（作物遗传育种专业论文）小麦Wx蛋白对淀粉理化特性和面条品质的影响及其作用机理研究.pdf

摘要 小麦是我国第二大粮食作物，面条是我国平ij 许多弧洲国家城乡居比的主食之一。随着丰十会的 发展，面条制品销售范围和销售量剧增。小麦淀粉与产鼙正相关与面条加工品质关系密切。国 外对淀粉理化特性和面条品质的研究起步早，研究系统而深入，我国是面条生产和消费大国，但 相关的研究刚刚起步，本文对此进行了一些探讨。 l 对单一波长、双波长和多波长法测定直、支链淀粉含量进行了比较，结果表明双波蚝和多 波长法可以较好地排除溶液中其它物质的干扰，但多波长测定相对复杂，结果计算繁琐，因此双 波长法更适台快速测定直、支链淀粉和总淀粉含量。 2 测定了全国1 1 个省市育成品种和高代品系2 9 4 份面粉样品和2 9 份引进品种面粉的淀粉理 化特性和面条品质。结果表明直链淀粉含量、膨胀势和糊化峰值粘度与面条品质高度相关，其它 一些指标与面条品质也存在不同程度的相关。直链淀粉含量与膨胀势和峰值粘度极显著负相关。 我国不同省市育成品种在同一地区种植的淀粉理化特性和面条品质表现变异较小因此要选育优 质面条小麦品种，必须扩大引种规模，丰富种质资源。 3 糯小麦直链淀粉含量极低，面粉糊化早低谷粘度、最终粘度和反弹值明显较低，面条品 质差。普通非糯小麦添加一定量的糯小麦面粉后，直链淀粉含量显著降低但膨胀和糊化特性并 没有相应改善面条品质也没有明显提高但可以在一定程度上延长鲜湿面条的货架寿命。 糯小麦虽然蛋白质含量较高，但质量差，面团流变学特性差只是吸水率显著较高，面包体 积小、结构差。糯小麦配粉对面团流变学特性影响较小，面包制作加水量提高，体积有所增加， 但结构变差，评分降低。与面条结果一致，糯小麦可提高面包的保水能力，延长货架寿命。 4 小麦直链淀粉的合成主要受淀粉粒束缚淀粉合成酶( g b s s ) 即w x 蛋白的控制，根据3 个位点基因序列和突变情况分别设计了不同的p c r 引物，扩增产物表现特异性，可作为糯小麦 和优质面条小麦选育的分子标记。w x 蛋白多态性不同，直链淀粉含量显著不同，淀粉膨胀和糊 化特性也显著不同，面条品质也显著不同。w x 蛋白多态性相同淀粉理化特性和面条品质也可 以存在显著差异。w x 基因主要通过自身的表达，控制w x 蛋白含量和g b s s 活性，并对其它淀 粉合成相关酶产生影响从而影响真、支链淀粉的合成和含量最终影响其化学特性和面条品质。 小麦直、支链淀粉的合成是相互影响、相互制约的具有同步性。 5 测定了1 3 个小麦品种在3 个地点的直、支链淀粉含量、膨胀、糊化特性和面条品质。结 果表明小麦淀粉理化特性和面条品质主要受遗传因素的控制，但环境条件( 地点) 有重要影响。 氨钾配施对济南1 7 小麦淀粉理化特性有一定影响氮肥对淀粉理化特性的影响较小，但淀 粉总含量显著升高，氮肥后移对赢链淀粉和总淀粉含量以及膨胀势有显著影响。钾肥对直链淀粉 合成影响较小，但淀粉总量显著升高直链淀粉比例显著下降，峰值粘度显著升高，淀粉特性有 所改善。 不同环境条件( 地点) 和栽培措施( 氮钾配施) f ，直链淀粉含量、膨胀势和糊化峰值粘度 均与面条品质密切相关，可作为面条小麦品种选育的理想指标。 关键词：小麦( t r i t i c u m a e s t i v u ml ) ，w x 蛋白，淀粉理化特性，面条晶质，作h | 机理 a b s t r a c t w h e a ti st h es e c o n d l yw i d e l yg r o w ni nc h i n aa m o n gc e r e a lc r o p s ，a n dn o o d l e sh a sb e e nt h em a i n f o o d sm a d ef r o mw h e a ti nc h i n aa n dm a n yo t h e ra s i a nc o u n t r i e s t h ea r e aa n dd e m a n do fn o o d l ew i l l g r o wf a s t e rt h a nb e f o r ew i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ya n de c o n o m y w h e a ts t a r c hp r o p e r t i e s c o r r e l a t e st on o o d l e q u a l i t yc l o s e l y a s w e l la st h e y i e l d m a n y a n dw i d es t u d i e so ns t a r c h p h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dn o o d l eq u a l i t yh a v eb e e nc a r r i e do u ti nf o r e i g n ，r a t h e rt h a naf e wr e p o r t s a v a i l a b l ei nc h i