李 曼 張 曉 劉大同 江 偉 高德榮 張 勇
(1 江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 揚(yáng)州 225007; 2揚(yáng)州大學(xué)/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 揚(yáng)州 225009)
弱筋小麥具有籽粒硬度低,筋力弱,面粉顆粒度小,淀粉破損少,吸水率低等特點(diǎn),是加工優(yōu)質(zhì)餅干、糕點(diǎn)的主要原料[1]。當(dāng)前我國(guó)餅干糕點(diǎn)行業(yè)一直保持快速發(fā)展勢(shì)頭,據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),餅干和糕點(diǎn)產(chǎn)量均以年均20%以上的速度遞增[2],與此相適應(yīng),優(yōu)質(zhì)弱筋小麥需求量也持續(xù)增加[3]。上世紀(jì)90年代我國(guó)弱筋小麥育種才開(kāi)始起步[4],弱筋小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)方法和體系研究相對(duì)滯后。因此,研究確定優(yōu)質(zhì)弱筋小麥關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo),建立完善的弱筋小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)體系,對(duì)指導(dǎo)我國(guó)弱筋小麥品質(zhì)育種,培育滿足面粉和食品加工企業(yè)要求的優(yōu)質(zhì)弱筋小麥,增強(qiáng)弱筋小麥的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和迫切性。
多項(xiàng)研究表明,小麥蛋白質(zhì)含量[5-6]、硬度[7-8]、濕面筋含量[5,9-10]等均與餅干品質(zhì)顯著相關(guān)。陳滿峰[11]研究表明籽粒蛋白質(zhì)含量與餅干品質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān),但張岐軍等[12]研究表明籽粒蛋白質(zhì)含量與餅干直徑的相關(guān)系數(shù)偏小。Gaines[8]研究表明胚乳質(zhì)較軟的軟麥面粉制作的餅干直徑較大,籽粒硬度與餅干直徑呈極顯著負(fù)相關(guān),吳宏亞[13]研究報(bào)道籽粒硬度與餅干品質(zhì)密切相關(guān),但Zhang 等[14]和張平平等[15]研究表明籽粒硬度與餅干品質(zhì)無(wú)顯著相關(guān)性。李蓓蓓[16]研究報(bào)道面粉濕面筋含量和餅干品質(zhì)呈負(fù)相關(guān),張岐軍[12]研究報(bào)道面粉濕面筋含量與餅干品質(zhì)顯著正相關(guān)。陳滿峰[11]與吳宏亞[13]研究表明面粉4 種溶劑保持力(solvent retention capacity,SRC)與餅干品質(zhì)均顯著相關(guān),但李蓓蓓等[16]與馬文慧[17]研究表明面粉乳酸SRC 與餅干品質(zhì)無(wú)顯著相關(guān)性。張平平等[15]、李蓓蓓等[16]和吳宏亞等[18]研究均表明餅干品質(zhì)與面團(tuán)粉質(zhì)儀吸水率有顯著相關(guān)性,張岐軍等[12]研究表明餅干品質(zhì)與面團(tuán)粉質(zhì)儀參數(shù)的相關(guān)性較小,但與面團(tuán)吹泡儀參數(shù)具有顯著相關(guān)性。前人雖進(jìn)行了弱筋小麥品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)研究但研究結(jié)果存在較大差異,且多為一年試驗(yàn),仍需對(duì)弱筋小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)研究。
國(guó)標(biāo)(GB/T 17893-1999[19])以蛋白質(zhì)含量≤11.5%、濕面筋含量≤22%、穩(wěn)定時(shí)間≤2.5 min 評(píng)價(jià)弱筋小麥。前人通過(guò)多環(huán)境試驗(yàn)認(rèn)為,小麥蛋白質(zhì)、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間均表現(xiàn)為環(huán)境效應(yīng)大于基因型效應(yīng)[20-21]。試驗(yàn)積累中發(fā)現(xiàn),弱筋小麥和中筋小麥的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間差異不大。張平平等[22]研究發(fā)現(xiàn),江蘇淮南麥區(qū)15 份優(yōu)質(zhì)軟麥品種(系)的蛋白質(zhì)含量、穩(wěn)定時(shí)間均達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際生產(chǎn)中某些中強(qiáng)筋品種反而能達(dá)到弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)有國(guó)標(biāo)不能很好地區(qū)分弱筋和中筋小麥。