小麥霉變過程中品質(zhì)變化與微生物之間關(guān)系的研究進(jìn)展

尚玉婷 楊薇 毛金蓉 梁筱妍 張民

摘要 小麥霉變是食品倉儲(chǔ)中常見現(xiàn)象，對(duì)小麥霉變過程中品質(zhì)演變與微生物間的關(guān)系進(jìn)行了介紹，研究在小麥儲(chǔ)藏過程中小麥霉變時(shí)期的組成和結(jié)構(gòu)、導(dǎo)致霉變的主要微生物種類以及霉變過程中營養(yǎng)成分變化。通過研究小麥霉變各個(gè)時(shí)期的顏色、氣味、硬度、營養(yǎng)成分以及毒素含量變化情況，對(duì)淀粉酶、蛋白酶、脂氧合酶、揮發(fā)性物質(zhì)等含量的變化進(jìn)行論述，確定霉變對(duì)小麥品質(zhì)變化的影響與微生物生長之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，為實(shí)際生活中安全儲(chǔ)存生產(chǎn)小麥提供理論依據(jù)和實(shí)際指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 小麥;倉儲(chǔ);霉變;微生物關(guān)聯(lián);營養(yǎng)物質(zhì)

中圖分類號(hào) TS 201.3? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）09-0001-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.09.001

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research Progress on the Relationship between Quality Change and Microorganism during Wheat Mildew

SHANG Yuting1，YANG Wei2，MAO Jinrong1 et al

（1.College of Food Science and Bioengineering， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384;2.College of Basic Science， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384）

Abstract Wheat mildew is a common phenomenon in food storage. The relationship between quality evolution and microorganism during wheat mildew was introduced in this paper. During the storage of wheat， the composition and structure of the mildew period， the main microorganism species causing the mildew and the change of nutrient composition during the mildew period were studied. By studying color， smell， hardness， change of the content of nutrients and toxins in various periods of wheat mildew， the change of amylase， protease， lipoxygenase， volatile substances content was elaborated， the correlation between the influence of mildew on wheat quality and microbial growth was determined to provide theoretical basis and practical guidance for safe storage and production of wheat in practical life.

Key words Wheat;Warehousing;Mildew;Microbial association;Nutrients

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物，產(chǎn)量高、耐儲(chǔ)藏，因此被作為我國的儲(chǔ)備糧。小麥籽粒富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，滿足了微生物生長的基本營養(yǎng)需求，且小麥?zhǔn)斋@時(shí)正處于高溫高濕環(huán)境，為霉變提供了良好生長環(huán)境。我國倉儲(chǔ)的糧食溫濕度與微生物變化復(fù)雜，糧食儲(chǔ)存周期長、糧堆體積大[1]，加之現(xiàn)階段由于我國農(nóng)戶缺乏專業(yè)的儲(chǔ)糧知識(shí)和技術(shù)，每年因儲(chǔ)存不當(dāng)造成小麥發(fā)霉變質(zhì)的損耗率非常高，約占總儲(chǔ)量的6.62%[2]。同時(shí)，霉變除了造成小麥色澤、氣味、食用和加工品質(zhì)發(fā)生變化，還在霉變過程中產(chǎn)生霉菌毒素，并無法用理化方法進(jìn)行消除，從而導(dǎo)致小麥的營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益明顯降低[3-4]。因此，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注導(dǎo)致小麥儲(chǔ)存過程霉變的原因和給小麥品質(zhì)帶來的危害，并致力于減少或避免小麥在儲(chǔ)存過程的霉變。

該研究從小麥的結(jié)構(gòu)、組成以及導(dǎo)致小麥霉變的微生物的種類、代謝特點(diǎn)等方面來探討儲(chǔ)存過程中可能引起小麥霉變的微生物與小麥品質(zhì)變化之間的關(guān)系，以期為研究監(jiān)控小麥儲(chǔ)存過程的品質(zhì)變化和霉變情況提供研究思路。

