小麥高代育種品系的蛋白質含量和淀粉組分與面粉糊化特性相關性分析

潘秋曉，彭 莉，陳建省，于海霞，鄧志英，王延訓，楊 明，孫學振?

（1.山東農業大學 農學院,作物生物學國家重點實驗室，小麥品質育種研究室，山東 泰安 271018；2.山東天澤泰田種業科技有限公司，山東 泰安 271000）

小麥是我國重要的糧食作物，其蛋白質和淀粉是小麥籽粒含量最高的兩種成分，是決定小麥品質的重要物質。小麥籽粒中蛋白質約占8%～20%，小麥面粉中蛋白質含量及面筋蛋白質量對面團的流變學特性和面包制作品質關系密切[1-4]。淀粉約占小麥干質量的75%。小麥淀粉根據其分子結構可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉約占總淀粉含量的20%～25%，支鏈淀粉約占總淀粉含量的75%～80%。面粉糊化特性是反映小麥淀粉品質的重要參考指標，影響饅頭、面條和面包等食品的口感和加工品質。淀粉品質主要是由直、支鏈淀粉含量的多少決定，直鏈淀粉含量低是做日本烏冬面的和中國鮮濕面條的首要條件[5-8]。直鏈淀粉與峰值粘度和衰落值呈負相關，糯小麥中直鏈淀粉含量幾乎為 0，峰值粘度和衰落值明顯高于非糯小麥[9-10]。直鏈淀粉含量與衰落值呈負相關，與回升值呈正相關。直鏈淀粉含量與最終粘度呈正相關，與峰值粘度呈負相關[11-13]。在選育優質小麥品種中，面粉糊化特性是對后代篩選中的重要指標。小麥淀粉的組成和數量決定了食品的口感品質和加工品質。蛋白質和淀粉組分都會在一定程度上影響面粉的糊化特性。然而，針對特殊食品的特殊要求，利用高代育種品系，進行蛋白質、濕面筋、面筋指數和淀粉組分與面粉糊化特性的相關研究不多。本試驗利用小麥高代育種品系研究了蛋白質和淀粉組分與面粉糊化特性的相關關系，明確蛋白質含量和質量對淀粉組分和面粉糊化特性參數的相關性，為選育特殊食品需求的多品質指標協調的專用小麥品種提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗樣品

100份小麥高代育種品系：山東農業大學小麥品質育種研究室培育。

1.1.2 試驗設備

實驗磨（Brabender Senior）、粉質儀（JCHZL350型）：德國布萊本德公司；近紅外分析儀（DA7200型）、面筋洗滌儀（2200型）：瑞典Perten公司；快速粘度分析儀（Newport型）：澳大利亞；紫外分光光度計（UV-9000S型）：上海元析儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗材料于 2018—2019年種植于山東農業大學試驗站，每個材料種植長10 m，寬1.6 m，田間管理同一般大田，成熟后，奧地利小區收割機集中收獲，統一晾曬，采用德國 Brabender Senior實驗磨按照 AACC26—21A方法制粉，室溫存放備測。2019—2020年進行蛋白質、淀粉組分和面粉糊化特性等測定分析。

1.2.2 品質參數測定

蛋白質測定：近紅外分析儀測定；

濕面筋測定：用面筋洗滌儀，按GB/T14608—1993測定；面筋指數：按LS/T 6102—1995測定。

淀粉組分測定：參照汪連愛方法，選擇直、支鏈淀粉純品，制備其標準溶液。利用紫外分光光度計。根據紫外分光光度計對直、支鏈淀粉標準溶液光譜掃描結果，選定直鏈、支鏈淀粉的測定波長、參比波長分別選定為632、471、553、740 nm。

面粉糊化特性：利用快速黏度儀（Rapid viscoanalyser,RVA）進行測定。

1.3 數據處理

采用SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 小麥高代育種品系的蛋白質、淀粉組分和面粉糊化特性參數表型分析

