不同后熟条件对强筋和弱筋小麦品质改善的研究

王 琦，苏晓宇，贾 峰，张 霞，陈 迪，梁 赢，王金水

河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001

新收获小麦的品质难以满足加工和食用的需求，必须经过后熟作用才能用于食品生产[1]。新收获小麦根据品种不同，一般需要经过10～90 d完成后熟期[2-3]。国内外关于小麦后熟过程中品质改善的研究主要是针对籽粒中淀粉、蛋白质等的变化，比较强筋小麦和弱筋小麦的淀粉酶、蛋白酶的研究较少。新收获小麦中α-淀粉酶的含量较少，这主要是由环境因素引起的，如果小麦所处的环境湿度比较大，α-淀粉酶的含量会升高，甚至发生小麦发芽的情况，此时小麦籽粒内部会产生大量α-淀粉酶。适量的淀粉酶不仅不会影响食品的品质，还会使食品的口感和外观明显变好[4-6]。小麦α-淀粉酶在种子陈化过程中呈下降趋势[7]。

研究表明，小麦在室温储藏过程中蛋白质总量基本不变，但蛋白质中各组分会发生变化，进而影响小麦品质[8-10]。在常温储藏过程中小麦总蛋白含量保持不变，盐溶蛋白、水溶蛋白、醇溶蛋白和酸溶蛋白含量均呈下降趋势，谷蛋白和残留蛋白含量增加[11-13]。韦志彦等[14]发现，短期内新收获小麦后熟期蛋白质含量呈波动变化，总蛋白质含量有所升高。研究表明，小麦蛋白质决定烘焙品质，而小麦蛋白的含量和结构是影响烘焙品质的最主要因素[15]。

小麦在后熟过程中蛋白质总量不会变化，蛋白质在蛋白酶的水解下变成小分子肽类和氨基酸，同时在氨基酸参与生理活动的代谢中又形成新的氨基酸和蛋白质[16]。冯攀屹等[8]研究得出，小麦后熟过程中主要以合成作用为主，分解作用为次，即主要趋向是各种低分子化合物继续转变为高分子化合物。由此推测在后熟前期蛋白质的含量是增加的，则蛋白态氮的含量可能是增加的。有研究表明，新收获的小麦在后熟期间呼吸水平提高，在后熟生理作用下，通过呼吸作用释放的能量调节自身生理活动，并将能量传递到蛋白酶系统内进行催化作用，将氨基酸合成多肽链，进而形成蛋白质[17]。李建敏等[18]研究表明，籽粒氨基态氮含量与氮代谢相关酶活性的相关性均达显著甚至极显著水平。杨延兵等[19]研究发现籽粒发育过程中蛋白质不断合成，游离氨基酸被不断地形成聚合物，导致其数量呈下降趋势。

作者以强筋小麦和弱筋小麦为材料，分析两种小麦后熟过程中SDS沉降值、淀粉酶和蛋白酶活性的变化，以及蛋白态氮、氨基态氮和肽氮3种含氮物质的变化，并分析各测定结果之间的相关性，为小麦储藏条件的优化提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

强筋小麦新麦26、弱筋小麦扬麦15为2019年购于河南西华县市场上的新收获小麦，质量等级为一级，水分含量控制在12%左右。模拟我国4个主要储粮生态区域：15 ℃、RH50%蒙新生态区域(低温低湿)；20 ℃、RH65%华北生态区域；28 ℃、RH75%华中生态区域；35 ℃、RH85%华南生态区域(高温高湿)，储藏16周，2周取1次样。所有样品均采用双层密封袋储藏。

3，5-二硝基水杨酸、可溶性淀粉、氢氧化钠、硼酸、盐酸、三氯乙酸(TCA)、乙二胺四乙酸二钠等均为国产分析纯，购于上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

电子分析天平：赛多利斯科学仪器有限公司； LFP-800 A 高速多功能粉碎机：无锡锡粮机械制造有限公司；5810R冷冻离心机：德国eppendorf公司；UV-1801 紫外可见分光光度计：北京瑞利分析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉酶的提取和测定

准确称量0.500 g小麦粉置于50 mL带塞试管中，加入20 mL蒸馏水，振荡5 min，转移至离心管中，3 000 r/min离心5 min，取上清液于100 mL容量瓶中加水定容，即得淀粉酶原液。

