小麦蛋白质品质研究进展

　青海农林科技・专　题　综　述・2001年第4期

小麦蛋白质品质研究进展

车永和,马晓岗

(青海省农林科学院作物所,　青海　西宁　810016)

摘　要:小麦是人类重要的蛋白质来源。小麦蛋白质对小麦营养品质和加工特性都有非常重要的影响,它是小麦国际贸易和品质评价中的基本指标。本文就小麦蛋白质品质的蛋白质含量、蛋白质质量、麦谷蛋白和麦醇溶蛋白、面筋含量和质量、沉淀值等有关蛋白质品质的几个主要方面研究情况进行了综述和讨论,以期为小麦品质育种提供参考。

关键词:小麦;蛋白质;品质

中图分类号:S152.1+233 文献标识码:A　文章编号:100429967(2001)0420023203

小麦是人类重要的蛋白质来源(约占总谷物蛋白质的38.4%),它提供着世界约35%人口的主要食物,小麦品种的品质水平状况,不仅是小麦商品粮的品质基础,也是专用面粉生产和食品加工企业生产优质食品的重要物质基础,小麦产量和品质的多少与优劣,直接关系到人类食物的满足程度和生产水平的提高,影响着人类的营养平衡。小麦蛋白质品质对小麦营养品质和加工特性都有非常重要的影响,是小麦国际贸易和品质评价中的基本指标,也是目前研究最为广泛和深入的小麦品质指标。本文就小麦有关蛋白质品质的几个主要方面的研究做一综述,以期为小麦品质育种研究工作提供参考。

1　蛋白质含量

小麦籽粒蛋白质含量与湿面筋含量具有很好的相关性,与加工品质密切相关。不同用途的小麦面粉对小麦蛋白质含量要求不同,对馒头小麦品种的面粉粗蛋白含量一般要求以高于12.5±1%为宜〔1〕;中国面条(加碱黄色面条)一般要求小麦中蛋白质与淀粉的含量与质量,以及小麦的各种品质指标都要适中,过高、过低都不行(M iskelly,1989)〔2〕。黄东印(1990)指出,面粉蛋白质含量与干面条断裂强度呈极显著正相关,林作楫(1994)〔3〕研究也发现,蛋白质含量不仅与煮面强度高度相关,而且与煮熟面条的外观表现和总评价值呈显著负相关。因此,一般认为中国面条适宜的蛋白质含量应为中等,即12%～13%左右;小麦蛋白质含量在8%～20%范围内,蛋白质含量与面包体积呈线性关系,烘烤品质较好(尹应哲,1990;李志西等,1998)。

据李鸿恩〔4〕(1995)对我国小麦种质资源品质现状分析来看,蛋白质平均含量为15.10%,变异幅度为7.50%～28.90%。我国首批面包小麦品种蛋白质含量为14.64%～18.61%〔5〕。我国冬小麦蛋白质含量高于春小麦,晚熟品种高于早熟品种。蛋白质含量还存在地域差异,我国北方品种高于南方品种,北方小麦基本上呈现为连片的高蛋白含量区〔4〕。一般情况下,蛋白质含量除受基因型作用外,很大程度上取决于环境条件,尤其是肥力影响。成熟前15d 是温度影响蛋白质含量的关键时期(Smika等,1973; Blumenhal等,1993;Ciaff等,1996)。降雨不利于蛋白质的积累,长日照对小麦籽粒蛋白质的形成和积累是有利的〔4〕。

2　蛋白质质量

蛋白质质量决定着小麦的食品加工品质(K osm olak等,1980;Lagudah等,1987)。清蛋白和球蛋白约占蛋白的10%,主要存在于糊粉层、胚和种皮中,是可溶性蛋白。许多研究结果表明,清蛋白氨基酸组成比较平衡,特别是赖氨酸、色氨酸和蛋氨酸含量较高,但清蛋白与谷蛋白、干面筋含量、面包体积、面包评分呈显著或极显著负相关,与拉伸长度呈显著负相关。小麦制粉后,保留在面粉中的蛋白质主要是醇溶蛋白和谷蛋白,因此,清蛋白和球蛋白营养价值虽高,但对蛋白质的加工品质作用微小。

醇溶蛋白和谷蛋白为贮藏蛋白质,是组成面筋的主要成分,约占小麦籽粒蛋白质的80%左右,二者的数量和比例关系决定着面筋质量,醇溶蛋白约占蛋白质总量的40%～50%,富有粘性、延展性和膨胀性。谷蛋白约占小麦蛋白质总量的35%～45%,决定面筋的弹性,其在面粉、面筋中的含量多少和质量好坏与面包烘烤品质有关〔6〕。舒卫国(1996)研究认为谷蛋白与面包体积,面包评分呈显著正相关。

小麦中还存在着大量不能被水、盐、乙醇或稀碱溶解的剩余蛋白质〔8〕,剩余蛋白质的数量与面团强度和面包烘烤品质之间存在着很好的正相关关系,对小麦品种品质具有重要影响(赵友梅等,1989)。

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3　麦谷蛋白和麦醇溶蛋白研究

蛋白质品质与表谷蛋白和麦醇溶蛋白分子量分布及其组分的比例关系极为密切,麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的含量,组成互作与面团的弹粘性和延展性密切相关,可以说决定着加工品质的优劣。

