摘要
小麦在长期储藏过程中，由于受外界环境因素和自身生命活动的影响，往往发生发芽率降低、容重减轻、出粉率下降、面制品口感变差等生理品质和食用品质变差的现象，给我国小麦产后减损及种质资源保护带来潜在危害，成为粮食仓储行业和粮食加工行业亟待解决的难题。蛋白质是小麦籽粒中的重要组成部分，它不仅在小麦正常生命活动中担负催化、调节、转运、贮存等重要生理功能，还在维护小麦籽粒硬度、面团黏弹性及面制品烘焙品质等方面发挥关键作用。研究发现，活性氧介导的蛋白质氧化可能是诱发小麦储藏品质劣变的生理内因，但其影响及作用机制还不十分清楚。本文以外界储藏条件影响小麦内在生理活动中活性氧（ROS）积累并进而诱发蛋白氧化修饰为基础，利用粮食储藏基本原理及现代生命科学与生化分析技术，研究蛋白质氧化对小麦储藏生理和食用品质劣变的机理，并研究通过优化调控储藏条件，改进小麦储藏减损保质方法，获得如下主要研究成果: （1）ROS介导的蛋白质氧化引起小麦生理品质劣变 对强筋和弱筋两种小麦进行高温高湿处理，发现种胚细胞ROS累积趋势明显，抗氧化酶活性和抗氧化剂含量降低。蛋白质羰基含量分别增加1.9倍和2.5倍，蛋白质氧化程度加深。小麦籽粒丙二醛含量和相对电导率增加，表明细胞膜系统受损，细胞结构遭到破坏;小麦籽粒中可溶性蛋白质、可溶性糖和ATP含量降低，发芽率和发芽势在老化后期快速下降。相关性分析表明，种胚细胞中ROS含量与蛋白质氧化程度高度正相关，而与小麦生理活性呈负相关，表明蛋白质氧化显著影响小麦储藏生理品质。 （2）小麦储藏生理劣变期间蛋白质组学发生显著性变化 对生理劣变期小麦籽粒进行定量蛋白组学分析，结果显示，小麦种胚中防御蛋白、储存蛋白、蛋白质合成系统和能量产生途径中相关酶丰度下调，信号传导相关蛋白丰度上调，表明ROS累积导致小麦种胚细胞代谢紊乱，蛋白质组发生显著性变化，造成细胞能量产生效率降低，信号传导过程和蛋白质合成系统受阻，储存物质发生降解，使萌发阶段能量供应不足，最终导致种子活力降低。 小麦生理劣变过程中，种胚中大量蛋白质发生了乙酰化修饰，修饰蛋白主要涉及细胞代谢过程、应激反应和生物调节等生物学过程，与细胞正常代谢密切相关，特别是氧化应激反应和能量代谢中的关键酶被显著乙酰化。通过qPCR和酶活性分析验证乙酰化蛋白组学分析结果，结果表明乙酰化修饰造成较弱的氧化应激反应和较低的能量产生效率，导致小麦种子细胞凋亡、萌发阶段能量供应不足，并最终导致种子活力下降和完全丧失。 （3）蛋白质氧化引起小麦食用品质劣变 利用臭氧处理小麦籽粒，发现面粉中蛋白质羰基含量增加了大约2倍，说明蛋白质氧化程度增加。蛋白质二级结构稳定性降低，面筋网络结构稳定性下降，面团结构强度明显变弱，面团弹性结构比例降低。面团质构特性测定结果表明，面团的弹性和回复性降低，硬度、黏附性和咀嚼性增加。此外，蛋白质氧化处理后，小麦加工制成面条的颜色加深，吸水率和蒸煮损失增加，韧性、坚实度和咀嚼性降低;馒头的高径比和比容降低，形成小而密的气孔。蛋白质氧化导致面制品加工性能与食用品质下降。 （4）蛋白质氧化改变面筋构象和聚集行为 当面粉中蛋白质发生氧化时，面筋平均直径降低，聚集特性发生改变。进一步研究表明，二硫键的构象趋于不稳定且含量减少，表面疏水性减弱，面筋颗粒之间静电斥力增加。此外，面筋蛋白中SDS可提取蛋白含量增加，且以大分子量的麦谷蛋白和醇溶蛋白为主，削弱了面筋分子间的交联程度，阻碍了面筋蛋白的聚集行为和面筋网络结构的形成。显微观察也发现蛋白质氧化改变了面筋的聚集行为，面筋独特的网络结构消失。 （5）低氧储藏延缓小麦储藏品质劣变 将小麦置于不同氧气浓度的环境中储藏，对其生理品质和面粉品质比较分析，结果表明，低氧储藏的小麦籽粒中ROS含量较低，抗氧化酶活性和抗氧化剂含量较高,蛋白质受氧化程度较轻，细胞完整性较好，种子生理活性较强。不仅于此，低氧环境储藏的小麦制成的面粉，其面筋网络结构较为完整，面筋强度较强;小麦面团弹性和回复性较高，硬度、咀嚼性、内聚性和黏附性较低。低氧储藏环境延缓了小麦蛋白质氧化，有利于维护小麦生理品质和食用品质。
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