粮食及加工品在品质安全上面临着细菌、真菌等有害微生物的污染风险,可能导致腐败、毒素(如黄曲霉毒素)积累或致病菌(如沙门氏菌)传播,直接威胁人类健康。特别是在粮食贮藏、运输和加工过程中易受霉菌污染,导致品质降低、营养口感下降,并可能产生真菌毒素,对人畜健康构成严重威胁,造成巨大经济损失[1-2]。据相关统计,全球每年约有3%的粮食因霉变损失[3-4],同时,腐败变质造成的粮食浪费对全球粮食安全造成威胁。由于其直接关系人类健康与社会稳定,需做好微生物污染防控,保障粮食安全。随着科技创新驱动农业绿色发展的转型,探寻绿色高效的防控技术不可或缺。
臭氧(O3)是一种强氧化剂,1982年被美国食品药品管理局(Food and Drug Administration,FDA)认为是GRAS(Generally Recognized as Safe,GRAS)物质[5-6],通过氧化破坏微生物的细胞壁、细胞膜而导致微生物细胞裂解死亡,达到杀灭效果[7]。作为一种高度反应性的气体分子,可以通过放电或紫外线辐射单独或与NOx结合产生[8],在20 ℃下的半衰期非常短,约为22 min[9],分解产物为氧气,不会留下有毒残留物[10],因此,其被认为是一种高度不稳定的绿色杀菌剂[11-12]。
臭氧作为绿色安全的强氧化剂,应用于粮食贮藏、加工及制品领域,可有效保障其安全性和品质。本文聚焦粮食贮藏及加工领域,综述臭氧技术的研究与应用现状,并对未来臭氧技术在粮食贮藏及加工的应用研究提出展望,以推动其更高效广泛的应用。
1 臭氧处理在微生物防控中的应用
粮食安全是国民经济发展的根本保障,然而,在贮存、运输过程中,微生物污染始终是威胁粮食品质与安全的关键因素,长期面临着微生物污染的严峻挑战。环境温湿度波动引发的粮食水分迁移与“结露”现象,为霉菌(如曲霉菌、镰刀菌)和细菌的滋生提供了有利条件,导致霉变率升高、品质劣化及经济损失。传统化学熏蒸法因药物残留、病原体抗药性及环境污染等问题,应用受限,而臭氧作为一种强氧化性气体,凭借其绿色高效特性,在粮食及加工领域的微生物防控中展现出巨大潜力与应用前景。表1聚焦臭氧处理在粮食及加工制品中的关键应用,通过系统分析不同处理条件(浓度、时间、水分含量)对微生物的抑制效果,为优化粮食贮藏技术提供科学依据。
表1 不同臭氧处理对粮食及加工制品微生物的影响
Table 1 Effects of different ozone treatments on microorganisms in grains and processed products
样品处理浓度处理时间微生物变化情况参考文献稻谷 300 mg/kg4 h霉菌菌落总数减量在1.03×104～1.06×104 CFU/g;随着水分含量升高,菌落总数减量逐渐增加。[13]2 mg/L10 min霉菌总数从3.3×104 CFU/g降至1.9×104 CFU/g;细菌总数从1.5×106 CFU/g降至6.0×105 CFU/g。[14]55 mg/kg15 min表面细菌量从1.7×105 CFU/g降至9.4×104 CFU/g;全部细菌量从3.5×106 CFU/g降至1.7×106 CFU/g;表面霉菌量从6.7×103 CFU/g降至4.9×103 CFU/g;全部霉菌量从8.2×104 CFU/g降至4.9×104 CFU/g。[15]53×10-4 kg/m31 h菌落总数从1.8×106 CFU/g降至3.3×104 CFU/g。[16]小麦 产量15 g/h,流速6 L/min15 min小麦表面菌落总数从103 CFU/g左右降至102 CFU/g左右。[17]7.8 mg/L臭氧水24 h表面菌落总数从3.4×103 CFU/g降至1.1×103 CFU/g。