人工老化對(duì)不同小麥基因型全麥粉營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

陳向東 董娜 李小軍 丁位華 胡鐵柱 劉明久 茹振鋼

摘要：小麥粉是我國(guó)主要的糧食加工產(chǎn)品。以強(qiáng)筋、中筋和弱筋類型的7個(gè)小麥品種為材料，利用人工老化和近紅外光譜技術(shù)，研究種子老化過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)變化規(guī)律。結(jié)果表明，隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)含量先降后升，6 d與0 d相比無(wú)顯著差異;淀粉和脂肪含量也無(wú)顯著變化;纖維和水分含量顯著升高;灰分和必需氨基酸含量顯著降低。老化后的種子營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)性狀的變化趨勢(shì)與小麥的筋力類型密切相關(guān)，隨老化時(shí)間延長(zhǎng)，中筋小麥矮抗58、濟(jì)麥22、周麥18和揚(yáng)麥16的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪和纖維含量都有不同程度變化;弱筋小麥浙豐2號(hào)蛋白質(zhì)含量顯著下降;而強(qiáng)筋小麥鄭麥9023和煙農(nóng)19的淀粉、脂肪、纖維和灰分含量均無(wú)顯著變化，表明強(qiáng)筋小麥具有較強(qiáng)的抗老化能力。這對(duì)小麥種子的安全儲(chǔ)藏以及提高種子利用價(jià)值有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜技術(shù);人工老化;小麥;營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

中圖分類號(hào)： S512.101 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）16-0115-04

收稿日期：2018-05-11

基金項(xiàng)目：河南省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家項(xiàng)目（編號(hào)：S2015-01-G01）;河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研計(jì)劃（編號(hào)：13A210287、15A210007）;河南科技學(xué)院高層次人才計(jì)劃（編號(hào)：201010612007）。

作者簡(jiǎn)介：陳向東（1982—），男，河南偃師人，博士，講師，主要從事小麥遺傳育種研究。

通信作者：茹振鋼，教授，主要從事小麥遺傳育種研究。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要糧食作物，在日常消耗的食物中占著重要的地位。小麥粉是我國(guó)主要的糧食加工產(chǎn)品，也是我國(guó)大部分地區(qū)居民的主食原料。小麥粉富含蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，是人體所需能量的主要來(lái)源[1]。小麥籽粒中蛋白質(zhì)含量及必需氨基酸組成的平衡程度決定小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[2-3]。

種子老化是種子貯藏中普遍存在的一種現(xiàn)象。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，種子自身進(jìn)行著緩慢的代謝，不可避免地發(fā)生老化現(xiàn)象，不但影響種子的萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及后期種子的質(zhì)量[4]，而且其物理性狀、化學(xué)組成、生理性質(zhì)都會(huì)發(fā)生不同程度的變化[5]，進(jìn)而營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)發(fā)生不同程度的變化[6-7]。本試驗(yàn)采用高溫、高濕加速種子老化的方法，模擬小麥種子的自然老化過(guò)程[8-9]，研究其品質(zhì)性狀變化規(guī)律，對(duì)小麥種子的安全儲(chǔ)藏以及提高利用價(jià)值具有重要意義。

谷物品質(zhì)近紅外光譜儀具有操作簡(jiǎn)便、速度快、良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于小麥品質(zhì)的定量檢測(cè)與分析[10-11]。目前，近紅外光譜分析（near infrared spectroscopy，NIR）在作物品質(zhì)分析和評(píng)價(jià)、品質(zhì)育種中得到了廣泛的應(yīng)用[12-15]。