1 小麥組成和結(jié)構(gòu)

小麥籽粒一般由80%胚乳、15%麩皮和5%胚芽組成，胚乳占小麥籽?？傎|(zhì)量的85%左右，胚乳中含淀粉65%左右。因此，淀粉是小麥重要組成成分[5];蛋白質(zhì)含量約15%，是良好的蛋白質(zhì)補(bǔ)充來源;脂肪約占3%～5%，小麥籽粒中脂肪的含量低，但對(duì)小麥品質(zhì)的影響明顯。淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)為微生物的生長代謝提供充足的碳源、氮源，是微生物天然培養(yǎng)基，為微生物生長代謝提供了充足的能量。研究表明，霉變后，淀粉酶和蛋白酶活性增加，導(dǎo)致淀粉和蛋白質(zhì)降解，營養(yǎng)成分下降，Mares等[6]研究表明，小麥成熟后期α-淀粉酶含量高，會(huì)導(dǎo)致小麥品質(zhì)和價(jià)格大大降低。脂氧合酶與不飽和脂肪酸發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的氣味較臭，嚴(yán)重影響食品品質(zhì)。因此，研究小麥的組成成分變化是探究小麥霉變的重要途徑之一。

2 導(dǎo)致小麥霉變的主要微生物種類

天然發(fā)霉小麥中常見的微生物有毛霉、犁頭霉、青霉和曲霉這幾大類[7]。細(xì)分為鏈格孢霉、鐮孢霉、枝孢霉、綠曲霉、白曲霉、黃曲霉、青霉等。根據(jù)小麥儲(chǔ)存時(shí)間來分，新收獲小麥中優(yōu)勢菌種是鏈格孢霉，儲(chǔ)存1～2年后主要為曲霉和青霉。鏈格孢霉可導(dǎo)致食物中毒，還可致畸、致癌、致突變。鐮孢霉又稱鐮刀菌霉，嘔吐毒素是其典型的毒素，其中含有的脫氧雪腐烯醇（DON）在發(fā)霉的小麥中含量較高，是小麥主要污染物，可導(dǎo)致小麥發(fā)生赤霉病[8-9]，有很強(qiáng)毒性，可以導(dǎo)致動(dòng)物腸功能紊亂，從而引起嘔吐、腹瀉等癥狀[10]。此外鏈格孢霉、鐮孢霉和枝孢霉易生長于高溫高水分下，其他條件生長穩(wěn)定。

曲霉包括綠曲霉、白曲霉、黃曲霉，以黃曲霉為主，其中綠曲霉與白曲霉生長條件為低水分活度13%條件以下，屬于干性微生物。黃曲霉在常溫中等水分下生長，在小麥中產(chǎn)生劇毒性和致癌性的黃曲霉毒素危害人體健康;青霉在水分含量15%以上就可以達(dá)到生長條件，是儲(chǔ)糧危害之一，屬于濕性微生物[11]。霉變后霉菌在作物中產(chǎn)生的大量代系產(chǎn)物，如鏈格孢霉毒素、黃曲霉毒素、青霉毒素等，對(duì)健康的小麥籽粒具有侵染性，因此，快速預(yù)測儲(chǔ)糧是否開始霉變是今后糧食儲(chǔ)藏的重要研究方向與趨勢[12]。

3 霉變對(duì)小麥品質(zhì)的影響

由于霉變過程中微生物代謝旺盛，在各種酶的作用下，淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)被迅速降解，小麥質(zhì)量等級(jí)逐漸下降，營養(yǎng)成分破壞，品質(zhì)也明顯下降。