[18]5.5 mg/L臭氧水24 h霉菌菌落总数从1.9×103 CFU/g降至4.0×102 CFU/g。[19]8 mg/L臭氧水24 h霉菌菌落总数从1.0×105 CFU/g降至4.7×104 CFU/g。[20]小麦胚0.24 mg/L15 min菌落总数从6.2×102 CFU/g降至0.9×102 CFU/g。[21]玉米 0.098 mg/L3 d菌落总数从4.3×106 CFU/g降至1.6×106 CFU/g。[22]0.98 mg/L1 h曲霉菌、镰刀菌和毛霉菌平均每100粒感染粒数量分别从0.9、28.6、11.7粒减少到0.4、6.9、5.8粒。[23]
综上所述,臭氧处理对稻谷、小麦、玉米及其加工制品(小麦粉、小麦胚)的微生物防控效果显著。由表1可知,臭氧处理可降低粮食及制品的微生物数量。随着粮食水分含量的增加,臭氧处理对微生物的杀灭效果随之提升[13]。稻谷经55 mg/kg臭氧处理15 min后,表面细菌减幅为44.7%,全部细菌减幅为51.4%,表面微生物与全部微生物变化存在差异[15]。小麦及小麦胚在臭氧处理后,微生物菌落总数均能达到较低水平[17～21]。玉米用0.098 mg/L臭氧处理3 d与0.98 mg/L处理1 h的结果显示,高质量浓度短时间的处理对镰刀菌的抑制效率更高[22-23]。臭氧处理的绿色环保使其在替代传统化学熏蒸方面具有显著潜力,无残留、不易引发抗药性的特点符合食品安全与可持续发展需求。
2 臭氧处理在真菌毒素降解中的应用
2.1 臭氧降解真菌毒素效果
粮食及加工过程中的部分真菌会随着真菌的生长而产生多种真菌毒素,镰刀菌属感染产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇又称“呕吐毒素”(deoxynivalenol,DON)、玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN),被黄曲霉菌污染则产生黄曲霉毒素(aflatoxins,AFT)。臭氧处理对粮食及加工制品的毒素降解影响见表2。
表2 不同臭氧处理对粮食及加工制品毒素降解的影响
Table 2 Effects of different ozone treatments on toxin degradation in grains and processed products
真菌毒素处理浓度处理时间毒素降解情况参考文献DON80 mg/L2 h低水分含量(10.08%)小麦赤霉病4级感染(籽粒霉菌侵染个数<5,干粉重量<25%),DON含量从2.68 mg/kg降至2.05 mg/kg,DON降解率23.5%;低水分含量(9.52%)小麦赤霉病5级感染(籽粒霉菌侵染个数≥5,干粉重量<40%),DON含量从10.06 mg/kg降至7.44 mg/kg,DON降解率26.1%;高水分含量(16.60%)小麦赤霉病4级感染,DON含量从2.48 mg/kg降至1.53 mg/kg,DON降解率38.2%;高水分含量(16.76%)小麦赤霉病5级感染,DON含量从9.85 mg/kg降至6.37 mg/kg,DON降解率35.4%。[24]40、70、85 mg/L3 h15个玉米样品DON含量321.0～1 399.5 μg/kg,处理后DON含量均低于最低检测限(74.0 μg/kg)。[25]100 mg/L1 h面粉DON含量从880 μg/kg降至260 μg/kg,DON降解率为70.5%。[26]45 mg/L1 h16.00%水分含量的面粉,初始DON含量为2.35、2.84、4.09、4.95 mg/kg,降解率分别为46.59%、40.7%、38.9%和35.4%。[27]1.2 L/min50 min燕麦中DON降解率最大为45.8%。