作物品质生理生化与测试技术

**章 绪 论 **节 作物品质概述 一、作物品质的概念 广义上，品质就是指目标产品的质量，即产品的优劣；而就作物而言，品质是指能够满足人类需求的农作物目标产品的质量或优劣（田纪春，1995）。由于作物的种类较多，其产品多样化，生产-销售-加工-消费等环节的目的不同，所要求的标准也不同，所以很难对优质确定一个统一的标准。例如，对小麦而言，生产者认为籽粒饱满、角质率高、容重高、粒色好、售价高的小麦品质好；经销者则要求籽粒洁净、大小均匀、含水量适宜、无病虫和毒素感染、无发芽、无混杂、蛋白质含量一致；面粉加工者除上述要求外，还要求种皮薄、粒色浅、易磨制、出粉率高和粉质好；食品加工者则重视百克面粉的烘焙或蒸煮体积，以及制成食品的外观、色泽、内部质地等；而消费者则要求制品具有较高的营养价值、较好的外观及良好的口感（魏益民，2002）。不同的作物其品质评价指标也各不相同。例如，评价水果及蔬菜品质的指标包括感官指标和内部指标，其中感官指标主要侧重于产品的外观、质地、风味等，而内部指标主要是指营养物质种类和含量、无毒素、无杂物等。对于水稻，品质评价主要包括外观品质、碾米品质及蒸煮加工和营养品质，其中，外观品质主要包括米粒颜色、籽粒大小、形状、粒重、均匀度、角质率、腹白度等；碾米品质主要包括出米率、糙米产量、精米产量等；蒸煮加工及营养品质主要包括直链淀粉及支链淀粉比例、蛋白质含量、糊化特性、营养物质含量等。因此，评价作物品质是一项十分复杂的任务。 二、影响作物品质的因素 影响作物品质的因素较多，包括内在因素和外在因素，内因主要是基因型，而外因主要涉及气候条件、栽培措施、病虫害、倒伏等环境因素，总体来说基因型和环境是关键因素（唐永金，2004）。即使同一基因型的品种，由于气候、土壤、栽培措施、熟期和收获期等方面的差异也可能导致品质的差异。例如，国内培育的优质小麦品种多数品质不稳定，即在不同地域环境下种植，其品质也会有所差异。一般情况下，基因型是主导因素，决定了作物的遗传特性，但是环境条件对其也有影响。要想获得优质的产品，前提条件是要有优质的品种，再加上相应的配套栽培措施，*终才能生产出相应的优质产品。 （一）基因型 一般情况下，多数作物品质的性状主要受遗传因素的控制，如蛋白质、淀粉、油脂、维生素、食味和蒸煮品质等，但是这些性状如大米香味（受一个隐性基因控制）、籽粒长度、垩白率等也容易受环境条件的影响；因此，大多数品质性状受主效基因和微效基因的控制，一般都是数量性状，除了受遗传因素的影响，还受环境条件的影响。 （二）环境因素 1.地理和气候 禾谷类作物（小麦、水稻、玉米、大麦、黑麦）籽粒蛋白质含量由北向南、由西向东逐渐提高；大豆则是南高北低；小麦的蛋白质含量随纬度或海拔的降低而逐渐降低。高纬度和高海拔地区，由于气温低、雨量少、日照长、昼夜温差大，有利于油分的合成。季节等气候条件不同，对作物的品质影响也较大，例如，不同季节种植的水稻，其品质就有差异。因此，地理和气候条件显著影响着作物的品质。 2.光照和温度 适宜的光照和温度利于作物优质品质的形成。温度过高或过低都不利于作物优质品质的形成。前人研究发现，在一定的范围内，随着温度的提高，籽粒蛋白质有所增加，如小麦在20～25℃条件下，蛋白质和面筋含量*高；而水稻籽粒成熟期间的温度则与直链淀粉含量呈负相关。一般光照充足时，有利于优质品质的形成，而光照不足会影响作物的品质。 3.水分 作物品质的形成期大多处于作物生长发育旺盛期，因此需水量多、耗水量大。如果此时遭遇干旱或渍水，一般都会明显降低品质。水分不足不仅会影响外观品质，也会影响内在品质。水分过多则会抑制根系的生理功能，从而影响地上部的物质积累和代谢，降低品质。对于不同的作物或同种作物的不同品种，水分对其品质的影响是不同的。