（农产品加工及贮藏工程专业论文）中国小麦的面团粘度影响因素研究.pdf

摘要 本研究选取了2 0 0 2 年在中国河南广泛推广的2 6 个优质商业小麦品种和美国 堪萨斯州2 0 0 2 年主要优质面包小麦品系的6 个不同蛋白含量的小麦品种，研究 了蛋白质、淀粉、戊聚糖、高、低分子量麦谷蛋白亚基构成及1 b l 1 r s 易位基因 对中国小麦面团粘度的影响情况，结果表明： 国产小麦的面团粘度与粗蛋白含量及面筋指数里显著负相关，而与干、湿面 筋含量不相关。国产小麦的面团粘度与粗淀粉含量之间没有相关性，但与支链淀 粉含量之间具有极显著的正相关性，与直链支链淀粉的比例之间具有极显著的 负相关性，且与降落数值之间具有显著的负相关性。这说明面团粘度较低的小麦 面粉中支链淀粉的含量较低。国产小麦的面团粘度与水溶性戊聚糖含量和总戊聚 糖含量之间均呈现出极显著的正相关性。这说明面团粘度较低的小麦面粉中戊聚 糖的含量较低。高、低分子量麦谷蛋白亚基的6 个位点对面团粘度的贡献大小为： g l u b 1 g l u * a 3 g l u a i 6 l u d i g l u d 3 g l u b 3 。在g l u b 1 位点，1 4 + 1 5 1 3 + 1 6 7 + 8 1 7 + 1 8 ；在g l u a 3 位点，g l u - a 3 a g l u - a 3 c g l u a 3 b ；在 g l u a 1 位点，1 0 ；在g l u d 1 位点，4 + 1 2 2 + 1 27 在g l u d 3 位点，g l u d3 c g l u d 3 b g l u d 3 a ；在g l u b 3 位点，g l u b 3 f g l u b 3 d g l u b 3 b 。国 产小麦样品中有7 种小麦含有5 + 1 0 亚基，6 种国外小麦样品均含有5 + 1 0 亚基， 国产小麦样品中5 + 1 0 亚基出现的频率明显低于国外，含有5 + 1 0 亚基的小麦样品 的面团粘度明显低。国产小麦样品中有8 种小麦含有1 b l 1 r s 易位基因，而所选 国外样品不存在这种易位基因，1 b l 1 r s 易位基因在国产小麦样品中的出现频率 明显高于国外，含有1 b l 1 r s 易位基因的小麦面团粘度明显高。 本课题通过研究中国小麦面团粘度的影响因素及机理，为降低国产小麦的面 团粘度提供了理论基础，从而为改良其烘焙品质创造了一个新途径。 关键词：小麦面团粘度因素 a b s t r a c t 2 6 】1 i g h q u a l i t yc o m m e r c i a lw h e a t c u l t i v a r st h a th a db e e np o p u l a r i z e d e x t e n s i v e l yi nh e n a np r o v i n c ei n2 0 0 2a n d6w h e a tc u l t i v a r sp l a n t e di nu s a k a n s a s s t a t ei n2 0 0 2w e r es e l e c t e dt or e s e a r c ht h ef a c t o r sa f f e c t i n gd o u g hs t i c k i n e s so nt h l 晦e f a c e t s ，s u c ha sp r o t e i np r o p e r t y , s t a r c hp r o p e r t y , a n dp e n t o s a n sc o n t e n t ，h m w g s ， l m w - g sa n d1 b i 1 r s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： d o u 【g hs t i c k i n e s sw a sn e g a t i v e l ys i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d 、i t l lp r o t e i nc o n t e n ta n d g l u t e ni n d e x i n s i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d 、i t hw e tg l u t e na n dd r yg l u t e n d o u g h s t i c k i n e s sw a sn e g a t i v e l ys i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t ht h ef a i l i n gn u m b e r , a m y l o s e c o n t e n ta n dt h ep r o p o r t i o no f t h ea m y l o s ea n da m y l o p e c t i n p o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t