小麥膳食纖維含量研究及優(yōu)異資源篩選

姜小苓，李 淦，吳曉軍，李小軍，于紅彩，李秀玲，茹振鋼，張曉克

(河南科技學(xué)院/河南省現(xiàn)代生物育種協(xié)同創(chuàng)新中心/河南省高校作物分子育種重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，河南新鄉(xiāng) 453003)

隨著生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變，人們對膳食纖維(dietary fiber，DF)的攝入量相對減少，致使高血壓等心血管疾病及癌癥、糖尿病等發(fā)病率逐年上升，嚴(yán)重威脅著人體健康；適當(dāng)增加膳食纖維攝入量可以預(yù)防及治療這類疾病[1]。阿拉伯木聚糖(arabinoxylan，AX，又名戊聚糖)是膳食纖維的重要組分，具有一定生理活性，一直是谷物化學(xué)領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容[2]。根據(jù)其溶解性，可分為水溶性阿拉伯木聚糖(water-extractable arabinoxylan，WE-AX)和非水溶性阿拉伯木聚糖(water-unextractable arabinoxylan，WU-AX)[3]，二者之和統(tǒng)稱為總阿拉伯木聚糖(total arabinoxylan，TOT-AX)。

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物[4]。小麥籽粒的膳食纖維含量為10%～14%，面粉中含2.5%～4.5%[5]，麩皮中含35%～50%[6]。小麥膳食纖維是天然食物纖維，安全性高，已被用作多種食品的添加劑以解決人們膳食纖維攝入量不足的問題[7-8]。膳食纖維分子的游離羥基可與面團(tuán)體系中的水分子發(fā)生作用，進(jìn)而影響面團(tuán)品質(zhì)[9-10]。有研究報(bào)道，英國居民所需膳食纖維的20%來自小麥制品，其中11%來自白面包，5%來自全麥面包[11]。在我國，消費(fèi)者對小麥粉加工精度和白度的要求一直較高，導(dǎo)致小麥粉中膳食纖維的含量較低[12]。目前，我國人均膳食纖維的攝入量嚴(yán)重不足，且隨著食品精加工水平的提高呈逐步下降趨勢[13]。因此，培育高膳食纖維的優(yōu)質(zhì)小麥新品種是目前小麥育種的一個(gè)重要目標(biāo)。

迄今，國內(nèi)外學(xué)者就膳食纖維對面筋蛋白[14-15]、面團(tuán)[16-17]、面包[18-19]、饅頭[20]及面條[21]等制品品質(zhì)的影響做了大量研究，得出許多有價(jià)值的結(jié)論，但有關(guān)小麥種質(zhì)膳食纖維含量多樣性的研究較少。因此，本研究選用來源于不同種植區(qū)的小麥主推品種或高代品系，分析其膳食纖維含量和阿拉伯木聚糖含量的變異和分布規(guī)律，旨在為小麥品質(zhì)育種提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

用于研究小麥膳食纖維含量的試驗(yàn)材料為79份小麥主推品種、地方品種或高代品系，其中國外材料13份，黃淮冬麥區(qū)39份，長江中下游冬麥區(qū)9份，北方冬麥區(qū)8份，西南冬麥區(qū)6份，春麥區(qū)4份，均由河南科技學(xué)院小麥中心提供。

用于研究小麥阿拉伯木聚糖含量的試驗(yàn)材料為175份小麥主推品種、地方品種或高代品系，其中國外材料33份，黃淮冬麥區(qū)87份，長江中下游冬麥區(qū)16份，北方冬麥區(qū)21份，西南冬麥區(qū)10份，華南冬麥區(qū)3份，春麥區(qū)5份，均由河南科技學(xué)院小麥中心提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 膳食纖維含量測定

利用旋風(fēng)式樣品磨(1093，丹麥福斯分析儀器公司)制取全麥粉，過60目篩；利用膳食纖維測定儀(GDE+CSF6，意大利VELP公司)參照GB/T 5009.88-2008檢測小麥籽粒的總膳食纖維含量；總阿拉伯木聚糖、水溶性阿拉伯木聚糖含量測定利用地衣酚法，參照梁 恒[22]的方法；非水溶性阿拉伯木聚糖含量=總阿拉伯木聚糖含量-水溶性阿拉伯木聚糖含量。

