儲藏時間影響小麥蛋白質理化特性的灌溉效應

劉鴻飛 劉 銳 趙明輝 張影全 李 強 孟祥海喬文臣 張 波,*

(1 中國農業科學院農產品加工研究所/農業農村部農產品加工綜合性重點實驗室,北京 100193；2 農業農村部食物與營養發展研究所，北京 100081；3河北省農林科學院旱作農業研究所，河北 衡水 052800)

小麥種植中有“豐年出產量，災年出質量”的說法，即增加灌溉量可以提高小麥產量，而干旱可以改善小麥品質[1-2]。然而，灌溉對小麥品質影響規律的報道并不完全一致，考慮到小麥品質需在籽粒收獲后儲藏一段時間才穩定[3-8]，故推測小麥品質灌溉效應的研究結果可能與品質檢測時樣品的儲藏期不一致有關。研究籽粒儲藏時間與灌溉量及頻次的交互作用對小麥品質的影響效應，特別是儲藏時間對小麥蛋白質理化特性灌溉效應的影響，可為進一步揭示灌溉對小麥品質影響效應提供參考。

關于灌溉對小麥品質的影響，趙廣才等[9]認為適當減少灌溉次數可以提高總蛋白含量，并能延長面團的形成時間和穩定時間。許振柱等[10]認為澆拔節水和孕穗水有利于籽粒儲藏蛋白和麥谷蛋白大聚體(glutenin macropolymer，GMP)的積累。Dai等[11-12]研究灌溉處理對小麥蛋白質理化特性影響的結果并不一致，2013年研究結果表明，生育期不澆水有利于小麥籽粒積累蛋白質，并聚集形成直徑大于100 μm的GMP大顆粒；2016年研究結果表明，澆拔節水和開花水更有利于提高小麥蛋白質及其組分和GMP大顆粒的含量。Walsh等[13]研究表明，與節水灌溉、適度灌溉和過量灌溉處理相比，生育期不澆水處理的小麥蛋白質含量及理化特性指標較高，灌溉量與小麥蛋白質理化特性呈負相關關系。總結前人研究發現，關于灌溉對小麥品質影響的研究結論并不一致，有些研究沒有明確品質檢測時小麥籽粒的儲藏情況，推測研究結果的不一致可能與小麥籽粒儲藏時間長短有關。

本研究以抗旱節水對照品種衡4399為試驗材料，設計了3個水平的灌溉處理和5個水平的籽粒儲藏時間，以兩因素的全面組合為處理，研究儲藏時間影響小麥蛋白質理化特性的灌溉效應，旨在進一步明確灌溉對小麥蛋白質理化特性的影響效應。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所使用的小麥(TriticumaestivumL.)為衡4399(中筋麥、半冬性)，種植于衡水市深州市護駕遲鎮護駕遲村，于2019年10月份播種，2020年6月中旬收獲，生育期約為240 d。根據衡水市氣象資料，生育期間年均降水量為100 mm。試驗材料衡4399種植期間的3種灌溉處理水平分別為生育期不澆水(W0)、拔節期(3月底4月初)澆水一次(W1)、拔節期和灌漿期(5月上旬)各澆水一次(W2)；每次灌溉量為750 m3·hm-2， 如表1所示。

表1 參試小麥灌溉處理Table 1 Irrigation schemes of test wheat

籽粒儲藏試驗于2020年6月至2021年1月在中國農業科學院農產品加工研究所進行。清理新收獲的小麥籽粒，分裝在獨立的尼龍網袋中，每一個灌溉處理水平下的小麥籽粒均在室溫條件下分別儲藏10、30、60、90和120 d后制粉。監測并記錄儲藏環境溫度和濕度，儲藏期間月度平均溫濕度如圖1所示。

圖1 儲藏環境月度平均溫濕度監測結果Fig.1 The monitoring result of storage environment temperature and humidity

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥粉制備 參試籽粒參考NY/T 1094.1-2006[14]和NY/T 1094.2-2006[15]制備小麥粉。利用DA7300型近紅外分析儀[波通瑞華科學儀器(北京)有限公司]檢測小麥籽粒水分含量，根據籽粒水分含量潤麥24 h后，采用MLU-202試驗磨粉機(瑞士布勒集團)磨粉，收集麩皮和面粉，記錄出粉率。制粉后面粉不需儲藏，直接檢測蛋白質理化指標。

1.2.2 蛋白質含量測定 參考ISO 16634-2：2016[16]中描述的Dumas燃燒方法，以天冬氨酸為標樣，用DN2100杜馬斯定氮儀(北京諾德泰科儀器儀表有限公司)測定粗蛋白和其他所有蛋白組分的含量(以N×5.7計算)。