目前，人們對(duì)種子老化的起因還存在著不同的看法，尤其是種子老化對(duì)品質(zhì)影響研究較少。因此，本試驗(yàn)選用不同生態(tài)區(qū)的不同筋力類型的小麥品種，于45 ℃、RH 85%條件下進(jìn)行3個(gè)時(shí)間梯度（0、3、6 d）的人工老化處理，用近紅外谷物分析儀快速測(cè)定小麥全粉的蛋白質(zhì)、淀粉、纖維、脂肪等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)含量，分析其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的變化情況，為提高小麥的耐儲(chǔ)藏性以及對(duì)于種質(zhì)資源的保存、開發(fā)、利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究選用黃淮麥區(qū)和長(zhǎng)江中下游麥區(qū)的7個(gè)主推小麥品種（強(qiáng)筋小麥品種：煙農(nóng)19和鄭麥9023;中筋小麥品種：矮抗58、濟(jì)麥22、周麥18、揚(yáng)麥16;弱筋小麥品種：浙豐2號(hào)），均由河南科技學(xué)院小麥中心提供。于2013—2014年種植于河南科技學(xué)院小麥中心校內(nèi)試驗(yàn)地，收獲種子用于試驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 人工加速老化處理 采用高溫、高濕的方法對(duì)種子進(jìn)行老化處理，利用LH-150S種子老化箱在（45±1） ℃和相對(duì)濕度（RH）為85%的條件下處理， 處理時(shí)間分別為3 d和 6 d。老化處理后出放在室溫下風(fēng)干到原始水分狀態(tài)，以0 d（未老化處理）的種子為對(duì)照。

1.2.2 磨粉 挑選出樣品中的雜質(zhì)，用小型粉碎機(jī)粉碎樣品，粉碎時(shí)間均為1 min，粉碎得到全麥粉。

1.2.3 測(cè)定品質(zhì)含量 利用Foss公司生產(chǎn)的XDS型近紅外品質(zhì)分析儀測(cè)定，開機(jī)預(yù)熱儀器30 min，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立的數(shù)學(xué)模型作為參比標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行校準(zhǔn)后，將粉末樣品放入圓形凹杯中，表面刮平，用圓薄片輕微壓實(shí)蓋上，置于光譜儀樣品臺(tái)上進(jìn)行掃描，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS和Microsoft Excel軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果和分析

2.1 人工老化對(duì)小麥種子品質(zhì)性狀的影響

在不同老化處理?xiàng)l件下對(duì)7個(gè)小麥品種蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、纖維、水分、灰分和必需氨基酸含量的平均值進(jìn)行比較分析（表1）。在老化處理3 d時(shí)，除淀粉、脂肪和纖維外，小麥種子蛋白質(zhì)、水分、灰分和氨基酸含量與對(duì)照相比，差異顯著或極顯著;在老化處理6 d時(shí)，小麥種子纖維、水分、灰分和氨基酸含量與對(duì)照相比，差異顯著或極顯著。小麥種子蛋白質(zhì)含量、灰分含量隨種子老化時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降低后升高趨勢(shì)，而在老化時(shí)間為3、6 d無(wú)顯著差異;纖維含量隨種子老化時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì); 必需氨基酸含量隨種子老化時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì);淀粉含量與老化時(shí)間相關(guān)性不顯著。由此可見，人工老化對(duì)小麥種子不同品質(zhì)性狀的影響程度不同。

2.2 人工老化對(duì)不同小麥品種營(yíng)養(yǎng)成分的影響

人工老化對(duì)于不同小麥品種和不同品質(zhì)性狀有不同程度的影響。由表2可看出，強(qiáng)筋小麥煙農(nóng)19和鄭麥9023老化3、6 d的蛋白質(zhì)、淀粉、纖維、脂肪、灰分等含量與0 d對(duì)比均無(wú)顯著性差異，表明老化處理對(duì)煙農(nóng)19和鄭麥9023的營(yíng)養(yǎng)成分含量影響不大。對(duì)于蛋白質(zhì)和淀粉含量，中筋小麥矮抗58、濟(jì)麥22、揚(yáng)麥16蛋白質(zhì)含量隨老化時(shí)間延長(zhǎng)先降低后升高，老化6 d的蛋白質(zhì)含量與0 d對(duì)比無(wú)顯著變化;周麥18淀粉含量隨老化時(shí)間延長(zhǎng)先升高后降低，老化6 d的淀粉含量與0 d對(duì)比差異不顯著。弱筋小麥浙豐2號(hào)老化3 d的蛋白質(zhì)含量與對(duì)照相比無(wú)顯著變化，6 d后顯著降低。整體上，除浙豐2號(hào)外，人工老化6 d的小麥種子蛋白質(zhì)和淀粉含量均無(wú)顯著變化。對(duì)于脂肪和纖維含量，中筋小麥周麥18先降低后升高，老化6 d后與對(duì)照相比無(wú)顯著變化;矮抗58老化6 d后的脂肪和纖維含量顯著升高;濟(jì)麥22脂肪含量先升高后降低，老化6d后與對(duì)照相比無(wú)顯著變化，而纖維含量顯著升高。弱筋小麥浙豐2號(hào)脂肪含量先降后升，與對(duì)照相比無(wú)顯著變化。對(duì)于水分含量，強(qiáng)筋小麥煙農(nóng)19、 中筋小麥周麥18和弱筋小麥浙豐2號(hào)老化6 d后，顯著升高，而中筋小麥矮抗58顯著降低。對(duì)于灰分含量，中筋小麥周麥18、矮抗58、揚(yáng)麥16和弱筋小麥浙豐2號(hào)的灰分含量顯著降低。可見，種子老化時(shí)間對(duì)不同品種小麥種子品質(zhì)性狀的影響不同。