l l a m y l o p e c t i nc o n t e n t ，i n s i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t hs t a r c hc o n t e n t i tp r o v e dt h a tt h e w h e a t 晰t l l1 1 i g hd o u g hs t i c k i n e s sh a dl l i g ha m y l o p e c t i nc o n t e n t d o u g hs t i c k i n e s sw a s p o s i t i v e l ys i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t hw a t e r - s o l u b l ep e n t o s a n sa n dt o t a lp e n t o s a n s c o n t e n t i tp r o v e dt h a tt h ew h e a t 谢t l l1 1 i g hd o u g hs t i c k i n e s sh a d h i g hp e n t o s a n s c o n t e n t a c c o r d i n gt ot h ec o n t r i b u t i o no f t h ea l l e l et od o u g hs t i c k i n e s s ，d i f f e r e n t g l u t e n i ns u b u n i tl o c ic o u l db er a n k e da s ：g l u b i g l u a 3 g l u a i g l u - d i g u j d 3 g u j b 3 a tg l u b 1 ，1 4 + 1 5 1 3 + 1 6 7 + 8 1 7 + 1 8 ；a tg l u a 3 ， g l u a 3 a g l u a 3 c g l u - a 3 b ；a t g l u a 1 ，1 0 ；a t g l u d l ，4 + 1 2 2 + 1 2 ；a t g l u _ d 3 ，g l u - d 3 c g l u d 3 b ( 辽u - d 3 a ；a tg l u b 3 ，g l u - b 3 f g u j - b 3 d g l u b 3 b t h e r ew e r es e v e nk i n d so fc h i n e s ew h e a tw i t ht h es u b u n i to f5 + 10 ，w h i l e a l lo f a m e r i c a nw h e a ts e l e c t e dh a d5 + 1 0s u b u n i t n l ef r e q u e n c yo f5 + 1 0s u b u n i ti n c h i n e s ew h e a tw a so b v i o u s l yl e s st h a na m e r i c a nw h e a t s d o u g hs t i c k i n e s so f t h e w h e a tw i t l lt h es u b u n i to f5 + 10w a so b v i o u s l yl o w e r t h e r ew e r ee i g h tk i n d so f c h i n e s ew h e a tw i t h l b u lr st r a n s l o c a t i o nw h i l en o n eo f a m e r i c a nw h e a ts e l e c t e d h a di t n l ef r e q u e n c yo f1 b l 1 r st r a n s l o c a t i o ni nc h i n e s ew h e a tw a so b v i o u s l ym o r e t h a na m e r i c a nw h e a t s d o u g hs t i c k i n e s so f t h e1 b l 1 r st r a n s l o c a t i o nw h e a tw a s o b v i o u s l yh i g h e r t h ef a c t o r sa f f e c t i n gd o u g hs t i c k i n e s sw e r es t u d i e di nt h i ss u b j e c t i tw a sh e l p f u l t op r o v i d et h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rd e c r e a s i n gt h ed o u g hs t i c k i n e s so fc h i n e s e