梁筱妍，張愛琳*，楊薇，樊秀花

（1.天津農(nóng)學院食品科學與生物工程學院，天津300384；2.天津農(nóng)學院基礎科學學院，天津 300384）

小麥是我國第二大糧食作物，是重要的商品糧和儲備糧。品質(zhì)優(yōu)良是小麥育種、生產(chǎn)和倉儲的重要目標性狀[1]，品質(zhì)優(yōu)劣直接影響著小麥粉加工成品的質(zhì)量好壞，也關乎糧食企業(yè)的生存問題[2]。小麥生理生化指標數(shù)據(jù)的獲取是準確評價其品質(zhì)的前提和基礎，雖然國內(nèi)對小麥品質(zhì)的檢測關鍵指標已基本明確，檢測技術(shù)日趨成熟[3]，但仍存在檢測時間長、樣品損失大、耗費成本多等問題，糧食的無損檢測技術(shù)相對匱乏。不同小麥指標測取的工序、難度有差異，若每項指標都進行精確試驗，會增加小麥品質(zhì)評價工作的整體時間與成本，帶來諸多不便[4]。低場核磁共振技術(shù)（lowfield nuclear magnetic resonance，LF-NMR）可以從微觀的角度監(jiān)測小麥中水分的分布變化和遷移情況，具有快速、準確、無損、無侵入等優(yōu)點[5]。差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）可以直接檢測小麥的熱轉(zhuǎn)變溫度和發(fā)生轉(zhuǎn)變時的焓變，由于其測定過程中樣品用量少且測試速度快，已成為研究淀粉結(jié)構(gòu)及糊化性質(zhì)的簡便、有效的技術(shù)手段[6]。

本研究根據(jù)硬質(zhì)白小麥糧食倉儲在北方倉儲糧庫的環(huán)境條件，通過常規(guī)檢測技術(shù)結(jié)合無損檢測技術(shù)探究長期倉儲過程中小麥表征性指標的變化指數(shù)和變化規(guī)律，揭示小麥品質(zhì)劣變的過程，旨在為監(jiān)測倉儲小麥品質(zhì)提供理論參考，降低小麥倉儲損失，提高品質(zhì)安全。

1 材料與方法

1.1 小麥樣品采集

小麥品種為河北省滄州市南皮縣種植的冀麥26號，存于天津市靜海縣某直屬糧庫同庫倉儲，小麥基本情況見表1。

表1 供試小麥基本情況Table 1 Basic information of the tested wheat

供試小麥于2020年12月進行采集，針對不同倉儲年份的硬質(zhì)白小麥分上、中、下層取樣，上層取樣點為距儲糧表層1 m，中層取樣點為距儲糧表層3 m，下層取樣點為距糧庫表層5 m。夏季的試驗糧庫取樣時室內(nèi)相對濕度維持在（50±5）%，溫度維持在（20±5）℃；冬季的試驗糧庫取樣時室內(nèi)相對濕度維持在（50±5）%，溫度維持在（0±5）℃。取樣方法參照 GB/T5491—1985《糧食、油料檢驗扦樣、分樣法》。

1.2 儀器與設備

CM-5分光測色計：日本柯尼卡美能達有限公司；DSC差示掃描量熱儀：瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；25 μL鋁坩堝、YP-1鋁坩堝壓片機：德國耐馳儀器制造有限公司；JFSD-100型粉碎機：上海嘉定糧油儀器有限公司；DK-S24型恒溫水浴鍋：上海森信實驗儀器有限公司；NMI20-040H-I核磁共振成像分析儀（共振頻率23.309 MHz，磁體強度0.55 T，線圈直徑25 mm，磁體溫度32℃）：上海紐邁電子科技有限公司；BAS124S型分析天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

1.3 樣品檢測方法

1.3.1 理化指標檢測

色差：利用色差儀測定樣品色值，記錄L*、a*、b*值。脂肪：按照GB/T 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》第一法測定。脂肪酸：按照GB/T 5009.168—2016《食品安全國家標準食品中脂肪酸的測定》第一法測定。水分：總水分含量按照GB/T 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》第一法測定。淀粉：按照GB/T 5009.9—2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》第一法測定。

