不同直链淀粉含量小麦品种的淀粉粒度分布特征

闫素辉，李 勇，李文阳，王振林

(1.安徽科技学院农学院，安徽凤阳 233100； 2.山东农业大学作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018)



不同直链淀粉含量小麦品种的淀粉粒度分布特征

闫素辉1，李 勇2，李文阳1，王振林2

(1.安徽科技学院农学院，安徽凤阳 233100； 2.山东农业大学作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018)

摘要：为研究不同类型小麦品种淀粉粒的分布特征，以直链淀粉含量(Am)不同的3组小麦品种为供试材料，分析其成熟期胚乳的淀粉粒度分布。结果表明，9个小麦品种淀粉粒粒径大小范围均为0.4～45.0 μm，体积与表面积分布均呈双峰曲线，数目分布表现为单峰变化；B型淀粉粒数目占总数目的99.8%～99.9%。Am不同的3组小麦品种的A、B型淀粉粒体积百分比存在显著差异，糯小麦B型淀粉粒体积百分比最高，高Am组的最低。不同类型小麦籽粒A、B型淀粉粒的数目百分比无显著差异，说明糯小麦籽粒B型淀粉粒体积百分比升高主要是由于其个体体积较大所致。

关键词：小麦；淀粉粒；粒度分布；直链淀粉

淀粉及其构成对小麦籽粒的产量与面制品品质有重要影响。小麦淀粉包括直链淀粉(Am)和支链淀粉(Ap)，Am/Ap比值通过影响淀粉理化特性与面团流变学特性[1]，影响馒头、面条等面制品的表观性状与质地结构[2-3]。淀粉在小麦胚乳中以颗粒形式存在，淀粉粒结构与分布对淀粉品质起决定作用[4]。成熟小麦籽粒的胚乳中存在两种类型淀粉粒，即A型(粒径>10 μm)和B型(粒径<10 μm)淀粉粒[5-6]。小麦籽粒发育不同阶段所形成淀粉粒的结构与构成不同[7-8]。Bechtel等[9]通过对硬红冬小麦籽粒不同发育阶段淀粉粒分布的研究表明，A型淀粉粒形成于花后第一个星期，B型淀粉粒形成于花后第二个星期。B型淀粉粒粒径较小，表面积相对较大，可结合更多水分、蛋白质和脂类；B 型淀粉粒较多的小麦品种面团形成过程中吸水较多，而A 型淀粉粒与之相反[10]。与只含A型淀粉粒相比，只含B型淀粉粒的面粉面团形成时间延长，吸水率显著升高[11]。B型淀粉粒较A型淀粉粒淀粉有较高的峰值黏度和糊化温度[12]，并具有较低的起始温度与焓，较高的峰值与完成温度[13]。利用B、A型淀粉粒比例不同的面粉制作面包发现，随B/A比例增加，面包货架期显著延长[14]。Soh等[15]研究表明，小麦胚乳中B型淀粉粒比例升高对意大利面质地有明显改善作用。

关于小麦淀粉粒的研究多集中于淀粉粒粒径、B/A型淀粉粒比例及其与面团、食品特性的关系等, 而对不同Am含量小麦品种淀粉粒粒径分布的报道尚少。为此，本研究以Am含量不同的3组小麦品种(高Am、低Am小麦品种与糯小麦品种)为材料，分析其淀粉粒度分布特征，旨在为不同类型小麦品种的生产与加工提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验设计

试验于2007年10月至2008年6月在山东农业大学农学试验站进行。9个小麦品种分别为高直链淀粉品种豫麦50(YM 50)、山农1391(SN 1391)、山农8355(SN 8355)；低直链淀粉品种山农12(SN 12)、济麦20(JM 20)、藁城8901(GC 8901)；糯小麦品种安农糯1(ANN 1)、安农糯2(ANN 2)、LH 9-8。种植密度为180万株·hm-2，小区面积9 m2(3 m×3 m)。随机区组，3次重复。田间管理同一般小麦丰产田。成熟期收获后进行籽粒直链淀粉含量及淀粉粒径分布分析。

1.2测定项目与方法

直链淀粉(Am)含量：参照何照范[16]方法(双波长法)测定。

淀粉粒提取与粒径分析：淀粉粒提取参照Peng等[17]的方法；用LS 13320激光衍射粒度分析仪(Beckman Coulter Inc., Brea, CA)进行淀粉粒粒径分析。

