趙德輝 張 勇 王德森 黃 玲 陳新民 肖永貴 閻 俊 張 艷,* 何中虎,4

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北方冬麥區(qū)新育成優(yōu)質品種的面包和饅頭品質性狀

趙德輝1張 勇1王德森1黃 玲2陳新民1肖永貴1閻 俊3張 艷1,*何中虎1,4

1中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所/國家小麥改良中心, 北京 100081;2濟寧市農(nóng)業(yè)科學研究院, 山農(nóng)濟寧 272031;3中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所, 河南安陽 455000;4CIMMYT中國辦事處, 北京 100081

本研究旨在了解近年北方冬麥區(qū)育成優(yōu)質小麥品種的品質狀況, 為優(yōu)質小麥新品種選育和推廣提供重要信息。2013—2014和2014—2015年度將52份國內及6份國外代表性優(yōu)質品種種植于河北高邑和山東濟寧, 測定粉質儀和拉伸儀參數(shù)及面包和饅頭品質性狀, 并分析蛋白質組分含量對面團流變學特性及面包和饅頭成品品質的影響。結果表明, 大部分參試品種的粉質儀穩(wěn)定時間在7 min以上, 品種間面筋強度、面包和饅頭成品品質均存在顯著差異。CA0493、師欒02-1、12品404、新麥26和Karl 5個品種面包品質好, 其中師欒02-1和Karl的饅頭品質也較好, 可以作為兼用型品種在品質育種中應用。拉伸儀品質特性是反映強筋品種面包品質的重要指標, 建議在進行面包品質改良時, 重視拉伸特性。不溶性谷蛋白聚合體含量與面筋強度和面包品質呈顯著正相關, 可作為品質育種的選種指標。

普通小麥; 品質性狀; 面包品質; 饅頭品質

小麥是我國最重要的糧食作物之一, 高產(chǎn)、優(yōu)質和抗病一直是小麥育種的重要內容[1], 推進農(nóng)業(yè)供給側結構性改革使品質改良再次成為主要育種目標。饅頭和面包約占小麥總消費量的50%, 在機制加工條件下, 二者的品質有類似之處, 主要受籽粒硬度、蛋白質含量及面團流變學特性等因素的影響[2-6]。面團流變學特性包括黏彈性和延展性, 是影響加工品質的主要因素, 通常用粉質儀和拉伸儀進行檢測和評價[7]。

貯藏蛋白是面團流變學特性的物質基礎, 主要由麥谷蛋白和醇溶蛋白組成, 麥谷蛋白賦予面團彈性, 醇溶蛋白賦予面團延展性, 良好的彈性和延展性是制作優(yōu)質面食品的基礎[8-9]。貯藏蛋白亞基組成對面團流變學特性具有重要影響, 通常認為(17+18)、(5+10)、、等亞基對面團流變學特性有較大正向貢獻, 而(20)、(2+12)、、(1BL/1RS易位系)等亞基對面團流變學特性的負向作用明顯[10-11]。醇溶蛋白含量與饅頭總分呈顯著負相關[12],谷蛋白含量與面包總分呈顯著正相關[12], 不溶性谷蛋白聚合體相對含量與和面時間呈顯著正相關[13], 不溶性谷蛋白聚合體含量和相對含量與面包總分呈顯著正相關[14], 貯藏蛋白組分含量是影響面團流變學特性以及饅頭和面包加工品質的另一關鍵因素[15-20]。進一步分析近期育成品種的貯藏蛋白組分含量與面包和饅頭加工品質的關系, 并明確面包和饅頭對面團流變學特性的不同要求, 將有助于加快我國小麥加工品質的改良。