1.3.2 核磁共振成像檢測

樣品于（25±1）℃稱量后放入永久磁場中心位置的直徑為25 mm的玻璃管中，利用硬脈沖自由感應衰減（free induction deca，F(xiàn)ID）序列獲得樣品中心頻率，再利用多脈沖回波序列（carr-purcell-meiboom-gill，CPMG）測定樣品橫向弛豫時間T2，連續(xù)測量3次，取平均值。采用多脈沖回波序列CPMG掃描采集核磁信號，通過調(diào)整多自旋回波（multiple spin echo，MSE）序列中的選層梯度、相位編碼梯度和頻率編碼梯度，分別獲得樣品俯視、側(cè)視成像數(shù)據(jù)，然后利用sirt算法，迭代次數(shù)為10萬次進行反演得到T2譜圖。T2試驗主要參數(shù)：主頻SF=20 MHz，偏移頻率O1=987 kHz，90度脈沖時間 P1=7.52 μs，180 度脈沖時間 P2=14 μs，重復采樣等待時間TW=1 000 ms，累加采樣次數(shù)NS=32，回波時間TE=0.2 ms，回波個數(shù)NECH=3 000，信號接收帶寬SW=200kHz，開始采樣時間的控制參數(shù)RFD=0.02ms。

1.3.3 DSC差式掃描檢測

準確稱取3.00 mg樣品，加入7 μL蒸餾水，混合均勻，使樣品平鋪于坩堝底部，并保證坩堝中試樣質(zhì)量無損。用坩堝蓋子密封，并采用壓樣器對坩堝進行壓制，保證坩堝密封良好。（25±1）℃中靜置24 h，然后放入DSC測試儀中，在氮氣流量為60 mL/min、壓力為0.1 MPa、升溫速率為5℃/min的條件下，從10℃程序升溫至90℃，利用電腦程序記錄DSC曲線進行對比，分析淀粉的糊化性質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用SPSS 25.0軟件通過單因素方差分析比較差異顯著性，P＜0.05為差異顯著，數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示，測試試驗均重復3次。利用Excel及Origin 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥倉儲過程中色澤的變化

不同倉儲時間小麥L*值、a*值和b*值見表2。

表2 不同倉儲時間小麥L*值、a*值和b*值Table 2 L*value，a*value and b*value of wheat in different storage time

色澤是食品的主要質(zhì)量指標，小麥籽粒的色澤直接表明小麥品質(zhì)，優(yōu)質(zhì)小麥白度高，明亮有光澤。L*值代表亮度，a*值代表紅綠度，b*值代表黃藍度。由表2可知，倉儲過程中硬質(zhì)白小麥的L*值和a*值呈下降趨勢，L*值最低值為 84.46±0.06，最高值為 86.35±0.13，a*值最低值為1.61±0.02，最高值為2.32±0.08；b*值呈上升趨勢，最低值為 11.61±0.33，最高值為 12.61±0.08，即樣品的整體色澤加深。色值變化主要是淀粉老化、脂肪氧化及微生物生長所導致的[7]。倉儲過程中，淀粉發(fā)生老化現(xiàn)象，水分子局部析出，從而阻礙了表面對光的反射，致使光的反射率下降，亮度降低；微生物生長，霉菌在小麥的表面滋生，導致小麥籽粒顏色變深[8]。

2.2 小麥倉儲過程中脂肪的變化

脂類是小麥的三大營養(yǎng)物質(zhì)之一，主要集中在籽粒的胚部和糊粉層，只占籽粒質(zhì)量的2%，但其產(chǎn)生變化會嚴重影響小麥的倉儲品質(zhì)及加工口感。長期倉儲的小麥脂肪值變化趨勢如圖1所示。

圖1 不同倉儲時間小麥脂肪變化情況Fig.1 Changes of wheat fat in different storage time

上、中、下3層新小麥的脂肪值分別為1.80、1.81 g/100 g和 1.85 g/100 g，倉儲 36 個月后，上、中、下層小麥脂肪分別降低到1.44、1.51、1.53 g/100 g。說明長期倉儲對小麥的脂肪含量有影響，在小麥儲藏過程中，因為氧氣的存在，其脂質(zhì)會發(fā)生氧化分解，小麥最終酸敗變苦，倉儲時間越長，脂肪含量越低。小麥脂肪酶主要存在于麥麩中，水分含量越低越活躍，且熱穩(wěn)定[9]。小麥儲藏期間，低水分時脂質(zhì)易氧化，高水分時易水解，在倉儲到24個月后小麥整體脂肪變化加劇，36個月后上、中、下層小麥變化差異變大，影響小麥品質(zhì)。

2.3 小麥倉儲過程中脂肪酸的變化

脂肪酸值反映了小麥脂肪的酸敗程度，是脂肪水解積累的產(chǎn)物。不同倉儲時間小麥脂肪酸值變化情況見圖2。

圖2 不同倉儲時間小麥脂肪酸值變化情況Fig.2 Changes of fatty acid values in wheat with different storage time