α-淀粉酶活性的测定：取淀粉酶原液1 mL于25 mL带塞试管中，70 ℃水浴15 min，冷却至室温，加入1 mL 1%的淀粉溶液，置于40 ℃水浴中5 min，再加入2 mL 1% 3，5-二硝基水杨酸试剂，沸水浴5 min，冷却至室温，用蒸馏水定容至20 mL，在540 nm测定吸光度，每个样品重复3次。将淀粉酶适量稀释，即得淀粉酶稀释液，用于总淀粉酶活性的测定。β-淀粉酶活力为总淀粉酶活力与α-淀粉酶活力之差。

1.3.2 蛋白氮含量测定

参照石慧等[20]的方法，略有改动：称取0.500 g样品，加入10 mL 0.02 mol/L NaOH浸提60 min(3次)，3 000 r/min离心15 min，收集上清液，在上清液中加入等体积的30%的TCA，振荡混匀，4 ℃放置15 min，3 000 r/min离心15 min，收集沉淀，采用半微量凯氏定氮法测定氮含量，所得结果即为蛋白态氮含量。自动定氮仪的参数设置：40%氢氧化钠溶液80 mL，2%硼酸25 mL，使用0.1 mol/L的盐酸溶液滴定，以未加样品的消煮液为空白对照。试验重复3次。

1.3.3 非蛋白氮含量测定

称取0.500 g样品，加入10 mL 0.02 mol/L NaOH浸提60 min(3 次)，3 000 r/min离心15 min，收集上清液，在上清液中加入等体积的30%的TCA，振荡混匀，4 ℃放置15 min，3 000 r/min离心15 min，收集上清液。采用半微量凯氏定氮法测定氮含量。半自动定氮仪的参数设置同自动定氮仪，试验重复3次。

1.3.4 氨基态氮含量测定

参照石慧等[20]的方法并做适当修改。称取0.500 g样品，加入10 mL 0.03 mol/L Tris-HCl缓冲液(含0.01 mol/Lβ-巯基乙醇，pH 8.0)浸提60 min，4 ℃条件下10 000 r/min离心15 min，收集上清液，上清液中加入5 mL水，混匀，加5 mL中性甲醛溶液(用前加两滴0.5%酚酞试剂，滴加0.1 mol/L NaOH调至淡红色)再混匀，用0.1 mol/L 标准NaOH溶液滴定至溶液显微红色。记录每次消耗的标准氢氧化钠溶液的体积，试验重复3次。

1.3.5 肽氮含量测定

参照石慧等[20]的方法。肽氮含量为非蛋白态氮含量与氨基态氮含量之差。

1.3.6 蛋白酶活力测定

蛋白酶活力测定参照张雅君等[21]的方法，略有改动：称取0.200 g样品，加入1.6 mL 0.05 mol/L的Tris-HCl缓冲液(pH 7.4，10 mmol/Lβ-巯基乙醇和1 mmol/L EDTA)于摇床振荡30 min，之后4 ℃、10 000 r/min离心30 min，测定上清液中蛋白酶活力。以2%的酪蛋白溶液作为底物，取l mL的底物溶液和1 mL的酶提取液在40 ℃条件下保温20 min,之后在90 ℃水浴中保温5 min灭酶，然后加入3 mL 0.4 mol/L TCA溶液,于室温下静置15 min，沉淀未反应的蛋白质,4 ℃、10 000 r/min离心5 min。通过测定A275的增加量来计算蛋白酶活力，以反应前加入TCA溶液的体系作为空白，以A275每小时增加0.01为1个酶活力单位。

1.3.7 数据处理

所有数据均为3 次平行试验计算得出的平均值，采用单因素ANOVE分析，使用SPSS 19.0、LSD和Duncan方法进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 小麦后熟过程中SDS沉降值的变化

由图1(A)可知，4种储藏条件下2周时，强筋小麦SDS沉降值没有明显差异。随着后熟时间的延长，从第4周开始SDS沉降值呈逐渐升高的趋势，储藏4周时，15 ℃、RH50%条件下SDS沉降值为31.70，35 ℃、RH85%条件下SDS沉降值为36.23；储藏16周时，这两种条件下的SDS沉降值相差7.26。而20 ℃、RH65%和28 ℃、RH75%条件下强筋小麦的SDS沉降值差异不显著，但是都高于15 ℃、RH50%条件下的SDS沉降值。由图1(B)可知，弱筋小麦在储藏1周时，35 ℃、RH85%比15 ℃、RH50%条件下SDS沉降值高3.63。储藏8周时，35 ℃、RH85%和15 ℃、RH50%条件下的SDS沉降值相差7.2，差异显著。结果表明，随着储藏时间的延长，不同温度和湿度条件下，SDS沉降值有不同程度的增加。SDS沉淀值可以作为小麦食品加工品质的综合评价指标[22]，高温高湿条件能够使小麦后熟完成时间提前。