揚(yáng)麥系列小麥品種一直是長(zhǎng)江中下游麥區(qū)的主體品種,覆蓋率為1/3~1/2[23]。本研究以揚(yáng)麥系列9 個(gè)弱筋品種為研究材料,連續(xù)進(jìn)行4年種植試驗(yàn),測(cè)定其籽粒品質(zhì)、面粉理化品質(zhì)、面團(tuán)流變學(xué)特性和餅干品質(zhì),以期確定評(píng)價(jià)弱筋小麥品質(zhì)的核心指標(biāo),完善優(yōu)質(zhì)弱筋專用小麥品質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,并以此為基礎(chǔ)篩選優(yōu)質(zhì)弱筋小麥品種,為弱筋小麥品種培育和生產(chǎn)提供支撐。
試驗(yàn)供試材料均為長(zhǎng)江中下游麥區(qū)生產(chǎn)上推廣應(yīng)用的弱筋小麥品種,包括揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥15、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥19、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥21、揚(yáng)麥22、揚(yáng)麥24。
MLU-202 型磨粉機(jī),瑞典Buhler 公司;DA7200 近紅外儀,SKCS-4100 單粒谷物特性測(cè)定儀,2200 型面筋洗滌儀,瑞典Perten 儀器公司;常量吹泡示供儀,法國(guó)Chopin 公司; 810108 型電子型粉質(zhì)儀,德國(guó)Brabender 食品儀器有限公司。
試驗(yàn)于2016—2019 共4 個(gè)年度在江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所萬(wàn)福試驗(yàn)基地(119°26′E、32°24′N)進(jìn)行,前茬為水稻,土壤為砂壤土,0~20 cm 土層硝態(tài)氮28.29 mg·kg-1,銨態(tài)氮1.57 mg·kg-1,速效磷11.67 mg·kg-1,速效鉀46.20 mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)21.05 g·kg-1。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)供試品種2 次重復(fù),小區(qū)面積6.67 m2,機(jī)械條播。播期11月2日左右,基本苗225 萬(wàn)·hm-2。田間管理與大田生產(chǎn)一致,生長(zhǎng)期間未遭受自然災(zāi)害,正常成熟,按小區(qū)單獨(dú)機(jī)械收獲脫粒,人工晾曬除雜后入庫(kù),在自然溫度下貯藏3 個(gè)月后統(tǒng)一磨粉。
籽粒蛋白質(zhì)含量:采用近紅外儀按照AACC39-10[24]測(cè)定。
籽粒硬度指數(shù):采用單粒谷物特性測(cè)定儀測(cè)定。硬度指數(shù)是無(wú)量綱單位,一般硬度大于60 為硬質(zhì),45~60 為混合麥,小于45 為軟質(zhì)。
制粉:采用磨粉機(jī)磨粉,根據(jù)籽粒硬度,將小麥籽粒含水量分別調(diào)整至14%~15%,潤(rùn)麥18~20 h,參照AACC26-20[24]方法磨粉。面粉室溫放置兩周進(jìn)行后熟再試驗(yàn)。
微量SDS(sodium dodecyl sulfate)沉淀值:參照張曉等[25]方法測(cè)定。
面筋儀參數(shù):利用面筋洗滌儀按照AACC38-12[24]測(cè)定濕面筋含量和面筋指數(shù)。
溶劑保持力(SRC):按照AACC56-11[24]方法測(cè)定水SRC、碳酸鈉SRC、乳酸SRC 和蔗糖SRC。
吹泡儀參數(shù):采用吹泡儀按照AACC54-21[24]方法測(cè)定彈性(P 值)、延伸性(L 值)和彈性/延伸性(P/L 值)。
粉質(zhì)儀參數(shù):電子型粉質(zhì)儀按照AACC54-21[24]方法測(cè)定吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度和粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)。
根據(jù)AACC10-52[24]方法修正制作曲奇餅干,并測(cè)定餅干直徑和厚度。
采用IBM SPSS Statistics22 軟件進(jìn)行方差分析、基本統(tǒng)計(jì)分析、性狀間相關(guān)性分析,數(shù)據(jù)以平均值列出。
由表1 可知,供試品種的大部分品質(zhì)性狀的基因型和環(huán)境效應(yīng)均達(dá)顯著或極顯著水平,受基因型和環(huán)境共同影響。除面團(tuán)形成時(shí)間外,其他品質(zhì)性狀均受基因型極顯著影響。僅面粉沉淀值與面團(tuán)吹泡儀L值在環(huán)境間差異不顯著,面團(tuán)吹泡儀P/L 值在環(huán)境間差異顯著,其他品質(zhì)性狀均受環(huán)境極顯著影響。供試品種僅濕面筋含量、吹泡儀P 值、吹泡儀P/L 值在區(qū)組間差異達(dá)顯著或極顯著水平,其他品質(zhì)性狀在區(qū)組間均差異不顯著。
