60Co-γ輻照對小麥加工品質及終產品質構特性的影響

王小潔，蒿寶珍，謝藝可，馬靜麗，常 夏

（新鄉學院生命科學與基礎醫學學院，河南新鄉 453003）

小麥是世界上廣泛種植的糧食作物，也是我國主要的糧食作物，其生產對保障糧食安全和穩定國家經濟發展具有重要意義。隨著人們生活水平的提高和消費結構的不斷改善，消費者對以面粉為原料制作的各種方便食品的質量要求越來越高，因此，小麥品質的提高顯得尤為重要，經過多年的遺傳改良，小麥品質性狀研究取得了一些重要的進展，主要探索了小麥主要品質性狀的遺傳規律；隨著基因組學的發展，中國小麥品質性狀的研究進入到分子遺傳研究快速發展階段，通過分子標記對品質性狀遺傳規律的解析和QTL 定位分析，篩選并克隆了重要品質性狀的調控基因和基因編輯定向改良，加快了小麥品質改良的育種效率。近幾年選育的小麥品質相較以前已有大幅提升，但是仍舊不能完全滿足消費需求，中國優質強筋、弱筋、高蛋白含量的小麥新品種較少，小麥品質改良仍處于中低水平[1]。

種質資源創新在小麥育種和改善小麥品質中發揮關鍵性的作用。目前，優質小麥育種方法有品種間雜交、系統選擇和誘變育種等，其中前兩種都屬于常規方法，選育周期較長且操作較為繁瑣，而輻射誘變是進行種質資源創新的高效育種手段，它能夠打破基因連鎖，提高重組率，短期內獲得新的優良品種或特異優良種質材料，具有重要的實踐意義[2]。目前，輻射誘變在醫療、軍事、工業、農業方面均有應用。

研究表明，利用輻射誘變手段已成功的改變生物性狀，廣泛應用于植物改良，育種前景廣闊[3]。與其他化學誘變劑如甲基磺酸乙酯（EMS）、N-甲基-N-亞硝基脲（MNU）相比，60Co-γ屬于無毒操作，不會對誘變后的變異體產生毒副作用，是一種便利的物理誘變因子[4]，已經在柚子[5]、蘋果[6]、蠶豆[7]、辣椒[8]、小蒼蘭[9]、月季[10]、菊花[11]及秋葵[12]等的改良中取得了較大的進展。查閱相關文獻發現，目前對小麥輻射誘變的研究多集中在農藝性狀[13]、突變體[14?15]、新品種選育[16?17]、遺傳變異與選擇方法[18]上，對于小麥品質有關的研究較少，李萌萌等[19]開展了60Co-γ射線對赤霉病小麥及健康小麥籽粒的品質研究，發現高劑量60Co-γ輻照對小麥籽粒的品質指標影響顯著，表現為面筋指數下降、面筋強度降低、吸水率升高、穩定時間縮短、形成的面團耐攪拌力變差等。王停停等[20]研究了60Co-γ輻照處理對小麥M3代品質性狀的影響，發現200 Gy 的60Co-γ輻照處理可以誘導M3代小麥蛋白質亞基發生變異，M3代群體籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、LOX 活性均值高于親本，硬度、沉降值、GMP 含量和PPO 活性均值低于親本，但是對小麥的加工品質及食用品質還未研究。因此，本試驗從這方面入手，在前人的研究基礎上，采用不同劑量60Co-γ輻照處理為誘變手段，以小麥干種子為試驗材料，對其M1 代小麥面粉的面筋含量、面團流變學特性及饅頭質構進行研究，探討60Co-γ射線輻照對面粉理化特性、加工品質和食用品質的影響，明確60Co-γ輻射對小麥品質性狀的誘變效果，以合理有效地利用有關變異資源，為小麥品質改良和輻射育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥品種百農4199 河南科技學院；安琪高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；純凈水 新鄉市娃哈哈飲品有限公司。

