張玉榮,張 曉,田 甜,王強(qiáng)強(qiáng),寇含笑,潘運(yùn)宇
河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院,河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心, 糧食儲(chǔ)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(fèi)、庫存和貿(mào)易中的地位舉足輕重,也是我國重要的糧食作物之一,生產(chǎn)量和儲(chǔ)備量都比較大[1-2]。小麥的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性較好,常溫下一般可儲(chǔ)存3~5 a,有關(guān)研究表明,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,小麥的蒸煮品質(zhì)和烘焙品質(zhì)會(huì)逐漸改善和提高,儲(chǔ)藏4 a以后烘焙品質(zhì)開始下降[3-4]。小麥正常儲(chǔ)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(zhì)指標(biāo)會(huì)發(fā)生一系列變化,若儲(chǔ)存不當(dāng)會(huì)發(fā)生品質(zhì)劣變[5-8]。電導(dǎo)率[6,9]、發(fā)芽率[9-11]和生活力[7,12]等指標(biāo)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(jù)種子生活力的大小在一定程度上可以評(píng)判小麥儲(chǔ)藏過程中品質(zhì)的劣變情況。作者為縮短研究過程,模擬小麥儲(chǔ)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(dǎo)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(shù)值和丙二醛含量等指標(biāo)的變化,篩選出小麥陳化過程中的敏感指標(biāo),以便合理利用小麥資源,為國家糧食儲(chǔ)備庫進(jìn)行科學(xué)、合理地糧食輪換提供依據(jù)。
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(chǔ)藏溫度40 ℃,濕度75%。
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(shí)驗(yàn)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(dǎo)率儀:上海儀電科學(xué)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(shè)備有限公司;恒溫水浴鍋:金壇市華峰儀器有限公司;TGL-18MS臺(tái)式高速冷凍離心機(jī):上海盧湘離心機(jī)儀器有限公司。
1.3.1 小麥電導(dǎo)率的測定
參照文獻(xiàn)[15],數(shù)取完整無破損的小麥粒25粒并稱質(zhì)量記為m,每個(gè)樣品做兩個(gè)平行試驗(yàn),兩個(gè)平行樣品間的質(zhì)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(shí)做空白,在25 ℃的恒溫箱中靜置12 h,用電導(dǎo)率儀測定蒸餾水的電導(dǎo)率A和浸泡液的電導(dǎo)率B,則小麥電導(dǎo)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(xiàn)[12],隨機(jī)挑選100粒完整小麥樣品,每個(gè)樣品做兩個(gè)平行試驗(yàn),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(jìn)行清洗,對(duì)胚部被染紅的小麥籽粒計(jì)數(shù)。
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(xiàn)[14]進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定按照GB/T 601進(jìn)行。
1.3.6 小麥降落數(shù)值的測定
小麥降落數(shù)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(xiàn)[16],稱量小麥粉 (1.00±0.01) g,每個(gè)樣品做兩個(gè)平行試驗(yàn),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(jìn)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(yīng)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(shí)做空白對(duì)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(zhì)量,g。
采用Microsoft Excel 2016、SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,Origin 2018作圖。
小麥種子浸泡一段時(shí)間后,浸出液的電導(dǎo)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(dǎo)率變化見圖1。
圖1 加速陳化過程中小麥電導(dǎo)率的變化Fig.1 Changes of wheat conductivity during accelerated aging
由圖1可知,隨著陳化時(shí)間的延長,小麥種子的電導(dǎo)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(dǎo)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(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整,細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)向外滲漏的量較少,所以種子浸泡液的電導(dǎo)率較低。隨著陳化時(shí)間的延長,細(xì)胞膜的完整性遭到破壞,細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)較容易浸泡出,從而導(dǎo)致浸泡液電導(dǎo)率升高[14]。
發(fā)芽率是評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)的重要指標(biāo),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(zhì)較好,反之則品質(zhì)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(shí)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(shí)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(shí)完全降為0。在高溫條件下儲(chǔ)藏,小麥的生理活動(dòng)旺盛,呼吸作用強(qiáng),最初小麥發(fā)芽率變化不大,但隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長,小麥種子內(nèi)部膠體陳化,生命蛋白質(zhì)凝固,導(dǎo)致種子生活力減弱或喪失,表現(xiàn)為小麥發(fā)芽率逐漸減小[11],且高筋小麥和中筋小麥呈現(xiàn)相同的規(guī)律。
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(shí)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(guān)性[17],所以可以通過測定小麥的生活力來判斷其發(fā)芽率。
