植物精油对黑曲霉的抑制作用研究开题报告

1. 研究目的与意义

霉菌污染给食品品质及食用安全造成的问题一直倍受人们的关注，而我国的粮食中稻谷的食用和储存中霉菌毒害也是重点关注问题。我国作为粮食大国之一，其中稻谷产量占世界总产量的32.24%，是世界上最大的稻谷生产国。每一年稻谷收割后，除少部分被人们食用外，其它大部分采用稻谷或糙米的形式被储藏起来。然而由于稻谷本身的特性影响，如系列的生物化学反应，外加一些环境因素如温度、湿度、微生物等的影响，容易引起稻谷发生陈化及霉变现象，严重影响了稻谷的食用品质^[1]。稻谷陈化是其本身生理变化的自然现象，在储藏过程中不会停止，因而其陈化现象不可避免。而稻谷由于其本身储藏时间较长受环境等条件的影响，使其附着的微生物和虫害在适宜的条件下大量生长繁殖，产生有毒代谢物，导致稻谷霉变^[2]。

研究统计稻谷中霉菌的种类有一百多种，包括优势菌、常见菌各三十多种，少见菌五十多种。主要霉菌包括黄曲霉、白曲霉、灰绿曲霉、青霉、黑曲霉等^[2]。研究发现黑曲霉作为稻谷储藏中的优势微生物，其生长适宜温度为37℃左右，易引起水分较高的粮食霉变，其对高温高湿储藏条件下的稻谷品质变化影响较大，如何避免或者减少霉菌危害给稻谷造成的损失一直是稻谷储藏的研究热点。我国目前应用较为广泛的稻谷霉菌防控方式多为物理性手段，如人工干燥、密闭储存、熏蒸、真空抑菌、微波辐射等，除此之外还有一些化学防霉、微生物挥发物抑菌等方式^[3]，但这些方式都存在一些防霉效果不佳、成本较高、化学试剂残留、滋生其他危害等局限性。因此不断探究更加绿色、高效、环保且成本低的防霉方式成为科研者宵衣旰食钻研的课题。而近年来，不断有研究发现，多种植物精油具有抗菌活性，为人们开辟了一条新的研究道路。

植物精油是从植物的根茎叶等部位提取出来的天然油状挥发性化学物质，其组成成分包括醇、酸、酯、环氧化物、醛、酮、胺、硫化物和萜类化合物（单萜、倍半萜和二萜），其中起抑菌作用的主要是酚、醛、酮和萜烯类^[4]，它们能抑制多种病原微生物的生长和繁殖，且由于其自身具有的挥发性这一特征，不会造成残留而影响稻谷品质。然而目前关于精油抑菌的研究，大都趋向于细菌的阐述，对于霉菌的抑制作用探究较少，因此深入探究植物精油对于霉菌的抑制具有较好的研究前景，同时展开对精油抑菌机理的探索，寻找其有效的抗菌成分，提高其抗菌的高效性。同时对接种或霉菌的稻谷进行植物精油抑菌处理并进行一定时间的储藏，通过测定霉菌相关特性及稻谷品质，分析精油对稻谷霉菌的抑菌防控效果，为相关的研究提供一定的理论基础和技术支撑，为后期深入探索霉菌防控新型天然技术开发具有重要的意义。

2. 研究内容和预期目标

研究内容:

课题选取实验室前期分离得到的一株对稻谷霉变影响较大的黑曲霉，将其接种到稻谷中，选用课题组前期实验筛选出来的具有较好抑菌效果的肉桂精油，采用熏蒸的方式处理接种过黑曲霉的稻谷，将其置于一定条件下储藏，并分别在不同储藏期取样研究菌丝生长情况，研究植物精油对黑曲霉生长的影响；通过统计菌落数研究黑曲霉的生长情况，再采用gb/t 15684—2015《谷物碾磨制品 脂肪酸值的测定》标准测定霉菌侵染后的稻谷脂肪酸值，使用丙二醛（mda）试剂盒、淀粉酶（ans）试剂盒、过氧化物酶（sod）试剂盒，参照说明书分别测定稻谷的丙二醛含量、过氧化物酶和淀粉酶活性，分析对比经精油处理与未经精油处理的稻谷样品的品质变化，评价精油的抑菌活性，再单独通过使用精油直接处理黑曲霉，测定平均色度变化率，研究黑曲霉的代谢活性。最后通过分析霉菌数的变化、脂肪酸值、丙二醛含量以及相关酶活性的结果数据，总结植物精油对稻谷霉变的整体防控效果，为预防稻谷储藏中的霉变提供一定的理论基础及技术支撑。主要研究内容总结为以下三个部分：