表1 供試品種品質(zhì)性狀方差分析結(jié)果Table 1 Results of variation analysis of wheat quality traits
由表2 可知,揚(yáng)麥13 籽粒蛋白質(zhì)含量顯著高于其他品種,除揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥19 外其余品種間差異不顯著,僅揚(yáng)麥15 和揚(yáng)麥24 籽粒蛋白質(zhì)含量符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17893-1999[19])。揚(yáng)麥22 和揚(yáng)麥20 籽粒硬度顯著高于其他品種,揚(yáng)麥24 籽粒與揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥19 無(wú)顯著差異,但與揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥21、揚(yáng)麥20和揚(yáng)麥22 呈顯著差異。揚(yáng)麥13 濕面筋含量與其他品種呈顯著差異,其他品種間差異不顯著;揚(yáng)麥15 和揚(yáng)麥24 濕面筋含量低于22%,符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[19]。揚(yáng)麥13 面筋指數(shù)顯著低于其他品種,揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥21、揚(yáng)麥22、揚(yáng)麥9 號(hào)間面筋指數(shù)無(wú)顯著差異,但與揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥24 差異顯著。揚(yáng)麥13 水SRC 顯著低于其他品種,揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥19 水SRC 與其他品種呈顯著差異,其余品種間差異不顯著。
表2 供試品種籽粒及面粉理化品質(zhì)Table 2 Physicochemical quality of the grain and flour of tested varieties
由表3 可知,揚(yáng)麥13 吹泡儀P 值顯著低于其他品種,除揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥19 外其他品種間無(wú)顯著差異。在吸水率上,僅揚(yáng)麥9 號(hào)與揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥21、揚(yáng)麥22 呈顯著差異,除揚(yáng)麥9 號(hào)外其余品種間差異不顯著。在形成時(shí)間上,除揚(yáng)麥15 外其余品種間差異不顯著。在穩(wěn)定時(shí)間上,除揚(yáng)麥24 和揚(yáng)麥15外其余品種間差異不顯著,僅揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥19、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥22 的穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(<2.5 min[19])。揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥22、揚(yáng)麥19、揚(yáng)麥20 間弱化度差異不顯著,顯著高于揚(yáng)麥15 和揚(yáng)麥24。粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)上,揚(yáng)麥15 顯著高于其他品種,除揚(yáng)麥15 和揚(yáng)麥24 外其他品種間差異不顯著。揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥19、揚(yáng)麥13 間直徑/厚度差異不顯著,但顯著高于其他品種。
表3 供試品種面團(tuán)流變學(xué)特性及餅干加工品質(zhì)Table 3 Rheological properties of the dough and cookie quality of tested varieties
綜上,供試品種的籽粒硬度、面筋指數(shù)、沉淀值、溶劑保持力參數(shù)、吹泡儀參數(shù)、粉質(zhì)儀弱化度和曲奇餅干品質(zhì)在不同弱筋小麥品種間存在顯著或極顯著差異,而籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、粉質(zhì)儀吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)在多數(shù)品種間無(wú)顯著差異。