w h e a ta n dan e ww a yt oi m p r o v i n gt h eb a k i n gp r o p e r t i e so f c h i n e s e k e yw o r d s ：w h e a t ；d o u g h ；s t i c k i n e s s ；f a c t o r s l i 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， 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河 南工业大学或其他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。 论文作者签名：丛巡日期： 细s 弱 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南工业大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；本 人授权河南工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丛逊 日期： 导师签名：曼查k 独6 ，5 日期：堑奎! ：5 ： 中国小麦的面团粘度影响因素研究 1 1 引言 第一章前言 小麦是我国播种面积仅次于水稻的第二大作物。长期以来，我国的广大育种工作者 培育和选择了多种类型的优良小麦品种( 系) ，为我国小麦生产水平的提高做出了巨大 贡献。这些小麦品种( 系) 是我国农业的宝贵资源，是研究改良和选育未来新品种的重 要基础材料。但是，一直以来，我国的农业生产以“温饱问题”为目的，小麦育种多注 重产量，忽视了品种的品质问题【i j 。 随着我国人民生活水平的提高和食品j j n 7 - 业的发展，小麦品种的品质状况越来越受 到人们的重视。中国加入w t o 后，农业生产面临着更严峻的挑战，必须重视的首要问 题就是农作物的品质问题。品质好的农产品受到消费者的欢迎，其生产就能得以持续发 展，否则就失去了市场竞争力，失去了自身生存和发展的条件和空间 ”。 我国小麦与国外小麦相比，虽然面粉蛋白质含量不低，但我国小麦面团表现出非常 明显的粘性，而且烘焙品质显著劣于进口小麦口】。这就从一方面解释了“我国即是全球 第一大小麦生产国，也是全球最大的小麦进1 2 1 国之- - 4 j ”的原因。如何合理利用国内资 源，增加小麦的有效产量，提高面粉的品质，适应食品工业不同领域的要求就显得日趋 重要【5 一。 研究小麦面团粘度的影响因素及机理，从而寻找降低我国小麦面团粘度的方法，对 于提高国产小麦的烘焙品质，满足国内食品工业的需求具有重要的现实意义。 1 2 小麦面团的粘性 在7 0 年代，世界各国为了提高小麦的产量和抗病能力，育种专家采用染色体易位 的方法，用黑麦的1 r 染色体短臂取代小麦的1 b 染色体短臂，从而形成了小麦黑麦 1 b l 1 r s 易位系。较早引入我国的1 b l 1 r s 小麦品种是以洛夫林为代表的一批小麦一黑 麦易位系 7 1 ，所以习惯上也把1 b l a r s 品种称作“洛类”品种。1 b l 1 r s 品种带有来自 黑麦的分别抗条锈、叶锈、秆锈和白粉病的基因y r 9 、l r 2 6 、s t 3 l 和p m 8 m 】，同时具有 较好的丰产性和适应性”，因此在世界范围内广为利用【1 2 1 ，被认为是外源基因用于小 麦品种改良最成功的范例i l 3 1 。 但是这些小麦品种在使用品质上也有很多的不足，如：低的面团强度和短的揉混时 河南工业大学硕士学位论文 间等。面团的粘性成为食品加工业的一个普遍问题，尤其是在烘焙和糖果糕点工业，这 就引起了小麦育种学家和品质专家的广泛关注 1 4 讲】。 面团粘性问题是由流变学专家s c o t tb l a i r 在1 9 3 6 年提出的，他当时描述粘性为面 团粘结在烘焙师手上的特性1 2 ”。1 9 9 4 年h e d d l e s o nr c 等提出：面团的粘性不仅仅是指 面团粘结在手上或者仪器上的性质，它属于面团流变学特性的范畴，是由面团的粘结特 性和内聚特性所共同决定的一种面团的特性 ”l 。 目前食品工业对面团粘性的影响因素及机理研究的还不多，主要是通过已使用先进 仪器和方法研究粘性的其他领域来间接获得面团粘性知识的，如多聚物粘性工业。该领 域对粘结特性的本质已经研究了很久，对以流变、表面特性和热动态特性为基础的粘度 特性的机理也已经有所认识。a n - t - 过程中面团的粘度特性与压敏胶粘荆的压敏粘合相 似。压敏粘合剂是粘弹性的树脂体系，橡胶多聚物( 弹性体) 表现其弹性，低分子量的 粘性树脂表现粘性。面团中的面筋体系与该体系相似，面团是由大分子量的麦谷蛋白和 小分子量的麦醇溶蛋白组成的粘弹性体系。l e v i n e 和s l a d e 发现高分子量麦谷蛋白表现 一定的弹性，低分子量麦醇溶蛋白表现一定的粘性，其作用相当于压敏胶粘剂的粘性树 脂成分。它们的粘度都是流变特性和表观特性的综合表现，受到粘附力和内聚力的共同 影响，关键因素是粘结力和内聚力的比率。