高代品系材料的面粉品質參數表型和變異系數分析見表 1。由表 1可知，測定的高代品系中蛋白質含量、濕面筋含量、面筋指數、面粉中直鏈淀粉含量、支鏈/直鏈淀粉含量以及粉質參數和面粉糊化特性變幅均較大。其中蛋白質含量、濕面筋、面筋指數變異范圍分別為12.23%～16.20%、25.40%～44.33%、15～98。從變異系數分析，面筋指數的變異系數較大，蛋白質含量變異系數最小。說明面筋指數具有較大的改良潛力，而蛋白質含量改良潛力相對較小。粉質參數中面粉吸水率是面粉廠和食品加工企業非常重視的一項指標，直接影響加工效益，本研究測定品系中其變幅11.5%，變幅為58.1%～69.6%。有一定的變異空間，但變異系數為 0.04，改良潛力不大；形成時間、穩定時間和粉質質量數均具有很大的變異系數，分別為0.72、0.50和0.61。反應了這三項指標具有大的改良潛力，我國小麥多年來注重產量而忽視了品質改良，生產上缺乏優質強筋和弱筋小麥，通過粉質參數的改良是有效的途徑之一。面粉淀粉組分變異系數在 0.12～0.23之間，其中支鏈/直鏈淀粉變異系數相對較大。淀粉糊化參數中，衰落值變異系數最大（0.23），糊化溫度變異系數最小（0.05），在所有測定參數中變異系數最小，說明該參數幾乎沒有改良潛力。由此可知，高代品系中能夠選育出品質優良的品系。從面粉主要參數分布圖分析（圖 1），蛋白質含量主要集中在12.6%～14.5%之間。偏度 0.587，峰度–0.104，概率分布呈現右偏。面筋含量分布主要集中在31%～38%之間。出現頻率最高的面筋含量是 34%，其偏度為0.061，峰度為–0.464，分布呈現正態分布，出現概率對均勻的分布在平均值兩側。面團穩定時間分布圖呈現右偏，偏度為 0.319，峰度為0.679，呈現非正態分布。說明所測定品系面團穩定時間集中在2～8 min，超過10 min的小麥品系偏少，超過20 min的僅有7個，占總數的7%，說明新品系大多為中筋品系，但也篩選到了超強筋新品系，如WDP77、WDP2和山農102、山農116-8等，為超強筋新品種培育提供了參考。從峰值粘度分布圖分析，其偏度為 5.44，峰度為42.5，呈現明顯的右偏分布。出現了幾個低峰值粘度的新品系，這幾個品系表現出和普通小麥品種特異的峰值粘度，可以作為特異淀粉糊化新材料進行特殊用途使用。

圖1 小麥高代育種品系面粉的主要品質參數分布圖Fig.1 Distribution of main quality parameters of wheat flour from advanced breeding lines

2.2 小麥高代育種品系蛋白質含量與淀粉組分的相關性分析

小麥高代育種品系蛋白質含量和濕面筋含量與面粉中直、支鏈淀粉含量和總淀粉含量均呈負相關，相關系數較低（表2），均未達到顯著水平，說明蛋白質數量、質量的改良和淀粉數量、組分的改良存在一定的負相關關系，但負相關關系可以協調改良。面筋指數與面粉中淀粉組分呈正相關（表2）。此外，小麥中蛋白質含量與濕面筋含量呈現顯著正相關關系，相關系數為0.741（P<0.01），因為面筋的主要成分是谷蛋白和醇溶蛋白，蛋白含量的增加可以增加面筋含量，兩者的改良趨勢和方向是一致的，這也完全符合邏輯推理。濕面筋含量與面筋指數呈極顯著負相關，相關系數為–0.435（P<0.01），說明面筋數量和質量的改良存在顯著的負相關矛盾，在面筋改良時需要充分考慮其負相關性，即面筋質量和數量的協同改良存在一定的難度。小麥灰分含量與直鏈淀粉含量呈正相關，與支鏈淀粉含量負相關，相關度均較低（表2）。灰分含量與濕面筋含量呈極顯著正相關，相關系數為0.455（P<0.01），達到顯著正相關。

表2 小麥高代育種品系蛋白質含量與淀粉組分的相關性分析Table 2 Correlation analysis between protein content and starch components in flour of advanced breeding lines %