n aw i t hg r e a tp r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no fn o o d l e s o m ea s p e c t so nr e l a t i o n s h i p b e t w e e ns t a r c hp r o p e r t i e sa n dn o o d l eq u a l i t yw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r ： l c o m p a r i s o ns h o w e dt h a td e t e r m i n a t i o nb yd o u b l ew a v e l e n g t h sw a sm o r es u i t a b l et od e t e r m i n e a m y l o s ea n da m y l o p e c t i nc o n t e n ts i m u l t a n e o u s l ya n dr a p i d l yr a t h e rt h a no t h e rs p e c t r o p h o t o m e t r i c m e t h o d sb y s i n g l ew a v e l e n g t h o rm o r a w a v e l e n g t h s 2s t a r c hp h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dn o o d l eq u a l i t yo f 2 9 4f l o u rs a m p l e so f w h e a tc u l t i v a r sa n d a d v a n c e dl i n e sf r o mn p r o v i n c e sa n d2 9f l o u rs a m p l e si n t r o d u c e dw e r ed e t e r m i n e d r e s u l t ss h o w e d t h a ta m y l o s ec o n t e n ls w e l l i n gp o w e ra n dp e a kv i s c o s i t yw e r ec o r r e l a t e dc l o s e l yt on o o d l eq u a l i t y , t o g e t h e rw i t hs o m eo t h e rs t a r c hp a r a m e t e r s a m y l o s ec o n t e n tc o r r e l a t e dt os w e l l i n gp o w e ra n dp e & k v i s c o s i t yn e g a t i v e l y w h e a tv a r i e t i e sb r e db yd i f f e r e n tp r o v i n c e sh a dv e r yl i t t l ev a r i a t i o ni ns t a r c h p h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dn o o d l eq u a l i t y , t h e r e f o r eg e r m p l a s ms h o u l db ei n t r o d u c e di n t oi m p r o v e n o o d l eq u a l i t y 3t h ew a x yw h e a th a sv e r yl i t t l ea m y l o s e ，l o wh o l dt h r o u g ha n ds e t b a c k 。a n dp o o rn o o d l e q u a l i t y t h e a m y l o s e c o n t e n td e c r e a s e do f n o n w a x yf l o u ra f t e rb l e n d i n gw i t hw a x y f l o u r , h o w e v e rs w e l l i n ga n d p a s t i n gp r o p e r t i e sd i d n ti m p r o v ec o r r e s p o n d i n g l y , t o g e t h e rw i t hn o o d l eq u a l i t y b u tt h es h e l fl i f eo f f r e s h - w e th o o d l ec a nb ee x t e n d e da tc e n a i ne x t e n d w a x yw h e a th a dr a o r ep r o t e i