注：A为强筋小麦；B为弱筋小麦。*表示该储藏时间点数值与0周相比较有显著差异(P<0.05)，并且该时间点之后的数值与0周相比均存在显著差异，数据采用3次独立测定值的平均值和标准误差表示，图2、图3同。

2.2 小麦后熟过程中淀粉酶活性的变化

由图2(A、B)可知，强筋小麦后熟过程中，随着储藏时间的延长，α-淀粉酶和β-淀粉酶活性总体均呈现下降的趋势，与孙辉等[23]的研究结果一致。储藏1周时，35 ℃、RH85%条件下α-淀粉酶活性下降23.7%，而15 ℃、RH50%条件下α-淀粉酶活性仅下降1.4%；储藏6周时，35 ℃、RH85%条件下α-淀粉酶活性为48.31 mg/(g·min)，15 ℃、RH50%条件下α-淀粉酶活性为66.44 mg/(g·min)，2种储藏条件下α-淀粉酶活性存在显著差异。储藏10～16周，4种条件下强筋小麦α-淀粉酶活性没有显著差异。高温高湿与低温低湿条件下相比，淀粉酶活性降低更快。由图2(C、D)可知，新收获弱筋小麦α-淀粉酶活性较高，在后熟过程中，随着储藏时间的延长,α-淀粉酶活性整体呈下降趋势；储藏1～10周，35 ℃、RH85%和15 ℃、RH50%条件相比，α-淀粉酶活性存在显著差异，12～16周，4种条件下的α-淀粉酶活性趋于稳定，这与王晓曦等[4]的研究结果一致。储藏第4周和第8周时，高温高湿与低温低湿条件相比，弱筋小麦β-淀粉酶活性差异显著。储藏10～16周，高温高湿条件下弱筋小麦的β-淀粉酶活性显著低于低温低湿条件下的。储藏10周时，35 ℃、RH85%和15 ℃、RH50%条件相比，弱筋小麦β-淀粉酶活性差异显著，分别为183.20、274.88 mg/(g·min)。

注：A和B为强筋小麦；C和D为弱筋小麦。

2.3 小麦后熟过程中蛋白酶活性的变化

由图3(A)可知，储藏1周后强筋小麦蛋白酶活性开始升高。储藏4周时，与低温低湿条件相比，高温高湿条件下强筋小麦蛋白酶活性显著升高。储藏6周时，35 ℃、RH85%与15 ℃、RH50%条件下的蛋白酶活性显著差异，并且35 ℃、RH85%条件下的蛋白酶活性比其他3个条件下的高。储藏16周时，4种条件下强筋小麦的蛋白酶活性趋于一致。由图3(B)可知，4种条件下弱筋小麦储藏1～6周，蛋白酶活性变化不明显。储藏8～16周时，35 ℃、RH85%和15 ℃、RH50%条件下相比，蛋白酶活性存在显著差异；储藏16周时，两种条件下蛋白酶活性相差0.35个百分点。总体来说，随着后熟时间的延长，小麦蛋白酶活性逐渐升高，这与前人研究结果相符[24]。

注：A为强筋小麦；B为弱筋小麦。图4—图6同。

2.4 小麦后熟过程中氨基态氮含量的变化

由图4(A)可知，新收获强筋小麦中的氨基态氮含量较高，为4.576 mg/g。随着储藏时间的延长，4种条件下氨基态氮含量均呈逐渐下降趋势。储藏第6周开始，35 ℃、RH85%条件下，强筋小麦氨基态氮含量降到3.109 mg/g，是新收获小麦氨基态氮含量的67.94%；15 ℃、RH50%条件下强筋小麦氨基态氮含量是新收获小麦的87.76%，二者存在显著差异。储藏6～14周，35 ℃、RH85%和28 ℃、RH75%条件下强筋小麦氨基态氮含量始终低于另外两种条件下的含量。由图4(B)可知，弱筋小麦储藏1～16周， 15 ℃、RH50%条件下氨基态氮含量变化不明显，只降低了21.1%，而35 ℃、RH85%条件下氨基态氮含量降低了46.9%。

