探讨高温环境中通风对粮食微生物的抑制情况

　　前言

　　在小麦收获、 收购和入仓时经常会遇到因粮食水分较高而难以安全储藏的问题. 入仓期的高水分粮在高温环境中很容易霉变发热. 入仓的粮食还会存在品种混杂、 水分含量高和品质差异大等特点. 储粮微生物在温湿度较大的环境中有时还会产生真菌毒素等， 如黄曲霉等易产生剧毒和致癌的黄曲霉毒素等. 通常，对于高水分粮可以采取烘干、晒干和通风降水等措施，如对于东北粮食主产区的高水分玉米和南方粮食主产区的高水分稻谷较多采用烘干技术处理. 但对于华北粮食主产区，在粮食收购和入仓时较少采用烘干技术，因此高水分粮安全储藏技术仍较落后. 另一方面，这些地方的大型仓房常常因粮源等原因， 入满一个单仓的时间周期较长， 在夏季入库的较高水分小麦容易出现发热霉变等问题. 对于高温季节高水分粮储藏中的发热和霉变问题， 在其他技术如烘干等设施难以到位的情况下，进行通风处理应为重要的应急措施之一，即在烘干、晾晒等条件难以应用的情况，对于新收获的高温高水分小麦，在其粮情易于处于不稳定状态时采取机械通风处理较为易行. 当前储粮通风技术的设备选择与配置、运行参数、运行模式等是以大规模或整仓粮食在适当温差下运行为基础的，对于入仓过程或短期储藏的粮食可能会存在通风效率低、能耗大、水分过分损耗等问题. 研究探讨夏季高温高湿条件下不同通风风速和处理时间对粮食中微生物的影响，可为科学通风、抑制霉变、防止粮食发热提供细化的参数指导. 笔者研究了在高温环境中，不同通风风速下不同水分含量的小麦中微生物的活性变化，意在探讨高温环境中通风对粮食微生物的抑制情况，为高水分粮的夏季安全储藏提供参考.

　　1 材料与方法

　　1.1 材料与仪器

　　1.1.1 材料
　　试验粮仓：直径 1 m，高 3 m 的镀锌铁皮圆筒仓，装粮量约为 1.6 t. 其下部 15 cm 处设架空的全开孔冲孔钢板作为通风孔板和粮食承载底面，通风孔开孔形状近长方形，孔板开孔率为 33%. 在通风孔板下的仓壁侧面设直径 70 mm 的通风进气孔，其上连接相应的通风管和风机， 在通风管上部中间设有一个风速检测孔和可以轴向转动的风速调节阀. 通风风机型号为 8XT 型，安徽省界首市云龙电器有限公司生产，风速 14 m/s，功率 0.75 kW. 在粮面下 30 cm 和粮堆圆柱体底平面层分别设置中心和半径圆周点上的温度传感器， 其相应的测温电缆置于粮面外，连接 LYLJ-II 型温度检测仪检测温度，测温误差为±0.5 ℃. 测试装置示意图见图 1.

　　整个试验过程于当年夏季在中央储备粮商丘直属的一大型平房仓内进行.

　　试验用小麦： 河南省商丘市当年新收获的混合硬质冬小麦， 容重 780 g/L 左右， 杂质 0.9％~1.0%，色泽、气味正常. 不同处理批次的小麦水分为 15.5%、14.5%、14.0%.【图1】

　　
　　1.1.2 仪器及参数
　　SKWJH-1 型微生物活性检测仪： 四川昇荣科技发展有限公司， 其原理为将粮食微生物细胞中与代谢活动密切相关特定酶（过氧化氢酶）的活力变化量通过微生物检测仪进行量化显示， 单位为 U. 即微生物物的活性为微生物中特定酶的活力. KS-2 康氏振荡器：江苏金坛宏凯仪器厂，振幅20 mm， 频率起动 300 r/min， 配套分液漏斗夹具.

　　AL204 型天平： 深圳市郎普电子科技有限公司，感量为 0.000 1 g， 误差为±0.000 3 g. DFA-3 低压风速表：鞍山市光学有限公司，风速误差为 0.01 m/s.TES-1340 型热线式风速计： 泰仕电子工业股份有限公司，精度为 0.01 m/s.