BSA124S 型電子天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司；HX204 型快速水分測定儀 梅特勒-托利多儀才器有限公司；JFZD 型粉質儀、JMLD 150 型拉伸儀 北京東孚久恒儀器技術有限公司；2200 型面筋測定儀 浙江托普云科技股份有限公司；SP 18S 醒發箱 江蘇三麥食品機械有限公司；TA.XTC質構儀 上海圣保實業發展有限公司；SL-38T 型切片機 江蘇三麥食品機械有限公司；DHG-9023A 型烘箱 上海精宏實驗設備有限公司；CD1 型磨粉機 法國肖邦技術公司。

1.2 實驗方法

1.2.160Co-γ輻照處理60Co-γ輻照在河南省科學院同位素研究所進行。挑選顆粒飽滿、形狀完整的同一批小麥植株收獲的種子，在室溫低濕的輻照室內，對種子進行不同劑量的60Co-γ輻照，輻照速率為6.25 Gy/min，輻照劑量分別為35、50、75、90、120、150、200、300、400 Gy，未輻照種子作為對照組，標記為0 Gy。

1.2.2 試驗樣品準備 將對照和輻照處理過的小麥種子播種在鄭州大學試驗田中（河南省新鄉市劉景屯村農田），地處中緯度，屬暖溫大陸性季風型氣候，年平均氣溫14 ℃；7 月最熱，平均27.3 ℃；1 月最冷，平均0.2 ℃；年均濕度68%。土壤呈黃棕色，質地粘壤土，用單因素隨機區組設計，正常的田間管理，于成熟期即葉片枯黃，籽粒變硬，呈品種本色，收割小麥，脫粒晾曬后，參照NY/T 1094.1-2006 小麥實驗制粉方法，潤麥24 h 后，用專用實驗磨粉機制粉。制備好的面粉，過80 目篩，裝入密封口袋，在常溫下熟化備用。

1.2.3 面筋相關指標的測定 小麥粉中濕面筋含量的測定按照GB/T5506-2008 進行，面筋指數的測定按照LS/T6102-1995 進行。稱取10 g 待測樣品，精確至0.01 g，用可調移液器向待測樣品中加入4.8 mL氯化鈉溶液（2%），接著將樣品裝入面筋儀的洗滌器中，點擊開始按鈕，自動程序為先在圓形洗滌器內攪拌面團20 s，之后揉洗5 min 自動停止，用金屬鑷子將濕面筋從洗滌器中取出，放入（6000±5）r/min 離心機內離心1 min 后，取出篩盒，用不銹鋼刮匙小心刮凈通過篩孔下的面筋，在天平上稱重，精確至0.01 g（設為a 克），再將未通過篩孔的面筋用鑷子取出，放入天平上與通過篩孔的面筋一起稱量，得到總面筋量（設為b 克），之后將總面筋放入150 ℃烘干爐內烘4 min，烘干后稱重（設為c 克），精確至0.01 g。各計算公式如下：

式中：a 表示被甩出面筋質量，g；b 表示濕面筋質量，g；c 表示干面筋質量，g。

1.2.4 面粉粉質的測定 參照GB/T 14614-2019《小麥粉面團流變學特性測試粉質儀法》進行操作，提前打開水浴循環設備上的開關做升溫準備，打開粉質儀軟件，輸入相應的試驗條件；稱取定量的面粉加入揉面缽中，攪拌1 min，使面粉均勻分布；在25 s 內加入預期的水量，在面團開始形成時，用刮面刀刮去池壁上的面團至內部，之后加上蓋板；粉質曲線應在（500±20）FU 內，曲線完成后，保存數據。

1.2.5 面團拉伸特性的測定 參照GB/T 14615-2019《小麥粉面團流變學特性測試拉伸儀法》進行操作，利用粉質儀測定面粉吸水率的數據，加入相應的鹽水制作面團，面團準備好以后，稱取（150±0.1）g 面團，進行搓圓（旋轉約二十周），搓圓后加入成型器內將面團成型為圓柱狀，之后放入面團架上夾住，面團架表面需要稍稍涂油，將面團放入面團醒發室中，醒發45 min 后，取出樣品放在測定位置上，打開軟件，開始測試，測定后，從測定位置上取下面團，重新搓圓和成型，再次放入醒發室內醒發45 min 后，再次測定，重復以上操作，45 min 后進行第三次測定，完成整個測試。

