储藏时间影响小麦蛋白质理化特性的灌溉效应

刘鸿飞 刘 锐 赵明辉 张影全 李 强 孟祥海乔文臣 张 波,*

(1 中国农业科学院农产品加工研究所/农业农村部农产品加工综合性重点实验室,北京 100193；2 农业农村部食物与营养发展研究所，北京 100081；3河北省农林科学院旱作农业研究所，河北 衡水 052800)

小麦种植中有“丰年出产量，灾年出质量”的说法，即增加灌溉量可以提高小麦产量，而干旱可以改善小麦品质[1-2]。然而，灌溉对小麦品质影响规律的报道并不完全一致，考虑到小麦品质需在籽粒收获后储藏一段时间才稳定[3-8]，故推测小麦品质灌溉效应的研究结果可能与品质检测时样品的储藏期不一致有关。研究籽粒储藏时间与灌溉量及频次的交互作用对小麦品质的影响效应，特别是储藏时间对小麦蛋白质理化特性灌溉效应的影响，可为进一步揭示灌溉对小麦品质影响效应提供参考。

关于灌溉对小麦品质的影响，赵广才等[9]认为适当减少灌溉次数可以提高总蛋白含量，并能延长面团的形成时间和稳定时间。许振柱等[10]认为浇拔节水和孕穗水有利于籽粒储藏蛋白和麦谷蛋白大聚体(glutenin macropolymer，GMP)的积累。Dai等[11-12]研究灌溉处理对小麦蛋白质理化特性影响的结果并不一致，2013年研究结果表明，生育期不浇水有利于小麦籽粒积累蛋白质，并聚集形成直径大于100 μm的GMP大颗粒；2016年研究结果表明，浇拔节水和开花水更有利于提高小麦蛋白质及其组分和GMP大颗粒的含量。Walsh等[13]研究表明，与节水灌溉、适度灌溉和过量灌溉处理相比，生育期不浇水处理的小麦蛋白质含量及理化特性指标较高，灌溉量与小麦蛋白质理化特性呈负相关关系。总结前人研究发现，关于灌溉对小麦品质影响的研究结论并不一致，有些研究没有明确品质检测时小麦籽粒的储藏情况，推测研究结果的不一致可能与小麦籽粒储藏时间长短有关。

本研究以抗旱节水对照品种衡4399为试验材料，设计了3个水平的灌溉处理和5个水平的籽粒储藏时间，以两因素的全面组合为处理，研究储藏时间影响小麦蛋白质理化特性的灌溉效应，旨在进一步明确灌溉对小麦蛋白质理化特性的影响效应。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所使用的小麦(TriticumaestivumL.)为衡4399(中筋麦、半冬性)，种植于衡水市深州市护驾迟镇护驾迟村，于2019年10月份播种，2020年6月中旬收获，生育期约为240 d。根据衡水市气象资料，生育期间年均降水量为100 mm。试验材料衡4399种植期间的3种灌溉处理水平分别为生育期不浇水(W0)、拔节期(3月底4月初)浇水一次(W1)、拔节期和灌浆期(5月上旬)各浇水一次(W2)；每次灌溉量为750 m3·hm-2， 如表1所示。

表1 参试小麦灌溉处理Table 1 Irrigation schemes of test wheat

籽粒储藏试验于2020年6月至2021年1月在中国农业科学院农产品加工研究所进行。清理新收获的小麦籽粒，分装在独立的尼龙网袋中，每一个灌溉处理水平下的小麦籽粒均在室温条件下分别储藏10、30、60、90和120 d后制粉。监测并记录储藏环境温度和湿度，储藏期间月度平均温湿度如图1所示。

图1 储藏环境月度平均温湿度监测结果Fig.1 The monitoring result of storage environment temperature and humidity

1.2 试验方法

1.2.1 小麦粉制备 参试籽粒参考NY/T 1094.1-2006[14]和NY/T 1094.2-2006[15]制备小麦粉。利用DA7300型近红外分析仪[波通瑞华科学仪器(北京)有限公司]检测小麦籽粒水分含量，根据籽粒水分含量润麦24 h后，采用MLU-202试验磨粉机(瑞士布勒集团)磨粉，收集麸皮和面粉，记录出粉率。制粉后面粉不需储藏，直接检测蛋白质理化指标。

1.2.2 蛋白质含量测定 参考ISO 16634-2：2016[16]中描述的Dumas燃烧方法，以天冬氨酸为标样，用DN2100杜马斯定氮仪(北京诺德泰科仪器仪表有限公司)测定粗蛋白和其他所有蛋白组分的含量(以N×5.7计算)。