这与长期以来认为压敏粘性物质的粘性不仅 与单一某物质的表面特性有关，而且涉及粘合物质的表面特性及流变性是一致的。 研究发现，面团的结构决定其流变学性质，所谓面团的结构是指面团中各个组份的 空间排列以及它们之间的作用力【2 ”。粘度性状是流变学特性之一，因此我们可以从面团 的结构和流变学的角度来研究面团的粘性。 1 3 粘度过大的表现与危害 中国小麦的育种起步较早，但是在8 0 年代以前，小麦育种的重点是解决人民群众 的温饱问题，主要集中在提高小麦产量、增强小麦的抗病虫害能力和缩短小麦的成熟周 期上，因而忽略了小麦品质的提高 2 7 2 9 。目前，研究结果显示：我国小麦与国外小麦相 比，虽然蛋白质含量不低，但国产小麦面团却存在非常明显的粘性，其主要特征是面团 非常容易粘结在仪器和烘焙师的手上，甚至无法成型【3 】。这就直接导致了我国小麦的最 终产品，特别是烘焙产品的品质显著劣于进口小麦，因而我国每年也就需要进口大量的 面包专用小麦以满足国内市场的需求。 面团粘度过大的现象尤其被现代机械化生产的面包企业所关注，因为它们需要在很 短的时间内生产出成千上万个面团，而一个粘性过大的面团则会造成生产中断和过高的 2 中国小麦的面团粘度影响因素研究 能耗，从而带来很大的经济损失，并且降低最终产品的质量。 1 4 面团粘度性状研究的国内外现状 面团的粘性与面团制备工艺条件诸如面团的加水量、面团的揉混时间和揉混方式有 关，但这些因素可以通过精心的控制和操作来避免。由于面粉本身的原因( 如蛋白质的 含量和组成以及面粉中的其他成分) 所引起的面团过粘就不是面包企业所能控制的。 关于面团粘度性状的研究，国外主要集中在面团粘度的测定方法上，只有少量研究 是关于面团粘度影响因素的，国内对面团粘度的研究几乎空白。 1 4 1 面团粘度的测定方法 1 。4 1 1 手感测定法 虽然很早( 1 9 5 0 ) 就出现了关于面团粘度性状的研究1 2 9 。，但发展缓慢。直至现在，用 来测定面团粘度的仪器仍很少，有很多实验还是用手感来评价面团粘度的。手感粘度评 价法由于操作方便和使用仪器较少的特点被烘焙师们广泛使用【2 “，所以面团的粘性也被 称作为加工成型特。陛( h a n d l i n gp r o p e r t y ) ，但是手感测定粘度方法的精确度较低，只能将 面团区分成为非常粘、粘和不粘三种类型。 w a n g 等人在1 9 9 4 年报道了一种系统的手感测定面团粘度的方法p ，采用统计分析 的手段，制定了用连续范围内的数值来评价面团粘度的方法，见图1 - 1 。 揉混仪吸水量的确定：采用5 0 9 粉质仪测定的吸水量。 面团的制备：称取质量相当于1 0 9 含水量为1 4 的小麦粉样品，放入1 0 9 揉混仪的 揉面钵中，以5 0 9 粉质仪加水量在揉混仪中进行揉混，第一次揉混仪运行1 0 r a i n ，做出 一条完整的揉混仪曲线，以确定该样品的揉混仪峰值时间( m d t ) 。用于质构仪粘度测 定的面团按揉混仪峰值时间进行揉和制备。 面团的粘度评分：评估三个与粘度相关的特性：a 是否容易从揉混仪的钵和针体上 移除；b 是否粘手指；c 手工成型的难易。直接在钵体内检测，面团的粘度在1 1 5 c m 之间评分。评分标准的端点和中点用非粘性( o 分) 、中粘( 7 5 分) 和非常粘( 1 5 分) 这三个等级进行定位。 评定人在评定时划定一条最能代表面团粘度的垂直线或者用一条垂直的直尺直接 比量，评价值由最低粘度处( o 刻度) 到垂直线上某点的厘米数来决定的。粘度是三个特 征评分的总和，最高为4 5 分。 河南工业大学硕士学位论文 图卜1 手感粘度测定的三个特征评分照片 面团从揉混钵和针体上移除的难易程度： 0 分7 , 5 分1 5 分 面团能够完全干净的大部分的面团可以整块面团非常粘钵和 移除，不粘钵和针体，移出，只有少部分的面针体，移出非常 很容易的整块取出。团粘在钵和针体上。困难。 面团粘手指( 拇指和食指) 的程度： 轻轻的用拇指和食指压在面团上( 不能完全压扁) 保持3 秒钟，慢慢分开手指( 直 至完全分开) 。 0 分7 5 分1 5 分 工 无论快或者是慢速分离慢慢分开过程中面团粘面团粘在手指上， 面团维持在一个手指上，在手指上，但是当快速即使快速分开手 并在面团上留下凹痕。分开手指时可以分开。指也不能分开。 搓圆和成型( 手工) 的难易程度： 用手指和手掌尽量将面团揉成小球，评价面团成型过程中的粘手指和手掌的程度。 0 分7 5 分1 5 分 l j 士 面团易成球，面团可以用手指面团不能成球， 轻微粘手。 搓成球形，但是 不能从手指和 不能用手掌成型。手掌上移除。 4 中国小麦的面团粘度影响因素研究 1 4 1 2 质构仪测定法 c h e n 和h o s e n e y 使用质构仪( t a x t 2 ) 和他们开发的面团粘度分析室( d o u g h s t i c k i n e s sc e l l ) 联用进行小麦面团粘度的测定，该方法基本达到了将探头和面团表面完全 分离，也就是将面团的粘结特性和内聚特性分开的要求。 