1.2.6 饅頭的制作 不同劑量輻照處理下的面粉，采用一次發酵法，和面15 min，然后將面團在溫度34 ℃、相對濕度85%的恒溫恒濕培養箱中發酵90 min，發酵后的面團分割成50 g/個的饅頭坯，將饅頭坯搓圓后置于蒸鍋中蒸制30 min，取出冷卻即為成品。

1.2.7 饅頭質構特性的測定 將冷卻的饅頭用切片機切成厚度均勻為20 mm 的薄片，用直徑為50 mm的圓柱形探頭來測定饅頭的質地。測定饅頭質構時的參數設置如下：測量前后速度均為1.00 mm/s，測試速度為1.00 mm/s，壓縮程度15%，2 次壓縮間隔時間5 s，感應力為5 g。測定不同劑量輻照下饅頭的硬度、彈性、黏聚性、膠著性、回復性和咀嚼性。

1.2.8 饅頭感官評價 將饅頭切成數塊進行感官評價，品嘗小組由食品專業10 名（男生5 名、女生5 名）大三學生組成，經過專業培訓，參照GB/T 35991-2018《糧油檢驗 小麥粉饅頭加工品質評價》內容，略有改動（表1），按照改進后的新標準進行逐項品嘗打分，并計算總評分。

表1 饅頭感官品質評分標準Table 1 Criterion for sensory evaluation of steamed bread

1.3 數據處理

所有數據應用Excel 2010 軟件進行處理，使用SPSS 20 分析軟件進行單因素方差分析和相關性分析，方差分析中，顯著性分析采用Duncan 檢驗，不同的小寫字母表示差異達顯著水平P＜0.05。相關分析中，*表示差異達顯著水平P＜0.05，**表示差異達極顯著水平P＜0.01，用Graphpad prism 8 進行統計繪圖，試驗結果以3 次重復試驗所得數據為準。

2 結果與分析

2.160Co-γ輻照對面筋相關特性的影響

面筋蛋白影響面團的加工品質，由表2 可知，對于濕面筋含量來說，輻照劑量200 Gy 及以下處理顯著降低了濕面筋含量（P＜0.05，35 Gy 除外，可能是其輻照劑量較小，促使誘變材料呈現單個位點正突變），而300、400 Gy 增加了濕面筋含量。對于干面筋含量來說，300 Gy 處理下干面筋含量顯著高于對照（P＜0.05），而50、90、120 Gy 處理下的干面筋含量顯著低于對照（P＜0.05）；對于面筋指數來說，輻照劑量為150 Gy 及以下處理，隨著劑量的增加，面筋指數呈增加的趨勢，均顯著高于對照（P＜0.05），輻照劑量為200 Gy 及以上的處理降低了面筋指數；對于面筋持水性來說，300、400 Gy 處理下的面筋持水性顯著高于對照（P＜0.05）。

表2 60Co-γ輻照對小麥粉面筋相關指標的影響Table 2 Effect of60Co-gamma irradiation on gluten-related indicators of wheat flour

小麥粉品質主要取決于面筋的數量和質量，濕面筋含量與面筋指數分別反映了面筋的數量和質量，因此，從這兩方面來看，200 Gy 及以下的輻照處理（35 Gy 除外）不同程度地降低了面筋含量，高于200 Gy 的輻照處理顯著提高了面筋含量（P＜0.05），不同的輻照處理使小麥的面筋含量發生變異，向高、低兩個方向發展，這與前人的研究結果一致[21]，這可能是因為輻照處理導致與小麥籽粒的蛋白質含量相關的基因發生了變異。面筋指數是指經離心后留存在離心篩網上的濕面筋質量占面筋總質量的百分比，因此，面筋筋力越強，面筋指數越大。較低劑量的輻照處理起到正效應作用，提高了面筋指數，改善了面筋的質量，而較高的劑量卻大幅度降低了面筋指數，可能是由于輻照劑量過高，對麥谷蛋白和殘基蛋白多肽鏈破壞嚴重，造成面粉遇水后網絡結構強度變低，面筋指數降低，這與前人研究結果相似[18]。總的來說，與對照相比，35 Gy 輻照處理對面筋含量影響不顯著（P>0.05），面筋指數顯著提升（P＜0.05）；300、400 Gy 輻照處理提高了面筋含量、面筋持水力，但是卻降低了面筋指數；其它處理降低了濕面筋含量，但是提高了面筋指數（200 Gy 除外）。說明輻照處理可以使面筋相關指標產生很多變異，可為育種領域提供許多新的種質資源。