nr a t h e rt h a nq u a l i t y , p o o rd o u g hr b a o l o g i e a lp r o p e r t i e se x p e c tf o r h i g ha b s o r p t i o n a sw e l l 私l i t t l eb r e a dv o l u m e a n dp o o r t e x t u r e w a x yf l o u rb l e n d i n gh a dl i h l ee f f e c to n d o u g hr h e o l o g i e a lp r o p e r t i e s o fn o n w a x yf l o u r ；h o w e v e rw a t e ra b s o r p t i o na n dv o l u m eo fb r e a d i n c r e a s e dw i t hw a x yf l o u rr a t i o , o nt h ec o n t r a r y , t h et e x t u r ea n dq u a l i t ys c o r eo fb r e a dd e c r e a s e d s i m i l a r l yt on o o d l e , w a x yf l o u rb l e n d i n gc a ne x t e n d b r e a ds h e l fl i f e b yi n c r e a s i n gw a t e r - h o l d i n g c a p a c i t y 4a m y l o s ec o n t e n ti sc o n t r o l l e db yg r a n u l e - b o u n ds t a r c hs y n t h a s e ( g b s s ) ，i e t h ew x p r o t e i n s t h r e ep a i r so fp c rp r i m e r sw e r ed e s i g n e db a s e do nt h r e ew xa l l e l e sa n dt h e i rm u t a n t s ；a n ds p e c i a l a m p l i f i e dp r o d u c t sw e r ea c h i e v e dr e s p e c t i v e l y , t h e r e f o r et h ep r i m e r sc a nb em o l e c u l a rm a r k e r sa s s i s t e d f o rs e l e c t i n gw a x yo rn o o d l ew h e a tc u l t i v a r s a m y l o s ec o n t e n t ，s w e l l i n ga n dp a s t i n gp r o p e r t i e se x i s t s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e ne u l t i v a r sw i t hd i f f e r e n tw xp r o t e i n sp o l y m o r p h i s m ，a sw e l la sn o o d l e q u a l i t y h o w e v e r , s t a r c hp h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dn o o d l eq u a l i t yc a na l s ov a r yg r e a t l yb e t w e e n c u l t i v a r sw i t hi d e n t i f i e dw x p r o t e i n sc o m b i n a t i o n s t h ew x a l l e l e sc o n t r o l l e dt h ea c t i v i t ya n dc o n t e n to f g b s sm a i n l yt h r o u g ht h ee x p r e s s i o no ft h e m s e l v e s ，w h i c ha f f e c t e dt h ee x p r e s s i o no fo t h e rg e n e s i i f e n c o d i n gs t a r c hs y n t h e t i ce n z y m e s ，t h e nt h es y n t h e s i sa n dc o n t e n to fa m y l o s ea n da m y l o p e c t i n ，t h e c h e m i c a lp r o p e r t i e so f s t a r c