3.1 霉變對(duì)小麥中淀粉的影響

小麥倉儲(chǔ)期間，淀粉酶將淀粉水解為還原糖，造成淀粉含量下降。劉露露[13]對(duì)小麥籽粒胚乳研究發(fā)現(xiàn)，霉變前期對(duì)淀粉和蛋白質(zhì)基質(zhì)的結(jié)合影響程度較小。霉變后，小粒淀粉開始脫落，蛋白質(zhì)基質(zhì)受損較嚴(yán)重，蛋白質(zhì)基質(zhì)與淀粉不再緊密結(jié)合[14]。霉變影響了淀粉的含量，霉變后小麥的胚乳結(jié)構(gòu)變化明顯，蛋白質(zhì)基質(zhì)部分缺失或全部缺失，淀粉粒結(jié)合疏松表面蛋白質(zhì)基質(zhì)覆蓋少，淀粉粒出現(xiàn)降解或者脫落留坑現(xiàn)象，小粒淀粉受損，導(dǎo)致支鏈淀粉的減少，嚴(yán)重情況下胚乳完全消失[15]。

3.2 霉變對(duì)小麥中蛋白質(zhì)的影響

谷物蛋白含量是小麥最重要的品質(zhì)形狀之一，定義了營養(yǎng)和最終用途特性[16]。王肖肖[17]在小麥霉變中通過SDS-PAGE電泳灰度表現(xiàn)強(qiáng)弱證實(shí)了以下結(jié)論：隨著蛋白酶增加，蛋白質(zhì)被水解成氨基酸，使蛋白質(zhì)含量減少。霉變后的小麥中水溶蛋白變化大，穩(wěn)定性差，易降解導(dǎo)致含量明顯減少;與水溶蛋白相比，鹽溶蛋白變化較小，含量減少較低;醇溶蛋白相對(duì)水溶蛋白與鹽溶蛋白含量較低，幾乎不受霉變影響，含量并未減少。

3.3 霉變對(duì)小麥中脂肪的影響

小麥中脂肪可分為難分離的淀粉脂和易分解的非淀粉脂，非淀粉脂就是人們常說的油脂，雖然含量低，但影響小麥的安全儲(chǔ)存[18]。霉變后，小麥中的微生物生長代謝分泌出大量脂肪酶，脂肪酶會(huì)將脂肪水解為易氧化的甘油，因此極易酸敗，脂肪含量減少后，小麥的儲(chǔ)存穩(wěn)定性下降，為了提高小麥保存期限，必須通過一定手段使酶失活[19]。宋永令等[20]研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒脂肪含量和組成變化都會(huì)對(duì)小麥的儲(chǔ)藏產(chǎn)生影響，脂肪在脂肪酶和脂氧合酶的催化下形成脂肪酸，并進(jìn)一步發(fā)生過氧化分解產(chǎn)生酮、醛等小分子物質(zhì)，進(jìn)而使脂肪含量降低，并產(chǎn)生不良?xì)馕丁?/p>

4 小麥霉變過程的監(jiān)測

我國糧食儲(chǔ)存周期長、堆量體積大、糧堆的溫濕度與微生物變化復(fù)雜[1]。小麥性質(zhì)穩(wěn)定，耐儲(chǔ)存，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，貯藏30年以上的小麥，基本的食品加工特性沒有改變[21-22]。但糧食在儲(chǔ)存初期易受微生物污染產(chǎn)生霉變，通過理化方法無法消除小麥霉變而產(chǎn)生的真菌毒素，導(dǎo)致小麥的營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益明顯降低[3]。因此，對(duì)糧倉進(jìn)行早期預(yù)警和監(jiān)測各項(xiàng)指標(biāo)，是保障小麥糧倉儲(chǔ)存安全的必要手段[23]。