2.260Co-γ輻照對面團流變學特性的影響

2.2.1 對面粉粉質特性的影響 粉質特性是面團形成的綜合評價，有助于判斷面團操作性能，對產品品質也具有重要意義。由表3 可得，300、400 Gy 處理下吸水率顯著高于對照（P＜0.05），這不僅與該處理下的面筋含量高有關，還有可能與小麥破碎淀粉有關，高劑量輻照處理對小麥淀粉和蛋白質影響較大，使兩者的結合變得松散，部分淀粉分子發生斷裂，并且大淀粉顆粒和蛋白質基質脫離，從而形成更多的破損淀粉，進而使樣品吸水率升高[22]；50、150、200 Gy 處理下，形成時間顯著增加（P＜0.05）；輻照劑量150 Gy及以下處理，穩定時間延長，說明其處理下小麥粉筋力很強，對剪切力降解有較強的抵抗能力，該結果與前面的面筋指數測定結果表現相一致，其原因是此時的小麥麥谷蛋白的二硫鍵處在十分恰當的位置上，結合比較牢固，不易打開，而200 Gy 及以上處理則顯著降低（P＜0.05），可能是因為高劑量輻照改變了蛋白質內部結構，二硫鍵被打開，蛋白質結構疏松，面團筋力變弱，穩定時間下降，這與前人的研究結果一致，面團穩定性隨著輻照劑量的增加而降低[23]；對于弱化度來說，300、400 Gy 處理下較高，其余處理較對照降低；輻照劑量200 Gy及以下處理，粉質指數不同程度的升高，而300、400 Gy 處理下降明顯?？偟膩碚f，較高劑量300、400 Gy 處理下，面團的形成時間短、穩定時間短、粉質指數降低，弱化度增加，預測加工性能比較差；50、90、150 Gy 處理下形成時間長、穩定時間長；35、75、120 Gy 處理下形成時間短、穩定時間長；200 Gy處理下形成時間長、穩定時間短。說明不同處理間差異較大，變異類型豐富，可供選擇的范圍較大。

表3 60Co-γ輻照對小麥粉粉質特性的影響Table 3 Effect of60Co-gamma irradiation on farinograph properties of wheat flour

2.2.2 對面團拉伸特性的影響 在面團分別醒發45、90、135 min 后，各輻照處理下（400 Gy 除外）的面團拉伸各相關特性的變化趨勢為醒發90 min 時，各指標大幅度增加，而135 min 后，各相關指標降低或小幅度增加，這可能是由于發酵時間過長，面筋網絡衰敗導致的結果（表4）。

拉伸能量反映了面團筋力，與谷物的烘焙品質呈正相關[24]。由表4 可知，經過不同劑量輻照處理的小麥面粉，在相同的醒發時間條件下，50、90、400 Gy 輻照處理下，能量高于對照，且均高于50 cm2，其他處理能量變化沒有規律，可能是經輻照處理后，面粉的蛋白含量、蛋白組分比例、淀粉含量、直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例及其它成分的變化，加水和成面團后，就會構成不同的蛋白淀粉骨架，從而導致不同的拉伸能量。研究表明，拉伸能量高于50 cm2時，拉伸面積越大，烘焙質量越好[25]；延伸度是指面團由拉開到斷裂的距離，它表示面團的延展性和收縮性，延伸度越大，面團延展性越好[26]。在相同醒發時間下，與對照相比，90 Gy 輻照處理下延展性均高于對照，其他輻照處理延展性變化沒有規律；對于50 mm 阻力和最大阻力來說，在相同醒發時間下，50、400 Gy處理下面團的阻力均高于對照；對于拉伸比來說，在相同醒發時間下，拉伸比變化規律與阻力變化規律一致。拉伸阻力代表了面團的韌性和筋力；延展性代表了面團的延展能力和可塑性[27]。拉伸比是對面團拉伸阻力和延展性的質量綜合評價[28]，拉伸比大的面團，具備較好的醒發持氣性[29]，但也不是越大越好，拉伸比一般在數值5 左右波動較好，若拉伸比過大，延展性變小，面團發酵緩慢，面制品結構緊實且不易制作[30]。

