加速陈化过程中小麦品质变化及陈化指标筛选

张玉荣，张 晓，田 甜，王强强，寇含笑，潘运宇

河南工业大学 粮油食品学院，河南粮食作物协同创新中心， 粮食储藏安全河南省协同创新中心, 河南 郑州 450001

小麦在世界粮食消费、库存和贸易中的地位举足轻重，也是我国重要的粮食作物之一，生产量和储备量都比较大[1-2]。小麦的储藏稳定性较好，常温下一般可储存3～5 a，有关研究表明，随着储藏时间的延长，小麦的蒸煮品质和烘焙品质会逐渐改善和提高，储藏4 a以后烘焙品质开始下降[3-4]。小麦正常储藏条件下由于自身的呼吸作用以及受环境温度、湿度、微生物和害虫的影响，其生理特性和品质指标会发生一系列变化，若储存不当会发生品质劣变[5-8]。电导率[6,9]、发芽率[9-11]和生活力[7,12]等指标可以表征种子活力的大小，此外过氧化氢酶[13]、过氧化物酶活性[14]等也可以表征种子生活力的大小，而根据种子生活力的大小在一定程度上可以评判小麦储藏过程中品质的劣变情况。作者为缩短研究过程，模拟小麦储藏环境中的高温高湿条件，研究加速陈化过程中小麦的电导率、发芽率、生活力、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、降落数值和丙二醛含量等指标的变化，筛选出小麦陈化过程中的敏感指标，以便合理利用小麦资源，为国家粮食储备库进行科学、合理地粮食轮换提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

中筋小麦：周麦27(水分含量10.67%、容重811 g/L、湿面筋含量25.20%)；高筋小麦：周麦30(水分含量11.02%，容重805 g/L，湿面筋含量32.35%)。装入透气纱布袋中，每袋约1 kg，放入人工气候培养箱加速陈化，储藏温度40 ℃，湿度75%。

1.2 仪器与设备

HWS-300恒温恒湿培养箱：宁波东南仪器有限公司；101 A-I型电热恒温干燥箱：上海市崇明实验仪器厂；ML204/02 电子天平：梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；DDS-307 A电导率仪：上海仪电科学仪器股份有限公司；MJ-ⅢB型双头面筋洗涤仪：杭州大吉光电仪器有限公司；BLH-1400降落值测定仪：浙江伯利恒仪器设备有限公司；恒温水浴锅：金坛市华峰仪器有限公司；TGL-18MS台式高速冷冻离心机：上海卢湘离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 小麦电导率的测定

参照文献[15]，数取完整无破损的小麦粒25粒并称质量记为m，每个样品做两个平行试验，两个平行样品间的质量误差小于0.01 g，用蒸馏水将样品冲洗3次并用滤纸擦干，放入比色管中，加入50 mL蒸馏水，同时做空白，在25 ℃的恒温箱中静置12 h，用电导率仪测定蒸馏水的电导率A和浸泡液的电导率B，则小麦电导率/(μS·cm-1·g-1)=(B-A)/m。

1.3.2 小麦发芽率的测定

小麦发芽率按照GB/T 5520—2011 测定。

1.3.3 小麦生活力的测定

参照文献[12]，随机挑选100粒完整小麦样品，每个样品做两个平行试验，放入比色管中在室温下浸泡12 h后，用小刀切去一半胚，将切好的另一半胚放入干燥洁净的比色管中，倒入0.2%的红四唑溶液使其完全浸没，放在30 ℃的恒温箱中染色40 min，取出后倒出染色液，用蒸馏水进行清洗，对胚部被染红的小麦籽粒计数。