1.2.3 面筋特性测定 参考GB/T 5506.2-2008[17]利用2200型面筋仪[波通瑞华科学仪器(北京)有限公司]进行湿面筋含量测定；参照GB/T 35993-2018[18]进行面筋指数的测定。

1.2.4 麦谷蛋白大聚体(GMP)提取及理化特性测定 参考Don等[19]的提取方法，将样品与1.5%十二烷基硫酸钠溶液按照1∶20(w/v)的比例混合，用3-30K高速离心机(德国SIGMA离心机有限公司)对样品进行离心(20℃、20 379×g条件下离心30 min)。收集上清液并烘干，进行GMP含量测定；收集GMP胶层，利用MCR502流变仪(奥地利安东帕有限公司)对其进行应变扫描，记录线性粘弹区的储能模量G′，储能模量值反映GMP胶的弹性。

1.2.5 沉降指数测定 参考GB/T 15685-2011[20]，利用880511沉降指数专用磨(德国布拉本德公司)磨制出粉率为20%的小麦粉，利用D-28033沉降值测定仪(德国布拉本德公司)进行小麦沉降指数测定，溶胀试剂为1.5%十二烷基硫酸钠溶液。

1.2.6 面团吸水率和稳定时间测定 参试样品量较少，故参考GB/T 14614-2019[21]，利用Farinograph-E电子式粉质仪(德国布拉本德公司)的50 g混揉钵测定面团吸水率和稳定时间。

1.2.7 面团最大拉伸阻力和拉伸长度测定 参考Chen等[22]、张华文等[23]和Grausgruber等[24]的方法，采用TA. XT Plus物性质构测定仪(英国Stable Micro System公司)测定面团的最大拉伸阻力和拉伸长度。用粉质仪50 g混揉钵揉制面团，取30 g面团放入Extensograph-E电子式拉伸仪(德国布拉本德公司)醒发室醒发20 min，利用样品板和样品槽制备2 mm×60 mm规格的面团条。将样品装载到质构仪的载物平台上，测定面团最大拉伸阻力和拉伸长度。

1.3 数据分析

使用Excel 2016和SPSS Statistics 25.0软件对数据进行整理与统计分析，所有指标检测重复3次，结果为平均值±标准差。使用Origin 2021和Excel 2016软件作图。

2 结果与分析

2.1 参试样品蛋白质理化特性

参试籽粒储藏后面粉的蛋白质理化特性、面团流变学特性、灌溉处理和储藏时间对小麦蛋白质理化特性的影响方差分析F值如表2～4所示。由表2、3可知，衡4399属于中筋品种。由表4可知，除灌溉处理对GMP含量、储藏时间对面筋指数和面团稳定时间、灌溉处理和储藏时间的交互作用对面筋指数没有显著影响外，灌溉处理、储藏时间以及灌溉处理和储藏时间的相互作用均对小麦蛋白质理化特性相关指标有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)影响。从双因素方差分析结果推测，灌溉处理对面筋指数和面团稳定时间的影响规律受储藏时间的影响较小，对其他指标的影响规律受储藏时间的影响较大。

表2 参试衡4399品种籽粒储藏后出粉率及面粉蛋白质理化特性Table 2 Flour extraction rate and physicochemical properties of wheat flour after storage of wheat Heng 4399

表3 参试衡4399 品种籽粒储藏后面团流变学特性Table 3 Dough rheological properties of wheat Heng 4399 after grain storage

表4 灌溉处理和储藏时间对小麦蛋白质理化特性影响的双因素方差分析F值Table 4 Two-way ANOVA F value of effects of irrigation schemes and storage time on physicochemical properties of wheat protein

2.2 储藏时间对小麦面粉蛋白质数量属性灌溉效应的影响

采用配对T检验分析灌溉处理对小麦面粉蛋白质数量属性指标影响的结果显示，粗蛋白含量，W0处理显著高于W1处理，W1处理显著高于W2处理；湿面筋含量，W0和W1处理间没有显著差异，均显著高于W2处理；GMP含量，3种灌溉处理间没有显著差异(P<0.05)。

相同籽粒储藏时间下不同灌溉处理间小麦面粉蛋白质数量属性指标多重比较分析结果如图2所示。由图2-A可知，在籽粒储藏10、30、60和120 d时，W0处理小麦面粉粗蛋白含量均显著高于W2处理，不同储藏时间下的粗蛋白含量在W0～W2处理间呈现逐渐下降的趋势，该趋势仅在籽粒储藏90 d时出现偏差，W1处理显著低于W2处理。

由图2-B可知，在籽粒储藏30、60和90 d时，W0处理湿面筋含量显著高于W2处理，且在W0～W2处理间呈现逐渐下降的趋势；在籽粒储藏10和120 d时，W1处理湿面筋含量显著高于W0和W2处理。