1.2.3 面筋特性測定 參考GB/T 5506.2-2008[17]利用2200型面筋儀[波通瑞華科學儀器(北京)有限公司]進行濕面筋含量測定；參照GB/T 35993-2018[18]進行面筋指數的測定。

1.2.4 麥谷蛋白大聚體(GMP)提取及理化特性測定 參考Don等[19]的提取方法，將樣品與1.5%十二烷基硫酸鈉溶液按照1∶20(w/v)的比例混合，用3-30K高速離心機(德國SIGMA離心機有限公司)對樣品進行離心(20℃、20 379×g條件下離心30 min)。收集上清液并烘干，進行GMP含量測定；收集GMP膠層，利用MCR502流變儀(奧地利安東帕有限公司)對其進行應變掃描，記錄線性粘彈區的儲能模量G′，儲能模量值反映GMP膠的彈性。

1.2.5 沉降指數測定 參考GB/T 15685-2011[20]，利用880511沉降指數專用磨(德國布拉本德公司)磨制出粉率為20%的小麥粉，利用D-28033沉降值測定儀(德國布拉本德公司)進行小麥沉降指數測定，溶脹試劑為1.5%十二烷基硫酸鈉溶液。

1.2.6 面團吸水率和穩定時間測定 參試樣品量較少，故參考GB/T 14614-2019[21]，利用Farinograph-E電子式粉質儀(德國布拉本德公司)的50 g混揉缽測定面團吸水率和穩定時間。

1.2.7 面團最大拉伸阻力和拉伸長度測定 參考Chen等[22]、張華文等[23]和Grausgruber等[24]的方法，采用TA. XT Plus物性質構測定儀(英國Stable Micro System公司)測定面團的最大拉伸阻力和拉伸長度。用粉質儀50 g混揉缽揉制面團，取30 g面團放入Extensograph-E電子式拉伸儀(德國布拉本德公司)醒發室醒發20 min，利用樣品板和樣品槽制備2 mm×60 mm規格的面團條。將樣品裝載到質構儀的載物平臺上，測定面團最大拉伸阻力和拉伸長度。

1.3 數據分析

使用Excel 2016和SPSS Statistics 25.0軟件對數據進行整理與統計分析，所有指標檢測重復3次，結果為平均值±標準差。使用Origin 2021和Excel 2016軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 參試樣品蛋白質理化特性

參試籽粒儲藏后面粉的蛋白質理化特性、面團流變學特性、灌溉處理和儲藏時間對小麥蛋白質理化特性的影響方差分析F值如表2～4所示。由表2、3可知，衡4399屬于中筋品種。由表4可知，除灌溉處理對GMP含量、儲藏時間對面筋指數和面團穩定時間、灌溉處理和儲藏時間的交互作用對面筋指數沒有顯著影響外，灌溉處理、儲藏時間以及灌溉處理和儲藏時間的相互作用均對小麥蛋白質理化特性相關指標有顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)影響。從雙因素方差分析結果推測，灌溉處理對面筋指數和面團穩定時間的影響規律受儲藏時間的影響較小，對其他指標的影響規律受儲藏時間的影響較大。

表2 參試衡4399品種籽粒儲藏后出粉率及面粉蛋白質理化特性Table 2 Flour extraction rate and physicochemical properties of wheat flour after storage of wheat Heng 4399

表3 參試衡4399 品種籽粒儲藏后面團流變學特性Table 3 Dough rheological properties of wheat Heng 4399 after grain storage

表4 灌溉處理和儲藏時間對小麥蛋白質理化特性影響的雙因素方差分析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 儲藏時間對小麥面粉蛋白質數量屬性灌溉效應的影響

采用配對T檢驗分析灌溉處理對小麥面粉蛋白質數量屬性指標影響的結果顯示，粗蛋白含量，W0處理顯著高于W1處理，W1處理顯著高于W2處理；濕面筋含量，W0和W1處理間沒有顯著差異，均顯著高于W2處理；GMP含量，3種灌溉處理間沒有顯著差異(P<0.05)。

相同籽粒儲藏時間下不同灌溉處理間小麥面粉蛋白質數量屬性指標多重比較分析結果如圖2所示。由圖2-A可知，在籽粒儲藏10、30、60和120 d時，W0處理小麥面粉粗蛋白含量均顯著高于W2處理，不同儲藏時間下的粗蛋白含量在W0～W2處理間呈現逐漸下降的趨勢，該趨勢僅在籽粒儲藏90 d時出現偏差，W1處理顯著低于W2處理。