[28]ZEN100 mg/L3 h19.60%水分含量的玉米,ZEN含量从2 869.5 μg/kg降至266.9 μg/kg,ZEN降解率为90.7%。[29]1 000 mL/m37 d玉米样品ZEN含量从49.0 μg/kg降至38.0 μg/kg,ZEN降解率为22.4%。[30]AFT90 mg/L40 min13.47%水分含量的玉米样品,AFB1含量从83.00 μg/kg降至18.12 μg/kg,AFB1降解率为78.2%;20.37%水分含量的玉米样品,AFB1含量从83.00 μg/kg降至9.90 μg/kg,AFB1降解率为88.1%。[31]0.078～0.098 mg/L9 h11.91%水分含量的稻谷样品,AFB1含量从含量从32 μg/kg降至1.6 μg/kg,AFB1降解率为95.0%;12.51%水分含量的玉米样品,AFB1含量从26 μg/kg降至2.5 μg/kg,AFB1降解率为90.4%;13.89%水分含量的小麦样品,AFB1含量从35 μg/kg降至2.9 μg/kg,AFB1降解率为91.7%。[32]95 mL/m325 min16.00%水分含量的稻谷样品,AFB1含量从220.70 μg/kg降至40.01 μg/kg,AFB1降解率为82.0%。[33]95 mL/m325 min16.00%水分含量的稻谷样品,AFB1含量从68.42 μg/kg降至8.13 μg/kg,AFB1降解率为88.1%。[34]89 mg/L30 min花生样品中AFB1、AFB2、AFG1、AFG2的含量分别从87.53、21.99、9.71、4.38 μg/kg降至15.23、8.31、2.81、2.11 μg/kg,降解率分别为82.6%、62.2%、71.1%和51.8%。[35]6 mg/L30 min5%水分含量的花生,AFB1和AFT的降解率分别为65.9%和65.9%。[36]
臭氧作为一种强氧化性气体,在降解真菌毒素方面展现出良好潜力,其效果受处理质量浓度、时间、基质水分含量及毒素类型等因素影响。由表2可知,臭氧质量浓度与处理时间共同影响真菌毒素降解效率,如高质量浓度臭氧(85 mg/L)处理3 h,玉米中DON可降至检测限以下[25],高质量浓度臭氧(100 mg/L)处理3 h,ZEN降解率能达到90.7%[29]。同一处理条件下,高水分样品的真菌毒素降解率更高,如80 mg/L臭氧处理2 h的小麦中,高水分(16.60%)组DON降解率(38.2%)比低水分(10.08%)组降解率(23.5%)高14.7个百分点[24];90 mg/L臭氧处理40 min的玉米中,20.37%水分组黄曲霉毒素B1(AFB1)降解率(88.1%)比13.47%水分组降解率(78.2%)高9.9个百分点[31]。
不同真菌毒素的分子结构差异呈现出不同的臭氧降解效果。ZEN因分子中含有的共轭双键和酚羟基[37],高质量浓度臭氧(100 mg/L)3 h处理即可达到90.7%的降解效果[29];而AFT各亚型中,AFB1降解率普遍高于G2型,反映出毒素自身结构稳定性对氧化反应的影响[35]。
综上所述,臭氧处理对粮食及加工制品中的DON、ZEN、AFT等真菌毒素均有一定的降解效果,其降解效率受处理质量浓度、时间、水分含量及分子结构影响,高质量浓度臭氧配合适宜时间、高水分含量更利于提升降解效果,且不同毒素因结构差异呈现不同降解特性。总体而言,臭氧在真菌毒素降解领域具有良好的应用潜力。
2.2 臭氧降解真菌毒素产物毒性