過氧化物酶廣泛分布在植物體內(nèi),在植物的新陳代謝中起重要作用,可以消除植物細(xì)胞內(nèi)的自由基,延緩細(xì)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(gè)月時(shí)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(dá)90.79%;高筋小麥從3 908 U/g下降到1 019 U/g,降幅達(dá)73.94%。在整個(gè)加速陳化的儲(chǔ)藏期內(nèi),過氧化物酶活性前期(陳化0~5個(gè)月)下降幅度較大,陳化5個(gè)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(hù)酶,酶活性的大小能夠反映其清除活性氧功能的強(qiáng)弱[11]。小麥在進(jìn)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(huì)減弱,所以活性氧對(duì)小麥細(xì)胞膜的傷害就會(huì)加劇,進(jìn)而小麥的品質(zhì)發(fā)生劣變。
過氧化氫酶與過氧化物酶一樣能夠清除體內(nèi)的自由基,從而保證細(xì)胞的正常代謝[18]。在常溫條件下儲(chǔ)藏時(shí),短時(shí)間內(nèi)酶活性不會(huì)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(gè)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(dá)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(dá)83.36%。說明在高溫高濕的環(huán)境下,隨著陳化時(shí)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(yán)重。
降落數(shù)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(shù)值的變化見圖6。
圖6 加速陳化過程中小麥降落數(shù)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(shù)值隨陳化時(shí)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(shù)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(shù)值越高,α-淀粉酶活性越小,此時(shí)做成的面包、饅頭比容小,外表不光滑,內(nèi)部氣孔較大而且不均勻,反之,降落數(shù)值越低,α-淀粉酶活性越大,此時(shí)做成的饅頭、面包會(huì)出現(xiàn)發(fā)黏、口感差等現(xiàn)象。
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(shí)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(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性降低,導(dǎo)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(jī)自由基,有機(jī)自由基進(jìn)一步氧化生成產(chǎn)物丙二醛等[22]。
對(duì)不同陳化期的兩種小麥的生理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及方差分析,結(jié)果見表1和表2。
表1 中筋小麥生理品質(zhì)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(duì)于中筋小麥,陳化1月時(shí)電導(dǎo)率未發(fā)生顯著變化,從陳化第2月開始到陳化期結(jié)束,電導(dǎo)率與原始樣相比均呈現(xiàn)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(shí)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(shí)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(gè)陳化期內(nèi)均較原始樣呈現(xiàn)顯著性差異。在整個(gè)陳化期內(nèi)降落數(shù)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(gè)陳化期內(nèi)與原始樣相比均顯著增加。由方差分析及變異系數(shù)可知,對(duì)于中筋小麥,其各項(xiàng)生理指標(biāo)變異系數(shù)均>15%,均可作為小麥的陳化指標(biāo),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(shù)較大,可進(jìn)一步篩選。
表2 高筋小麥生理品質(zhì)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(dǎo)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(shí)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(shí)生活力全部喪失。過氧化物酶活性在整個(gè)陳化期內(nèi)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(gè)陳化期內(nèi)均較原始樣顯著下降。降落數(shù)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(duì)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(shù)可知,對(duì)于高筋小麥,其各項(xiàng)生理指標(biāo)變異系數(shù)均>15%,均可作為小麥的陳化指標(biāo),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(shù)較大,可進(jìn)一步篩選。
因此,對(duì)于中、高筋兩種小麥,在加速陳化過程中其各項(xiàng)生理指標(biāo)均可作為小麥的陳化指標(biāo),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(jìn)一步進(jìn)行篩選。
研究了加速陳化過程中小麥生理指標(biāo)的變化,結(jié)果表明:隨著加速陳化時(shí)間的延長,電導(dǎo)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(shí)發(fā)芽率降為0,高筋小麥陳化至第9月時(shí)發(fā)芽率降為0,兩種小麥陳化至第9月時(shí)生活力均降為0,降幅均達(dá)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(shù)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(duì)不同陳化期的中、高筋兩種小麥的各生理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及方差分析,各指標(biāo)在大多數(shù)陳化期內(nèi)的數(shù)值差異都達(dá)到顯著水平,且變異系數(shù)均較大,說明這些指標(biāo)能夠較好地反映不同陳化時(shí)期小麥品質(zhì)劣變的差異程度,均可作為判斷小麥新陳度的陳化指標(biāo),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(jìn)一步進(jìn)行篩選。