CN108041418A - 一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面状远红外选择性杀灭大米、稻谷、小麦等低水分含量谷物黄曲霉孢子的方法，属于粮食作物干燥技术领域。本发明工艺包括：依次通过启动加热、灭杀、保温、冷却四个步骤,调节特定波长红外加热板温度，将谷物铺设于托盘中，放置于红外设备中一定时间，调节设备温度至较低温度，进行一定时间的保温处理后，冷却至室温。可进行入仓贮存或后期加工处理。本发明清洁无污染，高效节能，不仅能高效选择性杀灭粮食中污染的黄曲霉菌生物量，一定程度上降低黄曲霉菌产毒能力，而且能够实现一定干燥目的，减少粮食浪费和经济损失，延长粮食贮藏周期，保障食品安全。

Description

一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法

技术领域

本发明涉及一种杀灭黄曲霉孢子的方法，特别是一种面状远红外选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，属于杀菌干燥技术领域。

背景技术

我国是粮食生产大国，据国家统计2016年全国粮食总产量已达到61623.9万吨。然而粮食的霉变是困扰粮食安全储藏的重要问题，很多农产品易感染产生黄曲霉毒素的霉菌而导致失去利用价值，据联合国粮食及农业组织统计，全世界25％的谷物因受真菌污染而不能食用，其中受黄曲霉毒素污染最为严重。黄曲霉毒素是一种毒性极强的剧毒物质，对人及动物肝脏组织有破坏作用，严重时可导致肝癌甚至死亡，其具有毒性强、致病变、难去除和难以破坏的特点，且难溶于水，易溶于油、甲醇、丙酮及氯仿等有机溶剂，并在中性及酸性溶剂中交稳定，且耐热性很强，一般烹调加热温度很难破坏，只有加热到280℃以上时才能发生裂解而被完全破坏。因此从源头上杜绝黄曲霉毒素的产生，即灭杀产生黄曲霉毒素的真菌是一种行之有效的方法。产生黄曲霉毒素的真菌有多种如黄曲霉菌、寄生曲霉菌、集蜂曲霉菌和假溜曲霉菌，其中黄曲霉菌是产生黄曲霉毒素的主要菌种。灭杀黄曲霉菌对于减少粮食浪费、延长粮食储存、保障食品安全具有重要意义。

目前，我国常采用的杀菌方法为化学熏蒸防止和湿热杀菌。化学熏蒸防治虽有一定的防治效果但存在成本高、劳动强度大、不安全、残留毒性高等问题；而采用湿热杀菌法适用于一些粮食含水率较高的情况，而对于低水分含量的谷物则杀菌效果不显著，需要对粮食进行加湿处理，不仅增加了成本且时间长、劳动强度过大。采用红外杀菌具有良好的杀菌效果，且环境友好无残留，控制方便。

中国专利申请号201310488379.0公开了名称为“一种稻谷绿色安全储藏的方法”的发明专利，该专利公开了一种红外干燥稻谷的方法，稻谷以5～15mm厚度平铺于电热式红外干燥机中震动前行，处理时间为3～5min，保温仓40～80℃保温2～4h，中稻谷水分降低，贮藏3个月没有霉变发生。但该方法并没有指出红外干燥机的波长范围以及由此产生的选择性作用，也没有明确该作用方式对黄曲霉及其产毒能力的具体影响。

江苏大学王蓓的博士论文“脉冲强光、紫外和红外辐射对稻谷黄曲霉及其毒素的灭杀降解研究”公开了两种利用远红外灭杀黄曲霉菌的方法，其一是含水率为14％-27％的新鲜稻谷，采用波长为3.1um温度为650℃的红外发生器辐照36s-40s至样品表面温度达到60℃随后保温120min，对黄曲霉孢子具有较好的杀菌效果，初始水分含量高于21.1％的稻谷保温120min后黄曲霉孢子数可降低5logcfu/g；其二是将仓储稻谷用喷壶喷洒不同量的水进行表皮湿润，采用波长为3.1um温度为650℃的红外发生器辐照50s-60s至样品表面温度达到60℃随后保温60min，对黄曲霉孢子具有较好的灭杀效果，其黄曲霉孢子数可降低3.11log cuf/g至7.21log cuf/g。然而该方法存在显著缺陷，一是红外设备波长3.1um条件下黄曲霉孢子中蛋白质的吸收较弱，变性程度低，其对黄曲霉孢子的灭杀作用主要是基于温度效应；二是所采用的红外加热温度过高，时间以秒计算难以控制，可能会造成温度过高从而影响粮食品质，此外其保温时间过长，若要达到较好的杀菌效果需要保温60min以上，且对于仓储稻谷需要进行湿润处理，过程复杂且增加了工作强度。