研究表明,臭氧可有效降解真菌毒素,并产生低毒或无毒的降解产物。刁恩杰[38]研究表明花生中的AFB1经臭氧处理产生13种氧化产物,6种为主要产物,降解路径包括Criegee反应(主要途径,破坏呋喃环双键)和苯环甲氧基反应。产物结构显示,多数产物的呋喃环上的C8-C9双键(关键毒性结构)或内酯环被破坏,仅少数如C16H10O6(m/z 299.055 6)保留毒性结构。毒性方面,臭氧降解可显著降低毒性。鸡胚、沙门氏菌及大鼠实验证明,降解产物致突变性和致癌性大幅下降;Ames实验(致突变测试)显示处理60 h后诱变指数低于2.0;大鼠28 d喂养及HepG2细胞毒理学实验均证实,臭氧处理后花生毒性降低,大鼠肝肾功能及组织病理指标接近正常,符合安全标准。目前,对于臭氧去除AFB的作用机制的普遍观点是:臭氧会破坏AFB分子中的双键,最终将其分解为有机酸、醛、酮、二氧化碳等小分子物质。4种主要AFB(AFB1、AFB2、AFG1、AFG2)的基本结构均包含二呋喃环和氧杂萘邻酮。其中,AFB1和AFG1的化学结构与AFB2、AFG2存在差异,二者均含有二氢二呋喃结构,而臭氧容易攻击AFB1和AFG1呋喃环上的双键,从而促使这2种毒素发生降解[39-40]。此外,CHEN等[41]利用臭氧处理小麦降解DON,采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用(ultra performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometer,UPLC-QTOF/MS)和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)分析结果表明,DON的最终降解产物为己二酸二甲酯,是一种毒性较低的物质。综上,臭氧通过破坏毒素关键毒性结构生成低毒或无毒产物,经多重实验验证其安全性,为脱毒技术提供依据。
3 臭氧处理对粮食虫害防控的影响
臭氧作为绿色熏蒸剂,对贮粮害虫防治效果显著,其作用机制、处理条件及实际效果在多项研究中得到系统验证。从作用机制看,臭氧凭借高活性和无残留特性,通过破坏害虫细胞、氧化细胞膜脂质、干扰呼吸系统并引发氧化应激实现杀虫效果[42-44]。在具体应用中,不同应用场景下的处理条件各有侧重,陈艳等[42]针对稻谷提出0.078 mg/L为最优质量浓度,可在有效杀虫的同时减少对稻谷品质的影响;BOOPATHY等[43]指出,臭氧对成虫的杀灭效果优于卵和蛹,需匹配合适浓度与时间以达100%死亡率,但存在穿透性不足的问题;毕洁等[44]的实仓研究显示,30 mg/m3臭氧数天内即可杀灭仓内害虫,尤其对磷化氢抗性害虫更敏感;AMOAH等[45]在小麦中发现,0.39 mg/L臭氧对米象各虫态均有效,且5 cm深度处害虫存活率显著低于深层,成虫对臭氧最敏感并存在延迟毒性;孙韬[46]则明确170 mg/m3臭氧对谷蠹的致死时间,且亚致死处理会影响其寿命与产卵,从生理和分子层面揭示了毒理机制;施国伟等[47]利用臭氧熏蒸实仓贮藏的小麦和玉米,处理后对贮粮具有显著的杀虫效果,但其应用于大型仓房还需进一步验证;郝倩[48]指出,利用臭氧可有效抑制害虫的生长繁殖。
臭氧对常见贮粮害虫灭除效果显著,如印度谷蛾、麦蛾、谷象、米象、谷蠹和赤拟谷盗等多种害虫。INGEGNO等[49]研究采用0.098 mg/L臭氧处理印度谷蛾48 h,可达到95%～99%的死亡率;GAD等[50]利用臭氧处理麦蛾研究表明,麦蛾各阶段对臭氧的敏感性顺序为:卵>幼虫>蛹,最高质量浓度(4.91 mg/L)在处理5 h后可导致虫卵完全死亡(100%),幼虫羽化率和蛹羽化率分别降低99.4%和97.5%;SALMAN等[51]研究臭氧处理对谷象的杀灭效果,结果表明,高剂量臭氧0.79 mg/L和1.18 mg/L臭氧气体连续处理5 d,可使谷象成虫全部死亡,0.79 mg/L时半数致死时间分别为2.485 d和1.135 