5 小麥霉變過程中的相關(guān)理化指標(biāo)及檢測方法

5.1 淀粉酶

小麥籽粒在儲(chǔ)藏過程中發(fā)生霉變會(huì)使淀粉酶活性增加從而導(dǎo)致淀粉被降解而減少。此時(shí)，淀粉酶是一個(gè)重要指標(biāo)。小麥種子中的淀粉酶包括β-淀粉酶和α-淀粉酶，β-淀粉酶是小麥麥粒在種子形成時(shí)已經(jīng)存在的酶，α-淀粉酶是在種子萌發(fā)和生長時(shí)所合成的酶。郭秀璞等[24]研究發(fā)現(xiàn)，小麥麥粒霉變速率與α-淀粉酶活性呈正相關(guān)。

淀粉酶測定有酸水解法和酶水解法兩種方法，其原理是α-淀粉酶可以將分子鏈中的α-1，4葡萄糖苷鍵水解，生成還原糖[25]。通過測定小麥霉變過程中還原糖含量變化可以反映淀粉酶的變化，即可得出小麥霉變過程中品質(zhì)的變化情況。

藍(lán)慎善等[26]研究表明，為防止小麥霉變，可用適宜濃度的臭氧對(duì)小麥進(jìn)行處理，有抑制淀粉酶活性的作用[27]，從而可減緩淀粉降解速率，提升小麥營養(yǎng)價(jià)值，對(duì)小麥儲(chǔ)藏具有指導(dǎo)意義。

5.2 蛋白酶

韓小賢等[28-29]研究發(fā)現(xiàn)，小麥霉變后，蛋白酶活性增加、引起蛋白質(zhì)分解、品質(zhì)下降，從而改變面筋的品質(zhì)。面筋筋力持續(xù)下降，導(dǎo)致面團(tuán)的黏性降低不易成團(tuán)，直至變形塌陷，嚴(yán)重影響了加工品質(zhì)。滕曉煥等[30]研究表明，面粉的流變學(xué)特性與小麥籽粒中蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)。因此，蛋白質(zhì)是評(píng)價(jià)小麥的重要指標(biāo)，常見檢測方法有凱式定氮法、雙縮脲法、酚試劑法和紫外吸收法。

5.3 脂肪酶、脂氧合酶、脂肪酸

脂肪相關(guān)酶是影響小麥脂肪的重要因素，脂肪相關(guān)酶有脂肪酶和脂氧合酶。脂氧合酶又稱脂肪氧化酶，谷物貯藏的時(shí)間受脂氧合酶影響很大。脂肪在脂肪酶和脂氧合酶的催化下形成脂肪酸，脂肪酸值可以靈敏地反映糧食儲(chǔ)藏品質(zhì)，是評(píng)判小麥儲(chǔ)藏品質(zhì)劣變的重要指標(biāo)[31]。張玉榮等[32]研究表明，脂肪酸值與小麥的含水量呈正相關(guān)，脂肪酶活性增強(qiáng)是由微生物繁殖引起的，脂肪酶使脂肪水解加快。

霉變初期，在氧氣充足時(shí)，如在短時(shí)間內(nèi)脂肪酸值增加過多，則可以判定儲(chǔ)藏小麥品質(zhì)發(fā)生劣變。霉變后期，微生物利用脂肪酸，為自身生長代謝提供能量。由于微生物的消耗，脂肪酸含量不會(huì)過多增加。因此脂肪酸值作為小麥霉變的判定指標(biāo)，可比較準(zhǔn)確地反映小麥品質(zhì)變化情況，常見的脂肪測定方法有索氏提取法。

5.4 揮發(fā)性成分

小麥霉變后，會(huì)產(chǎn)生一些小分子的揮發(fā)性物質(zhì)，大多是由霉菌生長代謝所產(chǎn)生的，如霉菌毒素、霉變揮發(fā)有機(jī)物等[33]。隨著光譜、色譜、電子鼻等發(fā)展，儲(chǔ)藏期小麥的品質(zhì)情況可以用揮發(fā)性組分來評(píng)價(jià)。對(duì)小麥霉變的鑒別轉(zhuǎn)向霉變后霉菌本身所含物質(zhì)和代謝后所產(chǎn)生物質(zhì)，如霉菌毒素、霉變揮發(fā)有機(jī)物等。

