岳媛媛，劉效謙，母夢(mèng)羽，張 霞，王金水

河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物之一，是人類(lèi)膳食的主要來(lái)源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)小麥的品質(zhì)要求也越來(lái)越高。小麥在田間收獲后，雖然已經(jīng)達(dá)到了“收獲成熟”，但是尚未完成生理后熟和工藝后熟，其流變學(xué)特性、加工品質(zhì)和食用品質(zhì)相對(duì)較差，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的儲(chǔ)藏，品質(zhì)特性才能逐步改善并達(dá)到最佳[1]。經(jīng)過(guò)后熟期的儲(chǔ)藏，小麥粉出粉率增加，白度有所提高，面團(tuán)流變學(xué)特性逐漸穩(wěn)定，烘焙品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)均有所改善[2-3]。后熟是新收獲小麥加工品質(zhì)及食用品質(zhì)不斷提高的重要階段，是小麥產(chǎn)后儲(chǔ)藏的重要原因。

蛋白質(zhì)和淀粉是小麥的主要成分。小麥粉在加工過(guò)程中，籽粒中的儲(chǔ)藏蛋白由于吸水膨脹，分子間相互交聯(lián)形成連續(xù)的三維網(wǎng)狀體系，從而賦予面團(tuán)一定的黏彈性和持氣性，這是影響面團(tuán)流變學(xué)特性和小麥加工品質(zhì)的主要因素[4-6]。研究表明，小麥在儲(chǔ)藏過(guò)程中蛋白質(zhì)總量基本不變，但蛋白質(zhì)組分和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)小麥品質(zhì)產(chǎn)生影響[7-8]。麥谷蛋白和醇溶蛋白是小麥籽粒中主要的儲(chǔ)藏蛋白，在小麥后熟過(guò)程中，麥谷蛋白亞基通過(guò)鏈間二硫鍵相互交聯(lián)形成麥谷蛋白大聚體(glutenin macropolymer，GMP)[9-10]，在面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。麥谷蛋白大聚體是麥谷蛋白的重要組成部分，與小麥的品質(zhì)特性存在很強(qiáng)的相關(guān)性[11-12]，對(duì)面團(tuán)性能及最終食用品質(zhì)具有重要影響。研究新收獲小麥后熟過(guò)程中麥谷蛋白大聚體與品質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)探明小麥后熟品質(zhì)變化的內(nèi)在機(jī)理，進(jìn)而采取措施縮短小麥后熟期，提高利用率具有重要意義。

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角及無(wú)規(guī)卷曲；氫鍵作為穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力，在維持蛋白質(zhì)生理活動(dòng)中發(fā)揮了重要作用。傅里葉變換紅外光譜法是測(cè)定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的最有效方法[13]，可以在多種不同環(huán)境下采集大小不同蛋白質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)，具有樣品用量少、高通量和高靈敏度等特點(diǎn)。蛋白質(zhì)的紅外光譜具有許多特征光譜，酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ區(qū)與蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切[14]，通過(guò)分析譜峰特點(diǎn)就可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)特性[15]。目前，關(guān)于新收獲小麥后熟過(guò)程中品質(zhì)改善的機(jī)理未見(jiàn)深入報(bào)道。因此，作者采用傅里葉紅外光譜法結(jié)合二階導(dǎo)數(shù)和去卷積等分辨技術(shù)，研究小麥后熟不同儲(chǔ)藏條件下麥谷蛋白大聚體二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)合后熟過(guò)程中面團(tuán)流變學(xué)特性指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，為進(jìn)一步探討小麥后熟品質(zhì)改善提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

原料：新收獲無(wú)蟲(chóng)害漯麥18號(hào)，屬于硬白冬小麥，種植于河南禹州。模擬我國(guó)4個(gè)主要儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)域進(jìn)行儲(chǔ)藏：蒙新生態(tài)區(qū)域15 ℃/RH50% (WT1)、華北生態(tài)區(qū)域20 ℃/RH65% (WT2)、華中生態(tài)區(qū)域28 ℃/RH75% (WT3)、華南生態(tài)區(qū)域35 ℃/RH85% (WT4)，連續(xù)儲(chǔ)藏16周，待小麥籽粒恢復(fù)到室溫后進(jìn)行磨粉，每2周取樣1次。所有樣品采用雙層密封袋密封，放置在-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器與設(shè)備

WQF-510傅里葉變換紅外光譜儀：德國(guó)Bruker公司；ALPHA 1-2 LD冷凍干燥機(jī)：德國(guó)Christ公司；ATY224電子分析天平：日本島津公司；Fariongraph -AT粉質(zhì)儀、Extengraph-E拉伸儀：德國(guó)Brabende公司。

