加速陳化過程中小麥品質變化及陳化指標篩選

張玉榮，張 曉，田 甜，王強強，寇含笑，潘運宇

河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 糧食儲藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心, 河南 鄭州 450001

小麥在世界糧食消費、庫存和貿易中的地位舉足輕重，也是我國重要的糧食作物之一，生產量和儲備量都比較大[1-2]。小麥的儲藏穩(wěn)定性較好，常溫下一般可儲存3～5 a，有關研究表明，隨著儲藏時間的延長，小麥的蒸煮品質和烘焙品質會逐漸改善和提高，儲藏4 a以后烘焙品質開始下降[3-4]。小麥正常儲藏條件下由于自身的呼吸作用以及受環(huán)境溫度、濕度、微生物和害蟲的影響，其生理特性和品質指標會發(fā)生一系列變化，若儲存不當會發(fā)生品質劣變[5-8]。電導率[6,9]、發(fā)芽率[9-11]和生活力[7,12]等指標可以表征種子活力的大小，此外過氧化氫酶[13]、過氧化物酶活性[14]等也可以表征種子生活力的大小，而根據種子生活力的大小在一定程度上可以評判小麥儲藏過程中品質的劣變情況。作者為縮短研究過程，模擬小麥儲藏環(huán)境中的高溫高濕條件，研究加速陳化過程中小麥的電導率、發(fā)芽率、生活力、過氧化物酶活性、過氧化氫酶活性、降落數值和丙二醛含量等指標的變化，篩選出小麥陳化過程中的敏感指標，以便合理利用小麥資源，為國家糧食儲備庫進行科學、合理地糧食輪換提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

中筋小麥：周麥27(水分含量10.67%、容重811 g/L、濕面筋含量25.20%)；高筋小麥：周麥30(水分含量11.02%，容重805 g/L，濕面筋含量32.35%)。裝入透氣紗布袋中，每袋約1 kg，放入人工氣候培養(yǎng)箱加速陳化，儲藏溫度40 ℃，濕度75%。

1.2 儀器與設備

HWS-300恒溫恒濕培養(yǎng)箱：寧波東南儀器有限公司；101 A-I型電熱恒溫干燥箱：上海市崇明實驗儀器廠；ML204/02 電子天平：梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；DDS-307 A電導率儀：上海儀電科學儀器股份有限公司；MJ-ⅢB型雙頭面筋洗滌儀：杭州大吉光電儀器有限公司；BLH-1400降落值測定儀：浙江伯利恒儀器設備有限公司；恒溫水浴鍋：金壇市華峰儀器有限公司；TGL-18MS臺式高速冷凍離心機：上海盧湘離心機儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥電導率的測定

參照文獻[15]，數取完整無破損的小麥粒25粒并稱質量記為m，每個樣品做兩個平行試驗，兩個平行樣品間的質量誤差小于0.01 g，用蒸餾水將樣品沖洗3次并用濾紙擦干，放入比色管中，加入50 mL蒸餾水，同時做空白，在25 ℃的恒溫箱中靜置12 h，用電導率儀測定蒸餾水的電導率A和浸泡液的電導率B，則小麥電導率/(μS·cm-1·g-1)=(B-A)/m。

1.3.2 小麥發(fā)芽率的測定

小麥發(fā)芽率按照GB/T 5520—2011 測定。

1.3.3 小麥生活力的測定

參照文獻[12]，隨機挑選100粒完整小麥樣品，每個樣品做兩個平行試驗，放入比色管中在室溫下浸泡12 h后，用小刀切去一半胚，將切好的另一半胚放入干燥潔凈的比色管中，倒入0.2%的紅四唑溶液使其完全浸沒，放在30 ℃的恒溫箱中染色40 min，取出后倒出染色液，用蒸餾水進行清洗，對胚部被染紅的小麥籽粒計數。

1.3.4 小麥過氧化物酶活性的測定

小麥過氧化物酶活性參照文獻[14]進行測定。

1.3.5 小麥過氧化氫酶活性的測定

小麥過氧化氫酶活性按照GB/T 5522—2008測定，其中高錳酸鉀標準溶液的配制和標定按照GB/T 601進行。

1.3.6 小麥降落數值的測定

小麥降落數值按照GB/T 10361—2008 測定。

1.3.7 小麥丙二醛含量的測定

參照文獻[16]，稱量小麥粉 (1.00±0.01) g，每個樣品做兩個平行試驗，加入2 mL 10%的三氯乙酸(TCA)溶液和適量石英砂，研磨至勻漿，再加8 mL TCA進一步研磨、勻漿，4 000 r/min離心10 min。取4 mL上清液，加入4 mL 0.6%的硫代巴比妥酸(TBA)溶液，于具塞試管中混勻，將混合液于沸水浴中反應15 min，迅速冷卻后再4 000 r/min離心10 min，取上清液于450、532、600 nm波長下測定吸光度A。同時做空白對照。