2.3 小麥高代育種品系蛋白質、淀粉含量與面粉糊化特性的相關性分析

小麥高代育種品系蛋白質含量和濕面筋含量與峰值粘度、低谷粘度和衰落值呈正相關，但相關度較低，與最終粘度和反彈值均呈負相關，分別為–0.039，–0.141，–0.047，–0.119（表 3），均未達到顯著水平，說明蛋白質含量和面筋含量對淀粉糊化特性影響很小。直鏈淀粉含量與峰值粘度呈顯著負相關，相關系數為–0.214（P<0.05），與衰落值呈極顯著負相關，相關系數為–0.322（P<0.01）。可見直鏈淀粉對淀粉糊化特性具有直接的影響，主要影響峰值粘度和衰落值。分析發現支鏈淀粉含量主要影響低谷粘度，與低谷粘度呈極顯著正相關，相關系數為 0.324（P<0.01）。總淀粉含量與低谷粘度呈顯著正相關，與衰落值呈顯著負相關，相關系數分別為 0.255和–0.258（P<0.05）（表 3）總淀粉含量與淀粉糊化特性產生的影響淀粉組分的影響，取決于兩種組分的比例。小麥灰分含量與面粉糊化特性相關參數均呈負相關且相關度較高。其中灰分含量與峰值黏度呈極顯著負相關，相關系數為 0.263（P<0.01），與低谷粘度和最終粘度呈顯著負相關，相關系數分別為 0.230和 0.233（P<0.05），與其他糊化特性參數不顯著（表3），可見小麥灰分是影響淀粉糊化特性的主要因素，在品種改良中應該予以關注。

表3 小麥高代育種品系蛋白質、淀粉含量與面粉糊化特性的相關分析Table 3 Correlation analysis between protein and starch content and flour gelatinization characteristics of advanced breeding lines %

2.4 小麥高代育種品系蛋白質、淀粉相關指標與粉質參數相關性分析

小麥高代育種品系蛋白質與粉質參數相關性較高，其中蛋白質含量與吸水率呈極顯著正相關，相關系數為 0.310（P<0.01），與其他粉質參數不顯著。濕面筋含量與穩定時間、粉質質量數和形成時間均呈極顯著和顯著負相關，相關系數分別為–0.288，–0.275（P<0.01）和–0.210（P<0.05），與吸水率呈極顯著正相關，相關系數為0.261（P<0.01）。面筋指數與吸水率呈極顯著負相關，相關系數為–0.366（P<0.01），與其他粉質參數均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.687，0.522，0.662（P<0.01）（表4）。結果表明，小麥蛋白質數量、質量的改良是錯綜復雜的，難以通過單一指標實現綜合加工指標的改良，需用統籌協調。小麥淀粉相關指標與粉質參數相關性較低，其中直、支鏈淀粉和總淀粉含量與吸水率均呈負相關，相關系數分別為–0.164，–0.111，–0.143，與其他粉質參數均呈正相關且均不顯著。結果表明，淀粉和蛋白質的品質改良相關性相對較小，易于實現協調和協同改良。

表4 小麥高代育種品系蛋白質、淀粉相關指標與粉質參數相關性分析Table 4 Correlation analysis of protein,starch related indexes and farinogram parameters of advanced breeding lines %

2.5 小麥高代育種品系粉質參數與面粉糊化特性的相關性分析

小麥高代育種品系粉質參數與面粉糊化特性的相關性較高，其中吸水率與峰值粘度、反彈值和衰落值均呈顯著和極顯著負相關，相關系數分別為–0.236，–0.201和–0.370，與低谷粘度和糊化溫度均呈負相關，但相關系數較低。粉質參數中穩定時間與低谷黏度呈顯著正相關，相關系數為0.214（P<0.05），與糊化溫度呈顯著負相關，相關系數為–0.233（P<0.05）。形成時間與峰值粘度、低谷粘度和最終粘度呈極顯著和顯著正相關，相關系數分別為 0.289、0.280（P<0.01）和 0.220（P<0.05），與其他糊化特性參數不顯著。粉質質量數與峰值粘度、衰落值和最終粘度均呈顯著正相關，相關系數分別為 0.253、0.220和 0.218（表 5）。總體上分析，面團穩定時間、形成時間與糊化粘度參數呈正向相關，而與糊化溫度呈現負相關，說明隨之面筋強度的增加，會增加面粉糊化粘度，但會微弱降低糊化溫度。面粉吸水率與淀粉糊化參數整體呈現負相關。

