尖刀鐮刀菌對儲藏小麥霉變過程中品質(zhì)的影響

吳茜茜 張鵬宇

摘要 利用尖刀鐮刀菌侵染小麥，研究小麥霉變的內(nèi)部結構、主要營養(yǎng)成分及氣味變化，試驗結果表明：微生物在小麥皮質(zhì)層及胚乳內(nèi)形成菌絲，產(chǎn)生孢子；在高溫高濕條件下（20 ℃，20%）貯藏49 d后小麥支鏈淀粉的消耗速率提高 2.04倍，清蛋白消耗速率高于球蛋白、谷蛋白；采用電子鼻分析小麥霉變各個時期氣味變化，通過PCA主成分分析確定2個主成分，其貢獻率累計為98.3%，從氣味特征上明確霉變粒與正常粒的差異。

關鍵詞 尖刀鐮刀菌；霉變粒；營養(yǎng)成分；氣味特征分析

中圖分類號 S 279.5? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）07-0171-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.039

Effects of Fusarium oxysporum on the Quality of Stored Wheat during Mildew

WU Qian-qian， ZHANG Peng-yu

（School of Biology，F(xiàn)ood and Environment， Hefei University， Hefei， Anhui 230601）

Abstract Fusarium oxysporum was used to infect normal wheats to study the changes of internal structure， main nutrients and odor during wheat mildew.The experimental results showed tha hyphae and sporest were formed in wheat cortex and endosperm;the consumption rate of wheat amylopectin increased by 2.04 times under high temperature and high humidity （20 ℃， 20%） for 49 days，the consumption rate of albumin was higher than that of globulin and glutenin;the odor changes in each period of wheat milden were analyzed by electronic nose， and two principal components determined by PCA principal component analysis had a cumulative contribution rate of 98.3%.The difference between moldy grain and normal grain was clear from the odor characteristics.

Key words Fusarium oxysporum;Wheat mildew;Nutrients;Odor characteristic analysis

基金項目 安徽省科技廳重點研發(fā)項目“小麥不完善粒高效檢測關鍵技術研究及應用” （202004a06020025）。

作者簡介 吳茜茜（1974—），女，安徽黟縣人，教授，碩士，從事微生物學研究。

收稿日期 2022-05-26

我國小麥2021年產(chǎn)量約13 695萬t，同比2020年增長2%左右。小麥作為我國的三大主糧之一，其產(chǎn)量、品質(zhì)、食品安全一直備受關注，通常采用優(yōu)化小麥品種，改善營養(yǎng)供應，變換耕種方式等措施以期提高小麥的產(chǎn)量及品質(zhì)。如劉鴻飛等［1］研究籽粒儲藏時間與灌溉量及頻次的交互作用對小麥品質(zhì)的影響效應；在小麥倉儲過程中溫度及濕度如控制不當易造成小麥的霉變，形成霉變粒，使小麥色澤、氣味、主要營養(yǎng)物和加工品質(zhì)都發(fā)生變化，影響或降低小麥的營養(yǎng)價值、經(jīng)濟效益。因此，在小麥儲存過程要控制環(huán)境條件，采用合理的貯藏方式，避免發(fā)生霉變，以保證小麥品質(zhì)及食品安全。尚玉婷等［2］研究報道小麥霉變過程中品質(zhì)變化與微生物之間關系，鐘建軍等［3］則研究了不同儲藏方式對小麥粉水分、脂肪酸值和白度的影響。筆者模擬小麥霉變過程，了解霉變小麥的內(nèi)部結構、主要營養(yǎng)物質(zhì)、氣味變化，以期為倉儲小麥過程中的品質(zhì)、霉變程度的監(jiān)控提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 菌種和小麥

尖刀鐮刀菌（Fusarium graminearum）由合肥學院微生物實驗室提供。小麥籽粒由安徽省糧油研究所提供。

1.2 主要試驗儀器 恒溫恒濕培養(yǎng)箱，INOSE電子鼻，Motic體視鏡。

1.3 試驗方法

1.3.1 模擬試驗。

尖刀鐮刀菌感染的小麥：小麥用無菌水洗滌3次后，接入尖刀鐮刀菌孢子液（200個/mL，按照糧食原始量的50%比例加入試驗小麥中，并攪拌均勻［4］），恒溫恒濕培養(yǎng)。

1.3.2 小麥水分的測定［5］。

稱取30 g小麥樣品烘干至恒重，測得小麥原水分（水分=樣品小麥濕重-樣品小麥干重）。試驗需要小麥水分計算公式為：

小麥水分（%）=（樣品小麥含水量+外加水量）×100%/加水后小麥重量

1.3.3 主要營養(yǎng)物質(zhì)的測定及其消耗速率的定義。

小麥淀粉測定：采用改良的雙波長法［6］；蛋白質(zhì)采用改良Osborne法分離［7］，考馬斯亮藍法測定；脂肪酸：酸堿滴定法［3］。

營養(yǎng)物消耗速率定義［8］：單位質(zhì)量小麥在單位時間（7 d）內(nèi)營養(yǎng)物消耗量［單位：mg/（g·w）］。

1.3.4 電子鼻測試條件。

采樣時間為 60 s，進樣流量為1 L/min，清洗通道 120 s，等待 10 s。具體傳感器性能描述見表 1。

2 結果與分析

2.1 霉變粒形態(tài)特征及微觀結構的變化

2.1.1 霉變粒形態(tài)特征。通過模擬夏季梅雨季節(jié)高溫高濕的環(huán)境（貯藏溫度30 ℃，含水率20%），取樣后置于Motic體視鏡下進行觀察，試驗結果如圖1。從圖1可知，正常粒小麥呈黃色且顆粒飽滿，隨著小麥貯藏時間的延長，小麥表面褶皺逐漸增多，15～21 d小麥表面長出少量尖刀鐮刀菌，但數(shù)量不多，表面開始發(fā)白；43～49 d時小麥表面長出明顯菌落。通過觀察小麥的橫切面，正常粒小麥內(nèi)部呈現(xiàn)白色，質(zhì)地緊密，霉變小麥內(nèi)部菌落生長，受潮導致淀粉含量下降，小麥內(nèi)部透明部分逐漸增大。

