优化臭氧吸附提升储粮杀虫效能与品质的关键技术研究

为解决传统熏蒸剂（如磷化氢）导致的害虫抗性、环境危害及残留问题，南京财经大学食品储运工程实验室团队通过响应面法（RSM）系统研究了小麦、玉米和水稻在不同温度（15-35°C）、湿度（12.5-16.5%）和臭氧浓度（200-500 ppm）下的吸附特性，发现水分含量是影响臭氧吸附的主导因素。研究优化出三种谷物最低吸附条件（如水稻：17.1°C、12.7%湿度、436 ppm），显著降低LT50/LT99值（如水稻LT99从>24h缩短至15.7h），同时维持发芽率、营养组分（蛋白质/淀粉）稳定并减少微生物污染（霉菌降低77.99%）。该研究为臭氧在粮食绿色储藏中的高效应用提供了理论支撑。

　　

研究背景与意义
全球粮食供应链长期面临储粮害虫（如赤拟谷盗Tribolium castaneum）的威胁，传统化学熏蒸剂如磷化氢（PH₃）和甲基溴因抗药性、环境毒性逐渐被淘汰。臭氧（O₃）作为“公认安全”（GRAS）的强氧化剂，虽具广谱杀虫和抗菌潜力，但其实际应用受限于谷物对臭氧的强烈吸附作用——臭氧会与谷物表面活性位点结合并分解，导致有效浓度不足。此前研究多聚焦单一因素影响，缺乏系统优化。南京财经大学团队首次通过多参数协同调控，破解臭氧“低生物利用度”难题，相关成果发表于《LWT-Food Science and Technology》。

关键技术方法
研究采用响应面法（RSM）中的Box-Behnken设计（BBD），以小麦、玉米、水稻为对象，分析温度（15-35°C）、湿度（12.5-16.5%）、臭氧浓度（200-500 ppm）对吸附效率η（公式：η=(C₀-C₁)-(C₀-C₂)）的影响。通过自制臭氧熏蒸系统（含实时监测模块）评估杀虫效果（LT₅₀/LT₉₉），并检测发芽率、脂肪酸值（FAV）、微生物负载（TVC/霉菌）等品质指标。

研究结果

1. 臭氧吸附特性
   水分含量是吸附主导因素（F值达191.25），水稻因多孔结构吸附最强（64.67%）。高温（35°C）和高湿（16.5%）促进吸附，但臭氧浓度超400 ppm时出现饱和效应（图2）。

2. 优化模型验证
   RSM模型确定最低吸附条件：小麦（18.3°C, 13.0%, 471 ppm）、水稻（17.1°C, 12.7%, 436 ppm）。验证实验误差仅1.48-3.68%（表4）。

3. 杀虫效能提升
   优化后水稻LT₉₉从>24h降至15.7h（表5），因减少臭氧与稻壳硅质层的无效结合。

4. 品质保护机制
   低吸附条件下，12h处理使小麦霉菌下降94.06%，FAV增幅减少40%（图7），且蛋白质/淀粉含量无显著变化（表6）。

结论与展望
该研究首次阐明臭氧吸附与谷物组分（如稻壳硅质）的构效关系，通过RSM优化实现“杀虫-保品质”双目标。未来需拓展至实仓环境验证，并探索臭氧与其他绿色技术（如气调）的协同效应。成果为替代磷化氢提供了可量化操作方案，推动粮食储藏向低碳安全转型。

（注：全文数据均来自原文，未添加外部引用）