降雨量和土壤水分的增加，会使作物蛋白质含量有所降低；水分、温度、施肥不同时，也会影响到油料作物油分的含量和成分；麻类作物生长期间如果水分充分供应，可促进形成品质优良的韧皮纤维，防止木质化。 4.营养元素 （1）大量元素 一般来说，大量元素指的是肥料中的氮、磷、钾；不同的作物施用氮、磷、钾肥时，对作物品质的影响不同。例如，禾谷类作物小麦，施用氮肥能增加籽粒蛋白质含量，而当氮磷钾配比合理时，能使产量和蛋白质含量均明显增加；在油料作物中，高氮肥可增加饱和脂肪酸含量，减少不饱和脂肪酸含量，从而促使脂肪酸价提高，导致油分变劣；对于淀粉含量高的作物如马铃薯，施用钾肥和磷肥利于提高淀粉的含量，而施用氮肥则会降低淀粉的含量；对于糖类作物如甘蔗和甜菜，生育后期低温有利于积累糖分，而氮磷钾配比合理使用及增施钾肥也可以提高含糖量。 （2）微量元素 一般来说，微量元素指的是锌、铁、硒、硼等；微量元素含量不足或过量都会影响作物的品质。作物的生长发育包括营养生长和生殖生长，都受微量元素的影响，例如，硼在作物生殖器官发育和受精过程中起重要作用，充足的硼肥利于分生组织的细胞分化。缺硼时，会引起作物不良的表现，例如，油菜的“花而不实”、大/小麦的“穗而不实”、棉花的“蕾而不花”、苹果的“缩果病”、柑橘的“硬化病”、甜菜的“心腐病”、芹菜的“茎裂病”和花生的“有果无仁”等现象。增施硼肥时，不仅可以改善这些不良的表现，而且有利于根系的生长发育，进而改善这些作物的生长发育，提高其品质。 微量元素锌参与了植物叶绿素和生长素的合成，改善植物的碳、氮代谢，有利于细胞的正常分裂与生长。当缺锌时，植物的生长会受到影响，例如，出现叶片变白、节间变短、生长点坏死等现象，以及玉米“白芽病”、水稻“僵苗”、落叶果树“小叶病”、柑橘“斑叶病”等；增施锌肥后，可以改善作物的生长发育，避免不良症状的产生，进而达到增产、改善品质的目的。 5.空气质量 空气质量的优劣主要受大气污染的影响，例如，粉尘、二氧化碳浓度、臭氧浓度等。空气质量不仅影响人类的生命健康，而且会影响作物的产量和品质。例如，提高臭氧浓度会降低大豆的油酸含量；而提高二氧化碳浓度则会增加脂肪中油酸的含量，二氧化碳浓度升高会降低作物体内碳水化合物向氨基酸和蛋白质转换的速率，使作物体内氨基酸和蛋白质的含量下降。 6.土壤质量 通常质量好、肥力高、利于作物吸收矿质元素的土壤有利于提高作物的产量和优质品质的形成。例如，酸性土壤不利于作物的生长，但是用石灰改造后，可明显提高作物的蛋白质含量。壤土、砂土比黏土更有利于花生总糖和蔗糖的积累，而且砂土中种植的花生脂肪中油酸/亚油酸的含量也*高。土壤的盐渍化不仅影响作物产量而且影响作物品质。例如，盐胁迫会影响大豆籽粒蛋白质含量，对大豆籽粒的脂肪含量影响不大，但对脂肪酸的组成有一定影响（常汝镇等，1994）。 7.病虫害 病害和虫害严重影响作物的外观品质（如籽粒大小、外观光泽度和整齐度等）和营养品质（如降低有益成分含量、增加有害物质含量等），有的甚至产生毒素、危害人类的身体健康，例如，小麦赤霉病不仅影响小麦产量而且严重影响小麦品质，赤霉菌产生的呕吐毒素在人体内积累到一定程度会致癌；花生和玉米中的黄曲霉毒素含量过高时容易致癌而影响消费者健康。 三、作物品质的分类 作物品质根据不同特征可以分为不同种类（翟凤林等，1991；田纪春，1995）。根据理化性质，可分为物理品质和化学品质；根据结构特点，可分为外观品质和内含品质；根据用途，可分为食用品质、加工品质、饲用品质、工业用品质、商用品质和医用品质；根据工艺流程，可分为一次加工品质和二次加工品质；根据贮藏保鲜特点，可分为保鲜品质和贮藏品质。不同的分类方式之间也相互联系。 （一）物理品质 物理品质主要是指作物产品物理特性的优劣。例如，粮食籽粒的形状、大小、色泽、容重、角质率、种皮厚度、整齐度、饱满度等；水果的果形、大小、色泽、质地等；蔬菜的新鲜度、柔嫩度等。