岳媛媛，刘效谦，母梦羽，张 霞，王金水

河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001

小麦是我国重要的粮食作物之一，是人类膳食的主要来源。随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们对小麦的品质要求也越来越高。小麦在田间收获后，虽然已经达到了“收获成熟”，但是尚未完成生理后熟和工艺后熟，其流变学特性、加工品质和食用品质相对较差，需要经过一段时间的储藏，品质特性才能逐步改善并达到最佳[1]。经过后熟期的储藏，小麦粉出粉率增加，白度有所提高，面团流变学特性逐渐稳定，烘焙品质和蒸煮品质均有所改善[2-3]。后熟是新收获小麦加工品质及食用品质不断提高的重要阶段，是小麦产后储藏的重要原因。

蛋白质和淀粉是小麦的主要成分。小麦粉在加工过程中，籽粒中的储藏蛋白由于吸水膨胀，分子间相互交联形成连续的三维网状体系，从而赋予面团一定的黏弹性和持气性，这是影响面团流变学特性和小麦加工品质的主要因素[4-6]。研究表明，小麦在储藏过程中蛋白质总量基本不变，但蛋白质组分和结构发生变化，进而对小麦品质产生影响[7-8]。麦谷蛋白和醇溶蛋白是小麦籽粒中主要的储藏蛋白，在小麦后熟过程中，麦谷蛋白亚基通过链间二硫键相互交联形成麦谷蛋白大聚体(glutenin macropolymer，GMP)[9-10]，在面筋蛋白网络结构中发挥着重要作用。麦谷蛋白大聚体是麦谷蛋白的重要组成部分，与小麦的品质特性存在很强的相关性[11-12]，对面团性能及最终食用品质具有重要影响。研究新收获小麦后熟过程中麦谷蛋白大聚体与品质之间的关系，对探明小麦后熟品质变化的内在机理，进而采取措施缩短小麦后熟期，提高利用率具有重要意义。

蛋白质的二级结构主要包括α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲；氢键作为稳定二级结构的主要作用力，在维持蛋白质生理活动中发挥了重要作用。傅里叶变换红外光谱法是测定蛋白质二级结构的最有效方法[13]，可以在多种不同环境下采集大小不同蛋白质的光谱数据，具有样品用量少、高通量和高灵敏度等特点。蛋白质的红外光谱具有许多特征光谱，酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ区与蛋白质的二级结构关系密切[14]，通过分析谱峰特点就可以预测结构特性[15]。目前，关于新收获小麦后熟过程中品质改善的机理未见深入报道。因此，作者采用傅里叶红外光谱法结合二阶导数和去卷积等分辨技术，研究小麦后熟不同储藏条件下麦谷蛋白大聚体二级结构的变化，结合后熟过程中面团流变学特性指标进行相关性分析，为进一步探讨小麦后熟品质改善提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

原料：新收获无虫害漯麦18号，属于硬白冬小麦，种植于河南禹州。模拟我国4个主要储粮生态区域进行储藏：蒙新生态区域15 ℃/RH50% (WT1)、华北生态区域20 ℃/RH65% (WT2)、华中生态区域28 ℃/RH75% (WT3)、华南生态区域35 ℃/RH85% (WT4)，连续储藏16周，待小麦籽粒恢复到室温后进行磨粉，每2周取样1次。所有样品采用双层密封袋密封，放置在-20 ℃冰箱中保存备用。

1.2 主要仪器与设备

WQF-510傅里叶变换红外光谱仪：德国Bruker公司；ALPHA 1-2 LD冷冻干燥机：德国Christ公司；ATY224电子分析天平：日本岛津公司；Fariongraph -AT粉质仪、Extengraph-E拉伸仪：德国Brabende公司。

1.3 方法

1.3.1 水分含量的测定

参照 GB 5009.3—2016 方法进行。

1.3.2 GMP的制备

准确称取1.4 g小麦粉(干基)悬浮在28 mL 1.5% SDS中，4 ℃、 10 000g离心20 min，去掉上清液，收集沉淀中的透明凝胶薄层，即为GMP。将收集到的GMP冷冻干燥，制得样品。