本研究團隊曾對2007年前育成品種的品質特性系統(tǒng)分析, 明確了一些品種的品質狀況, 如藁城8901、濟南17、師欒02-1、濟麥20、豫麥34、鄭麥366等強筋品種的面包品質優(yōu)良, 西農(nóng)979、濟麥19、濟麥20和豫麥34饅頭品質較好, 濟麥20、豫麥34和鄭麥366面條品質較好[12,19-21]。近幾年, 北部和黃淮冬麥區(qū)相繼新育成了一批優(yōu)質品種(品系), 本實驗室前期對其磨粉品質、揉混儀及混合實驗儀參數(shù)、淀粉糊化特性及面條品質分析[22]確認, Sunzell、石優(yōu)17、鄭麥366、中麥895、周麥26、CA1004、石4185等面條品質較好, 但缺乏貯藏蛋白組分含量及面包和饅頭等品質信息。為全面評價其品質特性, 為育種單位和生產(chǎn)企業(yè)提供準確詳細的品種信息, 本研究全面分析了供試材料的面包和饅頭品質狀況及其與面團流變學特性、貯藏蛋白組分含量的關系, 旨在為我國小麥品質改良工作提供信息和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為我國1990—2010年育成的優(yōu)質品種17份(包括優(yōu)質對照品種中優(yōu)206), 2010年以后育成的優(yōu)質品種(系)32份, 美國和澳大利亞代表性優(yōu)質品種6份, 以及高產(chǎn)對照品種3份, 包括山東省和河北省區(qū)域試驗對照品種濟麥22、石4185和本課題組育成的黃淮南片國審品種中麥895 (表1), 關于所選材料及其1BL/1RS易位等具體信息參見孔欣欣等[22]。2013—2014和2014—2015年度分別于山東濟寧和河北高邑種植所有材料, 采用完全隨機區(qū)組設計, 2次重復, 小區(qū)面積6 m2, 行長4.0 m, 6個行區(qū), 行距0.2 m。按當?shù)爻Ｒ?guī)方法進行田間管理。所有樣品均未發(fā)生穗發(fā)芽, 收獲后統(tǒng)一磨粉。

1.2 品質性狀測定

采用單粒谷物特性測試儀(SKCS 4100 Perten Instruments AB, Sweden)測定籽粒硬度, 用近紅外分析儀(Foss 1241, Sweden)測定籽粒蛋白質(14%濕基)和水分含量。根據(jù)籽粒硬度值確定潤麥目標水分, 硬質麥為16.5%, 混合麥為15.5%, 潤麥16~18 h。采用Senior實驗磨(Brabender, Germany)制粉, 出粉率65%左右。分別按AACC 54-21和AACC 54-10方法測定粉質儀和拉伸儀參數(shù)(Brabender, Germany)。

參照澳大利亞面包研究所面團長發(fā)酵法(180 min)制作面包進行品質評價[23], 評價指標包括體積(35)、外部顏色(5)、外形(5)、心色(5)、光滑性(10)、彈性(10)、內部結構(25)和口感(5), 總評分100, ≥80分為好, 70~80分為較好, 60~70分為一般, <60分為較差。該方法的總分顯著低于中國國家標準。參照Chen等[3]方法進行機制饅頭品質評價, 指標包括壓縮張馳性(35)、比容(20)、表皮顏色(10)、外形(10)、光滑性(10)和內部結構(15), 總評分100, ≥80分為較好, 70~80分為一般, <70分為較差。面包和饅頭的感官評價都以對照樣品為標準, 待測樣品與對照比較后得出相應分值。

1.3 貯藏蛋白組分含量分析

參考Larroque等[24]的方法, 采用凝膠排阻超高效液相色譜法(SE-UPLC)測定醇溶蛋白和谷蛋白總量及其比值, 可溶性谷蛋白含量、不溶性谷蛋白聚合體含量及其占谷蛋白總量的百分比(percent SDS- unextractable polymeric protein, %UPP)。

表1 58份小麥品種代號及其面包和饅頭評分

1.4 統(tǒng)計分析

采用SAS 9.0統(tǒng)計分析軟件(Statistical Analysis System, 2003), 調用PROC MEANS進行基本統(tǒng)計量分析。調用PROC CLUSTER程序, 按Ward最小平方和法, 依據(jù)面包和饅頭評分進行聚類分析。調用PROC GLM模型進行方差分析, 基因型為固定效應, 環(huán)境內重復及其相關互作為隨機效應。調用PROC CORR程序進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 品種的品質性狀

方差分析表明, 除饅頭光滑性和內部結構的基因型效應, 谷蛋白、可溶性谷蛋白聚合體含量、面包外部顏色和饅頭內部結構的環(huán)境效應, 谷蛋白、可溶性谷蛋白聚合體含量、不溶性谷蛋白聚合體含量、醇溶蛋白與谷蛋白比值、面包外部顏色和饅頭比容、光滑性、外形、壓縮張弛性、內部結構、總分的基因型×環(huán)境不顯著外, 其他性狀均受基因型、環(huán)境和基因型×環(huán)境效應的顯著影響。蛋白質組分含量、粉質儀和拉伸儀參數(shù)、除外部顏色外的其他面包品質性狀和饅頭比容的基因型效應均遠大于基因型×環(huán)境效應, 表明這些性狀主要受基因型控制; 除比容外的其他饅頭品質性狀的基因型×環(huán)境效應均遠大于基因型效應, 表明饅頭品質同時受基因型和環(huán)境影響, 不同品種的饅頭品質在環(huán)境間變化較大。