物理品质决定了产品的外观、结构、加工利用及销售的优劣。因此，物理品质也影响产品的外观品质。 （二）化学品质 化学品质主要指作物产品的化学特点，包括产品营养物质的成分、含量等。例如，粮食作物的蛋白质含量、氨基酸成分、面筋含量等；果蔬的维生素成分、含量及矿质元素的成分、含量等。因此，产品的营养价值直接受化学品质的影响。化学品质也决定了产品的内含品质。 （三）加工品质 加工产品是指目标产品对制作不同食品的适合和满足程度。加工品质分为一次加工品质和二次加工品质。一次加工品质是指农产品进行初加工的品质，例如，小麦的一次加工品质针对将小麦加工成面粉的过程，常用的指标是容重、千粒重、硬质、出粉率、灰分含量和面粉颜色等。二次加工品质是指一次加工后的产品进行再加工后产品的品质。例如，制作各种食品时对面粉物化特性的要求，包括面粉品质、面团品质、烘烤品质与蒸煮品质等，主要是指面粉及其制成品如面包、馒头、面条、饼干、糕点等的口感、滋味、烘焙特性和蒸炸特性等。 （四）食用品质 食用品质是评价加工品质的*终指标，包括营养品质、蒸煮品质、烘烤品质、卫生品质等。①营养品质主要是指目标器官中所含营养成分的含量、成分结构及对人畜营养需要的适应性和满足程度，包括营养成分的多少、营养成分是否全面和平衡、营养成分被人畜吸收利用的难易程度，以及抗营养因子及有毒物质的成分、含量等。例如，粮食籽粒中的蛋白质含量、氨基酸成分及含量；油料作物的含油量及脂肪酸成分等。②蒸煮品质主要是指米、面等制作各种食品的适宜性和其质量的好坏，包括大米、小米的蒸煮品质、口感、硬度、风味；小麦面粉制品如馒头、面条、包子等的品质。③烘烤品质主要是指面制品如面包、蛋糕等食品的适宜性及其质量的优劣。④卫生品质主要是指产品是否具有毒性，例如，粮食籽粒及面制品中的呕吐毒素、黄曲霉毒素等；油料作物产品中的芥酸；棉籽油中的棉酚、单宁、植酸、重金属、农药残留等。 第二节 作物品质检测方法概述 一、作物品质检测的意义 随着粮食“丰年有余”新局面的到来，我国作物生产也发生了转变：一是由过去单纯注重产量向产量、品质兼顾方向发展，培育优质专用作物新品种和种植优质高效作物已成为农业结构调整的主要内容；二是从保护环境和人民健康的角度出发，国家开始重视无公害、绿色和有机食品的安全生产，投入大量资金在各种作物主产区组建国家和省部级质检结构，大力支持农产品质量标准化和监督检验工作。这些工作都是以作物品质的检测分析为前提和基础。目前，正规的作物品质检测分析已有百年的历史，随着电子技术的发展和计算机软件的开发，作物品质分析技术得到了迅速发展。例如，面团流变学参数测试仪器由手动变为自动，以及自动凯氏定氮仪的问世等。因此，作物品质检测对我国作物品质的改良具有重要的意义（邓志英等，2020）。 首先，作物品质检测是品质育种选择的基础。许多品质指标不能直观判断，例如，面团稳定时间、面筋含量等指标，必须通过测定才能确定。许多品质指标虽然可以直观判断，但常与实际情况有较大差异。例如，有些看起来为软质胚乳的小麦，实际硬度测定值很大；角质率高的品种，硬度反而较小。现有品种的审定标准中已有品质指标和评分，品质检测已是品种审定的前提条件。 其次，作物品质检测是粮食优质优价的标准。国际贸易、进出口的价格谈判，常以品质优劣作为主要依据。例如，美国硬红冬麦的价格是一般小麦的两倍。“订单农业”的产业化种植，必须有品质监督检测才能确定品种类别、*终用途和价格，从而协调产销双方的矛盾。 再次，作物品质检测是质量标准化的必要前提。尽管国家和一些省份在“十五”至“十三五”期间都立项进行质量标准化工作，但我国农产品及其制品的质量标准仍亟待完善。质量标准化工作的前提和主要依据就是质量监督检测，近期国际上关于中国食品质量的一些非议更说明我国的食品标准化有