由圖2可知，新小麥脂肪酸約為1.26mgKOH/100g，倉儲12個月后為1.29mgKOH/100g，倉儲24個月后達到1.54mgKOH/100g，倉儲36個月后為1.84mgKOH/100g，結(jié)果表明小麥在倉儲過程中脂肪酸值的變化是比較明顯的而且與倉儲時間呈正相關，貯藏時間越長，脂肪酸值變化越大[10-11]。小麥儲藏期間脂肪酸值增加原因，主要是由一些游離的脂類即未與淀粉或蛋白結(jié)合的脂類參與氧化水解作用，膜上的三酰甘油酯和磷脂中的結(jié)合脂肪酸在脂肪酶和磷脂酶的作用下不斷地被釋放出來，使得游離脂肪酸的含量增加，最終使脂肪酸值升高[12]。不同倉儲時間小麥脂肪酸組分比較見圖3。

圖3 不同倉儲時間小麥脂肪酸組分比較Fig.3 Comparison of fatty acid components in wheat with different storage time

如圖3所示，小麥籽粒的棕櫚酸和亞油酸含量均隨貯藏時間的延長而逐漸增大，貯藏36個月后，上中下層的硬脂酸分別達到 0.038、0.039、0.041 g/100 g，棕櫚酸分別達到 0.460、0.409、0.402 g/100 g，油酸分別達到 0.214、0.208、0.187 g/100 g，亞油酸值分別達到1.200、1.100、1.050 g/100 g，α-亞麻酸值分別達到 0.062、0.059、0.054 g/100 g，說明倉儲時間對脂肪酸組分的影響隨著倉儲期的延長逐漸增大。通過指標計算可得，小麥籽粒中的不飽和脂肪酸占75%，其中亞油酸為61%，亞麻酸為3%，油酸為11%；飽和脂肪酸為25%，其中棕櫚酸為22%和硬脂酸為3%。

2.4 小麥倉儲過程中水分的變化

2.4.1 小麥中水分分布的變化

倉儲期內(nèi)小麥的含水量及其水分分布會發(fā)生明顯變化，從而影響小麥的倉儲品質(zhì)。不同倉儲時間小麥水分變化情況見圖4。

圖4 不同倉儲時間小麥水分變化情況Fig.4 Changes of wheat moisture in different storage time

由圖4可知，長期倉儲使硬質(zhì)白小麥水分總量呈現(xiàn)下降趨勢，新倉儲的小麥上、中、下層含水量分別為10.44%、10.38%和10.28%。倉儲36個月后的小麥上、中、下層含水量分別為9.18%、9.00%和8.55%。不同倉儲時間對小麥水分含量有一定影響，水分變化受倉儲位置的影響，上層小麥失水速度較中層和下層速度慢，其原因可能為上層小麥與外部空氣直接接觸，受環(huán)境溫濕度影響較大，當糧倉溫度較高時水分流失加快，糧倉小麥堆出現(xiàn)溫度變化。

2.4.2 LF-NMR技術(shù)檢測小麥中水分遷移的變化

利用核磁共振成像分析儀分析小麥籽粒水分內(nèi)部變化，弛豫時間T2越短說明水分與底物結(jié)合越緊密或自由度越小[13]，在T2譜上峰位置較靠左；反之弛豫時間T2越長說明水分越自由，在T2譜上峰位置較靠右，縱坐標代表質(zhì)子密度M2，表征橫向弛豫時間T2對應的水分含量[14]。不同倉儲時間小麥的橫向弛豫時間T2見圖5。不同倉儲時間小麥弛豫時間T2和峰面積A2變化見表3。

圖5 不同倉儲時間小麥的橫向弛豫時間T2Fig.5 Transverse relaxation time T2of wheat with different storage time