1.3数据处理

使用DPS 7.05进行数据统计与分析，采用LSD法测验差异显著性。

2结果与分析

2.1直链淀粉含量

不同类型小麦直链淀粉含量有显著差异(图1)，高直链淀粉品种YM 50(18.9%)、SN 1391(20.5%)与SN 8355(20.0%)的直链淀粉含量显著高于低直链淀粉品种SN 12(16.4%)、JM 20(18.0%)与GC 8901(18.2%)，糯小麦品种ANN 1、ANN 2、LH 9-8直链淀粉含量均<1%，显著低于前两个组。

图柱上的不同小写字母表示品种间在0.05水平差异显著

1:YM 50; 2:SN 1391; 3:SN 8355; 4:SN 12; 5:JM 20; 6:GC 8901; 7:ANN 1; 8:ANN 2; 9:LH 9-8. Different letters above columns mean significant difference among wheat cultivars at 0.05 level

图19个小麦品种的直链淀粉含量

Fig.1Amylose content of nine wheat cultivars

2.2淀粉粒粒度分布

由图2可以看出，9个小麦品种淀粉粒体积分布均呈双峰曲线，峰值分别出现在5 μm和21 μm左右，两峰值间低谷点出现在10 μm左右；淀粉粒数目分布为单峰曲线，峰值出现在0.5～1.0 μm；淀粉粒表面积分布亦呈双峰曲线，第一个峰值在1.5～2.8 μm之间，第二个峰值出现在21 μm左右。9个小麦品种的淀粉粒粒径均在0.4～45.0 μm，说明不同小麦品种淀粉粒粒径分布范围无显著差异，但B型、A型淀粉粒体积、表面积百分比在不同类型品种间存在显著差异。

2.3淀粉粒体积分布

供试小麦品种淀粉粒总体积的98.0%以上由粒径<35 μm的淀粉粒组成，>35 μm的淀粉粒仅占0.1%～2.0%，其中B型淀粉粒占总体积的34.8%～55.7%，A型淀粉粒占总体积的44.3%～65.2%(表1)。3组小麦品种间比较可以看出，糯小麦的B型淀粉粒体积百分比显著高于低直链淀粉组和高直链淀粉组，且低直链淀粉组显著高于高直链淀粉组；A型淀粉粒体积百分比在3组小麦品种间的变化与B型淀粉粒相反。

图2　9个小麦品种淀粉粒的体积、数目与表面积分布特征

%

同列数值后的不同字母表示品种间差异显著(P<0.05)。下同

Different letters within the same column mean significant difference at 0.05 level. The same as following tables

2.4淀粉粒数目分布

由表2可以看出，9个小麦品种籽粒淀粉粒粒径<2.8 μm和<5.6 μm的数目分别占总数目的93.6%～96.9%，99.3%～99.5%，说明在小麦淀粉粒的构成中以小淀粉粒为主。小麦籽粒A、B型淀粉粒数目百分比在不同类型品种间无显著差异。就B型淀粉粒而言，糯小麦组<2.8 μm的淀粉粒数目百分比显著低于其他两组，其次为低直链淀粉组，高直链淀粉组最高。

表2　小麦淀粉粒的数目分布

2.5淀粉粒表面积分布

9个小麦品种中，粒径<5.6 μm和<10 μm淀粉粒的表面积分别占总表面积的65%～79.4%和75.7%～88.9%(表3)。糯小麦组B型淀粉粒表面积占总表面积的比例最高，低直链淀粉组小麦品种次之，高直链淀粉组小麦品种最低，3组间差异显著。粒径<20 μm的淀粉粒表面积占总表面积的比例，在3各组之间的分布规律同B型淀粉粒，且差异显著。

3讨 论

关于小麦淀粉粒径的分布范围，前人研究认为在2.0～35.0 μm[11,17]和0.3～52.6 μm[18]之间，本研究中小麦的淀粉粒径分布范围是0.4～45.0 μm，与后者结果基本一致。一般认为，小麦淀粉粒径分布呈双峰变化，前一个峰为粒径较小的B型淀粉粒，后一个为粒径较大的A型淀粉粒[17,19]。Bechtel等[20]认为小麦淀粉粒分布呈三峰曲线，除A、B型淀粉粒外，还存在后期形成粒径更小的C型淀粉粒。本研究结果表明，小麦胚乳中存在两种类型的淀粉粒，粒径<10 μm的小(B型)淀粉粒和粒径>10 μm的大(A型)淀粉粒，二者体积分别占总体积的34.8%～55.7%和44.3%～65.2%，二者数目分别占总数目的99.8%～99.9%和0.1%～0.2%。造成淀粉粒粒径分布范围与类型划分存在差异的原因与小麦品种、种植环境与分析方法有关。