1.3.4 小麦过氧化物酶活性的测定

小麦过氧化物酶活性参照文献[14]进行测定。

1.3.5 小麦过氧化氢酶活性的测定

小麦过氧化氢酶活性按照GB/T 5522—2008测定，其中高锰酸钾标准溶液的配制和标定按照GB/T 601进行。

1.3.6 小麦降落数值的测定

小麦降落数值按照GB/T 10361—2008 测定。

1.3.7 小麦丙二醛含量的测定

参照文献[16]，称量小麦粉 (1.00±0.01) g，每个样品做两个平行试验，加入2 mL 10%的三氯乙酸(TCA)溶液和适量石英砂，研磨至匀浆，再加8 mL TCA进一步研磨、匀浆，4 000 r/min离心10 min。取4 mL上清液，加入4 mL 0.6%的硫代巴比妥酸(TBA)溶液，于具塞试管中混匀，将混合液于沸水浴中反应15 min，迅速冷却后再4 000 r/min离心10 min，取上清液于450、532、600 nm波长下测定吸光度A。同时做空白对照。

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

式中：V为提取液体积，mL；W为小麦粉质量，g。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 20.0进行数据处理，Origin 2018作图。

2 结果与讨论

2.1 小麦加速陈化过程中电导率的变化

小麦种子浸泡一段时间后，浸出液的电导率可在一定程度上反映种子的生活力。加速陈化过程中两种小麦电导率变化见图1。

图1 加速陈化过程中小麦电导率的变化Fig.1 Changes of wheat conductivity during accelerated aging

由图1可知，随着陈化时间的延长，小麦种子的电导率总体呈上升趋势。两种小麦分别从原始样的29.65、35.35 μS/(cm·g)增长到83.45、82.30 μS/(cm·g)，增加幅度分别为181%与133%。中筋小麦在3～4月电导率增加幅度最大，高筋小麦在1～2月增加幅度最大。在陈化初期，小麦种子的生活力较高，细胞膜结构完整，细胞内电解质向外渗漏的量较少，所以种子浸泡液的电导率较低。随着陈化时间的延长，细胞膜的完整性遭到破坏，细胞内物质较容易浸泡出，从而导致浸泡液电导率升高[14]。

2.2 小麦加速陈化过程中发芽率的变化

发芽率是评价小麦品质的重要指标，尤其是种用小麦必须具备很高的发芽率。小麦发芽率高说明其品质较好，反之则品质较差。加速陈化过程中两种小麦发芽率的变化见图2。

图2 加速陈化过程中小麦发芽率的变化Fig.2 Changes of wheat germination rate during accelerated aging

由图2可知，在加速陈化过程中两种小麦的发芽率均呈下降趋势。两种小麦原始样品发芽率分别为98%、97%。在陈化初期的1～3月，两种小麦的发芽率基本未发生变化，从陈化第4月时开始快速降低，其中中筋小麦在5～7月发芽率急剧下降，并在第7月时发芽率降为0。高筋小麦的发芽率4～8月急剧下降，陈化至第9月时完全降为0。在高温条件下储藏，小麦的生理活动旺盛，呼吸作用强，最初小麦发芽率变化不大，但随储藏时间的延长，小麦种子内部胶体陈化，生命蛋白质凝固，导致种子生活力减弱或丧失，表现为小麦发芽率逐渐减小[11]，且高筋小麦和中筋小麦呈现相同的规律。

2.3 小麦加速陈化过程中生活力的变化

生活力是指胚部具有发芽的潜在能力，一定程度上可以表征种子的劣变程度。加速陈化过程中两种小麦生活力变化见图3。

图3 加速陈化过程中小麦生活力的变化Fig.3 Changes of wheat viability during accelerated aging

由图3可知，加速陈化过程中小麦的生活力总体呈下降趋势。两种小麦均在陈化前期1～4月较为稳定，在陈化中期4～8月急剧下降，陈化至第9月时生活力已降为0。小麦在加速陈化过程中发芽率与生活力的变化较为一致。由于种子发芽率的测定需要7 d，而发芽率和生活力有较好的相关性[17]，所以可以通过测定小麦的生活力来判断其发芽率。

2.4 小麦加速陈化过程中过氧化物酶活性的变化

过氧化物酶广泛分布在植物体内，在植物的新陈代谢中起重要作用，可以消除植物细胞内的自由基，延缓细胞的衰老。加速陈化过程中两种小麦过氧化物酶活性变化见图4。

图4 加速陈化过程中小麦过氧化物酶活性的变化Fig.4 Changes of wheat peroxidase activity during accelerated aging

