尖刀镰刀菌对储藏小麦霉变过程中品质的影响_吴茜茜.pdf

尖刀镰刀菌对储藏小麦霉变过程中品质的影响吴茜茜，张鹏宇(合肥学院生物食品与环境学院，安徽合肥 230601)摘要利用尖刀镰刀菌侵染小麦，研究小麦霉变的内部结构、主要营养成分及气味变化，试验结果表明:微生物在小麦皮质层及胚乳内形成菌丝，产生孢子;在高温高湿条件下(20，20%)贮藏 49 d 后小麦支链淀粉的消耗速率提高 204 倍，清蛋白消耗速率高于球蛋白、谷蛋白;采用电子鼻分析小麦霉变各个时期气味变化，通过 PCA 主成分分析确定 2 个主成分，其贡献率累计为 983%，从气味特征上明确霉变粒与正常粒的差异。关键词尖刀镰刀菌;霉变粒;营养成分;气味特征分析中图分类号S2795文献标识码A文章编号05176611(2023)07017104doi:103969/jissn05176611202307039开放科学(资源服务)标识码(OSID):Effects of Fusarium oxysporum on the Quality of Stored Wheat during MildewWU Qian-qian，ZHANG Peng-yu(School of Biology，Food and Environment，Hefei University，Hefei，Anhui 230601)AbstractFusarium oxysporum was used to infect normal wheats to study the changes of internal structure，main nutrients and odor duringwheat mildewThe experimental results showed tha hyphae and sporest were formed in wheat cortex and endosperm;the consumption rate ofwheat amylopectin increased by 204 times under high temperature and high humidity(20，20%)for 49 days，the consumption rate of albu-min was higher than that of globulin and glutenin;the odor changes in each period of wheat milden were analyzed by electronic nose，and twoprincipal components determined by PCA principal component analysis had a cumulative contribution rate of 983%The difference betweenmoldy grain and normal grain was clear from the odor characteristicsKey wordsFusarium oxysporum;Wheat mildew;Nutrients;Odor characteristic analysis基金项目安徽省科技厅重点研发项目“小麦不完善粒高效检测关键技术研究及应用”(202004a06020025)。作者简介吴茜茜(1974)，女，安徽黟县人，教授，硕士，从事微生物学研究。收稿日期20220526我国小麦 2021 年产量约 13 695 万 t，同比 2020 年增长2%左右。小麦作为我国的三大主粮之一，其产量、品质、食品安全一直备受关注，通常采用优化小麦品种，改善营养供应，变换耕种方式等措施以期提高小麦的产量及品质。如刘鸿飞等1 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;在小麦仓储过程中温度及湿度如控制不当易造成小麦的霉变，形成霉变粒，使小麦色泽、气味、主要营养物和加工品质都发生变化，影响或降低小麦的营养价值、经济效益。因此，在小麦储存过程要控制环境条件，采用合理的贮藏方式，避免发生霉变，以保证小麦品质及食品安全。尚玉婷等2 研究报道小麦霉变过程中品质变化与微生物之间关系，钟建军等3 则研究了不同储藏方式对小麦粉水分、脂肪酸值和白度的影响。笔者模拟小麦霉变过程，了解霉变小麦的内部结构、主要营养物质、气味变化，以期为仓储小麦过程中的品质、霉变程度的监控提供理论基础。1材料与方法11菌种和小麦尖刀镰刀菌(Fusarium graminearum)由合肥学院微生物实验室提供。小麦籽粒由安徽省粮油研究所提供。12主要试验仪器恒温恒湿培养箱，INOSE 电子鼻，Motic体视镜。13试验方法131模拟试验。尖刀镰刀菌感染的小麦:小麦用无菌水洗涤3 次后，接入尖刀镰刀菌孢子液(200 个/mL，按照粮食原始量的50%比例加入试验小麦中，并搅拌均匀 4)，恒温恒湿培养。132小麦水分的测定5。称取 30 g 小麦样品烘干至恒重，测得小麦原水分(水分=样品小麦湿重样品小麦干重)。试验需要小麦水分计算公式为:小麦水分(%)=(样品小麦含水量+外加水量)100%/加水后小麦重量133主要营养物质的测定及其消耗速率的定义。小麦淀粉测定:采用改良的双波长法6;蛋白质采用改良 Osborne 法分离7，考马斯亮蓝法测定;脂肪酸:酸碱滴定法3。营养物消耗速率定义8:单位质量小麦在单位时间(7 d)内营养物消耗量 单位:mg/(gw)。134电子鼻测试条件。采样时间为 60 s，进样流量为1 L/min，清洗通道 120 s，等待 10 s。具体传感器性能描述见表 1。