表5 小麥高代育種品系粉質參數和淀粉糊化特性相關性分析Table 5 Correlation analysis between farinogram parameters and starch gelatinization characteristics of advanced breeding lines

3 討論

3.1 小麥品質的改良潛力

通過研究發現面筋指數具有較大的改良潛力，而蛋白質含量改良潛力相對較小。本研究測定的小麥高代育種品系面團吸水率變幅11.5%，有一定的變異空間，但變異系數為 0.04，改良潛力不大；形成時間、穩定時間和粉質質量數均具有大的改良潛力，通過粉質參數的改良是有效的途徑。面粉淀粉組分中支鏈/直鏈淀粉變異系數相對較大；淀粉糊化參數中衰落值改良潛力大而糊化溫度幾乎沒有改良潛力。通過測定分析說明目前育種新品系大多為中筋品系，同時也篩選到了超強筋新品系，如WDP77、WDP2和山農102、山農 116-8等，為超強筋新品種培育提供了參考，同時在新的品系篩選出了特異淀粉糊化新材料可以進行特殊用途研究使用。

3.2 小麥高代育種品系蛋白質含量與淀粉組分相關性分析

由蛋白質、濕面筋含量與淀粉組分的相關關系來看，蛋白質和濕面筋與淀粉組分存在負相關的關系，但無顯著相關性。張業倫等[14]研究發現小麥籽粒硬度和蛋白質含量與直、支鏈淀粉無顯著相關性，與本研究結論一致。在制作面食制品時，面筋能夠形成網狀結構以此來增強食品的質構特性和拉伸性能。面食制品的質構、剪切、拉伸性能與小麥的蛋白質含量正相關，與淀粉含量負相關關系[13]。本研究發現蛋白質含量和濕面筋含量呈極顯著負相關，這與趙鵬濤等[15]研究結果一致。前人研究表明，蛋白質和濕面筋含量是影響面團吸水率、穩定時間的重要因素，與最大拉伸阻力、延展性呈顯著正相關[15-16]。蛋白質含量和淀粉含量對面團流變學特性均有顯著影響。本研究表明小麥高代育種品系面筋數量和質量的改良存在顯著的負相關矛盾，在面筋改良時需要充分考慮其負相關關系，需要協調面筋質量和數量的同時改良。

3.3 小麥高代育種品系蛋白質、淀粉含量與面粉糊化特性相關性分析

本研究發現小麥高代育種品系蛋白質和濕面筋含量與面粉糊化特性中峰值粘度、低谷粘度和衰落值均是正相關，與最終粘度、反彈值是負相關。李淦等研究發現，在171份小麥種質資源中，蛋白質含量與峰值粘度、低谷粘度和衰落值均是正相關，與最終粘度、反彈值是負相關，這與本研究結果相符[17]。蛋白質作為小麥的主要成分，對淀粉的糊化特性具有重要影響，蛋白質和淀粉含量的多少影響食品的口感和質構[9,12]。面筋蛋白質通過淀粉交互作用顯著影響糊化特性[18]。本研究認為淀粉和蛋白質的品質改良相關性相對較小，易于實現協同改良。

3.4 小麥高代育種品系淀粉組分、灰分與面粉糊化特性相關性

淀粉是糊化特性的決定要素。本研究發現小麥高代育種品系面粉中直鏈淀粉含量與面粉糊化特性中峰值粘度和衰落值顯著負相關，而支鏈淀粉含量與低谷粘度顯著相關，與峰值粘度正相關。面粉中直鏈淀粉含量對面粉的糊化特性影響非常重要，同時也影響面食制品的加工品質。一些研究表明，糯小麥幾乎不含直鏈淀粉，添加20%的糯小麥可以改良面食制品的口感和產品貨架期[12,19]。中國優質白鹽面條直鏈淀粉含量在22%左右，高直鏈淀粉含量對導致饅頭體積減小，面團彈性降低，口感變差[8]。所以在小麥高代品系選擇中要選擇低直鏈淀粉品系。另外，本研究發現小麥高代育種品系灰分含量與面粉糊化特性相關參數均呈負相關且相關度較高，是影響淀粉糊化特性的主要因素，在品種改良中應該給予關注。