由图4可知，两种小麦过氧化物酶活性在加速陈化过程中均呈下降趋势，且在陈化4～5个月时下降速率最快，下降幅度最大，中筋小麦从3 222 U/g下降到296 U/g，降幅达90.79%；高筋小麦从3 908 U/g下降到1 019 U/g，降幅达73.94%。在整个加速陈化的储藏期内，过氧化物酶活性前期(陈化0～5个月)下降幅度较大，陈化5个月后，其酶活性已较低，所以陈化后期酶活性呈缓慢下降趋势。过氧化物酶是小麦的一种重要的保护酶，酶活性的大小能够反映其清除活性氧功能的强弱[11]。小麦在进入高温高湿的环境后，过氧化物酶活性急剧下降，清除氧的功能会减弱，所以活性氧对小麦细胞膜的伤害就会加剧，进而小麦的品质发生劣变。

2.5 小麦加速陈化过程中过氧化氢酶活性的变化

过氧化氢酶与过氧化物酶一样能够清除体内的自由基，从而保证细胞的正常代谢[18]。在常温条件下储藏时，短时间内酶活性不会发生太大的变化。加速陈化条件下两种小麦过氧化氢酶活性的变化见图5。

图5 加速陈化过程中小麦过氧化氢酶活性的变化Fig.5 Changes of wheat catalase activity during accelerated aging

由图5可知，与过氧化物酶不同，在整个陈化过程中两种小麦中的过氧化氢酶活性急剧下降。中筋小麦的过氧化氢酶活性从原始样的114.55 mg/g下降到12.08 mg/g，降幅达89.46%；高筋小麦过氧化氢酶活性从原始样品的105.21 mg/g下降到17.51 mg/g，降幅达83.36%。说明在高温高湿的环境下，随着陈化时间的延长，过氧化氢酶活性逐渐降低，小麦的劣变程度也逐渐严重。

2.6 小麦加速陈化过程中降落数值的变化

降落数值可以在一定程度上反映α-淀粉酶活性的大小[6]，加速陈化过程中两种小麦降落数值的变化见图6。

图6 加速陈化过程中小麦降落数值的变化Fig.6 Changes of wheat falling number during accelerated aging

由图6可知，小麦的降落数值随陈化时间的延长总体呈上升趋势。且在陈化前4月快速增加，在4～7月变化趋于平缓，而后又开始升高，陈化10月后，中筋小麦先上升后下降，而高筋小麦先下降而后上升。两种小麦原始样降落数值分别为389 s和435 s，陈化12月，中筋小麦上升到735 s，升高了88.94%，高筋小麦上升到816 s，升高了87.59%。这与张玉荣等[19-20]的研究一致。降落数值越高，α-淀粉酶活性越小，此时做成的面包、馒头比容小，外表不光滑，内部气孔较大而且不均匀，反之，降落数值越低，α-淀粉酶活性越大，此时做成的馒头、面包会出现发黏、口感差等现象。

2.7 小麦加速陈化过程中丙二醛含量的变化

丙二醛在一定程度上可以用来衡量小麦的劣变程度。加速陈化过程中两种小麦丙二醛含量变化见图7。

图7 加速陈化过程中小麦丙二醛含量的变化Fig.7 Changes of wheat malondialdehyde content during accelerated aging

由图7可知，随着陈化时间的延长,小麦中丙二醛含量呈上升趋势，中筋小麦在陈化前9月丙二醛含量急剧上升，陈化9月后变化变缓，而高筋小麦在陈化的前6月上升得比较快，而后先下降后缓慢增加。中筋小麦和高筋小麦丙二醛初始含量分别为2.44、2.43 μmol/g，陈化12月后中筋小麦丙二醛含量为5.06 μmol/g，增幅为107.38%，高筋小麦丙二醛含量为4.73 μmol/g，增幅为94.65%。小麦在加速陈化过程中丙二醛含量不断增加[21]，原因是在高温高湿的条件下，细胞内抗氧化酶活性降低，导致清除自由基与过氧化物的能力减弱，自由基不断地积累攻击膜脂分子，引起过氧化作用形成了有机自由基，有机自由基进一步氧化生成产物丙二醛等[22]。