基本統(tǒng)計量分析表明, 所有參數(shù)的變異范圍均較大, 品種間變異均大于環(huán)境間變異(表2)。品種間蛋白質組分含量變異范圍較大, 其中可溶性和不溶性谷蛋白聚合體含量變異范圍分別為12.6~43.6 AU和39.5~82.4 AU; 品種間粉質儀形成時間和穩(wěn)定時間變異范圍分別為2.1~22.5 min和1.9~35.6 min, 中優(yōu)206、中麥996、豫麥34、中麥255、12CA25等48個品種的穩(wěn)定時間≥7.0 min, 中麥629、中麥1062、CA1004、農(nóng)大3615、農(nóng)大5363和13CA39共6個品種的穩(wěn)定時間介于3.0~7.0 min, 石4185、濟麥22、中麥895和周麥26的穩(wěn)定時間<3.0 min; 品種間拉伸儀拉伸面積和最大抗延阻力變異范圍分別為38~185 cm2和140~785 BU; 品種間面包和饅頭總分變異范圍分別為45.5~88.1和66.8~89.2。

表2 58份小麥品種品質性狀的平均值及其變異

貯藏蛋白組分含量換算為1×106AU mg–1面粉, 表示為AU。

Protein fraction quantity was shown in 1×106absorbance units of UPLC per mg of flour, abbreviated as AU.

綜上所述, 供試品種大部分達到了中強筋小麥品質要求, 蛋白質組分含量、面團流變學特性、面包和饅頭品質差異均較大。

2.2 面包和饅頭品質聚類

依據(jù)面包和饅頭評分, 在91.9%和95.7%水平將所有品種分別聚為4類和3類, 面包和饅頭品質在類別間均存在顯著差異(表3)。根據(jù)面包品質評分(表1), CA0493、師欒02-1、12品404、新麥26和Karl共5個品種品質好(>80), 中優(yōu)206、中麥629、中麥29、鄭麥366、Sunzell等34個品種的品質較好(70~80), 石優(yōu)17、濟麥23、周麥32等15個品種的品質一般(60~70), 而石4185、濟麥22、中麥895和周麥26品質差(<60)。類別間除外部顏色外, 其他面包品質、拉伸面積和最大抗延阻力存在顯著差異, 其中面包品質好的品種類別的不溶性谷蛋白聚合體含量、形成時間、拉伸面積、延展性和最大抗延阻力均顯著高于面包品質較好、一般和較差的品種類別(表4)。

表3 58份小麥品種面包和饅頭總分聚類分析結果

總分為平均值±標準差, 數(shù)據(jù)后不同字母表示類間有顯著差異(< 0.05)。

Total score was shown in mean ± SD, values followed by different letters are significantly different among groups at< 0.05. PBG: pan bread group; SBG: steamed bread group.

根據(jù)饅頭品質評分(表1), 品質較好的品種(>80)包括中麥998、中麥1062、中麥29、師欒02-1、石優(yōu)20、濟南17、濟麥0860229、鄭5373、12CA29、新麥28、周麥24、Karl等24個, 其穩(wěn)定時間顯著高于饅頭品質一般和較差的品種(表4)。可以看出, 相比饅頭品質, 面包品質受不溶性谷蛋白聚合體含量和拉伸儀參數(shù)影響較大。

綜上分析, 師欒02-1和Karl的面包和饅頭品質均較好, 面包評分分別為82.5和84.8、饅頭評分分別為86.3和83.0, 這2個品種在今后小麥品質育種中可以作為優(yōu)質親本應用。

2.3 蛋白質組分與品質性狀的相關性

由表5可知, 谷蛋白含量與拉伸面積、延展性、最大抗延阻力及面包體積、外形、心色、光滑性、彈性、內部結構、口感和總分呈正相關, 相關系數(shù)0.39~0.60 (0.01); 不溶性谷蛋白聚合體含量與形成時間、穩(wěn)定時間、拉伸面積、最大抗延阻力及上述8個面包品質性狀也呈正相關(圖1), 相關系數(shù)0.44~0.74 (0.01); 醇溶蛋白/谷蛋白比值與穩(wěn)定時間、拉伸面積、最大抗延阻力和除體積外的7個面包品質性狀呈負相關, 相關系數(shù)介于-0.65與-0.48之間(0.05)?？梢? 谷蛋白含量, 尤其是不溶性谷蛋白聚合體含量對穩(wěn)定時間、最大抗延阻力和拉伸面積及面包品質性狀起決定作用; 醇溶蛋白含量對粉質儀和拉伸儀參數(shù)及面包品質性狀影響不大。所有蛋白組分對饅頭品質影響較小。