由圖2-B可知，在籽粒儲藏30、60和90 d時，W0處理濕面筋含量顯著高于W2處理，且在W0～W2處理間呈現逐漸下降的趨勢；在籽粒儲藏10和120 d時，W1處理濕面筋含量顯著高于W0和W2處理。

由圖2-C可知，在籽粒儲藏10和90 d時，W2處理GMP含量顯著高于W1和W0處理；儲藏30和120 d時，W0～W2處理間GMP含量無顯著差異；儲藏60 d時，W0處理GMP含量顯著高于W1和W2處理。

由上述結果可知，儲藏時間不影響粗蛋白含量的灌溉效應，影響濕面筋含量和GMP含量的灌溉效應。

注：10、30、60、90和120 d表示儲藏天數；不同小寫字母表示同一儲藏天數下不同灌溉處理之間差異顯著(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.圖2 籽粒儲藏時間和灌溉處理組合下面粉蛋白質數量屬性指標Fig.2 Quantitative parameters of flour protein under the combination of grain storage time and irrigation schemes

2.3 儲藏時間對小麥面粉蛋白質質量屬性指標灌溉效應的影響

采用配對T檢驗分析灌溉處理對小麥面粉蛋白質質量屬性指標影響的結果顯示，沉降指數，W2處理顯著高于W1處理，W1處理顯著高于W0處理；面筋指數，W2處理顯著高于W1處理，W1處理顯著高于W0處理(P<0.05)。

相同籽粒儲藏時間下不同灌溉處理間小麥面粉蛋白質質量屬性指標多重比較分析(P<0.05)結果如圖3所示。由圖3-A可知，籽粒儲藏10～120 d內，沉降指數在W2～W0處理間呈現逐漸降低的趨勢，除120 d時W2、W1和W0處理之間無顯著差異外，其他儲藏時間下W2處理均顯著高于W1和W0處理。

由圖3-B可知，籽粒儲藏10～120 d內，面筋指數在W2～W0處理之間呈現逐漸降低的趨勢，其中30和60 d時W2處理均顯著高于W0處理，90 d時W2顯著高于W1。

由圖3-C1～C5可知，籽粒儲藏10、30和90 d時，W2處理的GMP儲能模量值高于W1和W0處理；儲藏60 d時，W0處理高于W1和W2處理；儲藏120 d時，W1處理高于W2和W0處理。

綜上，儲藏時間不影響沉降指數和面筋指數的灌溉效應，影響GMP儲能模量值的灌溉效應。

注：A：沉降指數； B：面筋指數； C1：籽粒儲藏10 d GMP儲能模量值； C2：籽粒儲藏30 d GMP儲能模量值；C3：籽粒儲藏60 d GMP儲能模量值； C4：籽粒儲藏90 d GMP儲能模量值； C5：籽粒儲藏120 d GMP儲能模量值。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.圖3 籽粒儲藏時間和灌溉處理組合下面粉蛋白質質量屬性指標Fig.3 Quality parameters of flour protein under the combination of grain storage time and irrigation schemes

2.4 儲藏時間對小麥面團流變學特性灌溉效應的影響

采用配對T檢驗分析灌溉處理對小麥面團流變學特性影響的結果顯示，面團吸水率，3種灌溉處理間沒有顯著差異；面團穩定時間，W2處理顯著高于W1處理，W1處理顯著高于W0處理；面團最大拉伸阻力，W2處理顯著高于W1處理，W1處理顯著高于W0處理；面團拉伸長度，W2處理顯著高于W0處理(P<0.05)。

相同籽粒儲藏時間下不同灌溉處理間小麥面團流變學特性多重比較分析(P<0.05)結果如圖4所示。由圖4-A可知，籽粒儲藏10和120 d時，W1處理的面團吸水率顯著高于W0和W2處理；儲藏30 d時，W1處理顯著低于W0和W2處理；儲藏60和90 d時，面團吸水率在W0～W2處理間呈現逐漸降低的趨勢。

注：A: 面團吸水率; B: 面團穩定時間; C: 面團最大拉伸阻力; D: 面團拉伸長度。Note: A: Water absorption of dough. B: Stability. C: Maximum resistance. D: Extensibility.圖4 籽粒儲藏時間和灌溉處理組合下面團流變學特性Fig.4 Rheological properties of dough under the combination of grain storage time and irrigation schemes

由圖4-B可知，籽粒儲藏10、30和90 d時，W2處理的面團穩定時間顯著高于W1和W0處理，60 d時，W2顯著高于W1處理，而籽粒儲藏120 d時，W1顯著高于W2處理，W2顯著高于W0處理。

由圖4-C可知，籽粒儲藏10至120 d內，W2處理的面團最大拉伸阻力均顯著高于W0處理，除90 d時W1處理略高于W2處理外，面團最大拉伸阻力在W2～W0處理間呈現逐漸降低的趨勢。