丙二醛含量/(μmol·g-1)=[6.45(A532-A600)-0.56A450]×V/W,

式中：V為提取液體積，mL；W為小麥粉質量，g。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 20.0進行數據處理，Origin 2018作圖。

2 結果與討論

2.1 小麥加速陳化過程中電導率的變化

小麥種子浸泡一段時間后，浸出液的電導率可在一定程度上反映種子的生活力。加速陳化過程中兩種小麥電導率變化見圖1。

圖1 加速陳化過程中小麥電導率的變化Fig.1 Changes of wheat conductivity during accelerated aging

由圖1可知，隨著陳化時間的延長，小麥種子的電導率總體呈上升趨勢。兩種小麥分別從原始樣的29.65、35.35 μS/(cm·g)增長到83.45、82.30 μS/(cm·g)，增加幅度分別為181%與133%。中筋小麥在3～4月電導率增加幅度最大，高筋小麥在1～2月增加幅度最大。在陳化初期，小麥種子的生活力較高，細胞膜結構完整，細胞內電解質向外滲漏的量較少，所以種子浸泡液的電導率較低。隨著陳化時間的延長，細胞膜的完整性遭到破壞，細胞內物質較容易浸泡出，從而導致浸泡液電導率升高[14]。

2.2 小麥加速陳化過程中發(fā)芽率的變化

發(fā)芽率是評價小麥品質的重要指標，尤其是種用小麥必須具備很高的發(fā)芽率。小麥發(fā)芽率高說明其品質較好，反之則品質較差。加速陳化過程中兩種小麥發(fā)芽率的變化見圖2。

圖2 加速陳化過程中小麥發(fā)芽率的變化Fig.2 Changes of wheat germination rate during accelerated aging

由圖2可知，在加速陳化過程中兩種小麥的發(fā)芽率均呈下降趨勢。兩種小麥原始樣品發(fā)芽率分別為98%、97%。在陳化初期的1～3月，兩種小麥的發(fā)芽率基本未發(fā)生變化，從陳化第4月時開始快速降低，其中中筋小麥在5～7月發(fā)芽率急劇下降，并在第7月時發(fā)芽率降為0。高筋小麥的發(fā)芽率4～8月急劇下降，陳化至第9月時完全降為0。在高溫條件下儲藏，小麥的生理活動旺盛，呼吸作用強，最初小麥發(fā)芽率變化不大，但隨儲藏時間的延長，小麥種子內部膠體陳化，生命蛋白質凝固，導致種子生活力減弱或喪失，表現為小麥發(fā)芽率逐漸減小[11]，且高筋小麥和中筋小麥呈現相同的規(guī)律。

2.3 小麥加速陳化過程中生活力的變化

生活力是指胚部具有發(fā)芽的潛在能力，一定程度上可以表征種子的劣變程度。加速陳化過程中兩種小麥生活力變化見圖3。

圖3 加速陳化過程中小麥生活力的變化Fig.3 Changes of wheat viability during accelerated aging

由圖3可知，加速陳化過程中小麥的生活力總體呈下降趨勢。兩種小麥均在陳化前期1～4月較為穩(wěn)定，在陳化中期4～8月急劇下降，陳化至第9月時生活力已降為0。小麥在加速陳化過程中發(fā)芽率與生活力的變化較為一致。由于種子發(fā)芽率的測定需要7 d，而發(fā)芽率和生活力有較好的相關性[17]，所以可以通過測定小麥的生活力來判斷其發(fā)芽率。

2.4 小麥加速陳化過程中過氧化物酶活性的變化

過氧化物酶廣泛分布在植物體內，在植物的新陳代謝中起重要作用，可以消除植物細胞內的自由基，延緩細胞的衰老。加速陳化過程中兩種小麥過氧化物酶活性變化見圖4。

圖4 加速陳化過程中小麥過氧化物酶活性的變化Fig.4 Changes of wheat peroxidase activity during accelerated aging