2.4 面團流變學特性與面包和饅頭品質的相關性

表6表明, 形成時間與面包體積、外形、心色、光滑性、彈性、內部結構、口感和總分呈正相關, 相關系數(shù)為0.50~0.61 (0.01); 穩(wěn)定時間與除體積外的7個面包品質性狀呈正相關, 相關系數(shù)0.39~0.50 (0.01), 小于形成時間與這些參數(shù)的相關系數(shù); 拉伸面積、最大抗延阻力與上述8個面包品質性狀呈正相關(圖2), 相關系數(shù)分別為0.60~0.80和0.51~ 0.72 (0.01); 延展性與除心色外的7個面包品質性狀呈顯著正相關, 其中與面包體積的相關系數(shù)最高(=0.56,0.01)。穩(wěn)定時間與饅頭外形、內部結構和總分呈正相關, 相關系數(shù)0.49~0.62 (0.01); 最大抗延阻力與饅頭外形呈正相關, 相關系數(shù)為0.51 (0.01)?？傊? 面包品質受面團流變學特性影響較大, 其中以拉伸面積影響最大, 延展性對面包體積有較大影響; 饅頭品質受面團流變學特性的影響小于面包品質, 穩(wěn)定時間對饅頭的外形和內部結構有顯著影響。

表4 供試品種類別間的品質性狀

貯藏蛋白組分含量換算為1×106AU mg–1面粉, 表示為AU。數(shù)據(jù)為平均值±標準差, 其后不同字母表示不同類別間有顯著差異(<0.05)。

Protein fraction quantity was shown in 1×106absorbance units of UPLC per mg of flour, abbreviated as AU. Data are shown as mean ± SD, values followed by different letters are significantly different among groups (< 0.05). PBG: pan bread group; SBG: steamed bread group.

表5 蛋白質組分與品質性狀的相關系數(shù)

*和**分別表示0.05、0.01顯著水平。

*and**indicate significance at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. EPP: Extractable polymeric protein; UPP: Unextractable polymeric protein; %UPP: The percent of unextractable polymeric protein.

表6 面團流變學特性與面包和饅頭品質的相關系數(shù)

*和**分別表示0.05和0.01顯著水平。

*and**indicate significance at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

圖1 不溶性谷蛋白聚合體含量與面包品質的關系

圖2 拉伸面積與面包品質的關系

3 討論

本研究中大部分參試品種的粉質儀穩(wěn)定時間在7 min以上, 品種間面包品質存在顯著差異, 5個品種(CA0493、師欒02-1、12品404、新麥26和Karl)的面包品質好, 其中2010年以后育成品種CA0493和12品404的面包光滑性、彈性和內部結構好, 面包評分高, 達到1990—2010年育成的師欒02-1、新麥26及國外優(yōu)質品種Karl的水平。中麥998、中麥629、中麥1062、師欒02-1、新麥28、Karl、Ellison、Sunzell等24個品種饅頭品質較好。楊金等[23]和Zhang等[19]試驗表明, 豫麥34的面包和面條品質較好; 唐建衛(wèi)等[12]報道, 濟麥20的面包、饅頭和面條品質均較好, 鄭麥366的面包和面條品質較好。師欒02-1和Karl具有較好的面包和饅頭品質, 濟麥20的饅頭品質較好, 但面包品質因體積小而表現(xiàn)一般, 可能是本研究與唐建衛(wèi)等[12]的試驗材料有所不同。本研究還表明, Sunzell的面包和饅頭品質均較好。據(jù)報道, 該品種的面條品質較好[22]。因此, Sunzell為面包、饅頭和面條兼用型品種, 可在品質育種中作為親本應用。

在本研究中, 拉伸面積、最大抗延阻力在面包品質好、較好、一般和較差類別間存在顯著差異, 而延展性在好和較好類別間存在顯著差異。穩(wěn)定時間反映面團的筋力強弱, 但對于強筋品種來說, 拉伸特性才是影響面包品質的關鍵因素。因此, 建議在針對強筋品種進行面包品質改良時, 品質評價指標不應過度依賴粉質儀穩(wěn)定時間, 還應重視拉伸儀品質參數(shù)的作用。