由表4 可知,曲奇餅干直徑與籽粒硬度、水SRC、碳酸鈉SRC、吹泡儀P 值、吹泡儀P/L 值呈極顯著負(fù)相關(guān),與粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),與面筋指數(shù)、弱化度呈顯著正相關(guān),與其他指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性;曲奇餅干厚度與籽粒硬度、水SRC、吹泡儀P 值、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)呈極顯著正相關(guān),與弱化度呈極顯著負(fù)相關(guān),與吹泡儀L 值呈顯著負(fù)相關(guān),與其他指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性;餅干直徑/厚度與籽粒硬度、水SRC、吹泡儀P 值、穩(wěn)定時(shí)間、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)達(dá)極顯著負(fù)相關(guān),與碳酸鈉SRC、形成時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān),與弱化度呈極顯著正相關(guān),與面筋指數(shù)、吹泡儀L 值呈顯著正相關(guān),其他指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性。
表4 曲奇餅干品質(zhì)與理化品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation between the cookie quality and physicochemical quality indexes of varieties
用系統(tǒng)聚類(類間平均距離法)對(duì)弱筋小麥品種進(jìn)行聚類分析,可將供試品種分為兩類(圖1)。揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥19 被劃分為一類,這類品種餅干直徑、直徑/厚度較大,厚度較小,曲奇餅干品質(zhì)最優(yōu)。揚(yáng)麥15、揚(yáng)麥18、揚(yáng)麥20、揚(yáng)麥21,揚(yáng)麥22、揚(yáng)麥24 為一類,這類品種餅干直徑、直徑/厚度較小,厚度較大?;谄渌焚|(zhì)性狀對(duì)品種進(jìn)行聚類分析,結(jié)果大致相同。揚(yáng)麥9 號(hào)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥19 的硬度介于16.51~22.33之間,面筋指數(shù)介于58.46%~82.84%之間,水SRC 介于55.40%~61.64%之間,碳酸鈉SRC 介于72.97%~77.05%之間,吹泡儀P 值介于30.17~42.02 mm 之間,吹泡儀L 值介于94.80~101.50 mm 之間,P/L 值介于0.32~0.41 之間,弱化度介于72.63~97.38 FU之間,曲奇餅干直徑介于17.94~18.32 cm 之間;水SRC、碳酸鈉SRC、吹泡儀P 值、P/L 值顯著低于其他品種,曲奇餅干直徑高于其他品種;其余品種水SRC介于61.57%~65.83%之間,碳酸鈉SRC 介于80.07%~82.59%之間,吹泡儀P 值介于42.90~51.84 mm 之間,吹泡儀P/L 值介于0.41~0.51 之間,曲奇餅干直徑介于17.23~17.62 cm 之間。
優(yōu)質(zhì)弱筋小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可推薦為:硬度≤25,面筋指數(shù)≥80%,水SRC≤60%,碳酸鈉SRC≤75%,吹泡儀P 值≤40 mm,吹泡儀L 值≥95 mm,吹泡儀P/L 值≤0.45,75≤弱化度≤95。
程順和等[26]提出優(yōu)質(zhì)弱筋小麥品質(zhì)指標(biāo)易因栽培措施不當(dāng)或氣候條件的變化而改變,蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間等指標(biāo)很容易升高;趙虹等[27]認(rèn)為面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間受環(huán)境影響大于基因型影響。全國(guó)主產(chǎn)省小麥蛋白質(zhì)和濕面筋含量在緯度上呈現(xiàn)由北向南不斷下降趨勢(shì)[28],江蘇淮南地區(qū)小麥蛋白質(zhì)含量一般在12%左右,濕面筋含量一般在25%左右。本研究中弱筋小麥蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間也受環(huán)境極顯著影響,說(shuō)明同一品種在不同環(huán)境條件下蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間存在較大差異。