c h e n 和h o s e n e y ( 1 9 9 4 ) 使用他们开发的粘度分析室将面团挤压通过纤细的筛网( 1 4 目英寸，孔的直径为1 5 2 4 u m ) ，对挤压出的保持在筛网上的少部分面团进行测试，这 种方法可以在测试过程中有效地防止面团流动，然后使用一个质构仪探头在一定压力下 与挤压出的这部分面团粘结在一起，保持一定的时间后，采用一定的速度撤回探头，使 用该过程中所需要的力来评定面团粘度的大小p “。在1 9 9 5 年，c h e n 和h o s e n e y 在对能 引起面团粘性的小麦粉中的各种物质进行了分离和鉴定的研究中，使用该方法对面团的 粘度进行了测定i l 。h u a n g 和h o s e n e y 将c h e n 和h o s e n e y 所用的面团粘度分析室和操 作过程进行了改进【l ”，具体有：为了使面团表面和探头能够完全分开，选择了一个具有 低表面能的探头( 有机聚合树脂材质) ，并改进了面团粘度分析室，面团分析室的上盖 的中心部位带有3 7 个直径为1 s m m 的筛孔，分析室的下部是一个腔体结构( 如图1 2 所示) 。测试时使用柱形活塞旋转着将面团挤压出，这样可以制备出平整的面团表面， 以使测试的面团强度达到最大；并在将少部分的面团挤压出来之后，将挤压的柱形活塞 回撤，以消除它产生的扭转力对面团粘度测定的影响。他们使用质构仪的最大探头回撤 速度对面团的粘度进行测定，以使面团的粘性流动对粘度测定的影响最小。 该方法可以使探头与面团表面完全的分离，比较客观地测定了面团的粘度特性。 上盖搪视田 图1 - 2 质构仪粘度分析室 一 端悉 斤醇 河南工业大学硕士学位论文 张勇【3 2 l 的质构仪测定方法具体如下： 面团的制备：称取质量相当于l o g 含水量为1 4 的小麦粉样品，放入1 0 9 揉混仪的 揉面钵中，以5 0 9 粉质仪加水量在揉混仪中进行揉混，第一次揉混仪运行1 0 m i n ，做出 一条完整的揉混仪曲线，以确定该样品的揉混仪峰值时间( m d t ) 。用于质构仪粘度测 定的面团按揉混仪峰值时间进行揉和制备。 粘度的测定：将揉制好的面团从揉混钵中取出，放置于质构仪的测定粘度的附件中 ( 如图1 2 所示) ，旋紧带筛孔的上盖，并将圆形的树脂覆盖片盖在附件上，以尽量减 少面团水分的丢失，影响面团的表面性质。然后旋转粘度附件下部的挤压螺旋杆，将面 团挤压通过筛孔，用一个锋利的塑料刀片切去挤压出来的面团，然后再将面团挤压通过 筛孔，直至能挤压出一个平整的面团表面作为测试部分，挤出的测试部分的高度约为 l m m 。然后反方向旋转粘度附件下部的螺旋杆，将挤压的圆形柱塞撤回，以释放产生的 挤压应力，避免挤压应力对面团粘度测定的干扰。将挤出的面团试样在不取走上面的覆 盖树脂片的情况下松弛1 5 s 。 取走制各好的面团试样上的覆盖树脂片，将整个粘度附件放置在探头的下面。探头 下压面团，记录下来分离探头与面团所需要的力。再次用塑料的刀片削去挤出的面团， 重复上面的操作两次，得到的3 个面团粘度值，平均后作为单个面团试样的粘度值。 影响质构仪粘度测定的重要参数有：探头压力的大小，探头下压的速率，探头回撤 速率，探头回撤的距离以及测试样品的高度等。 质构仪的工作参数如下： m o d em e 明u r es t i c k i n e s s o p t i o n r e t u r nt os t a r t p r e - t e s ts p e e d l m m s t e s ts p e e d i m m s p o s t - t e s ts p e e d1 0 0 m m s d i s t a n c e7 5 m m t r i g g e rf o r c ea u t o 一5 9 d a t aa c q u i s i t i o nr a t e 2 0 0 p p s 1 4 2 面团粘度的影响因素 1 4 2 1 蛋白质对面团粘度的影响 蛋白质既是营养品质性状，也是加工品质性状。大量研究表明，蛋白质的质和量与 6 中国小麦的面团粘度影响因素研究 小麦烘焙品质密切相关，尤其是贮藏蛋白( 即面筋蛋白) 的组成和结构是影响小麦面团 粘弹性和烘焙品质的主要因素。根据o s b o m e l 3 4 1 的分类系统，小麦蛋白质包括清蛋白、 球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白。它们对小麦加工品质的贡献存在很大的差异。 ( 1 ) 蛋白质含量与加工品质的关系 蛋白质含量高的面粉通常有好的面包烘焙品质，因而一开始就有很多人认为对面包 烘焙品质影响最大的因素是面粉中的蛋白质含量【3 5 3 7 】。面粉蛋白质含量与面包体积密切 相关，对于一种给定的品种来说，当蛋白含量范围在8 1 8 时，面包体积和蛋白含量 之间有线性关系，但不同品种之间所得监线的斜率不同，也就是说，只用蛋白的含量几 乎不能很好地解释来自不同栽培品种小麦面粉烘焙出的面包体积的差异。比如，我国河 南的一些优良品种小麦的蛋白质含量和法国的相差不大甚至比法国蛋白质含量还多，但 其烘焙品质却劣于法国小麦【3 】。 ( 2 ) 蛋白质质量与加工品质的关系 f i n n e y 和b 锄o r e 旧等首先提出蛋白质的质量也是影响面包烘焙品质的重要因素， 这种“质量”最初一般被认为是蛋白质的组成和结构。 