六篇延续试验文章信息（2018-2026）
1. 通过冠层遮阴调控小麦蛋白质组成与二级结构以改善面团性能与营养指数
期刊：Food Research International 2023年影响因子：8.0
2. 遮阴通过调控旗叶光合光响应影响小麦淀粉结构与消化性
期刊：International Journal of Biological Macromolecules 2023年影响因子：8.7
3. 硫通过调控遮阴小麦蛋白质组成与结构改善饼干制作品质
期刊：LWT - Food Science and Technology 2025年影响因子：6.9
4. 硫对遮阴小麦多尺度淀粉结构的影响及其对饼干焙烤品质的贡献
期刊：International Journal of Biological Macromolecules 2024年影响因子：8.7
5. 遮阴与褪黑素对小麦多尺度淀粉结构和饼干制作品质的联合效应
期刊：LWT - Food Science and Technology 2025年影响因子：6.9
6. 褪黑素调控遮阴小麦蛋白质结构以改善饼干裂纹率与消化性
期刊：Food Chemistry 2026年影响因子：10.4
第一作者：杨洪坤 副教授
通讯作者：樊高琼 教授
第一单位：四川农业大学 西南作物生理生态与耕作重点实验室
小麦在冬季弱光和花后阴雨条件下容易发生品质劣化。弱光降低叶片光合产物供应，改变籽粒的碳氮分配，进而影响蛋白质与淀粉的合成及结构。醇溶蛋白与谷蛋白的比例、高分子量与低分子量谷蛋白亚基的组成、二级结构以及二硫键等交联方式，决定面筋网络的黏弹性与持水力；直链淀粉与支链淀粉的比例、支链淀粉链长分布、淀粉粒大小、结晶度与糊化黏度，决定焙烤过程中的膨胀、糊化与骨架形成。然而，籽粒蛋白质与淀粉结构如何决定饼干的营养与口感，目前仍缺乏系统认识。
近日，食品科学领域期刊 Food Chemistry （IF 10.4）发表了四川农业大学小麦栽培团队在弱光胁迫下小麦饼干加工品质改良方向的第六篇研究论文，题为“Melatonin regulates protein structures of wheat under shading for cookie crack ratio and digestibility modifications”。自2018年至今，在四川西昌试验站连续多年开展试验，以遗传背景相近、耐弱光能力相反的强筋品种川麦 39（CM39）与弱筋品种昌麦 34（CM34）为材料；用遮阳网遮去 60% 光强，分设花前遮阴与花后遮阴，以不遮阴为对照；在此基础上设置基施硫（0、50、100 kg S hm⁻²）与叶面喷施褪黑素两项调控处理。测定指标覆盖蛋白质组分与二级结构、游离巯基与二硫键、淀粉粒粒径与分子量、支链淀粉链长分布、结晶度、糊化黏度、饼干质构与裂纹率、蛋白质营养价值与体外消化性，并用随机森林模型、Mantel 检验与结构方程模型分析结构指标与品质指标的关系。
研究结果
试验一：弱光胁迫对不同小麦品种蛋白质与淀粉结构的影响及其与饼干延展特性的关系
弱光胁迫是影响淀粉与蛋白质大分子结构的重要因素。本研究以 4 个耐阴性与面筋蛋白组成不同的小麦品种为材料，解析遮阴对叶片光响应、淀粉结构、蛋白质结构和饼干焙烤品质的影响。遮阴降低了旗叶表观量子效率与最大净光合速率，导致灌浆速率和淀粉含量下降、蛋白质含量升高；淀粉含量、直链淀粉含量、小淀粉粒数量和膨胀势均下降，较大淀粉粒的数量则增加。直链淀粉减少使抗性淀粉含量降低，淀粉消化率和估计血糖生成指数升高。营养生长期遮阴提高了淀粉结晶度、1045/1022 cm⁻¹ 比值、淀粉黏度和饼干摊开比，灌浆期遮阴则使这些数值下降。蛋白质方面，与不遮阴相比，花前和花后遮阴分别使醇溶蛋白含量提高 35.8% 和 3.1%，谷蛋白提高 27.6% 和 7.3%，总蛋白提高 21.7% 和 10.6%；谷蛋白与醇溶蛋白的比值、ω-/(α,β+γ)-醇溶蛋白比值以及高分子量与低分子量谷蛋白亚基的比值则随遮阴下降，且强筋品种的降幅小于弱筋品种。二级结构分析表明，遮阴提高了 β-折叠含量，降低了 β-转角含量。蛋白组分与二级结构的改变使湿面筋含量、面团形成时间和面筋性能指数升高，饼干摊开比下降；蛋白质含量和营养指数升高，但蛋白质生物价下降 2.5%。可见，冠层遮阴通过调控氨基酸谱、蛋白组成和二级结构，改变了面团性能与蛋白质营养。
图1 弱光胁迫通过叶片光响应调控淀粉粒沉积从而影响饼干延展性