通過(guò)對(duì)7種必需氨基酸含量比較分析（表3），發(fā)現(xiàn)氨基酸含量在老化過(guò)程中基本上都有不同程度地降低。賴氨酸含量除了鄭麥9023外其他品種差異不顯著;蘇氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、纈氨酸含量顯著降低;亮氨酸含量除周麥18外無(wú)顯著變化，其他品種顯著降低;色氨酸含量除周麥18明顯升高外，其他品種不同程度降低。

2.3 不同品種和老化處理雙因素方差分析

由表4可以看出，小麥種子在老化過(guò)程中，種子淀粉、脂肪、纖維、灰分、必需氨基酸含量在品種之間差異極顯著，蛋白質(zhì)、水分含量在品種之間差異顯著。蛋白質(zhì)、纖維、水分、灰分、必需氨基酸含量在處理時(shí)間之間差異極顯著，而淀粉和脂肪含量在處理時(shí)間之間差異不顯著。品種和處理時(shí)間對(duì)小麥種子品質(zhì)性狀的影響有互作效應(yīng)，不同品種在不同處理時(shí)間的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、水分、灰分含量差異極顯著，淀粉和纖維含量差異顯著，必需氨基酸含量無(wú)顯著差異。由此可見，在小麥種子的老化過(guò)程中，種子品質(zhì)性狀的改變既受老化時(shí)間的影響，又存在著品種之間的差異。

2.4 小麥老化種子品質(zhì)性狀相關(guān)性分析

對(duì)小麥老化種子品質(zhì)性狀的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。小麥種子在老化過(guò)程中，種子蛋白質(zhì)含量與淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與脂肪、纖維、灰分、必需氨基酸含量呈顯著正相關(guān);淀粉含量與脂肪、纖維、水分、灰分、必需氨基酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān);脂肪含量與纖維、灰分含量呈極顯著正相關(guān);纖維含量與灰分含量呈顯著正相關(guān)，灰分含量與必需氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)。可見，小麥老化種子的各品質(zhì)性狀之間是相互制約，相互影響的。

3 討論

自然條件下小麥種子老化時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，研究種子老化特征較困難。前人研究表明，利用人工加速老化的方法模擬小麥種子的自然老化過(guò)程，提高小麥種子老化的速度是可行的[6-7，9]。小麥品質(zhì)近紅外光譜分析具有操作簡(jiǎn)便、速度快、良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在小麥品質(zhì)分析和評(píng)價(jià)中[12-16]。本研究采用利用高溫高濕人工加速老化方法和近紅外光譜分析技術(shù)檢測(cè)小麥籽粒全麥粉品質(zhì)性狀，效率大大提高。

小麥儲(chǔ)藏過(guò)程中要進(jìn)行緩慢的新陳代謝過(guò)程，發(fā)生不同程度的生理生化變化，進(jìn)而影響小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。在小麥種子的老化過(guò)程中，不同品種小麥種子的變化規(guī)律有一定差異，不同品質(zhì)性狀發(fā)生改變的規(guī)律也不同。隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，全麥粉水分含量顯著增加，蛋白質(zhì)含量、淀粉含量基本上沒有顯著變化，脂肪含量和纖維含量增加，必需氨基酸含量大部分明顯降低，與前人研究結(jié)果[6-8]一致。表明小麥種子在儲(chǔ)藏過(guò)程中，蛋白質(zhì)和淀粉的總量并沒有什么變化，主要是蛋白質(zhì)質(zhì)量發(fā)生了改變[8]，說(shuō)明種子老化對(duì)小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響。