a 可溶性蛋白与m i 品质的关系 清蛋白和球蛋白统称小麦种子可溶性蛋白，分别占种子蛋白的9 和5 左右，是细 胞质中的酶蛋白，其主要功能是作为各种代谢的酶。面筋蛋白质主要由醇溶蛋白和麦谷 蛋白组成，可溶性蛋白仅占很小的一部分。由于技术的限制，对可溶性蛋白的研究较为 有限。r o d r i g u e z - l o p e r e n a 等p g 0 9 7 5 ) 发现4 、麦可溶性蛋白与面包制作品质和面团流变 学特性有密切的关系：另外还发现高度聚合的可溶性蛋白的量，尤其是高度聚合的清蛋 白的含量与面包制作品质有明显的负相关性。同时，可溶性蛋白对极性脂质有很高的亲 和特性，这可能影响面包的体积，其中清蛋白的含量与小麦面粉的蛋白含量有极显著的 正相关性。 b 贮藏蛋白与加工品质的关系 醇溶蛋白和麦谷蛋白组成小麦种子贮藏蛋白，分别占小麦种子蛋白质的4 0 和4 6 左右。醇溶蛋白为单体蛋白，相对分子质量较小，分子无亚基结构，它多由非极性氨基 酸组成，故富于粘性和膨胀性，主要为面团提供延展性；麦谷蛋白是一种非均质的大分 子聚合体，靠分子内和分子间的二硫键连结，呈纤维状，其氨基酸组成多为极性氨基酸， 容易发生聚集作用，其肽链问的二硫键和极性氨基酸是决定面团强度的主要因素，它赋 予面团以弹性【lo j 。 事实上，麦谷蛋白和醇溶蛋白共同形成面筋，并以一定的比例相结合时才能赋予面 团特有的性质，面粉中麦谷蛋白与醇溶蛋白的含量比值决定小麦面团的加工品质【4 0 1 。醇 7 河南工业大学硕士学位论文 溶蛋自含量高的面粉在面团发酵时持气能力好，但在焙烤时持气能力不好；麦谷蛋自含 量高的面粉在面团发酵、焙烤时持气能力都不好。不同小麦品种麦谷蛋白与醇溶蛋白含 量和比例不同，从而造成加工品质的差异。剩余蛋白与谷蛋白组成上相似，可能通过分 子间二硫键形成交联度更大的不溶性三维网状结构。 在揉混过程中，贮藏蛋白开始吸水膨胀，分子间相互连接，经揉合组成的贮藏蛋白 膜网构成骨架，使淀粉颗粒包裹于网络之中，形成一个连续的三维网状空间面团结构， 从而使面团成为具有粘弹特性的天然高分子混合物，正常条件下面团还显示一定的流动 性，具有粘性流体和弹性固体的综合特性【3 “。 据g u p t a 等】统计，用面粉中的蛋白含量可以解释面粉烘焙出的面包体积差异的 1 - - 8 6 ，而用麦谷蛋白含量可以解释面包体积差异的1 3 9 3 ，这说明面粉中的麦谷 蛋白含量比蛋白含量更能解释面包体积的差异，即蛋白组成和结构的差异是造成不同小 麦烘焙品质出现差异的主要原因。这是认识上一次质的飞跃，把影响小麦烘焙品质的因 素从“量”的水平提升到“质”的水平。面粉的“质”是指蛋白质的结构和组成，有关 蛋白质的结构和组成与小麦功能特性之间的关系在谷物化学中是一个非常重要的研究 课题。 大量研究发现，小麦加工品质不但与蛋白质的含量有关，而且也是蛋白质质量的函 数。就一个品种而言，随蛋白质含量的增加，小麦吸水率增加，而蛋白质含量相同的不 同品种的小麦粉的吸水率则随其质量的提高而增加。在面团搅拌过程中，由于氧的渗入 可使面筋蛋白中的含硫氨基酸( 约占蛋白质氨基酸总量的1 0 ) 的硫氢基氧化成不易断 裂的二硫键，形成大分子的网状结构，增强面团保持气体的能力和面团强度；而且，和 面时间、蛋白质的质量都与这种氧化需要成正比。这说明尽管蛋白质含量对面团流变特 性有影响，但这种影响作用远远次于其质量的作用。p a y n e 等也认为蛋白质的质量( 如 麦谷蛋白的构成) 对加工品质的影响更大1 4 2 1 。 c 高、低分子量麦谷蛋白亚基与加工品质的关系 麦谷蛋白还原后的亚基f 其中的区带就是泳动速率相同的亚基聚集形成的) 组成在 s d s p a g e 图谱中可分为两大部分：高分子量麦谷蛋白亚基( h i g hm o l e c u l a rw e i g h t g l u t e n i ns u b u n i t ，h m w - g s ) 和低分子量麦谷蛋白亚基( l o wm o l e c u l a rw e i g h tg l u t e n i n s u b u n i t ，l m w - g s ) 。小麦贮藏蛋白包括麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，h m w - g s 占贮藏蛋白 的1 0 ，l m w - g s 占贮藏蛋白的4 0 以上【踯j 。由于各个l m w - g s 相对分子质量接近， 在s d s p a g e 中很难分辨清楚；而h m w - g s 相对分子质量大，在s d s - p a g e 中迁移速 度慢，不但能与l m w - g s 明显分开，而且各自h m w - g s 间也能清楚分辨，所以对 h m w - g s 的研究比较多。上世纪8 0 年代被称为“高分子质量麦谷蛋白亚基的1 0 年”， 中国小麦的面团粘度影响因素研究 是对h m w - g s 研究最为活跃的l o 年，起先锋作用的是p a y n e 及其同事们。p a y n e 等1 4 3 j 率先采用s d s p a g e 技术分析了h m w - g s 的组成，发现h m w - g s 由位于第一组同源 染色体长臂上的基因o a 、i b 、1 d ) 编码。