1.2.2 品質(zhì)特性測定

利用實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)(LRMM 8040-3-D，江蘇無錫錫糧機(jī)械制造公司)制取面粉，出粉率65%左右；面粉白度采用數(shù)顯白度儀(SBDY-1，上海悅豐儀器儀表有限公司)測定；粗蛋白含量采用全自動凱氏定氮儀(UDK159，意大利VELP公司生產(chǎn))測定；粉質(zhì)特性參照GB/T14614-06采用粉質(zhì)儀(810101，德國Brabender公司)測定；面筋含量及面筋指數(shù)參照SB/T10249-95采用面筋儀(2200，瑞典波通公司)測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用DPS 7.05和Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥膳食纖維含量的分布

2.1.1 小麥總膳食纖維含量的分布

由表1可以看出，79份參試材料總膳食纖維(TOT-DF)含量平均為10.03%，變化范圍為8.27%～12.10%，其中高膳食纖維材料是低膳食纖維材料的1.46倍；變異系數(shù)為10.2%，品種對其有極顯著影響(P<0.01) 。改良潛力為38.18%，說明通過育種途徑可提高小麥籽粒膳食纖維含量。

表1 參試材料膳食纖維含量的統(tǒng)計(jì)分析Table 1 Statistical analysis of DF contents in test materials

**:P<0.01

79份參試材料中，總膳食纖維含量在9.00%～11.00%的有53個(gè)品種(系)，占總數(shù)的67.1%；高于11.00%的有14個(gè)品種(系)，分別為江蘇的徐麥31、NAU617和揚(yáng)麥18，福建的廈大春-1，四川的MR168，貴州的畢2008-1，河南的豐德存1號、溫麥6號、偃展4110、鄭麥379、平原50和百農(nóng)3217以及國外的非黑土地24和山前麥2號；低于9.00%的僅有12個(gè)品種(系)，分別為河北的衡觀35、新疆的新春9號、河南的天民矮早八A系及國外的CL0401和硬質(zhì)博萊特等。

2.1.2 小麥阿拉伯木聚糖含量分布

由表1可得，總阿拉伯木聚糖(TOT-AX)、水溶性阿拉伯木聚糖(WEAX)和非水溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)含量的變異系數(shù)均較大，分別為12.06%、26.88%和14.62%；品種對3個(gè)目標(biāo)性狀影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01) 。TOT-AX的平均含量為3.77%，變化范圍2.50%～4.90%，高TOT-AX品種是低TOT-AX品種的1.96倍，改良潛力為63.7%，說明通過育種途徑大約可提高小麥TOT-AX含量0.64倍；WE-AX平均為0.49%，變化范圍為0.16%～1.14%；WU-AX平均為3.28%，變化范圍為1.93%～4.38%。

175份參試材料中，總阿拉伯木聚糖含量在3.00%～4.50%的有155個(gè)品種(系)，占總數(shù)的88.6%；高于4.50%的有8個(gè)品種(系)，分別為北京的農(nóng)大8P297、CP07-14-1-1F7，河北的邯鄲6172矮系，陜西的陜優(yōu)225-47，河南的沁南麥、偃師4110和百農(nóng)矮抗58以及國外的阿大學(xué)AGT；其中，沁南麥的總阿拉伯木聚糖含量(4.90%)最高。低于3.00% 的僅有12個(gè)品種(系)，分別為山東的濟(jì)麥22和魯麥14、湖北的漢北麥、江蘇的揚(yáng)糯麥1號、福建的廈大春-1、河南的矮早781和溫麥6號及國外的硬質(zhì)博萊特、KPL-3和CL0401等，其中硬質(zhì)博萊特的總阿拉伯木聚糖含量(2.50%)最低。

