小麦储藏水分、温度和真菌生长危害进程预测

陈 畅 丁 伟， 唐 芳 程树峰

小麦储藏水分、温度和真菌生长危害进程预测

陈 畅1丁 伟1，2唐 芳2程树峰2

(北京化工大学1，北京 100029)
(国家粮食局科学研究院2，北京 100037)

对小麦储藏水分、温度、真菌最初生长时间和危害进程进行了初步探索性研究。采用喷雾着水方法将样品水分调至13．2%、13．6%、14．0%、14．5%、15．1%、15．5%、16．9%，分别于10、15、20、25、30、35℃恒温箱模拟储藏，定期检测各样品真菌生长变化情况，周期为120 d。结果表明，小麦在不同温度储藏，随着温度增加，真菌生长速度加快，30℃时达到最高，35℃时生长速度降低。在6个试验温度中，从安全和经济角度评价，最佳储藏温度为20℃;16．9%水分的小麦，由于出现一些青霉生长，即使低温储藏，这个水分仍存在着较大风险;根据上述研究结果，研究首次提出了小麦储藏水分、温度和真菌最初生长关系曲线，小麦在不同温度下储藏，真菌危害进程所需的时间。由于储粮真菌生长影响因素的复杂性，本试验数据仅供参考。

小麦储藏 水分 温度 真菌危害预测

在储粮过程中，真菌危害是全球长期以来共同面临的一个安全问题。早在20世纪30年代，Gilman等［1］发现粮食储藏中发热，不是由种子呼吸造成的，而是由真菌生长引起的，这一发现为储粮微生物学研究奠定了基础。后续几十年来，国内外有关储粮真菌有大量研究报导。Christensen等［2］和Lichtwardt等［3］提出储粮危害真菌主要包括曲霉和青霉，主要有十几种。Ayerst等［4］提出储粮真菌孢子萌发所需最低相对湿度范围通常在70%～75%;Magan等［5］对储粮真菌及其生长条件等做了系统研究，初步确定储粮真菌最低生长水分及最适生长温度，并提出不同温度和湿度条件下，储藏真菌之间存在竞争演替规律;Christensen等［9］经过20多年对多个国家收集的不同粮种数千份样品进行调查，结果发现最早在粮食上生长的真菌是局限曲霉和灰绿曲霉;唐芳等［6－8］对我国小麦、稻谷、玉米储藏真菌生长规律进行了研究，发现了储粮中最初生长的危害真菌以灰绿曲霉为主，并提出通过检测粮食中灰绿曲霉数量变化，可对粮食真菌危害进行早期预报。尽管对储粮真菌种类、生长水分、初期危害真菌生长规律进行了大量研究，但对于不同水分粮食，在不同温度下储藏真菌最初生长时间，真菌生长后危害发展进程如何，目前国内外未见相关研究报导。本试验对我国小麦储藏过程中，水分、温度、时间与真菌最初生长关系及真菌危害进程进行了研究，目的旨在解决我国粮食收购中，高水分粮短期储藏安全性预测以及储粮过程中真菌危害进程的预报。

1 材料与方法

1．1 粮食样品

由北京市某地方粮库提供，质量中等，水分为11．8%。

1．2 试剂和仪器

NIKON E100显微镜:日本尼康公司;HPS－250生化培养箱:哈尔滨东联电子技术开发有限公司;PL3002－IC电子分析天平:梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司;DHG－9246A型电热恒温鼓风干燥箱:上海精宏实验设备有限公司;JSFM－1粮食水分测试粉碎磨:成都粮食储藏科学研究所。

本试验所用水均为去离子水。

1．3 方法

1．3．1 样品着水和储藏

将经清理、除杂的小麦样品，分为若干份，采用喷雾着水法，边加水边搅拌，分别将样品水分调至试验所需水平，然后装入塑料袋中，密封于5℃冰箱中平衡10 d，如果水分着水量超过4%，需要2次着水，每次着水量应＜4%，2次平衡，操作方法同上。将平衡后的样品，每个梯度分6等份，装入1 000 mL广口瓶中，每瓶约750 g，加盖，分别于10、15、20、25、30、35℃温度恒温箱中储藏。

1．3．2 危害真菌孢子计数法

取10．0 g样品，于50 mL具塞试管中，加30 mL水，加塞，用力振荡1 min，过300目滤布，取过滤液于显微镜下进行真菌孢子计数。

1．3．3 水分测定方法

采用GB/T 5497—1985粮食、油料检验水分测定法。

1．4 数据处理

文中各图均由EXCEL软件处理获得。

2 结果与讨论

2．1 样品水分均匀性检验

小麦水分与真菌生长有密切关系，试验样本着水均匀程度会直接影响试验结果准确性。因此，在试验前，首先对所有试验样品着水的均匀性进行了检验。将样品按方法1．3．1进行着水处理，低温平衡30 d后，于不同温度的恒温箱中储藏30 d，在每个温度区中随机取样，按方法1．3．3，测定样品水分，双试验测定结果取平均值。依据水分均匀性检验结果，将其平均值定为本试验初始平衡水分。结果见表1。

