不同储藏条件下玉米真菌多样性研究

程 芳 陈 伟

不同储藏条件下玉米真菌多样性研究

程 芳 陈 伟

(山东农业大学食品科学与工程学院，泰安 271018)

研究不同含水率玉米在温度为20、25、30、35℃及相对湿度为70%～80%、80%～90%、≥90%条件下储藏过程中霉菌数量、种群组成、Simpson优势度指数和优势微生物种群变化动态。结果表明:从不同含水率玉米中分离到的优势霉菌主要是青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、根霉属(Rhizopus)和镰刀霉属(Fusarium)，玉米含水率为10．04%和14．72%时，优势霉菌为青霉属和曲霉属;玉米含水率为19．41%时，优势霉菌为曲霉属中灰绿曲霉和黄曲霉。霉菌多样性特征与玉米的储藏环境有关，温度低且玉米含水率低时，霉菌的多样性大，优势度小;而高含水率玉米的霉菌多样性小，优势度大。含水率和温度对玉米脂肪酸值变化有显著影响，玉米含水率和储藏温度越高，脂肪酸值含量越高。

玉米 储藏 温度 含水率 相对湿度 霉菌 脂肪酸值 微生物种群

我国是储粮大国，玉米是我国三大主要粮食品种之一，产量约为全国粮食总产量的1/4，占世界玉米总产量的1/5［1］。玉米属于不耐储品种，在储藏期间会受到各种微生物特别是真菌的危害。据估计，全世界每年仅粮食霉变造成的损失就达总产量的3% 以上［2］。

粮食微生物从数量上看，细菌数量最多，霉菌次之，放线菌和酵母菌最少，但是霉菌对粮食的危害最为严重，细菌、放线菌和酵母菌影响有限［3］。影响粮食储藏安全的主要因素是霉菌腐败，霉菌的种类和数量基本上可以反应粮食的安全状况，美国农业部规定粮食中霉菌菌落总数限量级别为105cfu/g，当霉菌总数大于此级别时，则不能使用;日本规定小于或者等于104cfu/g的标准与FAO的标准一致［4］。

粮食在储藏过程中产生霉变，以及产毒霉菌产生的毒素对粮食的加工生产产生严重的影响，测定脂肪酸值已经成为检测粮食食品品质好坏的重要手段之一。一般刚收获的玉米脂肪酸值在15～20 mgKOH/100 g干样之间。《玉米储存品质判定规则》将玉米脂肪酸值＞50 mgKOH/100 g的玉米判定为不宜储存，将＞78 mgKOH/100 g的玉米判定为陈化［5］。

本研究利用传统方法检测玉米中的带菌量，从而预测微生物活性，研究不同含水率玉米在温度为20、25、30、35 ℃，相对湿度为 70%～80%，80%～90%，≥90%下储藏过程中的微生物特性，同时测定玉米储藏过程中的脂肪酸值变化。

1 材料与方法

1．1 材料

1．1．1 粮食样品

2010年收获的东北玉米盛单219，初始品质见表1。

表1 玉米初始品质及带菌量

1．1．2 仪器

分析天平(精度0．000 1 g):赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;高压蒸汽灭菌锅:山东新华医疗器械有限公司;超净工作台:苏州安泰空气技术有限公司;LRH－250生化培养箱:上海一恒科技有限公司;HH－4数显恒温水浴锅:国华电器有限公司;pHs－3型酸度计:上海第二分析仪器厂;HYG－B全温度摇瓶柜:太仓市实验设备厂;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;TE2000－尼康倒置显微镜:南京兆坤仪器有限公司。

1．2 试验方法

1．2．1 玉米含水率调节方法

将玉米样品放入灭菌后的玻璃容器内，按其含水率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，用薄膜覆盖使水分被完全吸收和平衡，获得所需要的玉米水分含量［6］。

1．2．2 粮食模拟储藏方法

干燥器(180 mm)内放置不同饱和盐溶液，以形成不同相对湿度的密闭环境条件。分别以NaCl、KNO3和KCl的饱和盐溶液配置形成不同的相对湿度［7－8］，20 ～35 ℃下几种不同饱和盐溶液相对湿度值见表2。

配制溶液用盐须符合化学纯或分析纯试剂要求，且不少于1/4盐晶体存在于溶液中;配制饱和盐溶液的蒸馏水电导率应低于10 s/m(可用去离子蒸馏水)。

表2 不同饱和盐溶液在不同温度下的相对湿度

称取玉米样品90 g放在无菌平皿内，将平皿放在装有不同饱和盐溶液的干燥器内，分别置于20、25、30、35℃恒温培养箱中培养21 d。

1．2．3 相关指标测定方法

玉米样品含水率的测定按照GB 5497—1985粮食、油料检验水分测定法执行;玉米脂肪酸值含量的测定按照GB/T 15684—1995执行;玉米中霉菌分离及鉴定参照GB/T 4789．16以及参考文献［9］执行;玉米样品中杂质含量按照GB/T 5494—2008执行;玉米外部带菌量采用稀释平板计数法计算菌落总数，按照 GB 4789．15—2010执行。