水溶性阿拉伯木聚糖含量在0.30%～0.70%的有159個(gè)品種(系)，約占材料總數(shù)的90.9%；高于0.70%的有8個(gè)品種(系)，全部來自河南，分別為科育818、鄭麥7698、鄭9023、中育1429、百農(nóng)160、天民矮早八A系、花培5號和TMF2，其中TMF2的水溶性阿拉伯木聚糖含量(1.14%)最高；低于0.30% 的僅有8個(gè)品種(系)，分別為北京的CP03-10-41-1F11、CP03-28-1-1-1-1-4-1F11、中植1號、普冰201，河南的周麥11，陜西的陜122-1-5-2和抗赤6號及墨西哥的墨176，其中品系CP03-10-41-1F11的水溶性阿拉伯木聚糖含量(0.16%)最低。

非水溶性阿拉伯木聚糖含量在2.50%～4.00%的有153個(gè)品種(系)，占總數(shù)的87.4%；高于4.00%的有8個(gè)品種(系)，分別為北京的農(nóng)大8P297和普冰201，河北的邯鄲6172，河南的沁南麥，陜西的陜優(yōu)225-47及國外的阿大學(xué)AGT，其中沁南麥的非水溶性阿拉伯木聚糖含量(4.38%)最高；低于2.50%的有14個(gè)品種(系)，分別為山東的濟(jì)麥22和魯麥14，湖北的漢北麥，江蘇的揚(yáng)糯麥1號，福建的廈大春-1，河南的矮早781、花培5號、豐德存1號和溫麥6號及國外的硬質(zhì)博萊特、KPL-3、NSR-5、Jaggar-1和CL0401，其中，硬質(zhì)博萊特的非水溶性阿拉伯木聚糖含量(1.93%)最低。

2.2 高膳食纖維種質(zhì)材料的篩選

在79份試驗(yàn)材料中，總膳食纖維含量高于11.5%的種質(zhì)材料9個(gè)，分別為江蘇的揚(yáng)麥18，貴州的畢2008-1，河南的豐德存1號、偃展4110、鄭麥379、平原50和百農(nóng)3217及國外的非黑土地24和山前麥。其中，畢2008-1和豐德存1號的膳食纖維含量最高，分別達(dá)到12.10%和12.05%(表2)。

面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間作為評價(jià)小麥強(qiáng)弱筋最重要的指標(biāo)之一，是本研究重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。由表3可以看出，9個(gè)高膳食纖維品種(系)中，畢2008-1、豐德存1號、百農(nóng)3217、非黑土地24、山前麥和鄭麥379的面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間均大于10 min，其中畢2008-1和豐德存1號的穩(wěn)定時(shí)間(39.2 min和20.0 min)最長，遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥標(biāo)準(zhǔn)(穩(wěn)定時(shí)間大于7 min)。此外，畢2008-1和豐德存1號的面粉白度(分別為80.9和77.6)和面筋指數(shù)(分別為96.4%和65.2%)也較高。因此，這兩個(gè)品種(系)可作為培育優(yōu)質(zhì)高膳食纖維小麥新品種的親本材料加以利用。

表2 高膳食纖維材料及其來源Table 2 Names and sources of materials with high DF content

表3 高膳食纖維含量小麥材料的品質(zhì)特性Table 3 Quality properties of the wheat varieties(lines) with high DF content

2.3 不同來源小麥品種(系)膳食纖維含量比較分析

由表4可看出，長江中下游冬麥區(qū)小麥的總膳食纖維平均含量(10.54%)最高，春麥區(qū)最低(9.49%)；國外引進(jìn)種質(zhì)和黃淮冬麥區(qū)小麥的水溶性阿拉伯木聚糖平均含量(均為0.52%)最高，北方冬麥區(qū)和西南冬麥區(qū)最低(均為0.42%)；總膳食纖維和水溶性阿拉伯木聚糖含量在不同麥區(qū)間差異不顯著。北方冬麥區(qū)小麥的總阿拉伯木聚糖平均含量(3.93%)最高，顯著高于華南冬麥區(qū)(P<0.05)；北方冬麥區(qū)小麥的不溶性阿拉伯木聚糖平均含量(3.51%)最高，顯著高于華南冬麥區(qū)(P<0.05)。各麥區(qū)小麥膳食纖維含量的變異系數(shù)普遍較低，以西南冬麥區(qū)的變異系數(shù)最高(13.45%)；各麥區(qū)小麥阿拉伯木聚糖含量的變異系數(shù)均較高，說明其變異豐富，以北方冬麥區(qū)小麥水溶性阿拉伯木聚糖的變異系數(shù)(31.48%)最高。