蛋白質(zhì)和必需氨基酸缺乏是發(fā)展中國(guó)家和欠發(fā)達(dá)國(guó)家人體營(yíng)養(yǎng)的主要問(wèn)題之一。小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可通過(guò)增加其蛋白質(zhì)含量和限制性氨基酸尤其是賴氨酸的含量得到改善[3]。本研究中隨老化時(shí)間延長(zhǎng)，賴氨酸含量除鄭麥9023外都沒顯著變化，但是不同品種間的賴氨酸含量差異較大。通過(guò)比較不同筋力品種老化種子品質(zhì)性狀差異，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)筋小麥煙農(nóng)19和鄭麥9023的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、纖維和灰分含量指標(biāo)變化不顯著，說(shuō)明強(qiáng)筋小麥品種的抗老化水平較好。通過(guò)近紅外光譜可快速測(cè)定品種的品質(zhì)性狀，進(jìn)一步用于品質(zhì)育種，對(duì)于改良小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Abdel-Aal E P. Amino acid composition and in vitro protein digestibility of selected ancient wheats and their end products[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2002，15（6）：737-747.

[2]Anjum F M，Ahmad I，Butt M S，et al. Amino acid composition of spring wheats and losses of lysine during chapati baking[J]. Journal of Food Composition and Analysis，2005，18（6）：523-532.

[3]劉 慧，王朝輝，李富翠，等. 不同麥區(qū)小麥籽粒蛋白質(zhì)與氨基酸含量及評(píng)價(jià)[J]. 作物學(xué)報(bào)，2016，42（5）：768-777.

[4]盧新雄，曹永生. 作物種質(zhì)資源保存現(xiàn)狀與展望[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2001，3（3）：43-47.

[5]趙 丹，張玉榮，林家永，等. 小麥儲(chǔ)藏品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究進(jìn)展[J]. 糧食與飼料工業(yè)，2012，12（2）：10-14.

[6]孫常玉，陳 曉，張志鵬，等. 種子老化對(duì)小麥種子品質(zhì)的影響[J]. 種子，2015，34（8）：88-90.

[7]朱 銀，顏 偉，楊 欣，等. 人工加速老化對(duì)小麥種子活力和品質(zhì)性狀的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：146-148.

[8]姜小苓，張自陽(yáng)，劉明久，等. 人工老化過(guò)程中BNS雜交小麥品質(zhì)性狀變化規(guī)律研究[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2013，27（10）：1511-1517.

[9]張自陽(yáng)，馬景周，王智煜，等. 人工老化對(duì)小麥種子活力及醇溶蛋白組成的影響[J]. 種子，2017，36（8）：42-47.

[10]Fontaine J，Schirmer B，Hrr J. Near-infrared reflectance spectroscopy （NIRS） enables the fast and accurate prediction of essential amino acid contents. 2. Results for wheat，barley，corn，triticale，wheat bran/middlings，rice bran，and sorghum[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50（14）：3902-3911.

[11]劉玲玲，趙 博，張銀橋，等. 小麥品質(zhì)近紅外檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2013，33（1）：92-97.

[12]張琪琪，萬(wàn)映秀，曹文昕，等. 小麥高代品系品質(zhì)性狀的近紅外光譜分析[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，17（11）：43-44，68.

[13]Che W K，Sun L J，Zhang Q，et al. Application of visible/near-infrared spectroscopy in the prediction of azodicarbonamide in wheat flour[J]. Journal of Food Science，2017，82（10）：2516-2525.

[14]高居榮，彭 莉，王秀芹，等. 山東省主推小麥品種品質(zhì)性狀的近紅外光譜分析[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（11）：186-188.

[15]段國(guó)輝，張 園，高海濤，等. 利用近紅外光譜技術(shù)分析不同類型小麥品質(zhì)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（5）：422-424.

[16]張平平，張 瑜，唐 果，等. 近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)小麥谷蛋白大聚體含量[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，33（6）：1207-1211.