甘肃小麦品质的区域间差异和利用潜力分析

张礼军，鲁清林，白玉龙，张文涛，汪恒兴，周 刚，白 斌

(1.甘肃省农业科学院小麦研究所，甘肃兰州 730070；2.天水市农业学校，甘肃清水 741400)

21世纪以来，我国小麦总产从2003年的 0.86亿吨增加到2017年1.34亿吨，增加了 55.81%，基本满足口粮的需求[1]。然而，当前我国小麦结构性供需失衡严重，库存高的同时进口需求激增，品质改良仍然是当前小麦生产实现转型的关键[2]。小麦品质检测能为育种、生产、收储和加工提供最直观的信息，是小麦产业链中不可或缺的环节。在2000年之前，全国范围有规模的小麦品质检测工作进行了3次，分析了小麦主产区品种品质状况，并制定了相关质量标准，为小麦质量工作奠定了基础[3]。自2002年以来，除农业部每年安排全国小麦品种品质检测以外，相关的研究也全面展开。昝香存等[4]、齐琳娟等[5]、胡学旭等[3]分别对2003-2005年、2004-2011年、2006-2015年全国小麦品质状况进行了系统分析，明确了我国小麦品质在年际间、区域间的变化特征。关二旗等[6]、班进福等[7]、张影全等[8]、卢洋洋等[9]分别对黄淮、冀中、冀南、豫北等区域冬小麦品质状况进行了分析，明确了区域小麦品质现状和加工利用潜力。

甘肃省常年小麦播种面积66.67×104hm2左右，70%以上种植在旱塬、丘陵和山地，该区域地形复杂、干旱频发，陇南又是我国条锈病的核心越夏区，多年来小麦育种多围绕高产、抗病和抗旱，在品质改良上没有合理、有序的规划，多数品种育成后缺乏对品质特征的系统分析，其最终加工用途也不得而知[10]。以往针对甘肃小麦品质的研究主要集中在高分子谷蛋白亚基、1B/1R易位系、面粉色泽、面筋强度和糯蛋白基因分布等的检测方面[10-16]，很少有通过多点抽样的方法研究甘肃小麦品质的报道。鉴于此，本研究采用大田抽样的方法，以甘肃省9个市州的316份小麦样品为试验材料，依照国家标准，对其籽粒及面粉品质进行系统分析，以期掌握近年来甘肃大田小麦品质现状，分区域确立优质选育方向，为甘肃小麦品质改良及产业发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验采取大田抽样的方式进行。2017-2018年小麦收获后，从甘肃省小麦主栽区的陇南、天水、平凉、庆阳、临夏、定西、白银、武威、张掖9个市州抽取小麦籽粒样品316份，主要包括兰天、天选、中梁、陇育、陇中、临麦、陇春、宁春等类型的125个冬、春小麦品种，其中，年推广面积 0.33×104hm2以上品种39个。小麦样品晒干后，筛理除杂、熏蒸杀虫。后熟两个月后，进行籽粒品质检测。

1.2 测定方法

品质测定委托新疆农垦科学院作物研究所谷物品质与遗传改良兵团重点实验室完成。籽粒硬度参照AACC55-31方法，采用瑞典PERTEN公司生产的4100型SKCS仪检测；籽粒蛋白质含量参照AACC39-11方法，采用丹麦FOSS公司1241型近红外谷物成分分析仪检测；出粉率参照AACC 26-21A方法，采用瑞士BUHLER公司大型实验磨检测；面粉灰分参照AACC 08-01方法，采用丹麦FOSS公司1241型近红外谷物成分分析仪检测；粉质参数参照GB/T14614-2006方法，采用德国BRABENDER公司810110电子型粉质仪检测；拉伸参数参照GB/T14615-2006方法，采用德国BRABENDER公司860033.002电子型拉伸仪检测；干、湿面筋含量以及面筋指数参照GB/T14608-2006方法，采用瑞典PERTEN公司2200型面筋数量/质量测定系统检测；沉降值参照AACC 56-61A方法，采用中国农业大学BAU-I型沉淀值测定仪检测；降落数值参照GB/T10361-2008方法，采用瑞典PERTEN公司生产的1500真菌型降落数值仪检测。

1.3 数据分析

所有数据采用SPSS 20.0进行分析(SPSS institute, Cary, NC)，作图用Excel 2016，处理间多重比较用LSD法。

2 结果与分析

2.1 甘肃小麦籽粒蛋白质相关参数分析

从表1可知，甘肃省小麦籽粒硬度平均值53.5%，变化范围14.0%～76.1%，变异系数 24.96%；出粉率平均值76.64%，变化范围 65.79%～81.55%，变异系数3.22%；籽粒蛋白质含量平均值13.60%，变化范围8.50%～ 17.70%，变异系数13.28%；湿面筋含量平均值 32.86%，变化范围14.27%～51.46%，变异系数20.18%；面筋指数平均值60.48%，变化范围 14.00%～ 99.00%，变异系数28.26%；沉降值平均值29 mL，变化范围10～61 mL，变异系数 27.92%；降落数值平均值337 s，变化范围118～631 s，变异系数24.57%。面筋指数、沉降值、降落数值、籽粒硬度、湿面筋含量变异系数较大，均在20%以上，其次为蛋白质含量，最小的是出粉率。除湿面筋含量和降落数值以外，春小麦蛋白质品质指标均显著高于冬小麦，春小麦的籽粒硬度、蛋白质含量、面筋指数、沉降值分别比冬小麦相应指标高10.18%、7.31%、17.60%、19.63%(图1A～G)。