d,1.18 mg/L时分别为2.154 d和0.893 d;BI等[52]研究采用臭氧处理的方法控制谷蠹成虫,并探讨其分子机制,研究发现,臭氧处理能缩短谷蠹成虫的寿命,增加其体内丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,降低总超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性,臭氧处理后,所鉴定出的641个差异表达基因,330个基因显著上调,311个基因显著下调。实时荧光定量PCR(real-time quantitativePCR,RT-qPCR)证实与成虫角质层蛋白和抗氧化系统有关的11个基因在臭氧处理组和对照组谷蠹成虫中存在差异表达;MUNISWAMY等[53]研究臭氧对赤拟谷盗的影响,在1.47 mg/L和8%的湿度条件下,赤拟谷盗成虫、蛹、幼虫和卵的致死时间(LT99)分别为268、475、160、679 min。对臭氧处理的敏感性为卵>蛹>成虫>幼虫。上述研究为实际应用中优化处理方案提供了参考。
4 臭氧处理对粮食农药残留降解的影响
目前关于臭氧降解农药残留的相关研究广泛,利用臭氧降解农药残留,以达到降低农药残留毒性的效果。国内外研究聚焦于扑草净、百菌清、苯甲酸阿维菌素、苯醚甲环唑和有机磷农药(马拉硫磷、毒死蜱、异丙磷、乙硫磷和啶虫脒)等[54-58]。然而,臭氧降解上述农药残留的研究主要聚焦于果蔬加工与保鲜当中,应用于粮食及加工制品的研究相对较少。
粮食方面的现有研究发现,臭氧处理可有效降解粮食中的农药残留,可辅助提升害虫防治的安全性。马旌升等[59]研究表明,20～30 mg/L臭氧对小麦和玉米中的有机磷农药(如敌敌畏、马拉硫磷等)残留降解效果明显,最快每日降解12.3%,15 d可使残留降至标准范围内,且操作简单、成本低,适合仓储企业应用。覃章贵等[60]研究发现,0.029～0.039 mg/L臭氧对稻谷、小麦和玉米中的5种有机磷农药(包括甲基嘧啶磷、敌敌畏等)均有降解作用,7 d可降解大部分残留,其中对甲基嘧啶磷降解能力最强,对敌敌畏较弱。不同粮食中降解能力排序不同,如稻谷中为甲基嘧啶磷>甲基毒死蜱>马拉硫磷,玉米中为甲基嘧啶磷>马拉硫磷>杀螟松。综上,臭氧通过氧化作用有效降解多种贮粮有机磷农药残留,需根据粮食种类和农药类型调整浓度与处理时间,助力绿色贮粮。
5 臭氧处理对粮食及加工品质的影响
臭氧处理对粮食及加工制品的品质影响较大。从不同粮食及加工制品的臭氧处理效果来看,其对品质的影响与处理浓度、时间及粮食类型密切相关,呈现出“适度有益、过度有害”的效果,且在分子层面通过氧化反应调控大分子结构,进而影响产品的理化特性与加工性能,臭氧处理粮食及加工制品品质变化见表3。
表3 不同臭氧处理对粮食及加工制品品质的影响
Table 3 Effects of different ozone treatments on the quality of grains and processed products
样品处理浓度处理时间品质变化情况参考文献小麦 5 mg/L0.5～2 h随着臭氧处理时间的延长,小麦粉糊化特性的峰值黏度、衰减值、最终黏度、回生值以及糊化温度与粗淀粉含量呈不同程度的正相关,与直链淀粉呈不同程度的负相关;粗淀粉含量对最低黏度与起始糊化时间的影响不显著,而直链淀粉对最低黏度与起始糊化时间影响显著。[61]6 g/h3 L/min1.5 h臭氧处理不改变小麦主要成分,如淀粉、蛋白质、灰分等含量;湿面筋含量有所下降,但不具有统计学意义;臭氧处理使得面团强度增强,峰值黏度提升,一定程度改善了小麦的品质。[62]0、30、60、90 mg/L4 h不同浓度处理后,小麦粉淀粉糊化特性均变化较小;蛋白质含量无显著变化,湿面筋含量略微下降,面筋指数上升;粉质特性改善。