表1 样品水分均匀性检验(n=6)

由表1可知，本试验调节7个水平的水分，经2次平衡后，实际测定水分值分别为13．2%、13．6%、14．0%、14．5%、15．1%、15．5%、16．9%，相对标准偏差(RSD%)范围在0．40%～0．99%之间，结果表明，试验样品着水平衡后，各水分样品均具有良好的均匀性。

2．2 小麦储藏水分、温度与真菌生长关系

按方法1．3．1进行样品着水、平衡、储藏试验，定期取样，对样品危害真菌生长进行检测，试验周期120 d，结果见图1。

图1 小麦储藏水分与真菌生长关系

从图1可看出，不同水分小麦分别在10、15、20、25、30、35℃6个温度下储藏，水分、温度、时间和真菌生长变化的关系。低于30℃时，随着储藏温度增加，真菌生长速度逐渐加快，在30℃时，真菌生长速度达到一个高峰，而在35℃时，真菌生长速度快速下降，这一变化规律主要与储粮真菌最适生长温度在30℃附近有关［2］。粮食水分是保障储粮安全第一影响因素，在本试验中根据小麦常规储藏中可能出现的水分变化范围，为了试验结果讨论方便起见，将本试验样品水分分为3个区，一是低水分区，有13．2%和13．6%2个水分，处于储粮危害真菌生长临界水分下，长时间高温储藏，13．6%水分小麦可能会有真菌生长，主要生长真菌为局限曲霉和少量灰绿曲霉［10］。局限曲霉为灰绿曲霉的一种退化种，最低临界生长水分低于灰绿曲霉，且生长速度慢于灰绿曲霉。研究还发现，13．6%水分小麦35℃高温下储藏，可能更有利于干性菌孢子萌发，真菌检出量略高于30℃下储藏的样品。但这类真菌生长速度慢，对粮食危害小，一般不会对常规储粮安全构成威胁［11］。第二个水分区是14．0%～15．5%间，这个区是小麦常规储藏最易出问题的水分区，从图1可看出，除温度10℃外，其他各温度储藏条件，均出现了真菌生长。在25℃、30℃储藏的15．1%和15．5%2个水分样品储藏120 d时，真菌检出量已超过了107个/g，这时用肉眼可明显看到小麦表面有真菌生长迹象，按照储粮真菌危害早期检测方法判定标准［12］，已处于严重危害，这种情况在实际储粮中，粮堆可能会出现发热、发霉现象。第三个区是16．9%水分，称为超高水分区，小麦常规储藏中不常出现，但小麦收获期间遇到连阴雨，有可能会出现这类高水分粮，温度合适时，10～20 d内真菌可能会对小麦造成危害，同时还会伴有一些真菌毒素产生。由于这个水分区主要生长危害真菌类型转化，如一些适宜低温生长的青霉出现，因此，水分16．0%以上的小麦低温储藏仍存在着较大安全隐患。

对于在不同温度下小麦储藏，水分和真菌生长变化存在着明显的差异。如在10℃小麦储藏120 d，13．2%、13．6%、14．0%、14．5%、15．1%、15．5%水分均未检出有真菌的生长迹象。16．9%水分样品在储藏到120 d时，发现有真菌生长迹象，检出浓度值为9．0×105个/g，但这时真菌还不能对粮食构成危害。15℃小麦储藏(图1b)时，除14．5%及以下水分样品未检出真菌生长外，15．1%和15．5%样品储藏到120 d时，同时检出有真菌生长，检出浓度值在105个/g，属于真菌生长临界状态，它对小麦储藏安全影响较小。16．9%水分样品，由于水分偏高，一些适宜低温生长的青霉开始生长，在储藏40 d时检出有真菌生长，到50 d真菌检出浓度值已达到106个/g。由此可见，在超高水分小麦，进行低温短期储藏仍存在较大风险。20℃下小麦储藏，可认为是一个准低温储粮状态，在这一温度下一些主要储粮危害真菌开始摆脱低温束缚而生长，但生长速度较慢。从图1c可看出，13．2%、13．6%、14．0%3个水分样品均未检出真菌的生长。14．5%水分样品120 d时开始出现真菌生长迹象，监控到180 d时，检出量仍很少，只有3×105个/g，生长极为缓慢。其他水分除16．9%水分样品检出有严重的真菌危害(已达到107个/g)外，15．1%和15．5%2个水分的样品，分别在80 d和50 d时检出有真菌的生长，随后尽管出现了真菌增长，但生长速度较慢。从本试验结果分析，同时考虑常规储粮中水分迁移可能导致的粮食水分增加量等因素的影响，储粮温度设置在20℃左右，可能对储粮安全和企业的经济利益是一个较合适的选择。25、30和35℃是储粮真菌危害主要温度区域，从图1d至图1f可看出，小麦在这个温度区储藏，危害真菌无论是检出时间还是检出浓度均明显高于其他温度区，30℃是多数储粮真菌最适生长温度［2］，在这一温度条件下小麦储藏，不同水分小麦样品真菌生长速度明显高于另2个温度，有的相差可达数倍。但对真菌最初检出时间，30℃和35℃2个温度相差并不十分明显，特别是在临界水分附近，如14．0%和14．5%2个水分，35℃储藏到40 d和30 d时检出有真菌的生长，而30℃真菌检出时间分别在50 d和40 d，从这一结果可看出，小麦在临界水分下储藏，适当的高温可能有利于真菌孢子萌发和初期生长，但从长远来看，35℃真菌生长速度远不如在最适温度下生长的快。