为了解决以上问题，本发明采用一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，利用特定波长远红外的选择性进行黄曲霉孢子的灭杀，本方法加热温度低处理时间短，且具有很好的黄曲霉孢子灭杀效果，在保证谷物食用品质和营养价值的前提下，既能有效降低谷物的水分，又能对谷物表面微生物进行杀菌处理，延长谷物贮藏期，确保粮食安全。

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题及限制，提供一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，充分利用红外的选择性，在不影响粮食营养成分的同时有效灭杀黄曲霉孢子，降低黄曲霉菌产生黄曲霉毒素的能力，并降低粮食中的水分含量，本方法操作简便时间较短，且可与干燥连用，在灭杀黄曲霉菌的同时实现干燥目的。

为了实现上述目的，提供一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，具体的技术方案如下：

(1)启动加热：将面状远红外加热板工作温度设置为75～115℃并启动加热；

(2)灭杀；待带有面状远红外加热板的设备温度稳定并达到设定温度，将待灭杀黄曲霉菌孢子的物料放入加热装置中，采用远红外辐射加热处理5～20min，远红外辐射加热温度75～115℃；

(3)保温：调节远红外加热板的温度，对远红外辐射加热处理后的物料进行保温处理，保温温度为65～75℃，保温时间0～30min；

(4)冷却：将物料冷却至室温，最终可直接贮藏。

上述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其中，步骤(1)中，面状远红外加热板的工作状态下红外辐射波长为5～15μm，工作状态下面状远红外加热板的法向发射率不小于80％。湿热杀菌法使适用于一些粮食含水率较高的情况，而对于含水率较低的情况则杀菌效果不显著，需要对粮食进行加湿处理，不仅增加了成本且时间长、劳动强度过大。食品和微生物所含的各种组分对不同波段的红外辐射吸收程度是不同的，研究发现水对红外入射光线吸收状况的影响在所有波长中占据主导地位，其红外辐射吸收范围在2～7μm，蛋白质的红外吸收范围为6μm左右，此波长范围可使微生物细胞内的蛋白质变性。而本方法使用的红外波长为5～15μm，水的吸收和蛋白质变性范围均在此区间，当粮食水分含量较低时，红外能量可被蛋白质选择吸收，无需加湿即能有很好的灭杀黄曲霉菌效果，且本方法设置温度较低，据不同物料的不同加工需求，选择合适的红外加工条件，既能有效的杀灭微生物，又可以避免谷物中的热敏物质随温度的升高而破坏。

上述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其中，所述步骤(2)中的待灭杀黄曲霉菌孢子的物料与面状远红外加热板的距离为0～30cm。

上述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其中，步骤(2)中的带有面状远红外加热板的设备为带有面状远红外加热板的带式干燥设备、塔式干燥设备、隧道式干燥设备、箱式干燥设备、流化床干燥设备、滚筒式干燥设备中的一种或两种组合。

上述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其中，步骤(3)中保温时间可延长为1h～10h，至样品含水率达到安全水分之下，从而同时实现杀菌与干燥的目的。