图4 小麦后熟过程中氨基态氮含量的变化

2.5 小麦后熟过程中蛋白态氮含量的变化

由图5(A)可知，强筋小麦储藏1～16周，蛋白态氮含量总体呈逐渐升高的趋势。储藏1周时，4种条件下的蛋白态氮含量几乎没有差异。从储藏第2周开始，35 ℃、RH85%条件下蛋白态氮含量逐渐升高，储藏到16周时，比新收获小麦蛋白态氮含量高84.9%；而15 ℃、RH50%条件下储藏12～16周后，蛋白态氮含量为13.72 mg/g，比新收获小麦蛋白态氮含量高40%，而35 ℃、RH85%储藏2周后，蛋白态氮含量已经增加48.6%。由图5(B)可知，弱筋小麦在35 ℃、RH85%条件下储藏，蛋白态氮含量始终高于其他3个条件下的含量。储藏6周时，35 ℃、RH85%条件下的蛋白态氮含量为12.73 mg/g，显著高于其他3个条件下的含量。储藏10周之后，4种条件下蛋白态氮含量逐渐趋于相同，但是，35 ℃、RH85%和15 ℃、RH50%条件下的蛋白态氮含量始终存在显著差异。有研究表明，新收获小麦在后熟期间呼吸水平提高，在后熟生理作用下，通过呼吸作用释放的能量来调节自身生理活动，并将能量传递到蛋白酶系统内进行催化作用，将氨基酸合成多肽链，进而形成蛋白质[17]。由此推测蛋白酶活性的升高促使蛋白态氮增加，蛋白酶活性与蛋白态氮含量成正比关系，本研究结果也证明了同样的趋势。

图5 小麦后熟过程中蛋白态氮含量的变化

2.6 小麦后熟过程中肽氮含量的变化

由图6(A)可知，强筋小麦后熟过程中，肽氮含量总体呈逐渐上升的趋势。35 ℃、RH85%条件下储藏16周后，肽氮含量比新收获小麦的增加5.32倍，15 ℃、RH50%条件下储藏16周后，肽氮含量增加2倍。储藏2周后，35 ℃、RH85%条件下肽氮含量为1.77 mg/g，是15 ℃、RH50%条件下肽氮含量的3.77倍。35 ℃、RH85%条件下储藏8周后，肽氮含量为2.65 mg/g，而15 ℃、RH50%条件下储藏16周，肽氮含量才达到2.52 mg/g。由图6(B)可知，弱筋小麦储藏1～16周，35 ℃、RH85%条件下肽氮含量始终高于15 ℃、RH50%条件下的含量。

图6 小麦后熟过程中肽氮含量的变化

2.7 相关性分析

利用SPSS软件对数据进行相关性分析，结果见表1和表2。由表1可知，4种储藏条件下，强筋小麦中SDS沉降值与α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性和氨基态氮含量均呈极显著负相关，相关系数为-0.983～-0.905。而SDS沉降值与肽氮含量呈极显著正相关，相关系数为0.712～0.878。在28 ℃、RH75%和35 ℃、RH85%条件下，SDS沉降值与蛋白态氮和蛋白酶活性呈极显著正相关。由表2可知，弱筋小麦在4种储藏条件下，SDS沉降值与α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性和氨基态氮含量均呈极显著负相关，相关系数为-0.977～-0.873；而SDS沉降值与蛋白态氮和肽氮含量呈极显著正相关，相关系数为0.797～0.975。以上分析表明，在后熟过程中，强筋和弱筋小麦淀粉酶活性通过分解淀粉影响SDS沉降值，而蛋白酶活性通过影响蛋白态氮和肽氮含量，间接影响SDS沉降值。

表2 弱筋小麦的相关性分析

表1 强筋小麦的相关性分析

3 结论

强筋小麦和弱筋小麦在后熟过程中，α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性、氨基态氮含量、蛋白态氮含量、肽氮含量、蛋白酶活性与SDS沉降值均呈线性关系。随着后熟时间的延长，强筋小麦和弱筋小麦的α-淀粉酶、β-淀粉酶活性呈逐渐降低趋势，与SDS沉降值呈负相关关系。35 ℃、RH85%条件下储藏4周左右，α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性、氨基态氮含量、蛋白态氮含量、肽氮含量及蛋白酶活性的变化值与15 ℃、RH50%条件下储藏16周接近，而20 ℃、RH65%和28 ℃、RH75%条件下，α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性、氨基态氮含量、蛋白态氮含量、肽氮含量及蛋白酶活性的变化值处在中间范围。综合以上分析，高温高湿可以加快小麦后熟完成，比低温低湿大约提前10周完成后熟，本研究结果可为小麦合理储藏提供技术支撑。