图2 弱光胁迫通过调控氨基酸组成和蛋白质二级结构影响饼干蛋白质营养
试验二：硫对弱光胁迫下蛋白质与淀粉结构的影响及其与饼干营养与酥脆的关系
与不遮阴对照相比，遮阴胁迫降低了直链淀粉和总淀粉含量，形成更小的 B 型淀粉粒，使分子量分布变窄，并降低了支链淀粉长链比例、结晶度、黏度和饼干摊开比；弱筋品种比强筋品种更敏感。遮阴下施硫，支链淀粉含量、支链淀粉短链比例和总淀粉含量提高，淀粉粒平均粒径和黏度增大，饼干硬度下降。随机森林模型显示，淀粉粒表面积（18.7%）和支链淀粉 B3 链（6.7%）对饼干摊开比的贡献最大，饼干硬度则主要由总淀粉（7.8%）、支链淀粉（6.3%）和谷值黏度（5.0%）决定。蛋白质方面，遮阴降低了 ω-/(α,β,γ)-醇溶蛋白比值和 HMW-GS/LMW-GS 比值，且对 CM34 的影响大于 CM39；遮阴下施硫使这两个比值回升，并提高了蛋白质中 β-转角、二硫键、离子键和疏水相互作用的比例，面筋性能指数、必需氨基酸指数和蛋白质生物价随之升高，饼干硬度下降。可见，硫通过调控氨基酸谱以及蛋白质组成与结构，同时改善了饼干的质构与蛋白质营养价值。
图3 硫肥对弱光胁迫下淀粉结构的影响及其与饼干酥脆特性的影响
图4 硫肥对弱光胁迫下蛋白质结构的影响及其与饼干营养与酥脆的影响
试验三：蛋白质与淀粉结构与饼干营养与质构与纹理的关系
饼干的裂纹率和营养价值取决于小麦蛋白质结构，但褪黑素在遮阴条件下如何改变这些性状仍不清楚。淀粉方面，遮阴下喷施褪黑素（200 mg/L）降低了淀粉含量和结晶度，提高了蛋白质和支链淀粉含量、支链淀粉 B2 链比例及粒径分散指数，部分逆转了遮阴对峰值黏度的不利影响，使饼干硬度下降 19.8%–22.4%；较低的直链淀粉含量与较高的 B2 链比例共同提高淀粉黏度，通过形成更柔软的凝胶降低饼干硬度。蛋白质方面，遮阴下喷施褪黑素（200 μmol/L）提高了谷蛋白、醇溶蛋白、总蛋白和小分子聚合蛋白含量，β-折叠和 α-螺旋比例分别最高提高 14.4% 和 13.2%，非共价相互作用增强，面筋网络交联程度提高；含硫氨基酸和芳香族氨基酸含量升高，蛋白质营养价值与消化率同步改善。基于 SegFormer 的机器学习模型显示，褪黑素使饼干裂纹率下降 18.8%–30.7%，表面均匀性提高；蛋白质含量、γ-醇溶蛋白和小分子聚合蛋白决定裂纹率，消化率则主要与小分子聚合蛋白相关。
图5 MT对弱光胁迫下淀粉结构的影响及其与饼干延展特性的关系
图6 MT对弱光胁迫下蛋白质结构的影响及其与饼干纹理特征的关系
综上，一块饼干好不好吃、有没有营养、吃下去血糖升得快不快，说到底是面筋和淀粉在起作用。面筋像橡皮筋，把面团拉住；淀粉像砖块，把饼干撑起来。弱光胁迫下，淀粉合成受阻，蛋白质总量上升，但蛋白质的组成配比乱了，该有的弹性变差，面团变得又硬又犟；淀粉这边，直链的部分变少，支链变短，颗粒变碎，晶体也不整齐。于是饼干骨架撑不住，咬起来发硬、不脆；同时淀粉更容易被消化，吃完血糖升得更快。施硫相当于把松开的蛋白质重新连紧，喷褪黑素相当于把淀粉的分支重新排一遍；前者让饼干回软，后者让饼干更软、裂纹少两到三成，蛋白质也更好吸收。所以，不同地点不同年份也可能烤不出同样的饼干，差别不在烘焙配方，而在这籽粒淀粉和蛋白质的结构里。
该研究得到了南京农业大学李庆博士和四川农业大学李勇博士在饼干纹理和面筋结构测试上的帮助，在此表示感谢！
该研究得到了国家重点研发（2024YFD2300404, 2023YFD1500403，樊高琼），四川省科技支撑项目（2025NSFSC2120，樊高琼），国家自然基金-青年基金（32201904，杨洪坤），和四川农业大学双支计划(2025ZYTS006，杨洪坤)的大力支持。
四川农业大学农学院小麦生理生态与栽培团队长期从事小麦高产高效栽培理论与技术、小麦品质形成与调控机制、小麦抗逆栽培生理与分子机制等方面的研究。近年来在Food Research International、Soil & Tillage Res、Field Crops Res等国内外重要学术期刊上发表多篇高水平研究论文。课题组研究并集成的“秸秆覆盖蓄水保熵水肥高效利用绿色生产技术”、“稻茬小麦抗湿高产智能化生产技术”和“小麦防灾减灾全程化学调控技术”被列入四川省主推技术，这些技术的推广应用有力地促进了西南地区小麦绿色高质高效生产。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814626038409