劉遠(yuǎn)方等[34]通過電子鼻綜合的氣味分析技術(shù)，對(duì)傳感器型電子鼻進(jìn)行優(yōu)化處理，區(qū)分谷物霉變程度及儲(chǔ)藏時(shí)間等。鄭豪男等[35]通過采用電子鼻技術(shù)，將不同霉變程度的小麥區(qū)分出來，優(yōu)化了電子鼻傳感器陣列。該方法可較好地檢驗(yàn)小麥的品質(zhì)，對(duì)霉變小麥的區(qū)分度較高。趙天霞等[36]研究表明，利用電子鼻技術(shù)快速識(shí)別小麥籽粒霉菌侵染程度是可行的。Sinha等[37]用氣相色譜儀檢測出小麥被霉菌嚴(yán)重侵染后，3種氣味化合物明顯上升。綜上所述，在小麥倉儲(chǔ)過程中，通過檢測不同區(qū)域小麥產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)，就可以幫助判斷小麥?zhǔn)欠衩棺兓蛎棺兊内厔?，進(jìn)而有效控制儲(chǔ)糧的品質(zhì)。

6 環(huán)境條件與微生物的協(xié)同作用對(duì)小麥霉變過程的影響

溫度濕度是影響小麥儲(chǔ)存的主要因素，在糧食儲(chǔ)存中當(dāng)出現(xiàn)局部溫度變高和水分積累時(shí)，易發(fā)生霉變從而影響小麥品質(zhì)。

我國對(duì)于小麥倉儲(chǔ)的要求為：常用低溫或常溫、水分低于安全水分。主要是由于小麥?zhǔn)斋@初期，由于微生物呼吸作用旺盛會(huì)產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致糧堆中產(chǎn)生發(fā)熱點(diǎn)，且剛收獲的小麥含水量較高，這種高溫高濕的環(huán)境會(huì)促進(jìn)霉菌孢子的萌發(fā)，加速小麥的霉變。因此，入庫儲(chǔ)存前小麥籽粒必須嚴(yán)格控制含水量在13%以下，才能保證小麥的安全性。入庫后還要隨時(shí)關(guān)注糧倉內(nèi)溫濕度變化，對(duì)于新糧的儲(chǔ)藏，要做到及時(shí)通風(fēng)。

研究表明，小麥籽粒中微生物數(shù)量越多，越容易導(dǎo)致小麥霉變。將小麥籽粒中的水分控制在10%以下，會(huì)明顯減少微生物的生長[38]。許化琰[39]研究表明，小麥霉變主要由微生物引起，微生物生長繁殖導(dǎo)致小麥發(fā)熱，造成局部高溫，糧食通過局部向整體進(jìn)行傳熱，此時(shí)易出現(xiàn)糧堆霉變的情況。

7 展望

糧食是國民生存和國家發(fā)展的主要資源，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的位置。糧油儲(chǔ)藏是關(guān)系國計(jì)民生的大事，是國家發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的基本條件。小麥作為我國重要的儲(chǔ)備糧之一，必須要保證其儲(chǔ)藏的安全性。目前，我國小麥的倉儲(chǔ)條件已得到極大改善，相應(yīng)的控制手段也能比較有效地降低小麥霉變的概率。但由于外界環(huán)境的變化或不可控惡劣氣候的原因，小麥的霉變?nèi)匀粺o法杜絕，這就需要進(jìn)一步研究小麥霉變的發(fā)生機(jī)理、了解微生物代謝與小麥霉變之間的關(guān)聯(lián)和造成小麥品質(zhì)變化的規(guī)律，從而能夠更早更快地發(fā)現(xiàn)、發(fā)覺霉變的趨勢，更及時(shí)地采取控制手段，更好地保障我國儲(chǔ)糧的安全。

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