小麦贮藏蛋白质组成具有高度的遗传稳定性,品种间的醇溶蛋白和麦谷蛋白电泳图谱存在着明显的差异,且不受环境条件的影响〔9〕。根据醇溶蛋白在酸性条件下的电泳迁移率可将其分为α2、β2、γ2、ω2四种类型。Payne〔10〕(1984)报导,含有γ2醇溶蛋白45带和ω2醇溶蛋白35带的品种,其通心面煮熟品质都好。黄思棣(1988)等发现,面条品质与醇蛋白亚基组成有关。G alterio(1990)发现,通心面煮熟品质与麦谷蛋白/醇溶蛋白的比值有关,并认为其比值应小于1.5;面条品质与低分子量/中分子量麦谷蛋白比值也呈极显著正相关(r=0.96)。

利用S DS聚丙烯酰胺凝胶电泳,可将麦谷蛋白分为高分子量的麦谷蛋白亚基(H MW2G S)和低分子量的麦谷蛋白亚基(LMW2G S)。不同亚基组合的品种的H MW2G S在总蛋白比例没有显著变化,其含量也没有显著差异(Bedo等,1995)H MW2G S组成和质量与烘烤品质关系密切〔5,6,7〕,Payne和Lawrence (1983年)总结了大约300种面包小麦的等位基因顺序,表明在G lu2A1位点有3种等位基因(1,23,null), G lu2B1位点有11种等位基因(编码14种不同的多肽)。在G lu2D,位点有6种等位基因(编码8种不同的多肽)。Paynet等〔9〕(1987年),根据各品种的烘焙表现,比照品种的H MW2G S的存在与否,给予各亚基适当的品质分数,最好的质量亚基是基因对1D5+10(相对于1D2/9+12而言)。烘烤品质的好坏既受H MW2G S的影响,又与LW M2G S有关,两者之间的相互作用对品质的影响非常明显。研究表明,面包小麦品种都含有1A染色体控制的1或23亚基,多数品种含有1D染色体控制的5+10亚基,部分品种含1B染色体控制约17+18或13+18或7+8亚基,这些亚基组合对烘烤品质具有重要的正效应。

H MW2G S组分对馒头体积和白度也有一定影响(张春庆等,1993)。

由于贮藏蛋白具有高度异质性和复杂性,需要高效的分离技术,这方面的研究一直受到国内外的高度重视。目前多采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(S DS2 PAGE、A2PAGE)和高效液相色谱(HP LC)分离醇溶蛋白和谷蛋白。采用反相高效液相色谱(RP2HP LC)技术〔11〕可将小麦按其种子醇溶蛋白色谱图上后期洗脱的四个相互排斥的组分峰,把它们分为两类,其中具有A1、A2、A4三个组分峰的品种面筋强度大,烘烤性能好,而只有A3组分峰的品种面筋强度弱,烘烤性能差。近年来,高效毛细管电泳(HPCE)技术、声振和大小排阻高效液相色谱(SE2HP LC)等分离技术得到迅速发展,并已在多肽、蛋白质、核酸等大分子物质的分离分析中发挥了重要作用。最近,HPCE已开始引入谷物贮藏蛋白质分析,并对小麦醇溶蛋白和谷蛋白亚基分离条件、效果及与面包烘烤体积之间的关系作了一定探讨(S ingh等,1990;晏月明, 1998)。

4　面筋含量与质量

面筋是小麦品质的基本因素,小麦面筋主要由醇溶蛋白和谷蛋白组成,醇溶蛋白赋予面筋延展性,而谷蛋白赋予面筋弹性,面筋的特性如何,取决于这两种蛋白的组合。

总体讲,蛋白质含量越高的小麦,其湿面筋含量也高(顾尧臣,1998)。因而,可在品质育种的早代省去面筋含量的测定。瑞典谷物协会研究表明:小麦的湿面筋含量和凯氏法蛋白质含量的相关系数为0.983,湿面筋含量基本代表了小麦蛋白质含量的高低。我国在“十五”国家重点科技项目的研究中,测定的国产小麦湿面筋含量和蛋白质含量的相关系数为0.92。小麦面筋含量与面团吸水率、面团形成时间,面团稳定时间、面包体积、纹理结构等密切相关(D ong等,1992;李志西等,1997)。

面筋的弹性和延展性使面包、馒头、蛋糕等食品保持较大的体积,形状完整,有弹性,食品的这些特性和面筋质量的优劣呈正相关(顾尧臣,1998)。在籽粒化学组分对馒头质量指标影响作用中,影响总评分的是湿面筋、直链淀粉含量(复相关系数为0.528)〔12〕。

面筋的质量通常称为筋力,根据筋力大小可将面粉分为高筋粉,中筋粉和低筋粉。高筋粉适宜烧烤面包,低筋粉适宜制作糕点和饼干,目前使用的面筋质量指标有面团稳定时间,面筋溶胀值和面筋指数。稳定时间和面筋筋力具有很好的相关性,稳定时间越长,面筋筋力越好。

面筋含量一般呈中间遗传,但有时也出现超亲现象,其遗传力中等(李宗智,1991)。S wena认为至少有8个基因控制面筋含量,Nedelea(1974和1976)分析了42个杂交组合的第一至第三代后指出,在决定面筋含量中起最大作用的遗传方式是基因的累加作用。显性是不完全的、单向性的,同低面筋含量相联系。Boyd等(1967)确定,面筋的合成,一部分是由染色体1D决定的,而在A组和B组染色体上也有该基因的重复。面筋含量的一般配合力的效应大,杂种同亲本的面筋含量密切相关。特殊配合力的效应和正反效应都不显著(Nedelea,1976)。

5　沉淀值

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