稻谷分程变温干燥工艺优化与储藏稻谷霉变拮抗菌的抑菌机理及其制剂的初步应用

作     者：李胜杰 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙卫红

授予年度：2022年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 

主      题：稻谷 干燥 黄曲霉 贝莱斯芽孢杆菌 生物防治 

摘      要：稻谷生产及干燥储藏是关系到国计民生的重要保障之一,种植收获后稻谷的干燥工艺和储藏安全对其品质及经济效益影响极大。拮抗芽孢杆菌因其具有抗真菌活性强、安全性高和抗逆性强等特点,被广泛应用于农产品采后储藏中。本课题对稻谷分程变温干燥工艺进行了初步优化,同时分离得到一株能够有效抑制稻谷霉变的拮抗芽孢杆菌,对其抑菌物质和生防机制进行了探究,且将其制成冻干粉并应用于储藏稻谷的霉变防治中。本文主要研究结果如下:(1)针对江苏省稻谷主要种植品种及主流干燥机现状,优化了一种分程变温干燥工艺。根据干燥过程中水分含量的变化,选择不同的热风温度进行干燥,并对干燥-缓苏比进行优化。得出最优干燥工艺参数为:第一程热风温度为52.58℃(稻谷含水率≥18%),第二程热风温度为46.22℃(18%含水率14%),干燥-缓苏比为1:5.76。与江苏省现用的恒温干燥工艺对比,分程变温干燥工艺干燥的稻谷品质更佳,并使整精米率提高2.62%。(2)从储藏期的霉变稻谷表面筛选到一株引起该品种稻谷霉变的主要致病菌,经形态学和分子生物学鉴定,认定其为黄曲霉(Aspergillus flavus);从该稻谷种植的稻田中筛选到一株对该病原菌抑菌效果最好的拮抗菌E2,经形态学分析、生理生化实验和分子生物学鉴定,认定其为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis);定殖能力试验结果表明,菌株E2能够快速定殖在稻谷表面;对该芽孢杆菌抗菌谱研究,确定其具有广谱抗菌能力;抗逆性试验表明,菌株E2较耐低温、耐高温、耐酸和耐渗透压等逆境胁迫。(3)对菌株E2的抗菌物质进行研究,发现其主要产生脂肽类(LPs)和挥发性抑菌物质(VOCs)来抑制***的生长繁殖。通过对LPs抑制***的生理机制的研究,发现:LPs的主要成分是Iturin和Fengycin;LPs对***的最高和最低抑菌浓度分别为10 mg/m L和0.5mg/m L;LPs能够有效抑制***孢子的萌发和菌丝的生长,致使***菌丝体异常扩大和扭曲、破坏其细胞膜、形成空腔。通过转录组学研究LPs抑制***的分子机制,发现:LPs处理下,***有1206个基因上调表达,1961个基因下调表达;LPs的抗真菌活性和破坏细胞膜完整性的抑菌特性主要与其干扰了***核糖体正常功能有关;***中与AFB1合成相关的关键基因下调表达,病原菌毒素合成过程受阻等均与LPs抑菌相关。(4)通过对菌株E2产生的VOCs抑制***的生理机制的研究,发现:菌株E2能够产生至少13种可挥发的化合物,这些化合物由烷、酮和烯醇类组成;在VOCs作用下,***菌丝生长受到抑制,变得稀疏、扭曲、顶部受损、表面光滑,分生孢子梗和顶囊生成量极少,分生孢子表面皱缩。通过转录组学研究VOCs抑制***的分子机制,发现:在VOCs作用下,***共有1990个差异基因,其中有776个基因上调,1214个下调;VOCs通过影响***非核糖体肽的合成,抑制了其细胞生理代谢过程;与***毒素合成相关的关键基因在VOCs影响下也显著下调表达,从而降低病原菌毒素产生。(5)对菌株冻干粉制剂进行了制备和初步应用,首先对E2菌液离心条件完成优化,得到最优离心参数为4000 r/min、10 min;选择8种保护剂进行单因素试验,将3种保护效果最好的进行响应面中心组合优化试验,得到最佳的保护剂配比为麦芽糖6.53 g/100 m L、脱脂奶粉8.40g/100 m L、谷氨酸钠8.34 g/100 m L,此配比下菌株E2的存活率为91.64%;以混拌的形式将其应用到稻谷储藏中,制剂对防治稻谷霉变具有积极作用;通过对比试验得到冻干粉最优的贮藏温度为-20℃。