新鲜收获的粮食含水率高，害虫、微生物和粮食自身品质劣变会不同程度地影响储粮品质。微生物中霉菌的孳生蔓延将加速粮食霉变，并产生多种毒素。而粮食由于自身酶的作用，导致脂质氧化以及蛋白质变性等，降低储粮品质和经济价值。因此，对新鲜收获的稻谷或水分含量过高的稻谷进行干燥处理、减少粮食损耗具有重大经济意义。目前，我国常用的干燥方法是人工晾晒和热风干燥。传统人工晾晒干燥速率慢、灭菌效果差、干燥时间严重依赖于天气状况、干燥品质容易受周边环境影响。热风干燥是通过热对流进行加热，其作用部位是物料表面。在热风干燥过程中，物料表面的温度始终高于内部温度，热量由外部传向内部；同时由于湿扩散为由内向外进行，造成湿扩散和热扩散在方向上是相反的，它们之间互相影响，互相阻碍，降低了干燥速度、增加干燥时间，从而影响大米理化性质和食品品质。红外加热作为一种干燥技术，不需要媒介(水和空气)，在干燥过程中，红外线穿透物料表面到达物料内部，通过共振引起内部水分相互摩擦而生热，造成物料内部温度比表面温度高，其热扩散方向由内往外；同时，由于物料水分的扩散方向总是由水分较多的内部向水分含量较少的外部进行，实现物料水分的湿扩散与热扩散在方向上的一致性，从而加快了干燥的进程，减少了能量损失，加热效率高。因此，在本杀菌工艺的保温段适当增长保温时间，进一步利用远红外对粮食进一步干燥，不仅实现了杀菌目的同时达到了干燥效果，操作简便一举两得。

上述方案的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法可广泛应用于各种粮食的黄曲霉菌灭杀，并具有以下优点：

1、显著降低粮食表面黄曲霉孢子的数量，杀菌效果十分显著。以大米为例，30％含水率大米采用115℃处理5min，黄曲霉孢子数量降低2.9log cuf/g；20％含水率大米采用115℃处理5min，黄曲霉菌孢子数降低2.0log cuf/g；20％含水率大米采用115℃处理5min并在70℃下保温15min，黄曲霉菌孢子数降低5.5log cuf/g。

2、经本发明方法处理过的粮食，其表面残存的黄曲霉菌的菌体蛋白质变性失活，使得其生物代谢受到严重的干扰而影响繁殖，从而使残留黄曲霉菌产生黄曲霉毒素能力降低，其单体菌株产毒含量可降低20％-40％，毒素总含量可降低50％-70％，降低后期贮藏过程中粮食被黄曲霉毒素污染的风险。

3、相比于热风的湿热杀菌，本方案的远红外杀菌效果更显著，相同实验条件下本方案的远红外杀菌效果比热风的湿热杀菌效果增加一倍，同时由于红外选择性吸收导致黄曲霉孢子的蛋白变性，导致黄曲霉孢子的死亡，使本方法在粮食含水率较低的情况下仍能有较好的杀菌效果，且无需提前对粮食做加湿处理，操作简便。

4、本方案采用的远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法安全、高效、环境友好、无污染、无残留、加热惯性小一控制，且处理温度低、处理时间短，对粮食的感官品质和营养成分几乎无影响，处理后没有出现变色、破碎、或产生异味、酸味现象。

5、本方案的保温时间可根据物料不同适当延长从而同时实现干燥目的，即适当延长灭杀黄曲霉菌工艺的保温段时间，以实现杀菌和干燥的双从效果，进而简化杀菌干燥工艺，延长粮食储存周期，进一步减少变质和微生物生长污染的发生。

具体实施方式

下面以大米为例结合具体实施例进一步详细的描述本发明。

对照例1

调节热风烘箱设定温度为105℃，预热40min待设备温度稳定后，将初始含水量为30％的大米铺设于托盘中，热风处理5min后样品表面温度为57～62℃，取出冷却至室温，黄曲霉菌落数降低1.4log cuf/g，显著低于相同条件下采用红外辐射加热时的黄曲霉菌落数降低值2.9log cuf/g。

实施例1

调节远红外加热板温度为110℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为30％的大米铺设于托盘中，红外处理10min后，样品表面温度为60～63℃，取出冷却至室温，大米水分含量降至23％～24％，黄曲霉菌落数降低2.5log cuf/g。

实施例2

调节远红外加热板温度为115℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为30％的大米铺设于托盘中，红外处理5min后样品表面温度为57～62℃，取出冷却至室温，大米水分含量降至24％～25％，黄曲霉菌落数降低2.9log cuf/g，与对照例1相比，黄曲霉菌产生毒素总量下降约63％，单位菌体产毒量下降约37％。