霉菌测定培养基配方为:蛋白胨5．0 g，葡萄糖10．0 g，KH2PO41．0 g，MgSO4·7H2O 0．5 g，琼脂20．0 g，孟加拉红 0．03 g，氯霉素 0．1 g，水1 000 mL。

1．3 玉米在不同温度和湿度条件下储藏过程中霉菌的多样性测定

参照 Guo等［10］的方法，选用 Shannom －Wiener指数(H)、丰富度指数(S)、Pielou指数(J)和Simpson优势度指数(D)，多样性指数 H的计算公式为:H= －∑Piln Pi，式中，Pi=Ni/N，Ni为属i的单菌落数量，N为玉米样品中的总单菌落数量。均匀度指数J的计算公式为:J=－∑Piln Pi/ln S，式中，S为属i所在玉米样品中属的数目。采用Simpson优势度指数测定群落内不同物种所起的作用和所占的地位，其公式为:D=∑Pi2。

1．4 数据统计方法

数据处理和分析采用SAS V 9．0软件。霉菌菌落总数及脂肪酸值的数据处理采用逐步回归分析(SRA，stepwise regression analysis);玉米脂肪酸值和多样性分析采用方差分析(ANOVA，analysis of variance)。

2 结果与分析

2．1 温度、湿度及含水率对储藏过程中玉米霉菌菌落总数的影响

将3种不同含水率的玉米在20、25、30、35℃和相对湿度70%～80%、80%～90%、＞90%环境中储藏，测定霉菌菌落总数如图1所示。通过数学分析回归方程为 Y=1．276+14．813p+2．096k，(p 为含水率，P ＜0．05;k为相对湿度，P ＜0．05)，P ＜0．05 具有统计学意义，R2=0．688 0，F=36．38。其中温度变量未被引入模型中，表明在20～35℃范围内温度对霉菌数量的影响较弱，含水率对霉菌菌落总数影响最大，其次为相对湿度。玉米在不同温度下随着相对湿度和玉米含水率的增加，霉菌菌落总数呈上升趋势，含水率在14．72%以下时，霉菌菌落总数增幅较小，霉菌菌落总数低于或者等于105cfu/g;当含水率从14．72%上升到19．41%，霉菌菌落总数的增幅相对较大，从104cfu/g上升到106cfu/g;玉米霉菌菌落总数超过105cfu/g就已经不适合储藏。

图1 玉米在不同温度，不同含水率及RH下的霉菌菌落总数

2．2 不同含水率玉米在不同储藏条件下霉菌的种类及多样性特征

不同含水率玉米在储藏过程的霉菌污染主要为青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、根霉属(Rhizopus)和镰刀霉属(Fusarium)，如表3所示;其中青霉属和曲霉属是优势菌属，这与谢刚［11］在粮食污染主要真菌毒素研究中认为青霉属和曲霉属是玉米储藏期间的主要腐败菌属相一致。含水率为10．04%和14．72%时，优势菌属为青霉属、曲霉属、镰刀霉属和根霉属，菌落总数达到104cfu/g;当含水率为10．04%时，青霉属、曲霉属、镰刀霉属和根霉属分别占总菌落的 42．16%，38．24%，9．8%，9．8%;当含水率为14．72%时青霉属、曲霉属、镰刀霉属分别占总菌落的 14．58%，77．08%，8．33%;含水率为19．41%时，优势菌属为曲霉属(包括灰绿曲霉和黄曲霉)，占总菌落的88．12%。玉米在储藏过程中随着水分含量的升高曲霉属逐渐代替青霉属和镰刀霉属成为优势菌属，黄曲霉在适宜环境下会产生黄曲霉毒素，危害人类及牲畜的健康，因此要降低储藏玉米的含水率，防止其在储藏过程中发生霉变。

表3 不同含水率玉米中霉菌多样性

不同含水率玉米在储藏过程中霉菌的多样性、丰富度、均匀度、优势度指数如表 4，含水率为10．04%时，霉菌多样性指数最大为1．328，均匀度在含水率为19．41%时最大，多样性指数和丰富度指数随含水率的增加则呈递减趋势，而霉菌的优势度则随含水率的增加呈递增趋势，这与霉菌的菌相和霉菌菌相的生存环境呈正相关。

表4 玉米在不同水分条件下储藏霉菌的多样性、丰富度、均匀度及优势度指数

2．3 玉米储藏过程中脂肪酸值的变化

在高温储藏条件下，脂肪酸值随储藏时间的延长呈明显的上升趋势，且变化幅度较大，对温度极为敏感［12］。这表明脂肪酸值受温度的影响很大［13］。脂肪酸值变化如表5，数学分析得出的回归方程为Y= －257．070+4．629n+1548．445p，(n 为温度 P=0．001 6，p为含水率 P ＜0．000 1)，P ＜0．05 具有统计学意义，R2=0．691 7，F=37．02。相对湿度变量未被引入模型中，表明相对湿度对脂肪酸值的影响较弱。总体而言，储藏过程中，温度和含水率对玉米脂肪酸值的影响较大，相对湿度的影响不显著。