表3　小麦淀粉粒的表面积分布

不同粒径的淀粉粒组分存在显著差异，大淀粉粒的Am含量较高，小淀粉粒的Am含量较低[21-22]。本研究结果表明，糯小麦的B型淀粉粒体积与表面积百分比最高，高Am组小麦最低。研究表明，小麦籽粒的Am含量与Waxy蛋白含量呈高度正相关，Waxy蛋白同时发生突变或缺失时形成糯小麦，其直链淀粉含量可降至0[23]。在本研究中，与非糯小麦品种相比，糯小麦的B型淀粉粒体积与表面积百分比明显增多，从侧面验证了前人的结论。糯小麦的B型淀粉粒体积百分比较高，表面积较高，因此可以结合更多的蛋白质、酯类和水[24-25]，可见淀粉粒度分布的改变有可能是造成糯小麦品种具有特别理化特性的原因之一。

本研究中，不同类型小麦籽粒A、B型淀粉粒的数目百分比无显著影响，但在<10 μm淀粉粒中，与其他品种相比，糯小麦<2.8 μm淀粉粒数目百分比最低，即其2.8～10 μm淀粉粒数目百分比最高，说明糯小麦B型淀粉粒体积百分比升高，主要由小淀粉粒个体体积增大引起。

参考文献：

[1]李文阳,卢继承,闫素辉,等.施氮水平对小麦籽粒淀粉粒分布与加工品质的影响[J].麦类作物学报,2012,32(2):297-302.

Li W Y,Lu J C,Yan S H,etal.Effects of nitrogen application rate on starch granules size distribution and processing quality of winter wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2012,32(2):297-302.

[2]Mccormick K M,Panozzo J F,Hong S H.A swelling power test for selecting potential noodle quality wheats [J].AustralianJournalofAgriculturalResearch,1991,42:317-323.

[3]付苗苗.面粉中淀粉及其组分对馒头质构特性影响的研究[J].食品研究与开发,2015,36(9):20-23.

Fu M M.Study on the relationship between starch components and texture characteristics of the steamed bread [J].FoodResearchandDevelopment,2015,36(9):20-23.

[4]Paul C.The structure of starch [J].Nature,1997,389:338-339.

[5]Parker M L.The relationship between A-type and B-type starch granules in the developing endosperm of wheat [J].JournalofCerealScience,1985,3:271-278.

[6]戴忠民,尹燕枰,邓世英,等.不同供水条件对小麦强、弱势籽粒中淀粉粒度分布的影响[J].生态学报,2009,29(12):6534-6543.

Dai Z M,Yin Y P ,Deng S Y,etal.Effect of water regime on starch granule size distribution in superior and inferior grains of wheat [J].ActaEcologicaSinica,2009,29(12):6534-6543.

[7]Zhang T,Wang Z,Yin Y,etal.Starch content and granule size distribution in grains of wheat in relation to post-anthesis water deficits [J].JournalofAgronomyandCropScience,2010,196,1-8.

[8]盛 婧,郭文善,朱新开,等.不同专用类型小麦籽粒淀粉粒形成过程[J].作物学报,2004,30(9):953-954.

Sheng J,Guo W S,Zhu X K,etal.Starch granules development in grain endosperm of wheat for different end uses [J].ActaagronomicaSinica,2004,30(9):953-954.

[9]Bechtel D B,Zayas I Y,Kaleikau L,etal.Size distribution of wheat starch granules during endosperm development [J].CerealChemistry,1990,67:59-63.

[10]Gaines C S,Raeker M O,Tilley M.Associations of starch gel hardness,granule size,waxy allelic expression,thermal pasting,milling quality,and kernel texture of 12 soft wheat cultivars [J].CerealChemistry,2000,77(2):163-168.

[11]Rahman S,Li Z,Batey I.Genetic alteration of starch functionality in wheat [J].JournalofCerealScience,2000,31(1):91-110.

[12]张传辉,姜 东,戴廷波,等.小麦籽粒淀粉粒粒级分布特征及其与淀粉理化特性关系研究进展[J].麦类作物学报,2005,25(6):130-133.

Zhang C H,Jiang D,Dai T B,etal.Advances in starch granule size distribution characteristics and its relationships with physiochemical characteristics of starch in wheat grain [J].JournalofTriticeaeCrops,2005,25(6):130-133.

[13]Eliasson A C,Karlsson R.Gelatinization properties of different size classes of wheat starch granules measured with differential scanning calorimetry [J].Starch/Starke,1983,35:130-133.

[14]Park S H,Wilson D J,Chung O K,etal.Size distribution and properties of wheat starch granules in relation to crumb grain score of pup-loaf bread [J].CerealChemistry,2004,81:699-705.