ha n dn o o d l eq u a l i t yi nf i n a l l y 5a m y l o s ea n da m y l o p e c t i nc o n t e n t ，s w e l l i n ga n dp a s t i n gp r o p e r t i e so f13w h e a tc u l t i v a r sa tt h r e e s i t e sw e r ed e t e r m i n e d ，r e s u l t ss h o w e dt h a ts t a r c hp h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dn o o d l eq u a l i t yw e r e m a i n l yc o n t r o l l e db yg e n o t y p e ，a n dt h e e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ( s i t e ) h a dg r e a te f f e c ti na d d i t i o n ， n i t r o g e na n dp o t a s s i u mf e r t i l i z e r sa f f e c t e d s t a r c hp h y s i o c h e m i c a l p r o p e r t i e so f j i n a n l7g r e a t l y n i t r o g e nh a d l i t t l ee f f e c to na m y l o s ec o n t e n ts i n g l y , w h i l et h es t a r c hc o n t e n ti n c r e a s e d n o t a b l y h o w e v e r , n i t r o g e n u t i l i z e d l a t e l y h a ds i g n i f i c a n te f f e c to na m y l o s ea n ds t a r c h c o n t e n t ，a sw e l l a s s w e l l i n gp o w e r p o t a s s i u ma f f e c t e d l i t t l eo na m y l o s es y n t h e s i sb u tg r e a t l yo ns t a r c hc o n t e n t ，t h e n a m y l o s e c o n t e n ti ns t a r c ha n dp e a l ( v i s c o s i t y , w h i c hi m p r o v e ds t a r c hp r o p e r t i e s a m y l o s ec o n t e n t ，s w e l l i n gp o w e r a n dp e a kv i s c o s i t yc o r r e l a t e dc l o s e l yt on o o d l eq u a l i t yb o t hi n d i f f e r e n te n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ( s i r e s ) a n dc u l t i v a t e d m e a s u r e s ( n i t r o g e na n dp o t a s s i u mf e r t i l i z e r s ) ， t h e r e f o r e t h e ym a y b ei d e a lp a r a m e t e r sf o rn o o d l ew h e a t s e l e c t i n g k e yw o r d s ：w h e a t ( t r i t i c u ma e s t i v u ml ) w xp r o t e i n ，s t a r c hp h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ， n o o d l eq u a l i t y , a f f e c t i n gm e c h a n i s m ，”og 簿警 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了谢意。 