3. 国内外研究现状

霉菌污染是造成粮食品质劣变和食用安全问题的主要原因，成为国内外关于粮食储藏的主要研究热点问题。目前研究统计稻谷中的霉菌种类多达一百余种，而导致粮食霉变的主要霉菌有黄曲霉、白曲霉、灰绿曲霉、黑曲霉、青霉等。这些霉菌依附在粮食上生长繁殖的过程中产生热量和一些酸性物质，加速了粮食的陈化和酸败，同时还积累黄曲霉毒素、赫曲霉毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（呕吐毒素）等多种霉菌毒素^[5]，造成粮食大量损失，因而探究有效的防霉技术成为稻谷储藏研宄工作的重点。目前常用的稻谷霉菌防控技术主要为物理性和化学性方法。周建新^[6]等人的研究表明，高温高湿条件极易于霉菌的生长繁殖，而物理法便是通过改变霉菌生长条件来防止稻谷霉变，如采用人工干燥控制稻谷本身的初始含水率，或是控制环境的温度、湿度，除此之外还采用微波辐射、臭氧处理、真空储藏等。化学法则是通过利用化学试剂干扰霉菌的生存和繁殖，目前世界上大多数国家使用较为广泛的粮食储藏防霉剂主要是双乙酸钠^[2]，关于可用于粮食储藏的防霉剂研究还较为欠缺，此外食品工业防腐研究中苯甲酸和苯甲酸盐、山梨酸和山梨酸盐等也被广泛用于食品加工防腐剂。此外，相关研究还发现部分微生物防霉技术，李娜^[3]等人的相关综述中提到，某些微生物分的挥发性物质对其他为生物的生长有抑制作用，wang^[9]等人分离出一株白黄链霉菌，该菌产生的挥发性物质对黄曲霉、米曲霉、黑曲霉和串珠镰刀菌等多种病原真菌具有抑制作用。目前这些防霉技术尽管有一定的效果，但是也存在成本高、效率低、实用性不高、药剂残留危害等问题。因此寻求更加高效实用、绿色安全的稻谷防霉技术依旧是亟待解决的问题，而植物精油因被发现对于植物病原菌具有较好的抑制作用，且具有绿色无害、易挥发等优点而成为近年来科研工作者热点研究对象。

植物精油是从植物组织中提取的油状且具有挥发性的天然生物活性物质。由于精油具有大量的化学代谢物，它们能够抑制多种病原微生物的生长和增殖。精油的抗菌或其他生物活性与其挥发性成分的存在直接相关。 在化学上，精油由萜类化合物（单萜、倍半萜和二萜）、醇、酸、酯、环氧化物、醛、酮、胺和硫化物组成。已知具有抗菌活性的精油的主要成分是酚，萜烯，醛和酮。这些包括百里香中的百里香酚，丁香中的丁香酚，肉桂中的肉桂醛，牛至中的香芹酚等。植物精油对黄曲霉、镰刀菌、赭曲霉等真菌，对大肠杆菌、金黄色葡萄萄球菌、白色念珠菌等细菌及病毒均有不同程度的抑制作用^[10]。此外，植物精油对黄曲霉毒素、镰刀菌毒素等不同的真菌毒素有不同程度的抑制和降解作用。有研究表明，茴香精油及其主要组分茴香醛对黄曲霉及黑曲霉的孢子萌发具有很好的抑制效果，山苍子精油中主成份柠檬醛也可有效抑制黄曲霉生长，且菌体结构受到严重破坏^[11]。jian ju等人研究发现肉桂和丁香精油可以抑制烘焙食品上霉菌的生长，从而延长货架期^[12]。百里香精油的抗真菌活性主要是由于百里香酚的存在，百里香酚可以诱导细胞溶解，改变增殖细胞的细胞结构。在多种精油中，肉桂油已被证明是真菌生长的最有效的抑制剂，包括镰刀菌、黑曲霉和真菌毒素的产生，包括黄曲霉毒素和黑曲霉毒素^[13]。

4. 计划与进度安排

研究计划及进度：

2020.09~2020.11确定论文题目，查阅相关文献资料，了解国内外在该方面的研究现状及进展，拟定本次课题的研究计划。

2020.11~2020.12查阅资料掌握相关实验方法，总结设计具体实验方案；完成开题报告的撰写及英文翻译。

5. 参考文献

[1] 韩赟,梁静,李成,于海华,於海明.稻谷储藏品质研究技术现状[j].农业工程,2020,10(12):45-49.

[2] 檀学进,王学梅,代永联,刘明团.霉菌毒素污染危害及防控技术[j].山东畜牧兽医,2020,41(02):26-28.

[3] 李娜,周红丽,周涛,张兵.稻谷中霉菌的危害及其毒素检测与防控研究进展[j].粮食与油脂,2020,33(05):7-9.