1.3 方法

1.3.1 水分含量的測(cè)定

參照 GB 5009.3—2016 方法進(jìn)行。

1.3.2 GMP的制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取1.4 g小麥粉(干基)懸浮在28 mL 1.5% SDS中，4 ℃、 10 000g離心20 min，去掉上清液，收集沉淀中的透明凝膠薄層，即為GMP。將收集到的GMP冷凍干燥，制得樣品。

1.3.3 小麥后熟過(guò)程中GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

取干燥的KBr 198 mg和GMP樣品2 mg，在鎢光燈下研磨至完全混勻，取出約100 mg壓制成透明薄片，用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行全波段掃描，掃描波數(shù)范圍為400～4 000 cm-1，記錄紅外光譜，平均掃描128次；所有樣品分析3次。

選擇波長(zhǎng)為1 600～1 700 cm-1圖譜，用PeakFit4.12軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。首先進(jìn)行基線校正，然后用Gaussian去卷積，再進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)擬合；根據(jù)各子峰面積計(jì)算相應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量。

1.3.4 小麥粉粉質(zhì)特性與拉伸特性的測(cè)定

粉質(zhì)特性參照GB/T 14614—2006方法，用Fariongraph-AT粉質(zhì)儀測(cè)定，測(cè)定參數(shù)包括吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、評(píng)價(jià)值；拉伸特性按照GB/T 14615—2006方法，用Extengraph-E拉伸儀測(cè)定，測(cè)定參數(shù)包括拉伸性、抗延伸力、最大抗延伸阻力、拉伸面積。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均為3次平行試驗(yàn)的平均值。采用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)和Duncan多因素方差分析。用P<0.05定義樣本間差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥后熟過(guò)程中麥谷蛋白大聚體的紅外光譜分析

圖1 小麥后熟過(guò)程中GMP紅外光譜圖

2.2 麥谷蛋白大聚體二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化

利用PeakFit軟件對(duì)紅外光譜的酰胺I帶進(jìn)行擬合處理，各子帶譜峰進(jìn)行如下歸屬[18]：1 650～1 660 cm-1為α-螺旋，1 660～1 700 cm-1為β-轉(zhuǎn)角，1 610～1 640 cm-1為β-折疊，1 640～1 650 cm-1為無(wú)規(guī)卷曲。后熟對(duì)小麥GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響如表1所示，后熟過(guò)程中，新收獲小麥麥谷蛋白大聚體的α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角的含量發(fā)生變化，說(shuō)明GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

由表1可知：WT1條件下，α-螺旋的含量由新收獲時(shí)的22.40%減少至儲(chǔ)藏結(jié)束時(shí)的19.61%；β-折疊的含量先升高后降低再升高，儲(chǔ)藏結(jié)束時(shí)為31.84%；WT2條件下，α-螺旋含量降低，說(shuō)明α-螺旋結(jié)構(gòu)遭到破壞，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量增加；WT3條件下，α-螺旋含量隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)先降低后升高，β-折疊含量先升高后降低；WT4條件下，α-螺旋含量顯著降低，β-折疊的含量明顯增加，增加幅度達(dá)23.69%，β-轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，總體含量增加不明顯。整體來(lái)看，新收獲小麥GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)中，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量相對(duì)較高，經(jīng)過(guò)16周的儲(chǔ)藏，α-螺旋含量減少(P<0.05)，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量增多(P<0.05)，無(wú)規(guī)卷曲含量變化不明顯。高溫高濕(WT3和WT4)儲(chǔ)藏條件下，α-螺旋和β-折疊的含量變化最為顯著。

表1 小麥后熟過(guò)程中GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)含量的變化

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)與其品質(zhì)特性和功能特性密切相關(guān)。α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)規(guī)則，穩(wěn)定性較高。α-螺旋堅(jiān)韌又富有彈性，在二級(jí)結(jié)構(gòu)中最為穩(wěn)定，α-螺旋的含量對(duì)面筋蛋白的硬度與彈性具有重要影響[19]；β-折疊含量與面筋硬度成正比，β-折疊含量越高，面筋強(qiáng)度越好；β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲穩(wěn)定性較低[20]，β-轉(zhuǎn)角的含量對(duì)面筋蛋白的黏性有重要影響[21]。

由圖2可知，后熟儲(chǔ)藏過(guò)程中，小麥GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋含量/β-折疊含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在4種儲(chǔ)藏條件下，儲(chǔ)藏16周時(shí)小麥GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋含量/β-折疊含量分別下降了0.16、0.22、0.18和0.33。α-螺旋含量/β-折疊含量與面筋蛋白的柔韌性相關(guān)，在一定程度上反映了蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的柔韌性，α-螺旋含量/β-折疊含量越小，蛋白質(zhì)柔韌性越大。由此推斷，新收獲小麥后熟過(guò)程中面筋強(qiáng)度增大，彈性增強(qiáng)，與GMP的結(jié)構(gòu)變化關(guān)系密切[22]。