表4 60Co-γ輻照對面團拉伸特性的影響Table 4 Effect of60Co-gamma irradiation on extensograph properties of dough

總的來說，400 Gy 輻照處理下，能量、50 mm 阻力和50 mm 拉伸比、最大阻力和最大拉伸比均達到最大值（醒面90 min 除外）。75 Gy 處理下各拉伸指標相對來說較適中，預測烘焙品質較佳。

2.360Co-γ輻照對饅頭質構的影響

質構特性是面制品品質的重要參數，它們能夠很好地反映出面團的質地及結合程度[31?33]。硬度和咀嚼性是評價饅頭品質的重要指標，通常硬度和咀嚼性越小，面團越柔軟[34]。從表5 可知，0 Gy 處理下的硬度和咀嚼性均較高，而輻照處理下相對較低，說明輻照處理在一定程度上降低了饅頭的硬度，改善了饅頭的品質。可能是因為輻照處理可以破壞蛋白質的化學鍵，使分子鏈斷裂，從而引起蛋白質性質的變化。對于彈性來說，150 Gy 輻照處理下彈性最好，可能是因為該輻照處理下使蛋白質組分發生了改變，醇溶蛋白和麥谷蛋白的含量和比例有所改變，進而影響饅頭的彈性[18]；膠著性是把半固態食品咀嚼成能夠吞咽的狀態所需要的能量，35 Gy 輻照處理下低于對照，可能是由于硬度降低，吞咽所需能量減少的原因，其他輻照處理則與對照之間差異未達顯著水平（P>0.05）；黏聚性用來模擬食品內部的粘合力，各處理之間差異不顯著（P>0.05）；饅頭的回復性主要是指饅頭受力之后，恢復狀態的變化，主要指網絡結構的變化程度，因為150 Gy 輻照處理下彈性最好，所以饅頭受力之后，回復性也較好，但各處理間差異未達顯著水平（P>0.05）。

表5 60Co-γ輻照對饅頭質構特性的影響Table 5 Effect of60Co-gamma irradiation on texture properties of steamed bread

2.460Co-γ輻照對饅頭感官品質的影響

不同劑量的60Co-γ輻照對饅頭感官評分影響如圖1 所示，隨著劑量的增加，饅頭的感官評分呈先增加后減小的變化趨勢，這說明低劑量的輻照處理有效地改善饅頭的感官評分，這主要是因為適宜的輻照處理有利于面筋蛋白網絡結構的維持，能夠改變饅頭的內瓤結構，從而使饅頭具有良好的質構特性。75 Gy輻照處理下的饅頭整體彈性較好，色澤、結構、外觀和口感都較符合要求，感官評分最高?？赡苁?0Coγ射線誘導蛋白質亞基發生變異，通過輻照處理激活了某些沉默的編碼高分子量麥谷蛋白亞基的區域，導致新亞基條帶的出現[18]，其中高分子量谷蛋白亞基對小麥的烘烤品質起主要作用[35?36]。本試驗表明適宜劑量的60Co-γ輻照可以改變小麥的加工品質，這與前人研究的結果一致[19?20]。90 Gy 輻照處理下感官評分次之，50 Gy 輻照處理下感官評分也較好，輻照劑量高于90 Gy 時饅頭內部氣孔大小不均勻，導致饅頭出鍋以后表面出現褶皺，饅頭的外觀明顯變差（如圖1c 所示），影響饅頭的外觀評分，還有可能是因為高劑量輻照處理對面粉大分子物質有不同程度降解或斷裂作用，造成破碎淀粉較多，小麥粉吸水增多，這與前面的面筋相關指標測定的結果一致，較多的膨脹淀粉有可能形成空間障礙而限制面筋的充分擴展，從而影響饅頭的品質。