研究生签名： 杂建呋 时间：& 肋弓年多月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 研究生签名： 导师 糙雨 时间：o ：伽；年衫月日 帆加；年多r 日 缩写 a d p g a g p a s e a m a p d b e d s c f s v g l p g 6 p g b s s m o s p c r p g r h r v a s b e s d s p g e s s s s r s s s s t s v a g w x 文中缩写中英文对照 英文全称 a d e n o s i n ed i p h o s p h a t eg l u c o s e a d p g p y r o p h o s p h o r y l a s e a m y l o s e a m y l o p e e t i n d e b r a n e h i n ge n z y m e d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y f l o u rs w e l l i n gv o l u m e g l u c o s e - i - p h o s p h a t e g l u c o s e - 6 - p h o s p h a t e g r a n u l e - b o u n ds t a r c hs y n t h a s e m a l t o - o l i g o s a c c a r i d e s p o l y m e r a s e c h a l nr e a c t i o n p h y t o g l y e o g e n r e l a t i v eh u m i d i t y r a p i dv i s c o a n a l y z e r s t a r c hb r a n c h i n ge n z y m e s o d i u md o d e c y ls u l p h a t e p o l y a e r y l a m i d e g e le l e c t r o o h o r e s i s s t a r c hs y l 谐t a 3 e s i n g l es e q u e n c er e p e a t s o l u b l es t a r c hs y n t h a s e s p e c i a lt a g g e ds e q u e n c e s v i s e o a m y l o g r a p h w a x y 中文含义 腺苷二磷酸葡萄糖 a d p g 焦磷酸化酶 直链淀粉 支链淀粉 脱分支酶 热量差示扫描仪 面粉膨胀体积 葡萄糖i 磷酸 葡萄糖6 磷酸 淀粉粒束缚淀粉合成酶 麦芽糖寡聚糖 聚台酶链式反应 植物糖原 相对湿度 快速粘度仪 淀粉分支酶 十二烷基磺酸钠聚丙烯酰胺凝 胶电泳 淀粉合成酶 单序列重复 可溶性淀粉合成酶 特异标签序列 粘度仪 糯性 第一章绪论 第一节研究目的和意义 第一章绪论 小麦是世界范围内广泛种植的重要粮食作物。世界上3 5 的人口以此为生对小麦的需求超 过其他任何作物( b r a u n 等1 9 9 8 ) 。据预测，2 0 2 0 年1 廿= 界上对小麦需求量在8 4 ( r o s e g r a n t 等1 9 9 5 ) 到1 0 5 亿吨( k r o n s t a d1 9 9 8 ) 。而目前世界上小麦总产量只有5 6 亿吨，要满足不断增长的需求， 小麦产量每年需增长1 6 - 2 6 ，这是全世界的小麦育种和生产面临的重大课题。小麦是我国第二 占粮食作物总面积的2 6 。总产11 0 0 亿公 在解决人民温饱方面做出了巨大的贡献。但 生产的要求发生了显著的变化，高产与优质 成为当前我国小麦生产的两个主要目标。 国外小麦生产和出口大国早在二十世纪二十年代就非常重视小麦品质改良工作，将品质视为 其在国际市场上的生命线。经过多年坚持不懈的努力，在理论和实践上取得了重大进展目前我 国所用的优质小麦主要依赖美国、加拿大和澳大利亚等国进口。我国由于过去只重视产量的提高， 而忽视了小麦品质的同步改良。致使生产上大面积推广的小麦品种普遍品质较差。近年来，虽然 加大了优质小麦的研究和培育力度但由于各方面的原因，我国优质小麦的生产远远落后于市场 需求的发展。随着型鄹魂簸黔形势将更加严峻。 面条起源于我国，是我国及亚洲其它一些国家和地区城乡居民的主要食品之一( 林作楫 1 9 9 4 ) 。我国7 5 - - 8 0 的小麦面粉用于生产面条、馒头和水饺( 1 4 a g a o1 9 9 8 ) 。1 9 8 9 - - 1 9 9 0 年我国、 日本、南韩、香港、泰国、马来嚣亚、新加坡、印度尼西亚和菲律宾等国家和地区平均4 0 以上 的小麦( 即3 6 0 0 万吨) 用于生产面条( m i s k e l l y1 9 9 8 ) 。近几年，随着社会的发展和人民生活水 平的提高。亚洲及太平洋地区面条( 尤其是方便面) 的消费量急剧增加，1 9 9 5 9 6 年前的1 0 年暴 平洋地区方便面的销售量翻了一翻，1 9 9 8 年全世界共消费方便面3 0 0 亿包，而我国消费1 8 0 亿包， 占6 0 ，成为世界上最大的方便面消费市场( a z u d i n1 9 9 8 ) 。目前我国优质小麦的年需求量在2 1 6 0 万吨左右，其中面条和水饺粉1 0 0 0 万吨左右占优质小麦需求的4 5 ，随着市场经济的发展和 人民生活水平的不断提高，需求量还会迅猛增长。