與唐建衛(wèi)等[12]的試驗結果相類似, 本研究也發(fā)現(xiàn)蛋白質組分含量對面筋品質、面包和饅頭成品品質的影響不同, 其中谷蛋白含量對面筋品質參數(shù)穩(wěn)定時間、最大抗延阻力和拉伸面積、面包評分呈顯著正相關, 以不溶性谷蛋白聚合體含量影響較大。鑒于蛋白質組分含量分析所需樣品用量極少(約100 mg), 自動化程度高, 每天可測定50個樣品, 因此認為, 蛋白質組分含量分析可在品質育種中發(fā)揮一定的作用。

本研究發(fā)現(xiàn), 蛋白組分對饅頭品質影響很小, 穩(wěn)定時間對饅頭的外形和內部結構有一定影響。這一結果與前人報道不盡相同, 這可能是參試品種及其類型差異造成的。Zhang等[20]采用以中弱筋品種為主的試驗材料, 發(fā)現(xiàn)最大抗延阻力和不溶性谷蛋白聚合體百分含量與饅頭評分呈極顯著正相關; 增加蛋白組分含量和面筋強度可以提高饅頭品質, 在制作過程中饅頭不易出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象。而本研究的大部分材料屬中強筋品種, 蛋白組分含量和面筋品質達到機制饅頭要求, 48個中強筋品種中有28個在制作過程中出現(xiàn)不同程度的皺縮, 嚴重影響?zhàn)z頭品質及其評分。影響?zhàn)z頭皺縮的因素較復雜, 可能的原因是品種間面筋蛋白結構不同, 具體原因尚需進一步研究。

4 結論

CA0493、師欒02-1、12品404、新麥26和Karl的面包品質好, 其中師欒02-1和Karl的饅頭品質也較好, 可以作為兼用型品種在今后的品質育種中作為親本應用。本研究表明, 拉伸特性是評價強筋品種面包品質的關鍵因素。

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Pan Bread and Steamed Bread Qualities of Novel-Released Cultivars in Northern Winter Wheat Region of China

ZHAO De-Hui1, Zhang Yong1, WANG De-Sen1, HUANG Ling2, CHEN Xin-Min1, XIAO Yong-Gui1, YAN Jun3, ZHANG Yan1,*, and HE Zhong-Hu1,4

1Institute of Crop Science / National Wheat Improvement Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), Beijing 100081, China;2Jining Academy of Agricultural Sciences, Jining 272031, Shandong, China;3Cotton Research Institute, CAAS, Anyang 455000, Henan, China;4CIMMYT-China Office, c/o CAAS, Beijing 100081, China

This study aimed at understanding the quality characters of newly released winter wheat cultivars and providing essential data to wheat breeding. Fifty-two improved cultivars from the Northern Winter Wheat Region of China, together with six exotic cultivars with high pan bread quality, were planted Gaoyi of Hebei province and Jining of Shandong province in the 2013–2014 and 2014–2015 cropping seasons to investigate Farinograph and Extensograph parameters, pan bread and steamed bread qualities, and their associations with the quantity of protein fractions. Most cultivars were characterized with strong gluten and Farinograph stability > 7 min. Large variations were observed in gluten strength and processing qualities of pan bread and steamed bread. Five cultivars, CA0493, Shiluan 02-1, 12-Pin-404, Xinmai 26, and Karl, had good pan bread quality. Shiluan 02-1 and Karl also had good steamed bread quality, suggesting that they can be used in quality breeding with dual purposes. Extensograph parameters, especially extensibility, play an important role in determining pan bread quality of strong-gluten wheat. SDS-unextractable polymeric protein content is an efficient parameter to screen pan bread quality because of its positive correlations with gluten and pan bread qualities (< 0.05).

; quality characteristics; pan bread quality; steamed bread quality

2017-09-04;

2018-01-08;

2018-01-29.

10.3724/SP.J.1006.2018.00697

本研究由國家自然科學基金項目(31371623), 國家國際合作專項(2016YFE0108600), 中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項(1610092016101)和中國農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程項目資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31371623), the International S&T Cooperation Program of China (2016YFE0108600) the core budget of the Nonprofit Governmental Research Institution (1610092016101), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program of CAAS.

張艷, E-mail: zhangyan07@caas.cn, Tel: 010-82108741

E-mail: zhaodehuizdh@163.com, Tel: 010-82108564

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180128.2016.010.html