表 1传感器响应特征Table 1Sensor response characterists传感器Sensor响应的敏感挥发性成分Sensitive volatilecomponents of response传感器Sensor响应的敏感挥发性成分Sensitive volatilecomponents of responses1氨气、胺类s8VOC(多用于环境污染检测)s2硫化氢、硫化物s9液化气、天然气、煤气s3氢气s10液化气、可燃气体s4乙醇、有机溶剂s11烷烃、乙醇、碳、烟雾s5醇类、酮类、醛类、芳族化合物s12乙醇、有机溶剂s6甲烷、沼气、碳氢化合物 s13烟气、烹调臭味s7可燃性气体s14甲烷、燃气2结果与分析21霉变粒形态特征及微观结构的变化211霉变粒形态特征。通过模拟夏季梅雨季节高温高湿安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(7):171174的环境(贮藏温度 30，含水率 20%)，取样后置于 Motic 体视镜下进行观察，试验结果如图 1。从图 1 可知，正常粒小麦呈黄色且颗粒饱满，随着小麦贮藏时间的延长，小麦表面褶皱逐渐增多，1521 d 小麦表面长出少量尖刀镰刀菌，但数量不多，表面开始发白;4349 d 时小麦表面长出明显菌落。通过观察小麦的横切面，正常粒小麦内部呈现白色，质地紧密，霉变小麦内部菌落生长，受潮导致淀粉含量下降，小麦内部透明部分逐渐增大。图 1正常粒和霉变粒的形态特征(10 倍)Fig1Morphological characteristics of normal and moldy grains(10)212霉变小麦内部微观结构。从图 2A 可以发现，正常小麦内部结构紧密，蛋白颗粒、大淀粉颗粒、小淀粉颗粒紧紧地结合在蛋白基质中，而霉变后小麦(图 2B)蛋白基质结构较为疏松，大淀粉颗粒、小淀粉颗粒开始从蛋白基质中脱落形图 2正常粒和霉变粒的微观结构Fig2Microstructure of normal and moldy grains271安徽农业科学2023 年成留坑现象，小淀粉颗粒数目明显增多;霉菌的菌丝通过小麦表皮、糊粉层进入胚乳，在小麦皮质、糊粉层及胚乳都可以形成真菌孢子(图 2C 和 2D)。这说明霉变后小麦的内部结构有明显变化，这与郭亚鹏等9 研究报道的储藏小麦发热霉变前后，其微观结构也发生变化的结果一致。22霉变粒主要营养成分变化221淀粉的变化。小麦淀粉是由直链淀粉和支链淀粉组成，分别在 20 和 30、含水率为 20%贮藏 49 d 的条件下探究小麦霉变粒直链淀粉和支链淀粉的变化，试验结果见表 2。由表2 可知，当贮藏温度为20 和30 时，霉变粒直链淀粉消耗速率分别为1062 和847 mg/(g w)，霉变粒支链淀粉消耗速率为 5020 和 4973 mg/(g w);霉变粒与正常粒的直链淀粉速率比分别为 167 和 118，支链淀粉速率比分别为 2.04和 144。这表明温度和尖刀镰刀菌生长都对小麦中淀粉含量有影响，且接种尖刀镰刀菌后，小麦支链淀粉消耗量明显大于直链淀粉消耗量，这可能是霉变后小淀粉颗粒受损脱落较多，导致支链淀粉减少2。表 2正常粒与霉变粒直链淀粉和支链淀粉的消耗速率比较Table 2Comparsion of consumption rate of amylose and amylopectinbetween normal and moldy grains温度Temper-ature淀粉类型Starch type消耗速率Consumption ratemg/(gw)正常粒Normalgrain霉变粒Moldy grain霉变粒与正常粒的消耗速率比Consumption rateratio of moldygrain tonormal grain20直链淀粉6370891062022167支链淀粉2456054502012020430直链淀粉719032847096118支链淀粉34420254973078144222蛋白的变化。由表 3 可知，霉变粒与正常粒中各类蛋白消耗速率比表现不一致，表现为清蛋白谷蛋白球蛋白;与 30 相比，20 时霉变粒的各类蛋白消耗速率的速率比略高。笔者前期试验发现，尖刀镰刀菌在 30 时产孢量明显低于 20 的孢子量，这说明高温不利于孢子合成，从而间接导致蛋白消耗量有所下降。表 3正常粒与霉变粒蛋白消耗速率比较Table 3Comparison of protein consumption rate between normal andmoldy grain温度Tem-pera-ture消耗速率Consumption ratemg/(g w)正常粒Normalgrain霉变粒Moldygrain霉变粒与正常粒的消耗速率比Consumption rateratio of moldygrain tonormal grain20清蛋白203041336055166球蛋白359082392041109谷蛋白35704148205213530清蛋白223011311032139球蛋白379023382045101谷蛋白379071383052102223脂肪酸的变化。从图 3 可知，小麦初始的脂肪酸含量为2310 mg/kg，霉变粒分别在20 和30 贮藏49 d 脂肪酸含量提高至 8108 和 6964 mg/kg。这说明贮藏温度越高，小麦的游离脂肪酸含量越多。图 3霉变粒的脂肪酸变化曲线Fig3Fatty acid change curve of moldy grain23霉变粒的气体指纹分析对正常粒、贮藏 14、35、49 d的霉变粒进行气体指纹分析(图 4)。与正常粒相比，贮藏14 d的霉变粒在 s1、s4、s8 响应值明显增高，气味的差异也主要表现在氨气、胺类、乙醇、有机溶剂等气体;贮藏 35 d 霉变粒的 s1、s2、s4、s8、s13 响应值增大，气味的差异也主要表现在氨气、胺类、硫化氢、硫化物、乙醇、有机溶剂、VOC(多用于环境污染检测)、烟气、烹调臭味等气体;贮藏 49 d 霉变粒的s1、s4、s8 响应值明显增高，尤其是 s4 响应值，气味的差异也主要表现在氨气、胺类、乙醇、有机溶剂、VOC(多用于环境污染检测)等气体。