由圖4-D可知，籽粒儲藏10 d時，W2處理的面團拉伸長度顯著高于W1處理，W1處理顯著高于W0處理；籽粒儲藏30和60 d時，3種處理之間沒有顯著差異；籽粒儲藏90 d時，W2處理顯著高于W1處理；籽粒儲藏120 d時，W1處理顯著高于W0處理。

綜上，儲藏時間不影響面團最大拉伸阻力的灌溉效應，影響面團吸水率、面團穩定時間和面團拉伸長度的灌溉效應。

3 討論

前人研究認為，干旱脅迫和過量灌溉均會影響小麥植株氮素的吸收和轉運，干旱脅迫會阻礙氮素向籽粒轉移，過量灌溉會造成籽粒中的蛋白質被稀釋，從而導致籽粒蛋白質含量降低[25-26]；而適度節水處理有利于小麥葉片氮素向籽粒中轉運，促進籽粒蛋白質積累[27-28]。關于小麥蛋白質數量屬性指標的灌溉效應，本試驗結果顯示，每次灌溉量為750 m3·hm-23種灌溉處理水平下的衡4399在室溫條件下儲藏10～120 d過程中，蛋白質含量、濕面筋含量和GMP含量在W0～W2處理間呈現逐漸降低的趨勢；其中，W0和W1處理的粗蛋白含量和濕面筋含量顯著高于W2處理，表明灌溉量及頻次增加會導致籽粒中總蛋白及蛋白組分含量降低，但小麥品質不僅取決于蛋白質及各組分含量，還與谷蛋白亞基組成[29-30]以及沉降指數、面筋指數和面團流變學特性等[31-32]有關。

關于小麥蛋白質質量屬性指標和面團流變學特性的灌溉效應，本研究結果顯示，沉降指數、面筋指數、面團穩定時間、面團最大拉伸阻力和拉伸長度在W0～W2處理間均呈現逐漸增加的趨勢，這與賈殿勇等[33]和姚鳳娟等[34]的研究結果一致。兩者的研究均明確籽粒儲藏3個月后開始檢測。灌溉通過影響蛋白質組分含量進而影響面團流變學特性[35]。本試驗結果顯示，籽粒儲藏90 d后，隨著灌溉頻次增加，GMP含量和儲能模量值均增加。研究表明，小麥GMP含量與面團形成時間、面團穩定時間和面團延伸性呈顯著正相關[36-37]。值得注意的是，姚鳳娟等[34]的研究還表明，澆麥黃水會降低蛋白質質量屬性和面團流變學特性。籽粒灌漿后期，增加水分不利于GMP積累，可使GMP占麥谷蛋白的百分比從50%降低至10%[38-39]。本試驗與前人的研究結果相反[40-43]，而這些研究均未明確質量檢測時籽粒的儲藏時間。綜上，本研究結果與明確籽粒儲藏3個月后檢測的研究結果一致，與未明確檢測時間的結果不同，這表明儲藏時間會影響小麥蛋白質理化特性灌溉效應。

試驗結果相互印證方面，本試驗結果表明，參試樣品的面筋指數與面團穩定時間(r=0.445)和面團最大拉伸阻力(r=0.481)呈極顯著正相關關系，面團穩定時間和面團最大拉伸阻力(r=0.512)也成極顯著正相關，與前人研究呈現出一致的規律[44-46]，表明試驗結果可以相互印證。

4 結論

本研究結果表明，每次灌溉量為750 m3·hm-2的3種灌溉處理水平下的衡4399，在室溫條件下儲藏10～120 d過程中，灌溉量及頻次增加會顯著降低蛋白質含量，且不受籽粒儲藏時間的影響；灌溉量及頻次增加顯著降低濕面筋含量，但該規律受籽粒儲藏時間的影響。灌溉量及頻次增加顯著增加沉降指數、面筋指數、面團穩定時間和面團最大拉伸阻力，且不受籽粒儲藏時間的影響；灌溉量及頻次增加顯著增加面團拉伸長度，但該規律受儲藏時間的影響。此外，灌溉和儲藏時間的交互作用顯著影響粗蛋白含量、濕面筋含量、GMP含量、沉降指數、面團吸水率、面團穩定時間、面團最大拉伸阻力和拉伸長度。相對而言，粗蛋白含量、沉降指數、面筋指數、面團穩定時間和面團最大拉伸阻力的灌溉效應不受籽粒儲藏時間的影響，意味著同一指標在相同時段完成檢測，可以反映出灌溉效應。否則，收獲后籽粒至少儲藏90 d后再檢測才能客觀反映灌溉效應。