本项研究可用于小麦收购过程中高水分粮短期储藏和常规储粮时，问题点真菌危害进程的检测和预报，但由于本项研究结果是在实验室理想条件下获得的，与实际储粮可能会存在一定差异。

2．3 小麦储藏水分、温度与真菌最初生长时间关系曲线

在上述研究结果基础上，以小麦试验样品储藏温度(Y)对真菌最初生长时间(X)作图，对不同水分下真菌最初生长时间进行对数拟合，得出小麦在储藏过程中水分、温度与真菌最初生长时间关系曲线(图2)。

图2 小麦储藏水分、温度与真菌生长时间的关系

从图2可知，本研究提出了小麦储藏过程中水分、温度与真菌最初生长时间的关系曲线。本曲线主要用于小麦短期储藏或常规储藏真菌最初生长时间的预测。在曲线中，可根据试验样品水分，将其分为3个部分，一是13．6%水分，在常规储粮过程中，这个水分感染的真菌主要是局限曲霉和个别灰绿曲霉［10］，这类真菌生长速度慢，一般不会造成粮堆发热、霉变现象。二是14．0%～15．5%水分，是在常规储粮过程中，最易出现真菌危害的水分区域，在下限值时需要密切监测真菌生长变化。在上限值时需及时处理，以免造成更大损失。在这阶段生长的真菌主要是灰绿曲霉、白曲霉等［10］。三是16．9%水分，这一水分小麦在10℃储藏真菌仍能生长，这些真菌主要以可低温生长青霉［2］为主，它是粮食低温储藏主要危害真菌之一。因此，对于超高水分的小麦即使在低温下储藏也存在着较大风险。

此外，需要有2点说明，一是13．2%水分的小麦样品，储藏120 d后，未检出有真菌生长，因此图2中没有体现。二是在本试验中，共设了6个试验温度，由于储粮真菌多数最适生长温度在30℃附近，在35℃时，尽管真菌最初生长时间与30℃相近，但整体真菌生长速度远低于30℃。将35℃点列入图内，对曲线对数拟合影响较大，此外，实际小麦储藏中出现这样高温机会较少，所以在图2中未采用35℃的数据。

由于曲线数据是在等温条件下完成的，所以，应用范围仅局限于短期储粮，一般1～4个月时间。对于小麦长期储藏，还要考虑环境因素对粮堆水分迁移的影响［13］。

2．4 小麦储藏水分、温度与真菌危害进程

按照文献报导方法［13］，将小麦真菌检出浓度分为4级，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。Ⅰ级为安全，采用方法1．3．2不能检出真菌孢子，故在表2中从Ⅱ级开始，Ⅱ级表示真菌生长为临界状态，真菌孢子检出浓度范围为1．0×105～9．9×105个/g。Ⅲ级为危害，真菌孢子检出浓度范围为1．0×106～9．9×106个/g。Ⅳ级为严重危害，真菌孢子检出浓度超过1．0×107个/g。表2中所列时间为真菌生长达到各级的最初时间。如果在两个相临检测时间(每隔10 d检测1次)里，真菌检测值出现级的跃迁现象，前一级真菌最初生长时间以下一级检出时间减5 d计。

表2给出了小麦储藏过程中，不同水分不同温度下储藏，真菌危害进程所需的时间，从真菌开始生长、到逐渐对粮食造成危害，直至粮食中出现发热、霉变的严重危害，各阶段真菌生长所需时间在本表中均有反映。本试验数据是在实验室等温条件下的结果，因此，表2仅试用于小麦短期储藏，如小麦在收购时，高水分粮短期储藏安全期预测。此外，在常规储粮过程中，当检出粮堆某个部位出现真菌生长时，根据检出真菌孢子浓度值、粮食水分和环境温度，可推测出真菌对粮食造成危害所需要的大概时间。从表2可看出，小麦储藏过程中，真菌危害温度范围为25～35℃，20℃以下小麦常规储藏是较为安全的，但对于16%水分以上的小麦，在低温条件下储藏仍存在较大安全隐患。