实施例3

调节远红外加热板温度为115℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为20％的大米铺设于托盘中，红外处理5min后样品表面温度为57～62℃，取出冷却至室温，黄曲霉菌落数降低2.0log cuf/g，与对照例1相比，黄曲霉菌产生毒素总量下降约58％，单位菌体产毒量下降约22％。

实施例4

调节远红外加热板温度为115℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为30％的大米铺设于托盘中，红外处理5min后样品表面温度为57～62℃，调节远红外加热板温度为70℃，对样品进行保温处理15min，取出冷却至室温，黄曲霉菌孢子数降低5.5log cuf/g。

实施例5

调节远红外加热板温度为115℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为20％的大米铺设于托盘中，红外处理5min后样品表面温度为57～62℃，调节远红外加热板温度为70℃，对样品进行保温处理30min，取出冷却至室温，黄曲霉菌落数降低值大于5.8log cuf/g。

实施例6

调节远红外加热板温度为75℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为20％的大米铺设于托盘中，红外处理20min后样品表面温度为45～50℃，维持远红外加热板温度为75℃，对样品进行保温处理30min，取出冷却至室温，黄曲霉菌孢子数降低2.2log cuf/g。

实施例7

调节远红外加热板温度为95℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为30％的大米铺设于托盘中，红外处理10min后样品表面温度为52～57℃，调节远红外加热板温度为65℃，对样品进行保温处理30min，取出冷却至室温，黄曲霉菌孢子数降低3.6log cuf/g。

实施例8

调节远红外加热板温度为115℃，待设备环境温度稳定，将初始含水量为30％的大米铺设于托盘中，红外处理5min后样品表面温度为57～62℃，调节远红外加热板温度为75℃，对样品进行保温处理，保温3h至样品含水率达到安全水分(14％)之下，取出冷却至室温，黄曲霉菌落数降低值大于5.9log cuf/g。

表1红外辐照对大米黄曲霉孢子的作用

采用红外115℃加热5min分别处理含水率为30％和20％的大米，洗脱表面黄曲霉菌进行产毒培养。6天后结束，对发酵液中的黄曲霉毒素含量进行测定。

表2红外辐照对黄曲霉菌株产毒能力的影响

大米初始含水率	毒素总含量降低率	单位菌体产毒含量降低率
			30％	63％	37％
20％	58％	22％

综上所述，通过对照例1和实施例1、2、3、4、5可看出，红外加热能有效降低大米水分含量，同时显著减少黄曲霉菌微生物量，此外在一定条件下，红外辐照还能影响产毒黄曲霉菌的产毒能力，这些优势能为粮食的后期贮藏提供有力保障。

通过实施例1-8可以看出，采用此红外灭杀工艺，大米的表面温度均低于65℃，温度较低不会引起大米中营养成分的变质。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对于该系统进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所做出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其特征在于，依次按照以下步骤进行：

(1)启动加热：将面状远红外加热板工作温度设置为75～115℃并启动加热；

(2)灭杀：待面状远红外加热板的设备温度稳定并达到设定温度，将待灭杀黄曲霉菌孢子的物料放入加热装置中，采用远红外辐射加热处理5～20min，远红外辐射加热温度75～115℃；

(3)保温：调节面状远红外加热板的温度，对远红外辐射加热处理后的物料进行保温处理，保温温度为65～75℃，保温时间0～30min；

(4)冷却：将物料冷却至室温，最终可直接贮藏。

2.根据权利要求1所述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的面状远红外加热板的工作状态下红外辐射波长为5～15μm，工作状态下面状远红外加热板的法向发射率不小于80％。

3.根据权利要求2所述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的待灭杀黄曲霉菌孢子的物料与面状远红外加热板的距离为0～30cm。

4.根据权利要求2所述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的带有面状远红外加热板的设备为带有面状远红外加热板的带式干燥设备、塔式干燥设备、隧道式干燥设备、箱式干燥设备、流化床干燥设备、滚筒式干燥设备中的一种或两种组合。

5.根据权利要求1所述的一种基于面状远红外技术选择性杀灭黄曲霉孢子的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的保温时间延长为1h～10h，至物料含水率达到安全水分之下，从而同时实现杀菌与干燥的目的。