当含水率为10．04%、温度为30℃时，玉米脂肪酸值大于50 mgKOH/100 g，不宜储藏;当温度达到35℃时玉米开始陈化。而当玉米含水率为19．41%时，20℃时脂肪酸值为122．38 mgKOH/100 g，大于78 mgKOH/100 g，已经开始陈化。在20～35℃范围内温度对霉菌菌落总数没有显著影响如图1，但对玉米脂肪酸值影响显著，因此要控制玉米的储藏温度和含水率，确保粮食的品质与安全。

表5 玉米在储藏过程脂肪酸变化(mgKOH/100 g干基)

3 讨论

3．1 玉米储藏过程中含水率变化

含水率对玉米在储藏过程中霉菌及品质变化影响显著，但由于粮食在储藏过程中会接触外界环境，储藏水分会在不同程度上发生变化，并受外界温度及相对湿度的影响;周建新等［14］在对小麦粉储藏过程中水分含量变化的研究中得出温度、湿度与水分含量都呈极显著的二元线性关系;由于试验条件限制，还没有明确阐述玉米储藏过程中含水率和相对湿度之间关系，但随着现代储藏技术的进步及设备的完善，对于玉米在储藏过程中含水率变化会被不断的阐明，控制玉米水分含量变化，确保粮食安全。3．2 玉米储藏过程中霉菌影响因素

试验通过统计学方法得出环境因素对霉菌影响的回归方程 Y=1．276+14．813p+2．096k(p 为含水率，P ＜0．05;k为相对湿度，P ＜0．05)表明在 20～35℃范围内对霉菌菌落总数的影响温度较弱，含水率影响较大，其次为相对湿度，这与黄淑霞［8］2010年研究高于2%安全水分的粮食在储藏过程中霉菌活性变化显著相一致。由于温度对玉米影响较小，20℃和25℃玉米霉菌菌落总数及品质变化差异性较小，因此在储藏过程中温度设置在＜25℃范围内即可。

4 结论

4．1 同一含水率的玉米样品，在不同的温度和相对湿度条件下储藏，霉菌菌落总数随温度和相对湿度的变化分别为:温度25℃时＞30℃时＞20℃时，相对湿度90%～100%时＞80%～90%时＞70%～80%时。相同温度和相对湿度条件下，玉米含水率越高，则霉菌菌落总数越大，玉米越容易发生霉变。

4．2 玉米储藏过程中多样性指数与含水率呈负相关，菌落优势度与含水率呈正相关;玉米储藏过程中引起霉变的主要是曲霉属和青霉属。

4．3 玉米脂肪酸值含量与温度和含水率呈正相关，即随着温度和含水率的增加，脂肪酸值含量逐渐增加。

玉米在储藏过程中受到含水率、温度、相对湿度等环境因素的影响，储藏过程中要检测玉米的微生物菌群变化，控制玉米的含水率在14%安全水分以下，温度在25℃以下，及相对湿度在70%以下，以防发生霉变，产生毒素，从而保证粮食的品质及安全。

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［2］蔡静平，黄淑霞，张晓云，等．仪器法快速检测储粮霉菌的可靠性研究［J］．谷物化学与品种分析，2003(32):33－36

［3］李荣涛．粮食微生物与粮食防霉［J］．垦殖与稻作，2004:52－53

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［11］谢刚．粮食污染主要真菌毒素的研究［D］．成都:四川大学，2005

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Study on Fungal Diversity of Maize under Different Storage Conditions

Cheng Fang Chen Wei
(College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai'an 271018)

The mold quantity，population composition，Simpson dominance index and dynamic changes of dominant species groups，in maize with three moisture contents，four temperatures and three relative humidity were studied in this paper．Penicillium，Aspergillus，Rhizopus and Fusarium were isolated from maize with different moisture contents．Penicillium and Aspergillus were dominant in the maize with 10．04%and 14．72%moisture contents，while in the maize with 19．41%moisture content，Aspergillus glaucus and Aspergillus flavus were dominant．It was found that the diversity features of molds were related to the storage environment．Greater diversity and lower dominance index presented in the maize with lower moisture content and temperature，while lower diversity and larger dominance index were demonstrated in the maize with high moisture content．Moisture content and temperature had significant effect on the amount of fatty acid values．The higher the moisture content and temperature were，the greater the fatty acid value was．

maize，storage，temperature，moisture content，relative humidity，mold，fatty acid value，diversity of the microorganism

TS210．2

A

1003－0174(2011)10－0083－05

泰安市科技发展计划(20103009)

2010－11－30

程芳，女，1984年出生，硕士，食品科学

陈伟，女，1970年出生，博士，副教授，农业微生物学、发酵食品