预计到2 0 0 5 年需求量会猛增到2 7 5 0 万吨，而 我国目前的供应量仅在2 0 0 万吨不足市场需求的1 0 ，市场潜力巨大。 近年来，为了保持对亚洲市场的竞争优势。美、澳等国在继续加强面包和饼干品质研究的同 时，对东方食品如面条和馒头也进行了系统而深入的研究( a k a s h i 等1 9 9 9 ：b y u n g 等1 9 9 4 ； c r o s b i e 等1 9 9 2 ，1 9 9 9 ：h u a n g1 9 9 6 ：h u a n g 等1 9 9 3 ，1 9 9 8 ：j u n1 9 9 8 a , 1 9 9 8 b ：l i n 等1 9 8 2 ： o h 等1 9 8 3 ，1 9 8 5 a , 1 9 8 5 b ，1 9 8 5 c ，1 9 8 6 ：p a r k 和b a l k2 0 0 2 ：r h o 等1 9 8 8 ，1 9 8 9 ：s e i b2 0 0 0 ：t o y o k a w a 等1 9 8 9 a ，1 9 8 9 b ；w a n g 和s e i b1 9 9 6 ) ，以扩大对我国和亚洲市场的出e l 。如澳大利亚开展了馒 头品质的研究( h u a n g 等1 9 9 3 ，1 9 9 5 ，1 9 9 6 ，1 9 9 8 ) ；美国育种者开始致力于培育面条、面包兼 用小麦新品种以满足国内和出口的需求( l a n g 等1 9 9 8 ) 。因此，我国小麦生产面临国内需求和 国际竞争两方面的巨火压力，加火优质小麦研究和推广力度，培育营养价值高、加工晶质优良的 小麦品种成为当务之急。 中汹农业人学博l 擘位论文 第二节国内外研究现状 1 小麦籽粒淀粉特性 小麦籽粒主要由淀粉( 约占干重的6 5 ) 、蛋向质( 1 0 - - 1 5 ) 、水分( 1 3 0 0 1 5 ) 、脂类( 2 ) 、 粗纤维( 3 ) 和灰分( 1 ) 等组成( d a v i s1 9 9 4 ：r a h m a n1 9 9 4 ：s m i t h1 9 9 0 ) 。小麦淀粉的用途 非常广泛不仅可以制作各种各样的面包、馒头、饼干、蛋糕、通心粉、面条，还可用于造纸和 纺织工业。作为原料生产葡萄糖浆、胶带，经过修饰以后，其用途更加广泛( a u t r a n 等1 9 9 7 ； e l l i s 等1 9 9 8 ) 。 1 1 直、支链淀粉及其含量 小麦淀粉主要有两种存在形式，直链淀粉和支链淀粉直链淀粉是由d - 葡萄糖残基以a l ，4 - 糖苷键连接成的链状分子溶于热水，与碘碘化钾试剂反应呈蓝色；支链淀粉由a - 1 , 6 一糖苷键形 成分支大约每1 5 - 2 0 个葡萄糖单元一个分支。分支链长1 2 - 6 0 个葡萄糖单位不溶于热水，与 缺一碘化钾试剂反应呈紫红色( 表1 - 2 - 1 。r a h m a n 等2 0 0 0 ) 。 裘1 2 i 直、支链淀粉和糖原特性比较( h i z u k u r i1 9 9 3 ；m a n n e r s1 9 8 9 ；m a n n e r s 和s t u r g e o n1 9 8 2 ) t = b l e ! - 2 - 1 p r o p e r t i e so f i m y l o s e , a m y l o p e e t i na n dg l y c o g e n 弟一幸绪论 直链淀粉不分支，分子小，容易绞缠形成螺旋结构，分子间结合紧密，容易形成沉淀( g i d l e y 1 9 8 9 ：l e l o u p 等1 9 9 2 ) 。直链淀粉悬浊液冷却时形成凝胶，葡聚糖的光散射特性决定了形成的凝 胶不透明，由丁分子绞缠紧密，冈而形成的胶强度人。支链淀粉分子量火( 最大可达5 9 0 1 0 6 k d a ) ，分子间不会象直链淀粉一样形成紧密的结合区不容易沉淀，而是形成透明或半透明的凝 脞，强度小( m i l l a n d 等1 9 9 9 ) ；对低浓度的支链淀粉胶研究表明，仅仅是外部的分支有一定程 度的结合，形成网络结构( c a m e r o n 等1 9 9 4 ) 。 小麦胚乳中，直链淀粉约占2 0 o 一- 2 5 ，支链淀粉占7 5 - - 8 0 ，糯性小麦直链淀粉含量很低， 甚至没有( d a v i s1 9 9 4 ；g r a y b o s c h1 9 9 8 ) 。不同小麦品种直、支链淀粉含量、分子大小有所不同， 如西澳白麦( w w ) 直链淀粉较大( 平均聚合度1 5 7 0 ) ，日本品种c h i h o k u 直链淀粉较小( 聚合 度8 3 0 ) 。澳大利弧标准白( a s w ) 和c h i h o k u 直链淀粉支链分子含量较高( 约4 2 ) ，链数目较 少( 平均1 3 ) ，其他品种分别为2 8 乖j1 9 。通过碘亲和性测定的支链淀粉结构及其链长分布也 因品种和类型而宜。a s w 和w w 淀粉的直链淀粉含量2 1 7 - 2 7 + 4 ( s h i b a n u m a 等1 9 9 4 ) 。 