2.4 小麥膳食纖維含量指標(biāo)間的相關(guān)性

由表5可以看出，非水溶性阿拉伯木聚糖含量與總膳食纖維和總阿拉伯木聚糖含量間呈顯著或極顯著正相關(guān)，而與水溶性阿拉伯木聚糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表4 不同來源小麥品種(系)膳食纖維含量Table 4 DF content of wheat varieties(lines) derived from different regions

同列同指標(biāo)數(shù)據(jù)后不同字母表示來源間差異在0.05水平顯著。

Different small letters following data within same column and region mean significant difference among sources at 0.05 level.

表5 小麥膳食纖維含量與阿拉伯木聚糖含量的相關(guān)性Table 5 Correlation between DF content and AX content in wheat

*:P<0.05；**:P<0.01.

3 討 論

本研究79份參試材料膳食纖維含量的變異系數(shù)為10.2%，品種間存在極顯著差異(P<0.01)；175個(gè)小麥品種(系)的總阿拉伯木聚糖、水溶性阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量的變異系數(shù)均較大，分別為12.06%、26.88%和14.62%，品種間也存在極顯著差異(P<0.01)，這與前人[23-25]研究結(jié)果基本一致，說明供試材料的膳食纖維和阿拉伯木聚糖含量多樣性豐富，可進(jìn)一步通過育種途徑進(jìn)行改良。參試材料的4個(gè)膳食纖維含量指標(biāo)均近似呈正態(tài)分布，其中絕大多數(shù)材料的總膳食纖維含量集中在9.00%～11.00%范圍、總阿拉伯木聚糖含量集中在3.00%～4.50%范圍、水溶性阿拉伯木聚糖含量分布在0.30%～0.70%范圍，缺乏膳食纖維含量極高的育種材料。本研究共篩選出9個(gè)總膳食纖維含量較高的材料，如畢2008-1、豐德存1號、百農(nóng)3217、非黑土地24、山前麥、鄭麥379等，尤其是畢2008-1和豐德存1號，總膳食纖維含量高且面團(tuán)筋力強(qiáng)、面粉白度高，可作為今后培育優(yōu)質(zhì)高膳食纖維小麥新品種的親本材料。

本研究發(fā)現(xiàn)，小麥總膳食纖維和水溶性阿拉伯木聚糖含量在不同種植區(qū)間差異不顯著，而總阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量存在顯著差異(P<0.05)。總體趨勢為北方麥區(qū)的總膳食纖維含量略低于南方麥區(qū)，而總阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量略高于南方麥區(qū)；國外材料的總膳食纖維、總阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量均比較低，說明小麥膳食纖維含量可能受長期育種選擇和育種方向的影響。

水溶性阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖兩者結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致其對小麥面團(tuán)和面制品品質(zhì)產(chǎn)生不同影響，多數(shù)研究認(rèn)為，前者有利于改善小麥最終的加工品質(zhì)[17,26]，后者卻有一定的負(fù)向作用[27-28]。因此，小麥品質(zhì)育種中要盡量選擇水溶性阿拉伯木聚糖含量較高的材料。本研究相關(guān)分析得出，水溶性阿拉伯木聚糖含量與非水溶性阿拉伯木聚糖含量極顯著負(fù)相關(guān)，這與今后小麥品質(zhì)育種目標(biāo)相一致，高水溶性阿拉伯木聚糖含量的優(yōu)質(zhì)小麥新材料既能滿足增加膳食纖維含量的要求，也能進(jìn)一步改善小麥加工品質(zhì)。