多样性之味：气候变化下食品生产用多样化小麦的感官特性研究

本研究针对气候变化背景下小麦育种中感官品质易被忽视的问题，系统评估了49个多样化小麦基因型的13项感官特性。通过定量描述性分析(QDA)发现，黑麦渗入系(如1RS.1BL+2BS.2RL)和古老品种呈现更强烈的气味特征和坚实质地，而单粒小麦等古老物种则表现出更温和的风味特征和较高甜度。该研究为培育兼具气候适应性、营养价值和感官吸引力的小麦品种提供了重要科学依据，对促进可持续食品系统发展具有重要意义。

　　

随着全球气候变化对农业生产的影响日益加剧，提高主要作物的适应性和营养品质已成为确保粮食安全的关键挑战。小麦作为世界上最重要的主食作物之一，为人类提供了大量的热量、蛋白质和必需微量营养素。然而，现代小麦育种长期以来主要关注农艺性能，如高产、抗病性和籽粒均匀度，而在一定程度上忽视了感官品质这一影响消费者接受度的重要因素。

在气候变化背景下，实现粮食安全需要转向可持续育种方法，增强环境适应性和营养充足性。这包括利用遗传多样化的植物材料，如地方品种、古老物种和渗入系，来提高抗逆性、微量营养素含量以及对未来农业生态系统的适应性。但要长期取得成功，可持续小麦育种必须满足消费者对感官品质的期望，这直接影响食品选择、饮食模式和减少食物浪费。

小麦是蛋白质、铁(Fe)、锌(Zn)和其他植物化学物质的宝贵来源，但也有积累镉(Cd)等不良元素的潜力。最近的生物强化和可持续育种努力已经鉴定出具有高Fe和Zn含量、低Cd积累和可接受蛋白质含量的小麦基因型。然而，要在市场上被广泛接受和成功，这些营养增强的基因型还必须满足消费者对感官品质的期望，如气味、味道、外观、质地和风味。

消费者偏好深受感官特性影响，风味和质地一直被列为食品选择中最重要的因素，包括对于面包和粥等小麦产品。COVID-19大流行使许多人的味觉和嗅觉能力受损，进一步凸显了感官感知在食品满意度、生活质量和文化中的核心作用。感官体验不仅由内在产品特性塑造，还受年龄、健康状况、环境和文化习惯等外部因素影响。

尽管感官特性对消费者接受度至关重要，但针对小麦广泛遗传多样性的这些属性的全面研究仍然有限。存在大量小麦种质资源，包括古老物种(单粒小麦、二粒小麦、斯佩尔特小麦)、地方品种和现代品种，表现出巨大的遗传和表型多样性。特别令人感兴趣的是渗入系，通过传统育种将黑麦(Secale cereale)染色体片段融入小麦而开发，这与增强的抗病性和环境适应性有关。

为了解决当前缺乏跨多样化小麦种质的详细感官特征描述的问题，分析性感官评估方法，特别是定量描述性分析(QDA)，提供了一个强大的框架，使用人类感官客观评估小麦基食品的感官特性。QDA依靠挑选和培训的小组成员分析性地识别和量化关键感官属性，如外观、气味、味道、质地和风味，从而实现可重复和可统计分析的感官特征。

瑞典农业科学大学的研究团队在《Future Foods》上发表了一项开创性研究，系统地评估了49个多样化小麦基因型的感官特性，这些基因型属于17个遗传组，为未来育种提供了重要的遗传资源。

研究人员采用了多种关键技术方法开展本研究。所有基因型在瑞典Bjertorp的Lantm?nnen育种站标准化田间管理条件下种植，以最小化环境变异。收获后，样品在40°C下烘干24小时，使用KoMo Fidibus XL谷物研磨机磨成全麦粉。粥样品制备采用Starr(2015)的方法，使用沸水混合面粉后在130°C全蒸汽模式下烹饪25分钟。感官评估采用定量描述性分析(QDA)方法，遵循ISO 6658:2017和13299:2016标准，由8名经过培训的小组成员在符合ISO 8589:2010标准的感官实验室内进行。小组通过结构化训练和属性生成阶段，确定了13个感官描述符及其操作定义。使用110毫米非结构化线尺度进行强度评级，数据通过EyeQuestion软件收集。统计分析包括方差分析(ANOVA)、Tukey HSD检验、Pearson相关性分析、主成分分析(PCA)、层次聚类和线性判别分析(LDA)，使用R语言中的多种统计包进行。

3.1. 基因型对小麦感官特征的影响

方差分析显示，所有13个感官属性在不同小麦基因型间都存在极显著的基因型效应(p < 0.001)。气味描述符包括O-全麦粉(湿)、O-黑麦粉、O-玉米(生)和O-熟米饭(白)在基因型间表现出明显变异。外观性状A-灰色和A-米色也显示出强烈的基因型分化。质地相关性状，特别是TM-砂质感(沙质)和TM-坚实度/紧实度存在显著差异，其中TM-坚实度/紧实度表现出特别高的均方，表明其具有更强的区分能力。对于味觉相关性状，包括T-鲜味、T-甜度和T-苦味，以及风味描述符F-全麦粉和F-黑麦粉，也观察到显著的基因型变异(p < 0.001)。