　　1.2 方法

　　1.2.1 试验方法
　　分别将试验小麦装入粮仓中，埋入测温电缆，连接相应设备. 开启风机，检测管道风速，调节通风阀门， 使粮堆表面风速分别稳定在 0.06 m/s、0.04 m/s、0.02 m/s、0 m/s. 每 天在 10:00 ～16:00 进行通风运行. 每日通风结束后， 自上而下取样，样品质量 1 kg. 试验期间环境气温为 23~35 ℃，相对湿度为 35％~65%. 粮温在 27~32 ℃之间.
　　
　　1.2.2 微生物活性的测定
　　称取 100 g 粮食样品于 500 mL 具塞三角瓶中， 分 3 次加入蒸馏水（每次约 160 mL），每次在振荡器上振荡 2 min 后用滤网过滤到 500 mL 的量筒中， 滤液补足至 500 mL 作为粮食样品提取液.

　　将样品提取液加到微生物活性检测仪的反应室中，加热至 30 ℃，加入 30%过氧化氢 10 mL，加盖密闭，开始微生物活性值的检测，仪器自动计时至10 min 后检测结束， 屏幕上显示的数值即为该粮食样品的微生物活性值 （U）. 每个试验设 3 个平行.每天微生物活性值的变化数=[第 n 次取样该点粮食的微生物活性值－第(n-1)次取样该点粮食的微生物活性值]/n.

　　1.2.3 数据处理方法
　　数据采用 Microsoft Excel 处理，并采用 DPS 软件 Duncan 新复极差法进行多重比较分析.

　　2 结果与分析

　　2.1 通风对水分含量 14.0%的小麦中微生物活性的抑制

　　水分含量为 14.0%的小麦在 25~35 ℃条件下分别采用表面风速 0 m/s（不通风）、0.08 m/s、0.06m/s、0.04 m/s、0.02 m/s 进行通风后，测定不同时间不同位置的微生物活性，结果见表 1.【表1.略】

　　从表 1 可以看出， 粮堆上层小麦在通风开始时微生物的活性在 37～63 U 之间， 没有通风的粮食中微生物的活性在第 13 天时显着增强，在第 31天时达到 385 U，相应地下层粮食的微生物活性在第 10 天时显着增强，在第 31 天时达到 398 U. 以0.02～0.08 m/s 进行通风的粮食中微生物的活性值不但没有增强，反而均呈现略微下降趋势. 即使是在风速最小 0.02 m/s 的情况下， 小麦中微生物活性也是不升反降. 结果显示，水分含量为 14.0%的小麦在夏季高环境中堆放储藏时， 其中微生物活性会随时间延长而升高. 夏季堆存小麦在通风或有气流影响的条件下， 其中微生物活性会受到抑制. 通风对微生物的活性抑制是由于通风气流及时带走了粮食和微生物产生的湿热， 使得微环境中温度和湿度不再有利于微生物的活动.

　　2.2 通风对水分含量为 14.5%的小麦中微生物活性的抑制

　　水分含量为 14.5%的小麦在 25～35 ℃条件下分别采用粮堆表面风速 0 m/s（不通风）、0.08 m/s、0.06 m/s、0.04 m/s、0.02 m/s 进行通风后 ， 测定不同时间不同位置粮食的微生物活性值，结果见表 2.【表2.略】
　　
　　从表 2 可以看出，起始微生物活性在 37～63 U的水分含量为 14.5%的小麦， 未通风情况下在第13 天时其中微生物活性出现显着增强，在第 31 天时达到 396 U 以上. 进行通风处理的小麦中微生物活性值都呈现略微下降趋势. 结果显示，水分含量为 14.5%的小麦在夏季高温环境中堆放储藏时，其中 微生 物活 性随 时间 延 长 而 升 高 的 情 况 与14.0%的小麦储藏情况相近，通风可以抑制其微生物活性， 通风处理有利于偏高水分小麦在高温环境中安全储藏.

