上影响了匀浆中过氧化氢酶的含量，根据经验，籽粒破碎程度较高时，匀浆中过氧化氢酶的含量通常也更高[4]。分别选取3种搅拌转速，转速1为4 500～9 500 r·min-1，转速2为9 500～16 000 r·min-1，转速 3 为 16 000 ～ 20 000 r·min-1。检测对应的过氧化氢酶活性，转速1对应的酶活性为150 U/100 g，转速2对应的酶活性172 U/100 g，当转速大于18 500 r·min-1后，酶活性增加值不再明显，因此，将最佳转速确定为18 500 r·min-1，该转速下可达到最佳破碎程度。

（2）温度对匀浆制取效果的分析。温度对过氧化氢酶的活性影响较大，高速搅拌机破碎粮食籽粒的过程中会因摩擦产生一定的热量，进而导致粮食籽粒匀浆升温，影响酶活性。试验中需将匀浆温度控制在30 ℃以内，防止机器产生的热量破坏酶活性。因此，将初始水温设定为5 ℃，同时在搅拌混合物中加入适量冰块，实施降温。

（3）离心操作对匀浆制取效果的分析。离心过程涉及两个关键参数，分别是离心机转速和离心操作时长。通过试验发现离心机转速为4 500 r·min-1时，过氧化氢酶的活性达到峰值，继续增加转速几乎不能再提高酶活性，因此最佳离心转速确定为4 500 r·min-1。以 18 500 r·min-1破碎粮食籽粒，以 4 500 r·min-1做离心处理，检测不同离心时长下的过氧化氢酶活性，发现离心操作的最佳时长为2 min。

2.2 粮食芽变快速检测实践

2.2.1 快速检测法对不同粮食品种的适应性分析

选取众信麦998、郑麦136和百农307作为试验对象，在适宜温度下进行发芽培养，以相同的时间点检测样品中过氧化氢酶的活性，绘制3种试验对象在芽变状态下的酶活性曲线（图2）。经过初始检测，3种小麦未芽变时的过氧化氢酶活性分别为（301±5）U·g-1、（150±5）U·g-1、（85±5）U·g-1。芽变监测时长为48 h，每6 h检测一次酶活性。3种粮食籽粒芽变后的酶活性曲线均呈增长趋势，众信麦998的酶活性在0～12 h内小幅增长，郑麦136和百农307在这一时段内的酶活性增幅低于众信麦998。芽变12 h后，3种小麦样本的酶活性均显著提升，且增速较为平稳，3条曲线的走向基本保持一致,说明快速检测法能够满足不同粮食品种的芽变检测需求。

图2 不同粮食过氧化氢酶活性对发芽时间的检测曲线

2.2.2 检测粮食的不同芽变阶段

粮食的芽变过程可人为地划分为多个阶段，包括初始阶段、体积膨胀阶段、籽粒破裂阶段以及出芽阶段，不同阶段的酶活性水平存在差异，需借助试验判断快速检测法对不同芽变阶段的检测效果。分别对粳米、籼米、小麦进行检测，获取过氧化氢酶和α-淀粉酶的活性指标，后者的检测方法为3,5-二硝基水杨酸滴定法[5]。将同一品种的酶活性数据绘制在坐标系中。例如，图3为小麦品种矮抗58对应的酶活性折线图。结果显示，小麦的过氧化氢酶活性从芽变的初始阶段即开始增加，直到发芽期，酶活性始终保持较快的增长，粳米和籼米也呈现出类似的特点。3种粮食α-淀粉酶活性的增长区间有所差异，但总体都晚于过氧化氢酶。说明利用过氧化氢酶检测芽变的灵敏度更高。

图3 小麦矮抗58芽变过程中的酶活性检测

3 结语

粮食霉变和芽变的快速检测方法在原理上基本相同，霉变粮食和芽变粮食内存在高于正常水平的过氧化氢酶。利用高速搅拌机处理粮食，分别制备霉变粮食的籽粒洗涤液和芽变粮食的匀浆提取液，再使用酶活性检测仪获取过氧化氢酶活性数据，与正常值进行对比。快速检测法的整体耗时约为30 min，其检测精度、可靠度、灵敏度以及稳定性均能满足要求。在不同品种的粮食检测中也能表现出良好的适应性。