[24]小麦粉 15～30 mg/L10 min面粉白度升高;黄色素含量和多酚氧化酶含量明显降低;蛋白质含量变化差异不大;直链淀粉含量明显升高;小麦粉溶剂保持力(solvent retention capacity,SRC)升高。[63]5 mg/L15 min全麦粉的色泽明显改善;脂肪酸值下降;破损淀粉少量增加;湿面筋含量、面团的稳定时间、拉伸面积均上升;峰值黏度和低谷黏度上升。[64]0.3 mg/kg15 min降低小麦粉分散性;将羰基和羧基引入淀粉中,在蛋白质中形成二硫键,保护脂质,降低内源酶活力;改善面团强度和小麦粉糊化特性;最终增加面条的亮度,延长面条货架期;改善其质构特性并且不会对感官产生影响。过度氧化处理会造成破损淀粉含量显著增加;蛋白质和淀粉聚合物解聚;脂质过度氧化;挥发性醛类物质增多;面团变软;加工性能差;面条的pH值降低;蒸煮损失增加;且可能会残留臭氧气味。[65]0.61、3.82 g/h15、30 min低强度臭氧处理后,小麦粉面团形成时间和稳定时间均增加,但高强度臭氧处理时,小麦粉的面团稳定时间大幅下降;高强度臭氧处理小麦粉的脂肪酸值、MDA含量和脂肪酸组成变化更明显;臭氧处理后,小麦粉中醇类、醛类、酮类和杂环类等挥发性物质的种类和浓度变化明显,高强度臭氧处理的小麦粉与低强度臭氧处理小麦粉的挥发性成分差别较大。[66]0.61、3.82 g/h5、30 min小麦粉pH下降;高强度长时间处理显著提高不溶性聚合蛋白(insoluble polymeric protein,IPP)的含量,其他处理对IPP无显著影响;除低强度短时间对淀粉糊化特性无显著影响外,其他处理提高了峰值黏度、衰减值和回生值;处理后馒头比体积和孔隙均匀度低于天然面粉;长时间高强度处理增加馒头硬度和咀嚼性,其他条件相反;随臭氧浓度的增加,小麦粉品质会发生变化,过量会导致品质恶化。[67]100 mg/L2 h发芽小麦粉的粗蛋白、总淀粉、支链淀粉含量、降落数值、峰值黏度、衰减值、糊化温度和吸水率等显著降低;破损淀粉和直链淀粉含量显著升高;降落数值显著增加;糊化特性与流变学特性得到改善;面条吸水率无明显变化;干物质蒸煮损失率先降低后升高;面条硬度、弹性、咀嚼性、拉伸力和拉伸距离显著增加。[68]稻谷 300 mg/kg4 h稻谷样品品质变化较小;脂肪酸值下降;发芽率下降;品尝评分值不变。[13]100 g/h3 d臭氧结合内环流控温技术,应用于高大平房仓,有效调控仓温、表层粮温;均衡粮堆水分;短期使用对稻谷脂肪酸值影响不显著。[69]花生蛋白 100 mg/L0～20 min花生蛋白的巯基含量显著下降,二硫键和羰基含量上升;提升花生蛋白热稳定性;表面疏水性下降;花生蛋白二级结构变化,使α-螺旋、β-折叠及β-转角结构比例下降,无规则卷曲结构显著上升;SDS-PAGE电泳显示,臭氧氧化会诱导花生蛋白中二硫键部分交联和聚集,产生大分子蛋白聚集体(>250 ku)。[70]荞麦复合粉2.4 g/h0～15 min增加了荞麦复合粉的亮度、吸水率、形成时间和稳定时间;糊化特性有所提高;扫描电镜表明,臭氧处理促进了复合面粉中更多团块的形成和淀粉颗粒的暴露;亮度增加提高整体的感官可接受性,制成鲜面条保质期延长至96 h。[71]