1.3.3 小麦后熟过程中GMP二级结构的测定

取干燥的KBr 198 mg和GMP样品2 mg，在钨光灯下研磨至完全混匀，取出约100 mg压制成透明薄片，用傅里叶变换红外光谱仪进行全波段扫描，扫描波数范围为400～4 000 cm-1，记录红外光谱，平均扫描128次；所有样品分析3次。

选择波长为1 600～1 700 cm-1图谱，用PeakFit4.12软件进行数据分析。首先进行基线校正，然后用Gaussian去卷积，再进行二阶导数拟合；根据各子峰面积计算相应二级结构的含量。

1.3.4 小麦粉粉质特性与拉伸特性的测定

粉质特性参照GB/T 14614—2006方法，用Fariongraph-AT粉质仪测定，测定参数包括吸水率、形成时间、稳定时间、评价值；拉伸特性按照GB/T 14615—2006方法，用Extengraph-E拉伸仪测定，测定参数包括拉伸性、抗延伸力、最大抗延伸阻力、拉伸面积。

1.3.5 数据处理

所有数据均为3次平行试验的平均值。采用SPSS19.0软件进行单因素方差分析(ANOVA)和Duncan多因素方差分析。用P<0.05定义样本间差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 小麦后熟过程中麦谷蛋白大聚体的红外光谱分析

图1 小麦后熟过程中GMP红外光谱图

2.2 麦谷蛋白大聚体二级结构的变化

利用PeakFit软件对红外光谱的酰胺I带进行拟合处理，各子带谱峰进行如下归属[18]：1 650～1 660 cm-1为α-螺旋，1 660～1 700 cm-1为β-转角，1 610～1 640 cm-1为β-折叠，1 640～1 650 cm-1为无规卷曲。后熟对小麦GMP二级结构的影响如表1所示，后熟过程中，新收获小麦麦谷蛋白大聚体的α-螺旋、β-折叠和β-转角的含量发生变化，说明GMP二级结构发生了改变。

由表1可知：WT1条件下，α-螺旋的含量由新收获时的22.40%减少至储藏结束时的19.61%；β-折叠的含量先升高后降低再升高，储藏结束时为31.84%；WT2条件下，α-螺旋含量降低，说明α-螺旋结构遭到破坏，β-折叠和β-转角含量增加；WT3条件下，α-螺旋含量随着储藏时间的延长先降低后升高，β-折叠含量先升高后降低；WT4条件下，α-螺旋含量显著降低，β-折叠的含量明显增加，增加幅度达23.69%，β-转角呈现先降低后增加的趋势，总体含量增加不明显。整体来看，新收获小麦GMP二级结构中，β-折叠和β-转角含量相对较高，经过16周的储藏，α-螺旋含量减少(P<0.05)，β-折叠和β-转角含量增多(P<0.05)，无规卷曲含量变化不明显。高温高湿(WT3和WT4)储藏条件下，α-螺旋和β-折叠的含量变化最为显著。

表1 小麦后熟过程中GMP二级结构含量的变化

蛋白质的二级结构与其品质特性和功能特性密切相关。α-螺旋和β-折叠结构规则，稳定性较高。α-螺旋坚韧又富有弹性，在二级结构中最为稳定，α-螺旋的含量对面筋蛋白的硬度与弹性具有重要影响[19]；β-折叠含量与面筋硬度成正比，β-折叠含量越高，面筋强度越好；β-转角和无规卷曲稳定性较低[20]，β-转角的含量对面筋蛋白的黏性有重要影响[21]。

由图2可知，后熟储藏过程中，小麦GMP二级结构中α-螺旋含量/β-折叠含量呈现下降趋势，在4种储藏条件下，储藏16周时小麦GMP二级结构中α-螺旋含量/β-折叠含量分别下降了0.16、0.22、0.18和0.33。α-螺旋含量/β-折叠含量与面筋蛋白的柔韧性相关，在一定程度上反映了蛋白质内部结构的柔韧性，α-螺旋含量/β-折叠含量越小，蛋白质柔韧性越大。由此推断，新收获小麦后熟过程中面筋强度增大，弹性增强，与GMP的结构变化关系密切[22]。