本研究中揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥9 號(hào)蛋白質(zhì)和濕面筋含量雖然高于其他供試品種,但其餅干品質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu);此外,面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間小于2.5 min 的品種其餅干品質(zhì)表現(xiàn)也不全為優(yōu)秀,面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間和餅干品質(zhì)并不呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系??梢?jiàn)優(yōu)質(zhì)小麥弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17893-1999)[19]利用蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行評(píng)價(jià)有一定局限性。
本研究中弱筋小麥籽粒硬度與餅干品質(zhì)相關(guān)性較大,這與吳宏亞[13]的研究結(jié)果一致。不同弱筋小麥品種間籽粒硬度差異顯著,通過(guò)籽粒硬度可初步對(duì)弱筋小麥品種進(jìn)行評(píng)價(jià)。面筋指數(shù)主要反映面筋的質(zhì)量[29],面筋含量較低的情況下,面筋質(zhì)量較好的面團(tuán)更利于面筋網(wǎng)絡(luò)的形成。王美芳等[30]認(rèn)為面筋指數(shù)是反映面包烘培品質(zhì)的重要指標(biāo)。本研究中揚(yáng)麥9 號(hào)和揚(yáng)麥19 均表現(xiàn)出較高的面筋指數(shù)和餅干直徑,面筋指數(shù)與餅干品質(zhì)顯著正相關(guān),說(shuō)明餅干加工要求一定的面筋質(zhì)量來(lái)保證面團(tuán)的可操作性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性。吳宏亞[13]和羅勤貴等[31]研究報(bào)道面粉水SRC、碳酸鈉SRC、蔗糖SRC、乳酸SRC 均與餅干直徑呈極顯著負(fù)相關(guān);本研究表明,水SRC、碳酸鈉SRC 與餅干直徑呈極顯著負(fù)相關(guān),但乳酸SRC、蔗糖SRC 與餅干直徑相關(guān)不顯著。水SRC 反映面粉綜合特性,碳酸鈉SRC 反映損傷淀粉含量,乳酸SRC 反映面筋強(qiáng)度,蔗糖SRC 反映戊聚糖含量。本研究以弱筋小麥為供試材料,材料間面筋強(qiáng)度、餅干品質(zhì)等變異范圍相對(duì)較小,而前人研究以強(qiáng)、中、弱不同筋力小麥為供試材料,材料間面筋強(qiáng)度、餅干品質(zhì)等變異范圍相對(duì)較大;不同研究供試材料品質(zhì)指標(biāo)變異范圍的不同,導(dǎo)致了乳酸SRC、蔗糖SRC 與餅干品質(zhì)相關(guān)性分析存在差異。相比較,水SRC、碳酸鈉SRC 更能敏感反映弱筋小麥間品質(zhì)差異,是弱筋小麥品質(zhì)篩選的有效指標(biāo)。水SRC和碳酸鈉SRC 測(cè)定方法簡(jiǎn)單,用種量少,重復(fù)性好,可用來(lái)對(duì)弱筋小麥進(jìn)行篩選。Li 等[32]發(fā)現(xiàn)面團(tuán)吹泡儀參數(shù)可被用來(lái)預(yù)測(cè)全麥粉的咸餅干烘焙性質(zhì)和最終產(chǎn)品的質(zhì)量,本研究中面團(tuán)吹泡儀P 值和P/L 值與餅干直徑呈極顯著負(fù)相關(guān),并能反映出弱筋小麥品種間的差異,可作為弱筋小麥選育的重要指標(biāo)。一些研究者認(rèn)為面團(tuán)弱化度是評(píng)價(jià)面條和面包的較好指標(biāo)[33-35],本研究發(fā)現(xiàn)面團(tuán)弱化度和餅干品質(zhì)表現(xiàn)出極顯著相關(guān)性,可用來(lái)評(píng)價(jià)弱筋小麥品質(zhì)。綜合分析,硬度、面筋指數(shù)、水SRC、碳酸鈉SRC、吹泡儀參數(shù)、粉質(zhì)儀弱化度是評(píng)價(jià)弱筋小麥品質(zhì)的有效指標(biāo)。
本研究結(jié)果表明,弱筋小麥的硬度、面筋指數(shù)、水SRC、碳酸鈉SRC、吹泡儀P 值、吹泡儀L 值、吹泡儀P/L 值、粉質(zhì)儀弱化度與餅干品質(zhì)呈顯著相關(guān)性,且在品種間差異顯著,可作為弱筋小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。優(yōu)質(zhì)弱筋小麥品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可推薦為:硬度≤25,面筋指數(shù)≥80%,水SRC≤60%,碳酸鈉SRC≤75%,吹泡儀P值≤40 mm,吹泡儀L 值≥95 mm,吹泡儀P/L 值≤0.45,75≤弱化度≤95。