经表3分析可知,小麦及小麦粉是臭氧处理研究中较广泛的对象,其品质变化与臭氧处理参数密切相关,主要体现在淀粉糊化特性、面筋性能及加工特性三方面。在淀粉糊化特性方面,5 mg/L臭氧处理小麦0.5～2 h时,峰值黏度、最终黏度等指标与粗淀粉含量呈正相关,与直链淀粉呈负相关[61];小麦粉经15～30 mg/L处理10 min后,直链淀粉含量升高,SRC增强[63]。在面筋性能方面,0～90 mg/L处理小麦4 h时,随质量浓度增加湿面筋含量略降但面筋指数上升,粉质特性改善[24];5 mg/L处理全麦粉15 min时,湿面筋含量、面团稳定时间均显著提升[64];但3.82 g/h、30 min处理会导致面筋指数下降、面团稳定时间缩短[66],产生负面影响。加工特性优化上,臭氧的优势集中在色泽改善与功能提升。15～30 mg/L处理小麦粉10 min,白度升高、黄色素及多酚氧化酶含量降低,可减少加工过程中的褐变[56];荞麦复合粉经处理后,亮度与吸水率提升,鲜面条保质期延长至96 h[64];但也存在臭氧处理的负面影响:如0.3 mg/kg处理15 min时,面条蒸煮损失增加、pH下降,甚至可能残留臭氧气味,直接影响产品感官[58]。
相较于小麦,臭氧对稻谷的处理更能保证其贮藏品质。300 mg/kg臭氧处理稻谷4 h后,脂肪酸值下降、发芽率降低,且品尝评分值不变[13]。当臭氧结合内环流控温技术应用于高大平房仓时,不仅能均衡粮堆水分、调控仓温,还能减少对脂肪酸值的影响[69],体现了臭氧在规模化贮藏中的应用优势。
臭氧对粮食蛋白的作用主要改变蛋白质的分子结构。100 mg/L处理花生蛋白0～20 min时,巯基含量减少、二硫键含量增加,α-螺旋比例下降而无规则卷曲增加,热稳定性提升,同时诱导大分子蛋白聚集体形成[70]。
总体而言,臭氧技术在粮食贮藏与加工中的应用效果受处理浓度、时间及粮食品种共同制约,主要是通过氧化反应调控淀粉、蛋白质等大分子结构,进而影响产品理化特性与加工性能。适度处理方可改善面粉色泽、提升面团强度、延长贮藏期,而过度处理则导致淀粉破损、蛋白解聚等品质劣变。
6 臭氧处理技术的应用前景与挑战
臭氧处理技术凭借其绿色高效、无残留、环境友好的特性,在粮食贮藏与加工领域展现出广阔的应用前景。随着全球对食品安全和可持续发展的重视,臭氧技术有望成为替代高残留化学熏蒸剂的理想选择。该技术不仅可实现粮食贮藏及加工制品的微生物防控、真菌毒素降解、虫害防治及农药残留等,还具备改善粮食品质的潜力,有助于提升粮食及加工制品安全保障水平。
臭氧技术的推广仍存在以下几方面制约:(1)臭氧处理参数选择难度大,如何兼顾处理效果与品质保持仍需探究,浓度或时间不当可能导致抑菌不彻底或品质劣变(如面粉筋力下降、气味残留)。(2)在大型仓房应用中臭氧穿透力弱,深层杀虫灭菌效果差,且半衰期短、能耗高。
未来,臭氧技术可与其他绿色技术(如低温贮藏、气调贮藏等)协同应用,结合新型精密设备,更高效准确的保障粮食安全。
7 结语
本文系统综述了臭氧技术在粮食贮藏与加工领域的应用研究进展,聚焦其对粮食及加工制品的微生物污染、真菌毒素降解、虫害滋生、农药残留及品质变化等问题,明确其作为绿色杀菌剂的作用效果。研究表明,臭氧凭借强氧化性,在微生物防控中,可使稻谷、小麦等粮食品种的霉菌和细菌总数下降40%～98%,对镰刀菌等特定微生物的抑制效果显著;在真菌毒素降解方面,对AFT、DON等的降解率最高可达95%,且降解产物经鸡胚、大鼠肝细胞等实验验证,毒性显著降低,符合安全标准。在虫害控制领域,通过破坏细胞结构、干扰呼吸系统等机制实现杀虫作用,可实现米象、谷蠹等贮粮害虫100%致死,且无化学残留;在农药残留降解应用中,可将有机磷农药残留15 d内降解至安全范围;在粮食及加工制品品质方面,臭氧能在适度处理条件下改善粮食及加工制品品质,如提升面粉白度、增强面团稳定性、延长货架期等。臭氧技术的优势在于无残留且环境友好,但其应用存在如何避免过度处理导致品质劣变的问题。未来可与其他绿色技术(如低温贮藏、气调储藏等)协同应用,结合基础实验探究及创新型设备,更高效准确地保障粮食安全,减少粮食损失浪费,促进农业可持续发展。
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