由图2-C可知，在籽粒储藏10和90 d时，W2处理GMP含量显著高于W1和W0处理；储藏30和120 d时，W0～W2处理间GMP含量无显著差异；储藏60 d时，W0处理GMP含量显著高于W1和W2处理。

由上述结果可知，储藏时间不影响粗蛋白含量的灌溉效应，影响湿面筋含量和GMP含量的灌溉效应。

注：10、30、60、90和120 d表示储藏天数；不同小写字母表示同一储藏天数下不同灌溉处理之间差异显著(P<0.05)。下同。Note: 10, 30, 60, 90 and 120 d mean storage time. Different lowercase letters indicate significant difference between different irrigation schemes for the same storage days (P<0.05). The same as following.图2 籽粒储藏时间和灌溉处理组合下面粉蛋白质数量属性指标Fig.2 Quantitative parameters of flour protein under the combination of grain storage time and irrigation schemes

2.3 储藏时间对小麦面粉蛋白质质量属性指标灌溉效应的影响

采用配对T检验分析灌溉处理对小麦面粉蛋白质质量属性指标影响的结果显示，沉降指数，W2处理显著高于W1处理，W1处理显著高于W0处理；面筋指数，W2处理显著高于W1处理，W1处理显著高于W0处理(P<0.05)。

相同籽粒储藏时间下不同灌溉处理间小麦面粉蛋白质质量属性指标多重比较分析(P<0.05)结果如图3所示。由图3-A可知，籽粒储藏10～120 d内，沉降指数在W2～W0处理间呈现逐渐降低的趋势，除120 d时W2、W1和W0处理之间无显著差异外，其他储藏时间下W2处理均显著高于W1和W0处理。

由图3-B可知，籽粒储藏10～120 d内，面筋指数在W2～W0处理之间呈现逐渐降低的趋势，其中30和60 d时W2处理均显著高于W0处理，90 d时W2显著高于W1。

由图3-C1～C5可知，籽粒储藏10、30和90 d时，W2处理的GMP储能模量值高于W1和W0处理；储藏60 d时，W0处理高于W1和W2处理；储藏120 d时，W1处理高于W2和W0处理。

综上，储藏时间不影响沉降指数和面筋指数的灌溉效应，影响GMP储能模量值的灌溉效应。

注：A：沉降指数； B：面筋指数； C1：籽粒储藏10 d GMP储能模量值； C2：籽粒储藏30 d GMP储能模量值；C3：籽粒储藏60 d GMP储能模量值； C4：籽粒储藏90 d GMP储能模量值； C5：籽粒储藏120 d GMP储能模量值。Note: A: Settlement index. B: Gluten index. C1: GMP energy storage modulus value of grains stored for 10 d. C2: GMP energy storage modulus value of grains stored for 30 d. C3: GMP energy storage modulus value of grains stored for 60 d. C4 GMP energy storage modulus value of grains stored for 90 d. C5: GMP energy storage modulus value of grains stored for 120 d.图3 籽粒储藏时间和灌溉处理组合下面粉蛋白质质量属性指标Fig.3 Quality parameters of flour protein under the combination of grain storage time and irrigation schemes

2.4 储藏时间对小麦面团流变学特性灌溉效应的影响

采用配对T检验分析灌溉处理对小麦面团流变学特性影响的结果显示，面团吸水率，3种灌溉处理间没有显著差异；面团稳定时间，W2处理显著高于W1处理，W1处理显著高于W0处理；面团最大拉伸阻力，W2处理显著高于W1处理，W1处理显著高于W0处理；面团拉伸长度，W2处理显著高于W0处理(P<0.05)。

相同籽粒储藏时间下不同灌溉处理间小麦面团流变学特性多重比较分析(P<0.05)结果如图4所示。由图4-A可知，籽粒储藏10和120 d时，W1处理的面团吸水率显著高于W0和W2处理；储藏30 d时，W1处理显著低于W0和W2处理；储藏60和90 d时，面团吸水率在W0～W2处理间呈现逐渐降低的趋势。

注：A: 面团吸水率; B: 面团稳定时间; C: 面团最大拉伸阻力; D: 面团拉伸长度。Note: A: Water absorption of dough. B: Stability. C: Maximum resistance. D: Extensibility.图4 籽粒储藏时间和灌溉处理组合下面团流变学特性Fig.4 Rheological properties of dough under the combination of grain storage time and irrigation schemes

由图4-B可知，籽粒储藏10、30和90 d时，W2处理的面团稳定时间显著高于W1和W0处理，60 d时，W2显著高于W1处理，而籽粒储藏120 d时，W1显著高于W2处理，W2显著高于W0处理。