每个基因位点有一个高分子质量x 型亚基和一 个低分子质量y 型亚基组成，并在总结了大约3 0 0 种欧洲面包小麦的等位基因顺序后， 表明g i u - a 1 位点有3 个等位基因编码3 种不同的亚基l 、2 牟、n u l l ) ，g l u - b i 位点有6 个等位基因( 编码1 4 种不同的亚基：6 、7 、8 、9 、1 3 、1 4 、1 5 、1 6 、1 7 、1 8 、1 9 、2 0 、 2 1 、2 2 ) ，g l u d 1 位点有6 个等位基因( 编码8 种不同的多肽，6 种不同的亚基：2 、3 、4 、5 、 1 0 、1 2 ) 4 4 。这些亚基在大部分栽培品种出现的种类不同，一般有3 、4 或5 种，最多的也 只有5 种( 理论上应有5 种) 【4 5 】，也就是说，g l u a 1 仅编码l a x 亚基，o l u b l 编码1 b x 和1 b y 亚基，g l u - d 1 编码1 d x 和1 d y 亚基，其中1 b x 和1 b y 或1 d x 和1 d y 亚基构成一 对等位基因。 b e k e s l 4 6 利用基因重组实验发现：当同时加入等位基因5 和1 0 或2 和1 2 时，提升 作用比5 、1 0 鼓2 、1 2 单独加入时更明显，其最佳加入比例为1 ：1 。p a y n e 等【4 7 j 以s d s 沉降值作为面包烘焙品质的代表指标研究了3 0 0 多种欧洲小麦特殊亚基等位基因与其面 包制作品质之间关系，发现1 d 和一些l b 等位基因中，x 、y 型结合的“亚基对”对面 包制作品质的贡献比两者单亚基贡献之和还大，并提出了高相对分子质量麦谷蛋白亚基 品质评分系统。 王金水【4 8 】以中国大面积种植的3 9 3 个小麦品种( 含少数品系) 为材料，系统地研究了 h m w g s 的分布与组成，结果表明：我国小麦烘焙品质差的原因正是因为与小麦品质 相关的5 + 1 0 亚基对在我国小麦中出现的频率比国外要低得多( 只相当于世界平均水平的 4 0 呦。他根据我国小麦品质的具体情况，提出了比较适合评价我国小麦品质的亚基品质 评分系统。组成麦谷蛋白的另一类亚基l m w - g s 位于g l u a 3 、g l u b 3 和g l u d 3 的基 因位点编码。面团最大抗拉伸阻力和静置后面团拉伸阻力超过4 6 的差异能用l m w - g s 解释，但由于l m g s 亚基间相对分子质量差异也不像h m w - g s 那么大，在s d s p a g e 中互相之间分的不是很清楚，所以对l m w g s 的研究不像l 玎订w g s 那么详尽。h m w - g s 对麦谷蛋白聚合物的贡献比l m w - g s 大，比值大约为2 ：l ( 相同质量的贡献比) ，但 h m w - g s 对聚合物分子大小分布并无影响。 g u t a t 4 9 贝j j 进一步通过对基因缺失型小麦品种进行实验发现：h m w - g s 和l m w - g s 都存在时，面团中的大分子聚合物的含量比两者单独存在时小麦的大分子聚合物量之和 还多，这可能是因为之间通过二硫键结合，对形成大分子聚合体有利，而大分子聚合体 含量与二者含量有关。但是，用h m w - g s 解释面粉品质差异是有限的，不足以用来预 测面粉的加工品质。但在育种领域，尤其是育种初期样品量很少，不可能做一些小麦耗 9 河南工业大学硕士学位论文 量较大的品质实验时，即使这些适量的预测结果也是很有帮助的，育种工作者可以使用 亚基评分系统来评价小麦品质。 研究者对h m w - g s 与面包j j q - 品质之间的关系已有较一致的认识，h m w - g s 组成 己成为品质育种中亲本选配和杂交后代选择的重要依据【5 0 j 。l m w - g s 在麦谷蛋白中占 很大比例，对小麦加工品质也有不可忽视的作用，b r e t t 等用免疫技术研究了l m w - g s 对面包加工品质的重要贡献。c o r n i s h 等的研究表明，l m w - g s 位点对面团黏弹性的作 用以加性效应为主，位点间互作效应也达显著水平，在g l u b 的3 个位点中，b b b 、b b c 和e b c 为优良的l m w - g s 构成。h m w - g s 和l m w - g s 位点的互作效应也影响小麦加工 品质。在过去1 0 年间，h m w - g s 和l m w g s 组成及其与加工品质的关系已成为国际 上的热点研究领域之一【4 2 】。 如上所述，h m w o g s 与面粉品质的关联是间接地通过某些特定h m w g s 与大分子 聚合体的相对分子质量或数量显示出来的。后来发现这些大聚体只有在s d s 提取液中 加入还原剂或经过超声波处理后才能溶解，并通过s d s p a g e 证实虽然通过稀醋酸、s d s 提取后剩余的成分不尽相同，这些大聚体都主要由麦谷蛋白组成。这些在用1 5 s d s 直接从面粉中提取s d s 可溶性蛋白并离心后呈薄薄的一层覆盖在淀粉粒表面的蛋白被 命名为：麦谷蛋白大聚合体，以区别于可被s d s 提取的相对分子质量较小的谷蛋白聚 合体，其含量反映了谷蛋白聚合体的粒度分布情况。