2.8 敏感指标的筛选

对不同陈化期的两种小麦的生理指标进行统计分析及方差分析，结果见表1和表2。

表1 中筋小麦生理品质变化及方差分析Table 1 Physiological quality changes and variance analysis of medium-gluten wheat

由表1可知，对于中筋小麦，陈化1月时电导率未发生显著变化，从陈化第2月开始到陈化期结束，电导率与原始样相比均呈现显著性差异。陈化1～3月样品的发芽率与原始样相比无显著变化，从第4月开始显著下降，第7月时已降为0。生活力在陈化前4月与原始样相比未发生显著性变化，陈化5～8月时显著降低，第9月开始生活力降为0。在加速陈化过程中各样品过氧化物酶活性与原始样相比均发生显著下降，陈化5～12月，由于过氧化物酶活性已较低，所以酶活性无显著性差异。过氧化氢酶活性在整个陈化期内均较原始样呈现显著性差异。在整个陈化期内降落数值与原始样品相比均显著升高，说明α-淀粉酶活性较原始样品显著下降。丙二醛含量在整个陈化期内与原始样相比均显著增加。由方差分析及变异系数可知，对于中筋小麦，其各项生理指标变异系数均>15%，均可作为小麦的陈化指标，其中，发芽率、生活力、过氧化物酶及过氧化氢酶活性的变异系数较大，可进一步筛选。

表2 高筋小麦生理品质变化及方差分析Table 2 Physiological quality changes and variance analysis of high-gluten wheat

由表2可知，高筋小麦的电导率从陈化第2月开始与原始样相比显著增加。发芽率在陈化1～3月与原始样相比无显著变化，4～8月显著下降，陈化至第9月时发芽率已降为0。生活力陈化前4月变化不显著，从第5月开始显著下降，陈化至第9月时生活力全部丧失。过氧化物酶活性在整个陈化期内与原始样相比均显著性下降，在陈化后期6～12月之间变化不显著。过氧化氢酶活性在整个陈化期内均较原始样显著下降。降落数值在陈化过程中呈显著增加趋势。陈化2～12月的丙二醛含量相对原始样品显著增加，但在陈化中后期(5～12月)未发生显著变化。由方差分析及变异系数可知，对于高筋小麦，其各项生理指标变异系数均>15%，均可作为小麦的陈化指标，其中，发芽率、生活力、过氧化物酶及过氧化氢酶活性的变异系数较大，可进一步筛选。

因此，对于中、高筋两种小麦，在加速陈化过程中其各项生理指标均可作为小麦的陈化指标，其中较为突出的有发芽率、生活力、过氧化物酶和过氧化氢酶活性，可进一步进行筛选。

3 结论

研究了加速陈化过程中小麦生理指标的变化，结果表明：随着加速陈化时间的延长，电导率呈上升趋势，中、高筋小麦分别从原始样的29.65、35.35 μS/(cm·g)增长到83.45、82.30 μS/(cm·g)，增幅分别为181%与133%；发芽率和生活力呈下降趋势，中筋小麦陈化至第7月时发芽率降为0，高筋小麦陈化至第9月时发芽率降为0，两种小麦陈化至第9月时生活力均降为0，降幅均达100%；过氧化氢酶活性呈下降趋势，中筋小麦降幅为89.46%，高筋小麦降幅为83.36%；过氧化物酶活性呈下降趋势，且陈化4～5月下降速率最快，下降幅度最大，中筋小麦降幅为90.79%，高筋小麦降幅为73.94%；降落数值呈上升趋势，中筋小麦增幅为88.94%，高筋小麦增幅为87.59%；丙二醛含量呈上升趋势，中筋小麦增幅为107.38%，高筋小麦增幅为94.65%。

对不同陈化期的中、高筋两种小麦的各生理指标进行统计分析及方差分析，各指标在大多数陈化期内的数值差异都达到显著水平，且变异系数均较大，说明这些指标能够较好地反映不同陈化时期小麦品质劣变的差异程度，均可作为判断小麦新陈度的陈化指标，其中较为突出的有发芽率、生活力、过氧化物酶及过氧化氢酶活性，可进一步进行筛选。