圖1 60Co-γ輻照對饅頭的感官品質評價（a）、評分結果（b）、饅頭外觀（c）的影響Fig.1 Effect of60Co-gamma irradiation on sensory quality evaluation (a), scoring results (b), and steamed bread appearance (c)

2.560Co-γ輻照處理的面粉理化指標與饅頭質構相關性分析

從表6 可以看出，硬度與穩定時間、粉質指數呈顯著負相關（P＜0.05），這些指標的值越大，饅頭硬度就越小，吃起來不費力，口感較好，與延伸度呈顯著正相關（P＜0.05），與其他項不相關；彈性與吸水率呈顯著負相關（P＜0.05）；咀嚼性與穩定時間和粉質指數呈顯著負相關（P＜0.05），這兩個指標越大，饅頭硬度越小，其咀嚼性就隨之變小；其它多項指標均與饅頭膠著性相關不顯著；黏聚性與形成時間呈顯著負相關（P＜0.05）；回復性與面筋指數及粉質指數呈顯著正相關（P＜0.05），與吸水率和弱化度呈顯著負相關（P＜0.05）。

表6 面粉理化指標與饅頭質構相關性分析Table 6 Correlation coefficients between physico-chemical properties of wheat flour and texture properties of steamed bread

2.660Co-γ輻照處理的面粉理化指標與饅頭感官品質相關性分析

從表7 可以看出，色澤與穩定時間呈極顯著正相關（P＜0.05），與其它指標相關度不大；饅頭外形與穩定時間和延伸度呈極顯著正相關（P＜0.05），與最大拉伸比呈顯著負相關（P＜0.05）；饅頭風味口感與濕面筋含量和弱化度呈顯著負相關（P＜0.05），與面筋指數、穩定時間呈顯著正相關（P＜0.05），與粉質指數呈極顯著正相關（P＜0.01）；饅頭的內部結構與穩定時間呈顯著正相關（P＜0.05），與其他多項指標不相關。試驗的感官評價結果為75 Gy>90 Gy>50 Gy>200 Gy>400 Gy、150 Gy>300 Gy>0 Gy、120 Gy>35 Gy，與質構測定的結果（硬度、彈性、咀嚼性、膠著性）有一些的偏差，可能是評價員之間的實際操作與理論知識認知存在差異；也可能是儀器不能完全模擬人施加在食品上的力、唾液的分泌、口腔及牙齒的動態運動等原因造成的。

表7 面粉理化指標與饅頭感官品質的相關性分析Table 7 Correlation coefficients between physico-chemical properties of wheat flour and sensory quality of steamed bread

3 結論

本研究發現，在面筋相關指標中，輻照處理使面筋含量向高、低兩個方向發展；對于粉質特性的影響，可以獲得4 種不同類型的面團特性，變異類型豐富。對于拉伸特性的影響，能量、延展性、阻力及拉伸比變化無規律，變化與輻射劑量間也沒有必然聯系，呈不定向變化。對饅頭品質來說，饅頭質構方面，60Co-γ輻照降低了饅頭的硬度和咀嚼性，對黏聚性和回復性影響不大。感官評價方面，75 Gy 輻照處理下的饅頭整體效果較好，色澤、結構、外觀和口感都較符合要求，感官評分最高，90、50、200 Gy 次之，其他處理與對照相比差異不顯著。本研究結果可為小麥新品種選育提供種質資源，為小麥的品質改良提供理論依據。

綜上所述，為獲得優異的品種，還需將育種目標與常規育種緊密聯系，可通過雜交來獲得復合優良性狀的小麥品種，再對其優良性狀進行穩定性培育。60Co-γ輻照應用于遺傳改良是作物育種方法的一大創新，可在短時間內獲得豐富的新的種質資源，提高了育種效率，如何快速而有效地篩選出符合育種目標的變異類型，探明輻照致多個位點突變的分子機理及將優良性狀的穩定性遺傳是接下來的研究重點。