由图4-C可知，籽粒储藏10至120 d内，W2处理的面团最大拉伸阻力均显著高于W0处理，除90 d时W1处理略高于W2处理外，面团最大拉伸阻力在W2～W0处理间呈现逐渐降低的趋势。

由图4-D可知，籽粒储藏10 d时，W2处理的面团拉伸长度显著高于W1处理，W1处理显著高于W0处理；籽粒储藏30和60 d时，3种处理之间没有显著差异；籽粒储藏90 d时，W2处理显著高于W1处理；籽粒储藏120 d时，W1处理显著高于W0处理。

综上，储藏时间不影响面团最大拉伸阻力的灌溉效应，影响面团吸水率、面团稳定时间和面团拉伸长度的灌溉效应。

3 讨论

前人研究认为，干旱胁迫和过量灌溉均会影响小麦植株氮素的吸收和转运，干旱胁迫会阻碍氮素向籽粒转移，过量灌溉会造成籽粒中的蛋白质被稀释，从而导致籽粒蛋白质含量降低[25-26]；而适度节水处理有利于小麦叶片氮素向籽粒中转运，促进籽粒蛋白质积累[27-28]。关于小麦蛋白质数量属性指标的灌溉效应，本试验结果显示，每次灌溉量为750 m3·hm-23种灌溉处理水平下的衡4399在室温条件下储藏10～120 d过程中，蛋白质含量、湿面筋含量和GMP含量在W0～W2处理间呈现逐渐降低的趋势；其中，W0和W1处理的粗蛋白含量和湿面筋含量显著高于W2处理，表明灌溉量及频次增加会导致籽粒中总蛋白及蛋白组分含量降低，但小麦品质不仅取决于蛋白质及各组分含量，还与谷蛋白亚基组成[29-30]以及沉降指数、面筋指数和面团流变学特性等[31-32]有关。

关于小麦蛋白质质量属性指标和面团流变学特性的灌溉效应，本研究结果显示，沉降指数、面筋指数、面团稳定时间、面团最大拉伸阻力和拉伸长度在W0～W2处理间均呈现逐渐增加的趋势，这与贾殿勇等[33]和姚凤娟等[34]的研究结果一致。两者的研究均明确籽粒储藏3个月后开始检测。灌溉通过影响蛋白质组分含量进而影响面团流变学特性[35]。本试验结果显示，籽粒储藏90 d后，随着灌溉频次增加，GMP含量和储能模量值均增加。研究表明，小麦GMP含量与面团形成时间、面团稳定时间和面团延伸性呈显著正相关[36-37]。值得注意的是，姚凤娟等[34]的研究还表明，浇麦黄水会降低蛋白质质量属性和面团流变学特性。籽粒灌浆后期，增加水分不利于GMP积累，可使GMP占麦谷蛋白的百分比从50%降低至10%[38-39]。本试验与前人的研究结果相反[40-43]，而这些研究均未明确质量检测时籽粒的储藏时间。综上，本研究结果与明确籽粒储藏3个月后检测的研究结果一致，与未明确检测时间的结果不同，这表明储藏时间会影响小麦蛋白质理化特性灌溉效应。

试验结果相互印证方面，本试验结果表明，参试样品的面筋指数与面团稳定时间(r=0.445)和面团最大拉伸阻力(r=0.481)呈极显著正相关关系，面团稳定时间和面团最大拉伸阻力(r=0.512)也成极显著正相关，与前人研究呈现出一致的规律[44-46]，表明试验结果可以相互印证。

4 结论

本研究结果表明，每次灌溉量为750 m3·hm-2的3种灌溉处理水平下的衡4399，在室温条件下储藏10～120 d过程中，灌溉量及频次增加会显著降低蛋白质含量，且不受籽粒储藏时间的影响；灌溉量及频次增加显著降低湿面筋含量，但该规律受籽粒储藏时间的影响。灌溉量及频次增加显著增加沉降指数、面筋指数、面团稳定时间和面团最大拉伸阻力，且不受籽粒储藏时间的影响；灌溉量及频次增加显著增加面团拉伸长度，但该规律受储藏时间的影响。此外，灌溉和储藏时间的交互作用显著影响粗蛋白含量、湿面筋含量、GMP含量、沉降指数、面团吸水率、面团稳定时间、面团最大拉伸阻力和拉伸长度。相对而言，粗蛋白含量、沉降指数、面筋指数、面团稳定时间和面团最大拉伸阻力的灌溉效应不受籽粒储藏时间的影响，意味着同一指标在相同时段完成检测，可以反映出灌溉效应。否则，收获后籽粒至少储藏90 d后再检测才能客观反映灌溉效应。