小麦蛋白质品质研究进展

1、 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 ,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 ( 042白质的 38. 4, 35食物 , ,

2、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

3、 , 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 (Miskelly ,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

4、, 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, 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

5、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

6、 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

7、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 。 323 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

8、 9 。根据醇溶蛋白 在酸性条件下的电泳迁移率可将其分为 2、 2、 2、 2四种类型 。 Payne 10 (1984 报导 , 含有 2醇溶蛋白 45带和 2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 /值也呈极显著正相关 (r 0. 利用 SH MW 2G S 和低分子 (LMW 2G S 。不同亚基组合的品 种的 H MW 2G S 在总蛋白比例没有显著变化

9、, 其含量 也没有显著差异 (Bedo 等 ,1995 H MW 2G 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 lu 2A 1位点有 3种等位基因 (1,23,null , G lu 2B 1位点有 11种等位基因 (编码 14种不同的多 肽 。 在 G lu 2D , 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 MW 2G S 的存在与否 , 给予各亚 基适 当 的

10、 品 质 分 数 , 最 好 的 质 量 亚 基 是 基 因 对 1D 5+10(相对于 1D 2/9+12而言 。烘烤品质的好坏既 受 H MW 2G S 的影响 , 又与 LW M 2G 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 MW 2G S 组分对馒头体积和白度也有一定影响 (张 春庆

11、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 DS 2 PAGE 、 A 2PAGE 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 (RP 2HP 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 A 1、 A 2、 A 4三个组分峰的品种面筋强度大 , 烘烤 性能好 , 而只有 A 3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

12、术 、 声 振和大小排阻高效液相色谱 (SE 2HP 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 , , 取决于这, 其湿面筋含量 , 可在品质育种的早代省 。瑞典谷

13、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

14、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

15、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42沉淀值最早由 Z eleny (1947 提出 , 它是指单位重 量面粉于弱酸条件下 , 在一定时间内蛋白质吸水膨 胀所形成的悬浮沉淀

16、数量的多少 , 沉淀值可以正确 反映小麦蛋白质的质和量及面团变学特性 , 预测面 粉的烘烤品质 , 在小麦品质改良中具有相当重要的 地位 。很多研究表明 , 沉淀值比其它方法能更深刻地 反映出遗传差异 , 而且它与面粉食品加工品质性状 有显著或极显著相关性 。 它同蛋白质含量 (r =0. 30 0. 90 , 面包体积 (r =0. 350. 62 , 粉质仪记分 (r =0. 250. 65 之 间 均 呈 正 相 关 Clonkhuijsen 等 , 1992;Atkins ,1965; 王光瑞等 ,1985; 张彩英等 ,1989 。 沉淀值与小麦蛋白质组分含量之间的关系表明 , 清

17、蛋白 、 球蛋白和醇蛋白与沉淀值相关性很小 , 麦谷蛋 白与沉淀值呈极显著正相关 。S DS +,1或 23质 13,14 。 (1995 认为按沉淀值的大小进行品 质选择 , 非常有利于保存具有 17+18亚基的单株 , 而 17+18亚基对面包品质的作用明显大于 7+8亚 基 。 可见 , 沉淀值能深刻地反映小麦品种的加工品 质 , 决定面粉的最终用途 。根据沉淀值可将小麦品质由优到劣分为大于 50ml 、 4935ml 、 3420ml 、 小于 20ml 四级 (李宗智 , 1991 。 欧美一些国家还规定 , 在小麦面粉分级时 , 沉淀值大于 50ml 的为高强度面粉 , 小于 30

18、ml 的为 低强度面粉 , 界于二者之间的为中强度面粉 15 。李 宗智 (1993 认为沉淀值在 50ml 以上的小麦品种为 特优种质 。沉淀值在小麦品种间存在较大的差异 , 这可能 是由于 麦 谷 蛋 白 亚 基 的 品 质 不 同 所 致 (Bedo 等 , 1995; 许自成 ,1998 。在我国不同地区小麦硬度和 沉淀值有从南向北逐渐增大的趋势 16 。多数研究 结果表明 , 沉淀值具有较高的遗传力 , 将沉淀值作为 早代选择指标有利于协调品质性状之间的关系 。沉 淀值可以与早熟 、 抗倒伏及较高水平的产量因素相 结合 (李宗智 ,1990; 刘广田等 ,1990 。综上所述 , 小

19、麦蛋白质品质是个非常重要和复 杂的问题 , 许多方面仍需进一步深入探索研究 , 随着 分子生物学 、 遗传工程等高科技手段的不断发展和 应用 , 小麦品种品质研究将会取得更大成就 。参考文献 : 1 陈绍军 , 吴兆苏 . 论馒头小麦品种的品质要 求 . 种子 ,1990,4 3233. 2 Miskelly D. M , et al. Flour quality requirements for Chines noodle manu facture.J. of Cereal Sci. ,1989,3 379 3 林作楫 , 王光瑞 , 赖菁茹 , 等 . 我国小麦品质 概况和优质品种评选 J

20、 . 麦类文摘 ,1996,16(5 9 10. 4 李鸿恩 , 张玉良 , 李宗智 , 等 . 我国小麦种质 资源主要品质特性鉴定结果及评价 . 中国农业科学 , 1995,28(5 :2937. 5 姚大年 , 徐风 , 马传喜 , 等 . 中国首批面包小 麦品质的研究 . 中国粮油学报 ,1995,10(4 14. 6 Payne P. I , C orfield K. G, Blackman J. A. I dentification of a high 2m olecular 2weight Subunit of glutenin whose presence correlates

21、with 2making quality in of J genet. 1979,55, . 作物学报 , 1993,19(6 562565. 8 魏益民 , 李志西 , 王立宏 . 小麦品种籽粒蛋白 质的研究 . 西北农业大学学报 ,1992,20(4 1823. 9 Payne P. I ,Nightingale Mark A , K rattiger Anatole F ,et al. The relation ship between H MW glutenin subunit composition and the bread 2making quality of British 2grown wheat varieties J .J. Sci. F ood Agric. ,1987,40(1 51 65. 10 Payne P. I , et al. wheat storage protein :their genetics and potential