图2 小麦后熟过程中GMP二级结构α-螺旋含量/β-折叠含量的变化

2.3 新收获小麦后熟过程中面团流变学特性的变化

粉质特性是评价小麦加工品质的一个重要指标[23]，粉质曲线能够较好地反映小麦样品中的面筋特性。如图3所示，新收获小麦后熟过程中粉质特性变化明显。在4种储藏条件下，随着储藏时间的延长，小麦粉的吸水率呈现增高趋势。WT1、WT2和WT3条件下，小麦粉的吸水率先降低后增高，WT4条件下吸水率逐渐增加。一般来说，小麦粉吸水率高，出粉率也高。小麦粉吸水率高，说明面筋网络形成时间长，面筋筋力越强，烘焙品质相应也越好[24]。4种储藏条件下，小麦面团的形成时间、稳定时间和评价值逐渐增加，不同储藏条件下变化幅度不同，随着储藏温度和湿度的升高，其增加的幅度也越来越大；特别是高温高湿(WT3和WT4)储藏条件下，小麦的粉质特性在后熟储藏期间显著改善(P<0.05)。

图3 小麦后熟过程中面团粉质指标变化

后熟过程中新收获小麦面团的拉伸特性如图4所示，在4种储藏条件下，随着储藏时间的延长，小麦样品的拉伸性、抗延伸力、最大抗延伸力、拉伸面积呈现增加趋势，特别是在WT4储藏条件下，小麦样品拉伸特性各指标增加幅度最大，储藏第16周时，其拉伸面积达到90 cm2，推测原因是麦谷蛋白亚基之间发生了交联形成聚合体，面筋网络结构逐渐稳固，从而使面团的弹性增强，韧性增大，筋力提高[25-26]。

通常，粉质特性和拉伸特性被用于预测面团的加工性能和面包质量[23-24]。小麦后熟储藏过程中，面团吸水率、形成时间、拉伸性等均有不同程度的增加，说明面团的流变学特性发生变化，小麦品质得到改善，这与韦志彦等[27]和丁卫新[28]的研究结果一致。

2.4 麦谷蛋白大聚体二级结构含量与流变学特性的相关性

小麦后熟过程中GMP二级结构与流变学特性的相关系数如表2所示，4种不同储藏条件下，GMP二级结构与流变学特性各指标的相关系数不同。在低温低湿(WT1和WT2)储藏条件下，评价值、拉伸性和拉伸面积与α-螺旋含量呈显著负相关(P<0.05)，相关系数为-0.708～-0.521；最大抗延伸力与β-折叠含量呈极显著正相关(P<0.01)；粉质特性、拉伸性、抗延伸力和拉伸面积与β-转角含量呈显著正相关(P<0.05)，相关系数为0.632～0.774。高温高湿(WT3和WT4)储藏条件下，粉质特性和拉伸特性与α-螺旋含量呈显著负相关(P<0.05)，相关系数为-0.746～-0.571；与β-折叠含量呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数为0.626～0.922。通过相关性分析表明，4种不同储藏条件下，小麦后熟过程中GMP二级结构发生变化，改变了面筋的强度和黏弹性，进而对粉质特性和拉伸特性产生影响。

3 结论

新收获小麦后熟过程中，麦谷蛋白大聚体二级结构中α-螺旋含量略有下降，β-折叠和β-转角含量显著上升，无规卷曲含量变化不明显，α-螺旋/β-折叠呈现下降趋势，面团柔韧性增强；高温高湿储藏条件下，α-螺旋含量降低、β-折叠含量升高的趋势最为显著。随着新收获小麦储藏时间的延长，麦谷蛋白大聚体二级结构稳定性提高，使面团弹性增强、韧性增大、筋力提高，面筋蛋白网络结构逐渐稳固，进而对流变学特性产生影响，促进了小麦品质的改善。