由圖4可知，兩種小麥過氧化物酶活性在加速陳化過程中均呈下降趨勢，且在陳化4～5個月時下降速率最快，下降幅度最大，中筋小麥從3 222 U/g下降到296 U/g，降幅達90.79%；高筋小麥從3 908 U/g下降到1 019 U/g，降幅達73.94%。在整個加速陳化的儲藏期內，過氧化物酶活性前期(陳化0～5個月)下降幅度較大，陳化5個月后，其酶活性已較低，所以陳化后期酶活性呈緩慢下降趨勢。過氧化物酶是小麥的一種重要的保護酶，酶活性的大小能夠反映其清除活性氧功能的強弱[11]。小麥在進入高溫高濕的環(huán)境后，過氧化物酶活性急劇下降，清除氧的功能會減弱，所以活性氧對小麥細胞膜的傷害就會加劇，進而小麥的品質發(fā)生劣變。

2.5 小麥加速陳化過程中過氧化氫酶活性的變化

過氧化氫酶與過氧化物酶一樣能夠清除體內的自由基，從而保證細胞的正常代謝[18]。在常溫條件下儲藏時，短時間內酶活性不會發(fā)生太大的變化。加速陳化條件下兩種小麥過氧化氫酶活性的變化見圖5。

圖5 加速陳化過程中小麥過氧化氫酶活性的變化Fig.5 Changes of wheat catalase activity during accelerated aging

由圖5可知，與過氧化物酶不同，在整個陳化過程中兩種小麥中的過氧化氫酶活性急劇下降。中筋小麥的過氧化氫酶活性從原始樣的114.55 mg/g下降到12.08 mg/g，降幅達89.46%；高筋小麥過氧化氫酶活性從原始樣品的105.21 mg/g下降到17.51 mg/g，降幅達83.36%。說明在高溫高濕的環(huán)境下，隨著陳化時間的延長，過氧化氫酶活性逐漸降低，小麥的劣變程度也逐漸嚴重。

2.6 小麥加速陳化過程中降落數值的變化

降落數值可以在一定程度上反映α-淀粉酶活性的大小[6]，加速陳化過程中兩種小麥降落數值的變化見圖6。

圖6 加速陳化過程中小麥降落數值的變化Fig.6 Changes of wheat falling number during accelerated aging

由圖6可知，小麥的降落數值隨陳化時間的延長總體呈上升趨勢。且在陳化前4月快速增加，在4～7月變化趨于平緩，而后又開始升高，陳化10月后，中筋小麥先上升后下降，而高筋小麥先下降而后上升。兩種小麥原始樣降落數值分別為389 s和435 s，陳化12月，中筋小麥上升到735 s，升高了88.94%，高筋小麥上升到816 s，升高了87.59%。這與張玉榮等[19-20]的研究一致。降落數值越高，α-淀粉酶活性越小，此時做成的面包、饅頭比容小，外表不光滑，內部氣孔較大而且不均勻，反之，降落數值越低，α-淀粉酶活性越大，此時做成的饅頭、面包會出現發(fā)黏、口感差等現象。

2.7 小麥加速陳化過程中丙二醛含量的變化

丙二醛在一定程度上可以用來衡量小麥的劣變程度。加速陳化過程中兩種小麥丙二醛含量變化見圖7。

圖7 加速陳化過程中小麥丙二醛含量的變化Fig.7 Changes of wheat malondialdehyde content during accelerated aging

由圖7可知，隨著陳化時間的延長,小麥中丙二醛含量呈上升趨勢，中筋小麥在陳化前9月丙二醛含量急劇上升，陳化9月后變化變緩，而高筋小麥在陳化的前6月上升得比較快，而后先下降后緩慢增加。中筋小麥和高筋小麥丙二醛初始含量分別為2.44、2.43 μmol/g，陳化12月后中筋小麥丙二醛含量為5.06 μmol/g，增幅為107.38%，高筋小麥丙二醛含量為4.73 μmol/g，增幅為94.65%。小麥在加速陳化過程中丙二醛含量不斷增加[21]，原因是在高溫高濕的條件下，細胞內抗氧化酶活性降低，導致清除自由基與過氧化物的能力減弱，自由基不斷地積累攻擊膜脂分子，引起過氧化作用形成了有機自由基，有機自由基進一步氧化生成產物丙二醛等[22]。