Tukey HSD检验揭示了小麦基因型在所有评估的感官维度上的显著变异。香气相关描述符显示显著的基因型变异。对于O-全麦粉(湿)，老品种和2RL的强度最高，其次是1R+6R，而单粒小麦和地方品种的强度最低。O-黑麦粉呈现类似趋势，1R+6R和老品种排名最高，单粒小麦和地方品种排名较低。在O-玉米(生)方面，老品种、1R+6R和二粒小麦得分最高，而T. carthlicum和T. timopheevi记录值最低。对于O-熟米饭香气，老品种和2R/2B的得分最高，而单粒小麦、T. carthlicum和3R/3D的强度最低。

外观性状也观察到显著差异。对于A-灰色，渗入系如1R+6R和1RS.1BL+2BS.2RL以及现代品种表现出最高值，表明更明显的灰色色调。古老小麦如斯佩尔特小麦、3R/3D和二粒小麦得分显著较低，反映出较浅的外观。A-米色呈现类似模式，1RS.1BL+2BS.2RL、单粒小麦和T. timopheevi排名最高，而斯佩尔特小麦、3R/3D和二粒小麦仍然处于较低水平。

口感差异明显。对于TM-砂质感(沙质)，地方品种、T. carthlicum和1RS.1DL的得分最高，表明质地较粗糙。相反，斯佩尔特小麦和单粒小麦表明更光滑的口感。TM-坚实度/紧实度得分在现代品种、老品种和斯佩尔特小麦中最高，突出了坚实、紧密的质地。T. carthlicum、1RS.1DL和2R/2D得分较低，表明坚实度较低。

味觉特征在基因型间也有变化。S-鲜味在2R/2D、地方品种和T. carthlicum中最高，在1BS.1RL和3R/3D中最低。对于S-甜度，单粒小麦、T. timopheevi和地方品种的得分最高，而1BS.1RL、2RL和1R+6R的甜度最低。S-苦味在地方品种、1RS.1DL和1RS.1BL+2BS.2RL中最强，而单粒小麦和2RL的苦味最弱。

风味描述符进一步区分了基因型。对于F-全麦粉，老品种、2RL和T. carthlicum记录高分，其次是渗入系如1R+6R和1RS.1DL。古老小麦物种，如二粒小麦、斯佩尔特小麦和单粒小麦，也显示出显著的全麦粉样风味。在F-黑麦粉类别中，1BS.1RL、1R+6R和现代品种排名最高，而地方品种、T. timopheevi和单粒小麦的值较低。

3.2. 感官性状相互关系

Pearson相关性分析揭示了13个感官属性间的几个显著关系。描述性气味性状之间观察到强正相关，包括O-全麦粉、O-黑麦粉、O-玉米和O-熟米饭，系数范围0.68至0.91(p < 0.001)。类似地，F-全麦粉与O-全麦粉(湿)、O-黑麦粉、O-玉米(生)和O-熟米饭(白)之间注意到强关联(r = 0.54-0.86, p < 0.001)。味觉属性如T-甜度与气味/香气性状呈显著负相关，特别是与O-全麦粉(湿)和O-玉米(r = -0.61至-0.67, p < 0.001)，以及与T-黑麦粉(r = -0.75, p < 0.001)。类似地，T-鲜味和T-苦味与质地紧实度、O-全麦粉(湿)、O-黑麦粉、O-玉米(生)、O-熟米饭(白)、F-全麦粉和F-黑麦粉呈负相关。

3.3. 基因型分离和多变量感官特征

主成分双标图说明了17个小麦基因型组基于13个感官属性的分布。主成分1和2(PC1和PC2)共同解释了总变异的63.3%，其中PC1占43.8%，PC2占19.5%。基因型组沿PC1大致分为三个簇，尽管1R/1D置换和二粒小麦基因型显示簇间重叠，表明中间感官特征。九个感官属性(O-全麦粉(湿)、Q2–O-黑麦粉、Q3–O-玉米(生)、O-熟米饭(白)、A-灰色、A-米色、TM-坚实度/紧实度、F-全麦粉、F-黑麦粉)沿PC1正加载，与六个基因型组(MC、2RL、OC、2R/2B、1R+6R和1RS.1BL+2BS.2RL，包括二粒小麦)相关。相反，T-甜度(Q10)向相反方向加载，与斯佩尔特小麦、单粒小麦、T. timopheevi、3R/3D和1R/1D对齐。此外，三个属性，TM-砂质感(Q7)、T-鲜味(Q9)和T-苦味Q11，向地方品种、T. carthlicum、1RS.1DL和2R/2D加载，并与坚实度/紧实度(Q8)负相关。