2.1.2 霉變小麥內(nèi)部微觀結構。

從圖2A可以發(fā)現(xiàn)，正常小麥內(nèi)部結構緊密，蛋白顆粒、大淀粉顆粒、小淀粉顆粒緊緊地結合在蛋白基質(zhì)中，而霉變后小麥（圖2B）蛋白基質(zhì)結構較為疏松，大淀粉顆粒、小淀粉顆粒開始從蛋白基質(zhì)中脫落形成留坑現(xiàn)象，小淀粉顆粒數(shù)目明顯增多；霉菌的菌絲通過小麥表皮、糊粉層進入胚乳，在小麥皮質(zhì)、糊粉層及胚乳都可以形成真菌孢子（圖2C和2D）。這說明霉變后小麥的內(nèi)部結構有明顯變化，這與郭亞鵬等［9］研究報道的儲藏小麥發(fā)熱霉變前后，其微觀結構也發(fā)生變化的結果一致。

2.2 霉變粒主要營養(yǎng)成分變化

2.2.1 淀粉的變化。

小麥淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，分別在20和30 ℃、含水率為20%貯藏49 d的條件下探究小麥霉變粒直鏈淀粉和支鏈淀粉的變化，試驗結果見表2。由表2可知，當貯藏溫度為20和30 ℃時，霉變粒直鏈淀粉消耗速率分別為10.62和8.47 mg/（g·w），霉變粒支鏈淀粉消耗速率為50.20和49.73 mg/（g·w）；霉變粒與正常粒的直鏈淀粉速率比分別為1.67和1.18，支鏈淀粉速率比分別為2.04和1.44。這表明溫度和尖刀鐮刀菌生長都對小麥中淀粉含量有影響，且接種尖刀鐮刀菌后，小麥支鏈淀粉消耗量明顯大于直鏈淀粉消耗量，這可能是霉變后小淀粉顆粒受損脫落較多，導致支鏈淀粉減少［2］。

2.2.2 蛋白的變化。

由表3可知，霉變粒與正常粒中各類蛋白消耗速率比表現(xiàn)不一致，表現(xiàn)為清蛋白>谷蛋白>球蛋白；與30 ℃相比，20 ℃時霉變粒的各類蛋白消耗速率的速率比略高。筆者前期試驗發(fā)現(xiàn)，尖刀鐮刀菌在30 ℃時產(chǎn)孢量明顯低于20 ℃的孢子量，這說明高溫不利于孢子合成，從而間接導致蛋白消耗量有所下降。

2.2.3 脂肪酸的變化。從圖3可知，小麥初始的脂肪酸含量為231.0 mg/kg，霉變粒分別在20和30 ℃貯藏49 d脂肪酸含量提高至810.8和696.4 mg/kg。這說明貯藏溫度越高，小麥的游離脂肪酸含量越多。

2.3 霉變粒的氣體指紋分析

對正常粒、貯藏14、35、49 d的霉變粒進行氣體指紋分析（圖4）。與正常粒相比，貯藏14 d的霉變粒在s1、s4、s8響應值明顯增高，氣味的差異也主要表現(xiàn)在氨氣、胺類、乙醇、有機溶劑等氣體；貯藏35 d霉變粒的s1、s2、s4、s8、s13響應值增大，氣味的差異也主要表現(xiàn)在氨氣、胺類、硫化氫、硫化物、乙醇、有機溶劑、VOC（多用于環(huán)境污染檢測）、煙氣、烹調(diào)臭味等氣體；貯藏49 d霉變粒的s1、s4、s8響應值明顯增高，尤其是s4響應值，氣味的差異也主要表現(xiàn)在氨氣、胺類、乙醇、有機溶劑、VOC（多用于環(huán)境污染檢測）等氣體。這是由于微生物侵染小麥分解有機物導致?lián)]發(fā)性物質(zhì)積累，也進一步說明小麥霉變后與正常小麥的揮發(fā)性物質(zhì)在成分及含量上有所區(qū)別［10］。

基于PCA的主成分分析法（圖5a），上述數(shù)據(jù)確定第一主成分貢獻率為72.6%，第二主成分貢獻率為25.7%，累計共計98.3%，同時正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）顯示，基于PC1和PC2的正常粒與霉變粒模型R2=0.990，表明模型建立良好，能較好地概括解釋成分的差異性；圖5b顯示，第一主成分貢獻度按霉變粒（49 d）>霉變粒（35 d）>霉變粒（14 d）>正常粒的順序遞減；對于第二主成分貢獻度，霉變粒（35 d）遠遠超過其他的供試粒，這提示電子鼻結合PCA可以明顯判別小麥霉變程度［11］。

3 結論

小麥發(fā)生霉變后，微生物在小麥表面生長并產(chǎn)生孢子，菌絲還可以侵入糊粉層、胚乳內(nèi)部生長并產(chǎn)生孢子，造成部分淀粉顆粒和蛋白顆粒發(fā)生降解，導致小麥營養(yǎng)價值降低。霉變也會導致小麥氣味發(fā)生變化，有可能是小麥霉變后刺激了氨氣、醇類和有機硫化物等的生成。

參考文獻

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