[15]Soh H N,Sissons M J,Turner M A.Effect of starch granule size distribution and elevated amylase content on durum dough rheology and spaghetti cooking quality [J].CerealChemistry,2006,83:513-519.

[16]何照范.粮油籽粒品质及其分析技术[M].北京:中国农业出版社,1985:144-150.

He Z F.Analysis Technique for Grain Quality in Cereals and Oils [M].Beijing:China Agriculture Press,1985:144-294.

[17]Peng M,Gao M,Abdel-Aal E S M,etal.Separation and characterization of A- and B-type starch granules in wheat endosperm [J].CerealChemistry,1999,76:375-379.

[18]戴忠民,尹燕枰,张 敏,等.旱作和灌溉条件下小麦籽粒淀粉粒粒度的分布特征[J].作物学报,2008,34(5):795-802.

Dai Z M,Yin Y P,Zhang M,etal.Starch granule size distribution in wheat grains under irrigated and rainfed conditions [J].ActaagronomicaSinica,2008,34(5):795-802.

[19]Tester R F,Karkalas J,Qi X.Starch-composition,fine structure and architecture [J].JournalofCerealScience,2004,39:151-165.

[20]Bechtel D B,Wilson J D.Amyloplast formation and starch granule development in hard red winter wheat[J].CerealChemistry,2003,80:175-183.

[21]Li W,Yan S,Wang Z.Effect of spikelet position on starch proportion,granule distribution and related enzymes activity in wheat grain [J].PlantSoilandEnvironment,2013,59:568-574.

[22]戴忠民.小麦籽粒淀粉的粒度分布、积累特征及其与加工品质的关系[D].泰安:山东农业大学,2007.

Dai Z M.Granule size distribution and accumulation of starch in grains of wheat in relationship to processing quality [D].Tai’an:Shandong Agricultural University,2007.

[23]陈新民.糯小麦(Waxy wheat)研究进展[J].麦类作物学报,2000,20(3):82-85.

Chen X M.The research progress on waxy wheat [J].JournalofTriticeaeCrops,2000,20(3):82-85.

[24]Soulaka A B,Morrison W R.The amylase and lipid contents,dimensions,and gelatinization characteristics of some wheat starches and their A- and B-type granules fractions [J].JournaloftheScienceofFoodandAgriculture,1985,36:709-718.

[25]梁荣奇,张义荣,唐朝晖,等.糯性普通小麦的籽粒成分和淀粉品质研究[J].中国粮油学报,2002,17(4):12-16.

Liang R Q,Zhang Y R,Tang Z H,etal.Study on the grain composition and starch quality of waxy common wheat [J].JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation,2002,17(4):12-16.

Starch Granule Size Distribution in Grain of Wheat Cultivars with Different Amylose Content

YAN Suhui1, LI Yong2, LI Wenyang1,WANG Zhenlin2

(1. Agronomy College, Anhui Science and Technology University, Fengyang, Anhui 233100, China;2. National Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018, China)

Abstract:Granule size distribution of starch significantly affects wheat quality characterization. The present experiment focused on granule size distribution of starch in wheats with different amylose content. Nine wheat cultivars, YM 50, SN 1391 and SN 8355 (high amylose content), and SN 12, JM 20, and SN 8355 (low amylose content), and ANN 1, ANN 2 and LH 9-8 (waxy wheat) were employed in this study. The results show that the particle diameter of starch granules of the nine wheat cultivars ranges from 0.4 μm to 45.0 μm.Volume and surface area distribution of starch granules show the typical bimodal, but number distribution of granules showed the typical unimodal distribution. Proportion of B-type starch granules to total starch ranges from 99.8% to 99.9%.The waxy wheat cultivars and wheat cultivars with high amylose content has the highest and the lowest volume of B-type starch granules,respectively. The number percentage of A- and B-type starch had no significant difference among different wheat groups,which means larger volume percentage of B-type in waxy wheat because of its larger individuals.

Key words:Wheat; Starch granule; Size distribution; Amylose

中图分类号：S512.1；S318

文献标识码：A

文章编号：1009-1041(2016)03-0386-05

通讯作者：王振林(E-mail:zlwang@sdau.edu.cn)；李文阳(E-mail:yang.yang.100@163.com)

基金项目：安徽省自然科学基金项目(1408085QC54)；国家自然科学基金项目(30871477)

收稿日期：2015-10-02修回日期：2015-11-04

网络出版时间：2016-03-01

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160301.1343.036.html

第一作者E-mail：suhuuiyan99@163.com