1 2 淀粉粒大小、分布 淀粉在小麦籽粒胚乳中以淀粉颗粒的形式存在，根据颗粒大小可分为两种，a 型淀粉粒呈透 镜状，直径2 0 - - 2 5 t i m ，其数量占总数的1 2 左右，颗粒较大：b 型淀粉粒体积较小直径2 1 0g m 占总量的8 8 左右( 黄琴和王志敏1 9 9 9 ；g a i n e s 等2 0 0 0 ；p e n g 等1 9 9 9 ：s a h l s t r s m 等1 9 9 8 ) 。淀 粉粒的形成也相应地分为两个时期，花后3 7 天a 型淀粉粒开始形成，直到胚乳发育中期，b 型淀粉粒开始形成( b r i a r t y 等1 9 7 9 ；p a r k e r1 9 8 5 ) 。有的学者将淀粉粒分为a 、b 、c 三类( b e c h t e l 等1 9 9 0 ：l a r e r j a s 等2 0 0 2 ；t a n g 等2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 。目前淀粉粒初始形成的机制还不清楚。 不同小麦品种中淀粉粒的大小、分布存在明显差异。美国东半部1 2 个软质小麦之间直径 9 9 1 9 5t a m 和1 8 5 - 4 2 8g m 淀粉粒体积存在显著差异( r a e k e r 等1 9 9 8 ) 。3 个直链淀粉含量不同 的硬质冬小麦l k e 淀粉含8 6 的a 型淀粉粒，直径1 8l a m 的淀粉粒含量最多；k a r l - 9 2 淀粉含7 7 的a 型淀粉粒直径1 6p m 的淀粉粒含量最多：r i ob l a n c o 淀粉含8 2 的a 型淀粉粒，淀粉粒 大小居中( r e d d y 和s e i b1 9 9 9 ) 。 淀粉粒中。支链淀粉侧链的堆积是形成淀粉粒结晶的基础，x 光衍射研究表明，淀粉粒有三 种堆积形式：糯性和正常直链淀粉含量的谷物中为排列紧密的a 型结晶。马铃薯和一些球茎植物 中淀粉为b 型结晶，c 型结晶在豆科植物是晟为典型在同一淀粉粒中有a 、b 两种结晶形式 ( b u l e o n 等1 9 9 8 ；n e r m l m s s o n 等1 9 9 6 ；w a n g 等1 9 9 8 ) 。 淀粉在胚乳中沉积的特性对淀粉含量、籽粒硬度、淀粉粒大小分布、形状、脂类的结合、支 链淀粉结构、直支链淀粉比例等均有重要影响，进而影响到在利用时对热和水的反应，表现出不 同的理化特性( g a i n e s 等2 0 0 0 ：s a h l s t r 6 m 等1 9 9 8 ) 。但由于小麦种质多样性的缺乏，淀粉大小 分布和形状对淀粉包括食品加工过程的影响研究很少。淀粉粒大小对淀粉加工业也是非常重要 的，因为在淀粉洗涤过程中，a 一型和b 一型淀粉粒分开，b 型淀粉粒容易随水流失，因此需要额外 的处理过程，增加了费用。而b 型淀粉粒比例升高，表面积增加，从而可以结合更多的蛋白质、 直链淀粉、脂类和水，因此淀粉粒人小分布的改变对面团流变学特性有重大影响( r a h m a n 等 2 0 0 0 ) 。 中饵农业人学蚺l 。学位论爻 淀粉粒大小对面团流变学特性的影响是通过重组系统研究的，重组系统中利用不同大小分布 的各种作物淀粉或玻璃珠代替小麦淀粉( r a h m a n 等2 0 0 0 ) 。结果表明，很难分小麦淀粉被其 他作物淀粉取代后淀粉粒大小对流变学特性的赢接影响( r a s p e r 利d e m a n1 9 8 0 ) 。k u l p ( 1 9 7 3 ) 观察到小淀粉粒水结台力赢，认为禽有小淀粉粒的重组淀粉烘烤品质低丁未分离的小麦淀粉。小 淀粉粒提高了面团延伸性，而大淀粉粒提高了延伸阻力( l a w s o n 和e l i a s s o n1 9 9 7 ) 。最近的研究 表明，只含纯化的b 型淀粉粒的面粉比只含a 一型淀粉粒的重组面粉和面时间延长，吸水率也显 著提高( r a h m a n 等2 0 0 0 ；s e b e c i c 和s e b e c i c1 9 9 5 a ，1 9 9 5 b ) 。 小麦淀粉粒的粒度分布很大程度上受遗传基因的控制，但环境因素也会引起粒度变化。美国 各种类型小麦的淀粉粒度按下列顺序逐步降低：软麦、硬麦、杜仑小麦。特异性控制淀粉粒形状 的因素现在还不清楚但清楚地是，凡影响淀粉粒组成的因素也影响淀粉粒的形状。例如高直 链淀粉含量玉米，其淀粉粒不规则，横向加长；而正常玉米中，淀粉粒近球形( r a h m a n 等2 0 0 0 ) 。 推测可能是直链淀粉含量的剧烈升高，破坏了淀粉正常有效地沉积。与之相似，在大豆叶片中， s s i i 基因r u gj 突变，形成复杂的淀粉粒( c r a i g 等1 9 9 8 ) 。小麦中也发现缺失s s l l 基因s g p - i 后 形成高度扭曲的淀粉粒( l i 等1 9 9 9 a ；y a m a m o r i1 9 9 8 ) 很可能支链淀粉结构的改变影响了淀粉 粒的形成。 1 3 淀粉结合物 淀粉粒结合两种重要物质，其中淀粉合成酶约占淀粉粒重的0 5 ( d e n y e r 等1 9 9 5 ；r a h m a n 等1 9 9 5 ) ，直链淀粉结合脂约占1 ( m o r r i s o n1 9 8 8 ) 。