基于Z-score标准化强度值的二维热图与层次聚类将49个基因型和13个感官属性分组。基因型分为三个主要簇。簇1包括MC、1R+6R、1RS.1BL+2BS.2RL、2RL、OC、二粒小麦、1BS.1RL和2R/2B，显示最高的平均感官强度。簇2包括T. carthlicum、1R/1D、1RS.1DL、2R/2D、地方品种和T. timopheevi，而簇3包括单粒小麦、3R/3D和斯佩尔特小麦，显示跨性状的最低强度。感官性状也基于跨基因型的响应模式分为三个簇：簇1(Q1、Q2、Q3、Q4、Q8、Q12、Q13)、簇2(Q5、Q6)和簇3(Q7、Q9、Q10、Q11)，反映了外观、质地和风味属性方面的不同感官维度。

线性判别分析(LDA)基于感官特征有效地将17个基因型组分为三个不同的簇。分离主要由LD1和LD2驱动，它们捕获了最具区分性的特征。簇1的LD1分数范围1至-4，LD2分数1至5，包括OC、1R+6R、MC、2R/2B、2RL、1BS.1RL、1RS.1BL+2BS.2RL和二粒小麦。簇2的特征是LD1分数6至10.2，LD2分数-1.5至-2.5，包括1R/1D、2R/2D、1RS.1DL、T. carthlicum和地方品种。簇3包括3R/3D、斯佩尔特小麦、T. timopheevi和单粒小麦，由更负的LD1分数(-8至-10)和LD2分数1.9至-3.5定义，表明与其他两个簇对比的感官特征。

本研究清楚地证明了材料内存在的高度感官品质属性多样性，这表明该材料可用于开发具有特定感官特征的小麦品种，并且在使用该材料进行抗性和营养等其他特性的植物育种时，需要考虑材料的感官特性。先前的研究表明，本研究中评估的基因型在一系列有趣的抗非生物和生物胁迫及营养化合物含量特性方面表现出多样性。

研究结果与早期研究报告的发现一致，这些研究证明了小麦物种间的显著感官变异，并表明粥是捕获反映基因型香气和风味特征的可靠介质。我们的结果通过证明感官差异在更广泛、更多样化的基因型组中具有鲁棒性，并且这些差异是可量化且统计显著的，扩展了这些研究。

相关性分析揭示了感官性状间的显著相互关系，提供了对基础感官结构的进一步洞察。气味描述符强烈相互关联(r = 0.68–0.91)，表明这些性状可能源于共享或共表达的挥发性化合物谱。风味强度(F-全麦粉)和质地坚实度之间的显著正相关(r = 0.72)强调了口感与感知味觉强度之间的感官相互作用。相反，甜度与大多数气味和风味属性呈中度至强负相关(r ≈ -0.60至-0.75)，表明潜在的感官权衡，特别是在平衡适口性和营养目标时。

多变量分析支持并扩展了单变量发现，提供了基于感官属性的基因型分化的全面视图。PCA解释了前两个成分总变异的63.3%，PC1有效分离了气味和质地密集型基因型，如现代品种、二粒小麦和黑麦渗入系，与以甜度、苦味和砂质感为特征的基因型，包括古老小麦和地方品种。热图的层次聚类进一步描绘了三个主要感官强度组：(1)现代和渗入系的高强度簇，(2)包括T. carthlicum和一些地方品种的过渡簇，和(3)包括斯佩尔特小麦和单粒小麦等古老小麦的温和特征簇。LDA验证了这些分组，突出了基因型类别间的清晰感官分化。

重要的是，这些簇与已知营养趋势一致：二粒小麦和黑麦渗入基因型通常将高感官强度与高Fe和Zn及低Cd水平结合起来，而古老小麦虽然通常营养密集，但在感官感知上通常更中性。这些发现强化了早期基因型特异性感官研究的报告，并强调了黑麦渗入系潜在的双重农艺和感官价值。

观察到的小麦基因型间的感官多样性在整个价值链中，从育种到加工和营销，都具有显著潜力。单粒小麦和斯佩尔特小麦等基因型，以其天然甜度著称，以及T. carthlicum和2R/2D，呈现鲜味丰富的特征，为差异化产品开发提供了明确机会。这对于全谷物应用特别相关，其中风味和口感通常是消费者接受的障碍。感官偏好强烈影响购买行为，特别是在健康导向的细分市场中，全谷物产品被认为适口性较差。因此，通过基因型选择调整感官特性是提高消费者满意度和市场覆盖面的实用策略。

本研究的结果与瑞典国家食品战略的关键目标密切一致，特别是增加可持续国内食品生产、通过更好的饮食改善公众健康以及通过高质量、消费者聚焦的创新增强食品部门竞争力的目标。通过将感官属性与营养和农艺性状整合，本研究提供了直接贡献于这些战略优先事项的可操作见解。