　　2.3 通风对水分含量 15.5%的小麦中微生物活性的抑制

　　试验条件下对水分含量为 15.5%的小麦进行不同风速间歇通风处理后， 测定不同时间不同位置的微生物活性值，结果见表 3.【表3.略】
　　
　　从表 3 可以看出，起始微生物活性值在 57～68U 之间的小麦，在未通风情况下其中微生物活性在第 10 天时出现显着增长，在第 28 天时达到 500 U(安全储藏活性临界值 ). 进行间歇通风处理的小麦中微生物活性值则仍保持略微下降趋势. 结果显示，水分为 15.5%的小麦在夏季环境温度下如果不进行通风处理， 其中微生物会较快地表现高活性， 并在 28 d 达到非安全状态. 采用不同试验风速进行间歇通风处理的小麦， 其中微生物活性则受 到 明 显 抑 制 . 结 果 说 明 即 使 水 分 含 量 达 到15.5% 的小麦，储藏中如果进行通风处理，通风气流将粮堆微环境中的湿热携带到粮堆外， 可使其中微生物处于低活性状态，夏季高温环境中高水分粮食进行通风处理可抑制微生物活性.

　　比较 3 种不同水分含量的小麦中微生物的活性变化可以看出，3 种小麦在夏季温度环境中，如果不进行通风处理微生物活性都会在一定时间内显着升高， 且水分越大， 微生物活性增长速度越快，增长幅度越大. 试验也说明，在夏季高温环境下，粮食的水分含量会明显影响到粮食储藏安全.

　　3 讨论

　　在我国的小麦主产区， 夏粮在入库后的一定时期常常处于高温储藏状态，高水分粮储藏问题也很常见. 高温高水分的粮食和其中的微生物更容易在此环境中呼吸和旺盛活动， 容易使粮堆内热量积累，造成粮食发热霉变. 许多情况下烘干、晾晒等处理技术难以实施， 使得新收获小麦的粮堆内部温度和水分较高，粮情处于不稳定状态，对此采取机械通风处理则相对较为易行. Smith报道粮堆的自然气流可带走热量，但过程很缓慢. 本试验表明， 通风可抑制高温高水分小麦中的微生物活性， 通风气流可以促使生物活动产生的热量从粮堆中散出. 在通风过程中掌握适当的通风参数，可以在有效抑制微生物活性的基础上，提高通风效率，避免有害通风. 储粮通风中测定粮堆表面的风速简单易行， 可以通过测定粮堆表面风速掌握通风运行情况. 从试验中对小麦中微生物活性抑制的情况看， 粮堆风速在 0.02~0.08 m/s 之间时对活性抑制结果差异不显着， 即意味着采用较低的粮堆表面风速就可起到抑制微生物活性的作用.

　　根据本试验， 采用低粮堆表面风速进行间歇通风作业，既可抑制微生物活性，又不需要连续的大风速通风，具有节能高效的效果. 同时，低风速间隔作业还有利于充分利用一天中的有利通风时机合理安排工作和运行时间.

　　根据储粮机械通风技术规程有关规定， 对于粮食水分高于当地储粮安全水分进行降温通风时， 要求允许通风的温度条件为开始通风时温差在 8 ℃以上，通风进行时温差在 4 ℃以上. 从本试验的结果看，夏季入仓的高水分小麦储藏中，要进行规程规定的温差条件开启或进行通风难以获得要求的环境温度条件. 从防止微生物活动和粮食霉变的需求考虑， 进行适当的通风来防止微生物活动仍然是可行的. 机械通风可以使夏季高水分小麦实现短期安全储藏.

　　在温度 30 ℃的条件下， 水分含量为 13.3%的小麦可以在 120 d 内不出现危害性真菌的生长，小麦中最初生长的主要危害性真菌最低生长水分在14.1%左右. 本 研究 的结果 也说 明，小麦水分在14.5%以下时即使不进行通风处理，在 1 个月内其中微生物的活性也不超过 500 U. 但水分含量14.5%的小麦在高温环境中储藏时间 超 过 1 个月后， 其中微生物活性则有超过 500 U 这一安全储藏活性临界值的趋势，因此，水分含量 14.5%的小麦储藏时间超过 1 个月应进行通风处理以抑制微生物活性增长. 对于水分含量 15.5%的小麦，在夏季储藏中其微生物活性极易升高， 及时进行通风抑制微生物活性和防止霉变很有必要. 总体上看，高水分小麦在高温环境下储藏时， 微生物活性达到和超过 500 U 这一安全储藏活性临界值的时间是随水分含量的增高而缩短的. 堆存小麦的水分含量在 15.5%以内时，在夏季间歇通风情况下可以维持其中微生物活性不明显增加.

　　参考文献：

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