圖2 小麥后熟過(guò)程中GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋含量/β-折疊含量的變化

2.3 新收獲小麥后熟過(guò)程中面團(tuán)流變學(xué)特性的變化

粉質(zhì)特性是評(píng)價(jià)小麥加工品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[23]，粉質(zhì)曲線能夠較好地反映小麥樣品中的面筋特性。如圖3所示，新收獲小麥后熟過(guò)程中粉質(zhì)特性變化明顯。在4種儲(chǔ)藏條件下，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥粉的吸水率呈現(xiàn)增高趨勢(shì)。WT1、WT2和WT3條件下，小麥粉的吸水率先降低后增高，WT4條件下吸水率逐漸增加。一般來(lái)說(shuō)，小麥粉吸水率高，出粉率也高。小麥粉吸水率高，說(shuō)明面筋網(wǎng)絡(luò)形成時(shí)間長(zhǎng)，面筋筋力越強(qiáng)，烘焙品質(zhì)相應(yīng)也越好[24]。4種儲(chǔ)藏條件下，小麥面團(tuán)的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和評(píng)價(jià)值逐漸增加，不同儲(chǔ)藏條件下變化幅度不同，隨著儲(chǔ)藏溫度和濕度的升高，其增加的幅度也越來(lái)越大；特別是高溫高濕(WT3和WT4)儲(chǔ)藏條件下，小麥的粉質(zhì)特性在后熟儲(chǔ)藏期間顯著改善(P<0.05)。

圖3 小麥后熟過(guò)程中面團(tuán)粉質(zhì)指標(biāo)變化

后熟過(guò)程中新收獲小麥面團(tuán)的拉伸特性如圖4所示，在4種儲(chǔ)藏條件下，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥樣品的拉伸性、抗延伸力、最大抗延伸力、拉伸面積呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，特別是在WT4儲(chǔ)藏條件下，小麥樣品拉伸特性各指標(biāo)增加幅度最大，儲(chǔ)藏第16周時(shí)，其拉伸面積達(dá)到90 cm2，推測(cè)原因是麥谷蛋白亞基之間發(fā)生了交聯(lián)形成聚合體，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)固，從而使面團(tuán)的彈性增強(qiáng)，韌性增大，筋力提高[25-26]。

通常，粉質(zhì)特性和拉伸特性被用于預(yù)測(cè)面團(tuán)的加工性能和面包質(zhì)量[23-24]。小麥后熟儲(chǔ)藏過(guò)程中，面團(tuán)吸水率、形成時(shí)間、拉伸性等均有不同程度的增加，說(shuō)明面團(tuán)的流變學(xué)特性發(fā)生變化，小麥品質(zhì)得到改善，這與韋志彥等[27]和丁衛(wèi)新[28]的研究結(jié)果一致。

2.4 麥谷蛋白大聚體二級(jí)結(jié)構(gòu)含量與流變學(xué)特性的相關(guān)性

小麥后熟過(guò)程中GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)與流變學(xué)特性的相關(guān)系數(shù)如表2所示，4種不同儲(chǔ)藏條件下，GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)與流變學(xué)特性各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)不同。在低溫低濕(WT1和WT2)儲(chǔ)藏條件下，評(píng)價(jià)值、拉伸性和拉伸面積與α-螺旋含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.708～-0.521；最大抗延伸力與β-折疊含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；粉質(zhì)特性、拉伸性、抗延伸力和拉伸面積與β-轉(zhuǎn)角含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.632～0.774。高溫高濕(WT3和WT4)儲(chǔ)藏條件下，粉質(zhì)特性和拉伸特性與α-螺旋含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.746～-0.571；與β-折疊含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.626～0.922。通過(guò)相關(guān)性分析表明，4種不同儲(chǔ)藏條件下，小麥后熟過(guò)程中GMP二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改變了面筋的強(qiáng)度和黏彈性，進(jìn)而對(duì)粉質(zhì)特性和拉伸特性產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

新收獲小麥后熟過(guò)程中，麥谷蛋白大聚體二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋含量略有下降，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量顯著上升，無(wú)規(guī)卷曲含量變化不明顯，α-螺旋/β-折疊呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，面團(tuán)柔韌性增強(qiáng)；高溫高濕儲(chǔ)藏條件下，α-螺旋含量降低、β-折疊含量升高的趨勢(shì)最為顯著。隨著新收獲小麥儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，麥谷蛋白大聚體二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高，使面團(tuán)彈性增強(qiáng)、韌性增大、筋力提高，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)固，進(jìn)而對(duì)流變學(xué)特性產(chǎn)生影響，促進(jìn)了小麥品質(zhì)的改善。