大量研究表明：尽管麦谷蛋白大聚 合体在总蛋白质中的比例并不大，但却对面粉的烘焙品质起着重要的作用。 ( 3 ) 1 b l 1 r s 易位小麦对面团粘度的影响 m a r t i n i 9 8 6 年的研究结果为l b l 1 r s 易位小麦对面团的揉混特性和面团粘度没有 影响，在1 9 9 1 年他又对比研究了欧洲、澳大利亚和北美的几种同源转基因小麦品种， 发现有些地方种植的1 b l 1 r s 易位小麦的面团非常粘，但是在北美和英国种植的却不导 致面团发粘口2 , 2 4 1 ；但h u s s a i n 的研究得到的结论与m a r t i n 不同，他发现1 b l 1 r s 易位小 麦的5 个揉混指标中有4 个比相应的正常小麦要低，表明易位基因的小麦面团强度低于 相应的正常小麦；h u s s a i n 还发现1 b l 1 r s 易位小麦面团的粘度要明显高于相应的正常 小麦的面团粘度，但是面团的粘度还与麦谷高分子蛋白亚基的组成有关口“。 根据d h a l i w a l 等的研究，1 b l 1 r s 易位小麦对小麦籽粒的丰满度、硬度、蛋白质含 量、磨粉品质和粉质仪吸水率没有显著的影响，硬麦的s d s 沉降值、面团形成时间和 吹泡示功仪的抗延伸性都有明显的减小，但是软麦只有面团的延伸性指标下降，其他指 标没有明显变化【5 2 1 。他在1 9 8 8 年的研究结果是面团的粘度缺陷不能归因于1 b l 1 r s 小 麦的基因的改变，因为一些粘的易位基因小麦与正常小麦的基因图谱是相同的【i 引。 l i l l 对两种南非的1 b l 1 r s 易位小麦的加工特性研究发现，1 b l 1 r s 易位小麦面团 中n 4 , 麦的面团粘度影响因素研究 在加工过程中的粘性使用改变烘焙配方的方法无法避免，表明面团的粘性与1 b l 1 r s 小麦的基因转移有很大的关系 5 3 1 。f e n n 的研究结果表明，基因的影响是造成1 b l 1 r s 易位小麦的籽粒硬度和面团的再揉混粘度的主要因素，但是l b l 1 r s 小麦的出粉率、粉 质仪形成时间和揉混仪峰值时间的改变却是由环境因素引起的m j 。 刘建军，何中虎等在研究i b l i r s 易位对小麦加工品质的影响得出：1 b l 1 r s 易位 除了使普通小麦1 b 染色体短臂缺失导致小麦品质降低外，来自黑麦1 r 染色体的黑麦 碱本身也是影响小麦品质的重要因素之一，黑麦碱结构的显著特点是富含谷氨酰胺。由 于此特点其吸水量增加，而其持水力较低，从而导致面团粘性增大，强度降低，烘烤品 质变劣【5 5 】。 1 4 2 2 淀粉对面团粘度的影响 作为小麦籽粒中的主要成分之一，小麦淀粉的生产工艺、理化特性、遗传规律，以 及小麦淀粉与小麦品质间关系等，在国内外得到了较为广泛的研究。大量研究证明，小 麦淀粉很多特性不仅优于玉米淀粉( 如热糊粘度低，糊化温度低，热糊稳定性好，耐热， 耐搅拌，改性后的淀粉乳化性能好，冷却后的淀粉凝胶强度高等) ，而且对小麦加工品 质和食用品质具有重要影响，如在汤中加入小麦淀粉，则由于溶涨淀粉粒之间的碰撞可 以使汤的粘度增加。 近年来，国外对淀粉在品质方面特别是在面条的加工及食用品质方面的研究逐渐成 为热点，日本、澳大利亚等国在这一领域处于领先地位。由于面条、馒头在人们日常生 活中的重要地位，我国许多科研机构和大专院校也开展了这方面的研究，并取得了初步 结果。值得注意的是，国外如北美、澳大利亚的学者针对我国人民喜欢面条、馒头的习 惯，正努力培育制作这两种食品的小麦品种，以扩大对我国的出i = i 5 6 4 0 1 。 关于淀粉性状与面包烘烤品质的研究，有研究指出，a 一淀粉酶对面包体积及组织 结构的有影响 6 1 - 6 3 】，凝沉性影响面包的保鲜期，淀粉脂含量与面包品质呈正相关，非极 性脂与极性脂之比与面包体积量呈显著正相关 6 4 1 。由于淀粉是面粉的主要组成部分，因 而淀粉的含量影响着面粉的烘烤品质。当蛋白质形成的面筋在面团中形成网络结构时， 淀粉即充塞于网络结构中。当面包烘烤时，己开始糊化的淀粉颗粒从面团内部吸水膨胀， 发生两种变化：一是颗粒体积逐渐增大，固定在面团的结构网络内；二是淀粉所需的水 分是从面筋所吸收的水分转移而来的，面筋在逐步失水的状态下，网络结构变得更有粘 性和弹性【6 。 ( 1 ) 淀粉的基本构成 成熟小麦的籽粒中，淀粉约占6 5 ，以颗粒状态存在于胚乳细胞中。由于不同种类 河南工业大学硕士学位论文 的粮食在淀粉粒大小、形状和物理性质等方面存在差别，可根据这些差别，应用显微镜 观察以区别不同的淀粉或确定位置样品的种类。小麦的淀粉有两种类型：a 型和b 型。 a 型淀粉呈透镜状，直径2 0 um 到2 5um ，授粉后1 5 天形成，其数量占淀粉总量的1 2 左右，颗粒较大；b 型淀粉粒体积较小，直径2 l am 到1 0 l zm ，授粉后1 8 - 3 0 天形成， 占淀粉总量的8 8 左右。淀粉粒在偏光显微镜下，其粒面呈现以粒心为中心的黑色“十” 字，即偏光十字，是具有球晶体结构的一个重要特征。淀粉粒的晶体结构主要是由排列 呈放射状的微晶束构成，微晶束是直链、支链淀粉分子相互采用平行位置以氢键彼此结 合而成，淀粉分子上也有些部分并未参与微晶束组成，呈现无定形状态，使淀粉颗粒之 间具有弹性和