表2 小麦储藏水分、温度与真菌危害进程/d

3 结论

3．1 采用喷雾着水，低温平衡方法，对试验样品进行水分调节，调节水分后样品进行均匀性检验(n=6)，相对标准偏差范围为0．40%～0．99%，由此表明，采用本方法进行样品着水和平衡，各样品均有较好的均匀性。

3．2 试验对不同水分小麦在6个试验温度下储藏，水分、温度和真菌生长变化时间的关系进行初步研究。研究发现，低于30℃时，真菌生长随着试验温度的增加，逐渐加快，在30℃时，真菌生长达到了一个高峰，在35℃时，真菌生长速度快速下降，这一变化规律主要与真菌最适生长温度有关。10、15、20℃小麦储藏，在水分15．5%以下，个别样品也可检出有真菌的生长，但生长速度慢，对小麦储藏安全影响较小。16．9%水分的样品在本试验温度区均可生长，由此可看出，在16．0%以上高水分小麦即使在低温条件下储藏仍存在较大安全隐患。25、30、35℃小麦储藏，试验结果表明，这一温度区是真菌主要危害区，但在这3个温度间，真菌生长速度存在着明显的差异，30℃最快，25℃次之，35℃最慢。因此，从储粮安全和经济效益角度分析，20℃小麦储藏是一个较为适宜的储粮温度。

3．3 提出了一个小麦储藏水分、温度与真菌最初生长时间的关系曲线。本曲线主要试用于小麦短期储藏或常规储藏真菌生长早期预测。由于曲线数据是在等温条件下完成的，因此应用范围仅局限于短期储粮，一般1～4个月。

3．4 提出了不同水分小麦在不同温度下储藏，真菌危害演进所需时间，从真菌开始生长、到对粮食产生危害，直至粮食出现发热、霉变的严重危害。各阶段真菌生长所需时间在本表中均有所反映。本试验数据是实验室等温条件下研究的结果，因此，表2数据仅试用于小麦短期储藏。

3．5 试验仅对小麦储藏水分、温度、真菌生长和危害进程进行了一次初步探索性研究，由于本试验数据是在实验室理想的条件下获得的，这可能与实际储粮会有一定差异，因此，在使用时，还需结合当地储粮条件综合考虑。

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［7］唐芳，程树峰，伍松陵．稻谷储藏主要危害真菌生长规律的研究［J］．中国粮油学报，2009，24(6):98－101

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［10］Christensen CM．Grain storage studies XVIII．Mold invasion of wheat stored for sixteen months at moisture contents below 15 percent［J］．Cereal chemistry，1955，32:206－216

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［12］程树峰，唐芳，伍松陵．储粮真菌危害早期检测方法的研究［J］．中国粮油学报，2011，26(4):85－88

［13］程树峰，唐芳，伍松陵．小麦储粮安全水分的研究［J］．中国粮油学报，2011，26(1):88－91．

Study on the Changes of Moisture Content，Temperature and Forecast of Growth and Spoilage Process of Fungi in Stored Wheat

Chen Chang1Ding Wei1，2Tang Fang2Cheng Shufeng2
(Beijing University of Chemical Technology1，Beijing 100029)
(The Academy of Administration of Grain2，Beijing 100037)

The changes of moisture content，temperature，initial growth time and spoilage process of fungi were studied．The moisture contents of wheat samples were adjusted to 13．2%，13．6%，14．0%，14．5%，15．1%，15．5%，16．9%by spraying method respectively，and the samples were stored in incubators at 10，15，20，25，30，35℃respectively．The samples were taken periodically to determine the fungi spores，and the period of experiment was 120 days．The results showed that the growth of fungi increased with the temperature increasing，and fungi growth was most rapid at 30℃，and decreased at 35℃gradually．In six experimental temperatures，the optimum temperature was 20℃based on stored grain safety and economic evaluation．Because of appearing growth of penicillium，the wheat samples with the moisture content of 16．9%at low temperatures still have bigger risk．According to the results of the study，we first proposed the relation curves of the moisture content，temperature，fungal initial growth，and spoilage of process in stored wheat，the wheat stored at different temperatures and the time needed for the spoilage process of fungi．Due to complexity of fungal growth in grain storage，the experimental result is only for reference．

stored wheat，moisture content，temperature，forecast of spoilage of fungi

S－3

A

1003－0174(2012)05－0005－06

质检公益性行业科研专项标准化项目(201010215－01)

2011－05－27

陈畅，男，1980年出生，博士，微生物学

唐芳，女，1978年出生，助理研究员，粮食微生物