T2譜中的3個峰分別對應3種狀態(tài)的水：T21（0.1ms～10 ms）代表與樣品中高分子表面極性基團緊密結(jié)合的強結(jié)合水層，這種結(jié)合十分緊密，流動性很差，對應的是結(jié)合水[15]，占比88.19%；T22（10 ms～100 ms）代表間接與大分子結(jié)合或直接與強結(jié)合水結(jié)合的弱結(jié)合水層，其結(jié)合強度比單分子層水略差些，可凍結(jié)結(jié)合水即分布在此組分區(qū)間中，對應的是不易流動水，占比1.98%；T23（100 ms～1 000 ms）流動性更強，代表吸附在表面自由度較大的水，對應的是自由水，占比9.74%。結(jié)合圖5和表3可以看出倉儲時間越長，A2數(shù)值越小，圖形向左移動，峰總面積減小，水分與底物的結(jié)合越來越緊密[16]，表明小麥內(nèi)部在倉儲過程中高自由度的水分向低自由度的水分遷移。其中物料內(nèi)自由水的自由度大，所以A21持續(xù)下降，而A22和A23存在波動，原因是倉儲初期存在溫度梯度，使自由度較高、不穩(wěn)定的水向自由度較低、相對穩(wěn)定狀態(tài)的水移動，所以結(jié)合水、不易流動水含量增加；由此說明不同狀態(tài)水之間并非一成不變，而是動態(tài)的連續(xù)變化過程，它們之間存在著相互滲透與轉(zhuǎn)化，所以反演譜圖中出現(xiàn)峰面積不增反降的情況[17]。

2.5 小麥倉儲過程中淀粉的變化

2.5.1 小麥中淀粉含量變化

小麥含量最多的是淀粉，本研究比較了長期倉儲對直鏈淀粉和支鏈淀粉的影響，如圖6所示。

圖6 不同倉儲時間小麥淀粉值變化情況Fig.6 Changes of wheat starch value in different storage time

新麥籽粒中的淀粉含量占69.77%，倉儲36個月后淀粉含量下降至66.10%。這說明隨倉儲時間的延長小麥籽粒中淀粉的含量逐漸減少，可能是淀粉被活化的淀粉酶水解成麥芽糖等小分子還原糖。儲藏于糧倉下層的小麥籽粒中淀粉的含量較低，上層中淀粉的含量較高，同年份差異不顯著。小麥中直鏈淀粉占淀粉總量的40.17%，支鏈淀粉占淀粉總量的59.83%。直鏈淀粉的含量呈上升趨勢，由25.0%增長至29.30%，支鏈淀粉含量呈波動趨勢，基本維持在40%，小麥籽粒在倉儲過程中，內(nèi)部的酶催化反應在α-淀粉酶、β-淀粉酶、脫支酶、異淀粉酶、糖化酶等酶作用下，通過α-1，6-糖苷鍵連接的支鏈淀粉，形成了淀粉的非定型區(qū)，α-D-1，4-糖苷鍵連接直鏈淀粉，形成了結(jié)晶區(qū)，不定形區(qū)向結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變，從而使直鏈淀粉比例上升。

2.5.2 淀粉熱力學特性的測定

運用DSC技術(shù)可以對小麥淀粉的糊化程度進行測定[18]。淀粉糊化指淀粉顆粒在有水存在且溫度適合的條件下吸水溶脹，伴隨著淀粉分子中晶體結(jié)構(gòu)的破壞和雙螺旋結(jié)構(gòu)的解開[19]。不同倉儲時間小麥熱力學參數(shù)的變化見表4。

表4 不同倉儲時間小麥熱力學參數(shù)的變化Table 4 Changes of wheat thermodynamic parameters in different storage time

由表4所知，倉儲時間對糊化淀粉的熱特性有一定影響，倉儲時間越長，小麥籽粒的糊化起始溫度t0、最高溫度tp、終止溫度tm越低[20]。焓值表示淀粉中晶體結(jié)構(gòu)被破壞或雙螺旋結(jié)構(gòu)解旋所需要吸收的熱量[21]，小麥的吸熱焓值上升的加速度剛開始比較小，在57℃后加速度變大，倉儲的新小麥焓值為1.0 J/g，倉儲36個月后的小麥焓值為1.61 J/g。低溫段焓值變化緩慢，在經(jīng)歷一段快速變化之后，焓值與倉儲時間呈現(xiàn)線性關系。隨著倉儲時間的延長，小麥水分含量的減少，淀粉由非水分限制下的完全溶脹逐漸向水分限制下的吸水溶脹轉(zhuǎn)變，水分在淀粉無定性區(qū)域遷移時間變短，直鏈淀粉與脂質(zhì)形成的復合物對熱比較敏感，降低了糊化溫度[22]。

3 結(jié)論

小麥在倉儲過程中的色澤變暗、脂肪酸含量增加，水分、脂肪和淀粉總量減少，各指標隨貯藏時間的延長變化速率加快。采用核磁共振成像檢測技術(shù)監(jiān)測了小麥籽粒內(nèi)部水分的變化規(guī)律，該方法簡化操作過程，提高了測定效率和準確性；DSC差示掃描技術(shù)驗證了長時間倉儲使小麥糊化特性改變，揭示了小麥各指標間存在復雜的多重相關性，提高了方法的適用范圍。