根据与淀粉作用的不同，淀粉粒中的脂可 分三种；非淀粉脂表面脂和内部脂( m o r r i s o n1 9 8 8 ；m o r r i s o n 和g a d a n1 9 8 7 ) 。小麦淀粉的内部 脂全部为卵磷脂，不同小麦品种淀粉卵磷脂的含量不同，即淀粉中直链淀粉脂复合物的含量不同 ( s o u t h 等1 9 9 1 ) ，参与淀粉卵磷脂合成的生化步骤和分子机制目前研究很少。结合极性脂很可能 参与了嘌呤吲哚与淀粉粒表面的互作脂类对淀粉的粘度特性和品质有重要影响( m o n i n 1 9 9 5 ) 小麦淀粉粒的膨胀与支链淀粉水平成正相关。而与脂- 直链淀粉复合物水平成负相关( s e i b 等1 9 9 7 ) 。盐面条面粉和澳丈利亚面粉非淀耢脂相似，但不同于碱面条面粉前者非极性脂含量 比碱面条面粉高3 6 ( j i m 等1 9 9 8 a ) - 通过不同成份分离和重组试验证明。非极性脂有效地保持了煮面面条的表面硬度，雨非极性 脂和醣脂降低了干面条的断裂阻力。硬质和软质小麦面粉去除游离脂后。千面条强度和白度提高， 煮面面条切割阻力增加但表面强度下降。在0 5 e o 水平，弈磷脂提高了面条强度，而硬脂醋钠- 2 乳酸酯( s o d i u ms t e a r o y l 一2 一l a e t y l a t e ) 和单酸甘油酯提高了煮面面条的表面硬度( r h o 等1 9 8 9 ) 。 4 淀粉的糊化与回生 加淀粉于水中，经过搅拌得到不透明、乳白色的悬浮液，称为淀粉乳。淀粉牲不溶于冷水， 加热淀粉水悬浮液，淀粉颗粒吸水膨胀，降低了淀粉粒未定形区的凝胶转变温度，同时使结晶区 开始熔解直链淀粉溶解，并从淀粉粒上脱落卜来，随后支链淀粉也以较慢的速度脱落r 来。淀 粉粒中心出现空洞，并逐渐增大其周围的双折射损失。绱品性微品束具有弹性，仍能保持颗粒 第章绪论 的结构，随着温度上升，淀粉粒吸水增加，体积不断膨 胀达到一定温度时( 一般5 5 以上) 高度膨胀的淀 粉粒之间相互接触变成半透明的粘稠的胶体溶液，称 为淀粉糊。淀粉乳加热吸水膨胀形成淀粉糊的现象，称 为淀粉的糊化( 图1 2 1 ) ，此时的温度称为糊化开始温度 ( p a s t i n gt e m p e r a t u r e ) 。生淀粉起始始粘度值根低，粘 度曲线不变，随温度升高，淀粉开始糊化，粘度上升。 淀粉悬浮液的糊化过程是在一定温度范围内完成的，当 温度达到糊化终温度时，结晶区完全熔解( 以偏光十字 消失为标志) ，淀粉粒完全崩溃。 o g 重 图1 - 2 1r v a 测定的粘度曲线示意固 f i g1 2 - iv i s c o s i t yv a r a t i o nd e t e r m i n e db y r a p i dv i s c oa n a l y s e r ( n w e p o r t ) 随着温度升高，淀粉粒整体充分膨胀，淀粉粒相互 摩擦溶液粘度上升并达到最高值，称为峰值粘度( p e a kv i s c o s i t y ) 。淀粉蝴化的难易取决于淀粉 粒分子间的结合力，赢链淀粉结合力较强。故糊化需较长时间，即达到峰值粘度的时间较长。 达到峰值粘度后，保温一段时间。并继续搅拌，淀粉粒破裂，粘度急剧下降，达到最低粘度， 称为保持强度( h o l d i n g t h r o u g h ) ，又称低谷粘度。时间越长。粘度下降越显著。粘度的下降是由 于淀粉混合物在受到搅拌的情况下，淀粉分子自身定向排列引起的。这一现象称稀懈或切变稀释， 峰值粘度与低谷粘度的差值称稀懈值或崩解值( b r e a k d o w n ) 。 淀粉糊化液进一步冷却，淀粉回生粘度又开始上升，并最终稳定在一定的高度，称为最终 粘度( f i n a lv i s c o s i t y ) 。最终粘度与低谷粘度的差值称为反弹值( s e t b a c k ) 。最终粘度反映了形成凝 胶结构时直、支链淀粉之间的互作情况，一般情况下，直链淀粉含量升高，展终粘度也升高。 淀粉的稀溶液，在低温下静置一段时间后。溶液变浑浊溶解度降低而沉淀析出。如果淀粉 溶液浓度比较大，则常常可以形成硬块而不再溶解，也不易被酶作用，这种现象称为淀粉的凝沉 作用也叫老化或回生( h o o v e r1 9 9 5 ) 。淀粉的凝沉作用在固体状态下也会发生，如冷却的陈馒头、 陈面包和陈米饭，放置一段时间后，便失去原来的柔软性。变硬失去弹性。由于组成不同，胶体 和淀粉液表现不同的凝沉现象，直链淀粉重新聚集，形成不透明的表面。存在阻性淀粉作用( r i n g 等1 9 8 8 ) 淀粉粒形成腔体再冷却凝沉形成凝胶的过程中直链淀粉含量是决定形成凝胶的强度 和外观的关键因素。高直链淀粉古量的淀粉可用于生产强的不透明胶回生老化快。相反糯性 淀粉仅形成粘液而不是胶体，典型的粘液半透明，回生慢，是决定食品老化变质的决定因素 ( h e r m a n s s o n 和s v e g m a r k 1 9 9 6 ) 。 分析淀粉糊化特性的典型仪器是b r a b e n d e r 粘度仪( v i s c