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

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 2.04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98.3%，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 S 279.5  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）07-0171-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.039

Effects of Fusarium oxysporum on the Quality of Stored Wheat during Mildew

WU Qian-qian， ZHANG Peng-yu

（School of Biology，Food and Environment， Hefei University， Hefei， Anhui 230601）

Abstract Fusarium oxysporum was used to infect normal wheats to study the changes of internal structure， main nutrients and odor during wheat mildew.The experimental results showed tha hyphae and sporest were formed in wheat cortex and endosperm;the consumption rate of wheat amylopectin increased by 2.04 times under high temperature and high humidity （20 ℃， 20%） for 49 days，the consumption rate of albumin was higher than that of globulin and glutenin;the odor changes in each period of wheat milden were analyzed by electronic nose， and two principal components determined by PCA principal component analysis had a cumulative contribution rate of 98.3%.The difference between moldy grain and normal grain was clear from the odor characteristics.

Key words Fusarium 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 2022-05-26

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

1.1 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。

1.2 主要试验仪器 恒温恒湿培养箱，INOSE电子鼻，Motic体视镜。

1.3 试验方法

1.3.1 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。

1.3.2 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

1.3.3 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］，考马斯亮蓝法測定；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/（g·w）］。

1.3.4 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。

2 结果与分析

2.1 霉变粒形态特征及微观结构的变化

2.1.1 霉变粒形态特征。通过模拟夏季梅雨季节高温高湿的环境（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，15～21 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；43～49 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。

2.1.2 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。

2.2 霉变粒主要营养成分变化

2.2.1 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10.62和8.47 mg/（g·w），霉变粒支链淀粉消耗速率为50.20和49.73 mg/（g·w）；霉变粒与正常粒的直链淀粉速率比分别为1.67和1.18，支链淀粉速率比分别为2.04和1.44。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］。

2.2.2 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。

2.2.3 脂肪酸的变化。从图3可知，小麦初始的脂肪酸含量为231.0 mg/kg，霉变粒分别在20和30 ℃贮藏49 d脂肪酸含量提高至810.8和696.4 mg/kg。这说明贮藏温度越高，小麦的游离脂肪酸含量越多。

2.3 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。这是由于微生物侵染小麦分解有机物导致挥发性物质积累，也进一步说明小麦霉变后与正常小麦的挥发性物质在成分及含量上有所区别［10］。

基于PCA的主成分分析法（图5a），上述数据确定第一主成分贡献率为72.6%，第二主成分贡献率为25.7%，累计共计98.3%，同时正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）显示，基于PC1和PC2的正常粒与霉变粒模型R2=0.990，表明模型建立良好，能较好地概括解释成分的差异性；图5b显示，第一主成分贡献度按霉变粒（49 d）>霉变粒（35 d）>霉变粒（14 d）>正常粒的顺序递减；对于第二主成分贡献度，霉变粒（35 d）远远超过其他的供试粒，这提示电子鼻结合PCA可以明显判别小麦霉变程度［11］。

3 结论

小麦发生霉变后，微生物在小麦表面生长并产生孢子，菌丝还可以侵入糊粉层、胚乳内部生长并产生孢子，造成部分淀粉颗粒和蛋白颗粒发生降解，导致小麦营养价值降低。霉变也会导致小麦气味发生变化，有可能是小麦霉变后刺激了氨气、醇类和有机硫化物等的生成。

参考文献

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