2.8 敏感指標的篩選

對不同陳化期的兩種小麥的生理指標進行統(tǒng)計分析及方差分析，結果見表1和表2。

表1 中筋小麥生理品質變化及方差分析Table 1 Physiological quality changes and variance analysis of medium-gluten wheat

由表1可知，對于中筋小麥，陳化1月時電導率未發(fā)生顯著變化，從陳化第2月開始到陳化期結束，電導率與原始樣相比均呈現顯著性差異。陳化1～3月樣品的發(fā)芽率與原始樣相比無顯著變化，從第4月開始顯著下降，第7月時已降為0。生活力在陳化前4月與原始樣相比未發(fā)生顯著性變化，陳化5～8月時顯著降低，第9月開始生活力降為0。在加速陳化過程中各樣品過氧化物酶活性與原始樣相比均發(fā)生顯著下降，陳化5～12月，由于過氧化物酶活性已較低，所以酶活性無顯著性差異。過氧化氫酶活性在整個陳化期內均較原始樣呈現顯著性差異。在整個陳化期內降落數值與原始樣品相比均顯著升高，說明α-淀粉酶活性較原始樣品顯著下降。丙二醛含量在整個陳化期內與原始樣相比均顯著增加。由方差分析及變異系數可知，對于中筋小麥，其各項生理指標變異系數均>15%，均可作為小麥的陳化指標，其中，發(fā)芽率、生活力、過氧化物酶及過氧化氫酶活性的變異系數較大，可進一步篩選。

表2 高筋小麥生理品質變化及方差分析Table 2 Physiological quality changes and variance analysis of high-gluten wheat

由表2可知，高筋小麥的電導率從陳化第2月開始與原始樣相比顯著增加。發(fā)芽率在陳化1～3月與原始樣相比無顯著變化，4～8月顯著下降，陳化至第9月時發(fā)芽率已降為0。生活力陳化前4月變化不顯著，從第5月開始顯著下降，陳化至第9月時生活力全部喪失。過氧化物酶活性在整個陳化期內與原始樣相比均顯著性下降，在陳化后期6～12月之間變化不顯著。過氧化氫酶活性在整個陳化期內均較原始樣顯著下降。降落數值在陳化過程中呈顯著增加趨勢。陳化2～12月的丙二醛含量相對原始樣品顯著增加，但在陳化中后期(5～12月)未發(fā)生顯著變化。由方差分析及變異系數可知，對于高筋小麥，其各項生理指標變異系數均>15%，均可作為小麥的陳化指標，其中，發(fā)芽率、生活力、過氧化物酶及過氧化氫酶活性的變異系數較大，可進一步篩選。

因此，對于中、高筋兩種小麥，在加速陳化過程中其各項生理指標均可作為小麥的陳化指標，其中較為突出的有發(fā)芽率、生活力、過氧化物酶和過氧化氫酶活性，可進一步進行篩選。

3 結論

研究了加速陳化過程中小麥生理指標的變化，結果表明：隨著加速陳化時間的延長，電導率呈上升趨勢，中、高筋小麥分別從原始樣的29.65、35.35 μS/(cm·g)增長到83.45、82.30 μS/(cm·g)，增幅分別為181%與133%；發(fā)芽率和生活力呈下降趨勢，中筋小麥陳化至第7月時發(fā)芽率降為0，高筋小麥陳化至第9月時發(fā)芽率降為0，兩種小麥陳化至第9月時生活力均降為0，降幅均達100%；過氧化氫酶活性呈下降趨勢，中筋小麥降幅為89.46%，高筋小麥降幅為83.36%；過氧化物酶活性呈下降趨勢，且陳化4～5月下降速率最快，下降幅度最大，中筋小麥降幅為90.79%，高筋小麥降幅為73.94%；降落數值呈上升趨勢，中筋小麥增幅為88.94%，高筋小麥增幅為87.59%；丙二醛含量呈上升趨勢，中筋小麥增幅為107.38%，高筋小麥增幅為94.65%。

對不同陳化期的中、高筋兩種小麥的各生理指標進行統(tǒng)計分析及方差分析，各指標在大多數陳化期內的數值差異都達到顯著水平，且變異系數均較大，說明這些指標能夠較好地反映不同陳化時期小麥品質劣變的差異程度，均可作為判斷小麥新陳度的陳化指標，其中較為突出的有發(fā)芽率、生活力、過氧化物酶及過氧化氫酶活性，可進一步進行篩選。