由表2可知，区域对甘肃省小麦的蛋白质品质各相关指标均有极显著影响(P<0.001)，不同指标在各区域间的差异程度不同。就籽粒硬度而言，西峰市和定西市高于60，白银市、张掖市、天水市在55～60之间，最低的是陇南市和临夏州。籽粒蛋白质含量，定西市和白银市高于15%，西峰市和武威市在14%～15%，张掖市、平凉市、天水市在13%～14%，陇南市12.48%，临夏州 11.33%。湿面筋含量，定西市最高，超过40%；陇南市和临夏州较低，分别为29.52%和 26.28%，其他地区湿面筋含量在30%～40%。面筋指数，白银市、西峰市、平凉市、张掖市均在70%以上，显著高于其他地区；武威市为 61.82%，显著高于天水市、临夏州、定西市；临夏州和定西市均在50%以下，显著低于其他地区。沉降值，西峰市、白银市、武威市、平凉市、张掖市在30～35 mL，显著高于其他地区；定西市、陇南市、天水市在24～30 mL，显著高于临夏州的20 mL。降落数值，西峰市和定西市均超过400，显著高于其他地区；陇南市、天水市、白银市、张掖市在 300～400，显著高于临夏州的255。

表1 甘肃小麦品质指标变异度分析Table 1 Variation analysis of wheat quality parameters in Gansu Province

2.2 甘肃小麦的粉质特性差异

由表1可知，甘肃省小麦面团吸水率平均值62.8%，变化范围53.2%～71.2%，变异系数 5.60%；形成时间平均值3.2 min，变化范围 1.2～8.8 min，变异系数35.77%；稳定时间平均值3.1 min，变化范围0.9～13.3 min，变异系数 57.20%；弱化度平均值96 BU，变化范围9～205 BU，变异系数41.37%；粉质评价值平均值51，变化范围21～138，变异系数40.17%；稳定时间、形成时间、弱化度、粉质评价值变异系数较大，均在30%以上，吸水率变异系数最小。除吸水率外，其余粉质参数在冬、春小麦之间差异均达显著水平(图1H～L)。其中，春小麦形成时间、稳定时间、评价值3个指标均显著高于冬小麦，春小麦弱化度显著低于冬小麦。

从表3可知，区域对甘肃小麦粉质参数各指标均有极显著影响(P<0.001)，不同区域不同指标间差异程度不同。吸水率，定西和西峰两市高于64%，天水市和平凉市均为63.4%，白银市、武威市、张掖市在62%～63%之间，陇南市低于62%。形成时间，平凉市和西峰市超过4 min，定西市、白银市、武威市、张掖市在3～4 min之间，陇南市和天水市在2～3 min之间，临夏州为最低的1.9 min。稳定时间，平凉市和西峰市超过4 min，白银市、武威市、张掖市、陇南市在3～4 min之间，定西市2.3 min，天水市和临夏州均为最低的1.8 min。粉质评价值，西峰市、平凉市、武威市、白银市均在60以上，张掖市和定西市在50～60之间，陇南市47，天水市和临夏州低于40。弱化度，临夏州显著高于其他地区，其次为天水市、陇南市和定西市，弱化度均超过100 BU，西峰市最低为65。

A～G:蛋白质品质参数；H～L;粉质参数；M～P:拉伸参数。图柱上不同字母表示冬、春小麦间差异显著。

A-G:Protein characters; H-L:Farinograph parameters; M-P:Extensograph parameters.Different letters above columns mean significant difference between winter wheat with spring wheat.

图1 甘肃省冬(WW)、春(SW)小麦加工品质特性比较分析

同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。-:数据缺失。***:P<0.001。下同。

Values followed by different letters within same column are significantly different(P<0.05). -:Missing data. ***:P<0.001. The same in table 3.

2.3 甘肃小麦拉伸特性差异

由表1可知，甘肃小麦拉伸面积平均值 39 m2，变化范围3～145 cm2，变异系数58.50%；拉伸阻力平均值132 BU，变化范围28～279 BU，变异系数38.74%；延伸度平均值166 mm，变化范围56～259 mm，变异系数26.43%；拉伸比平均值0.8，变化范围0.3～2.5，变异系数 44.41%。拉伸参数各指标变异系数均在20%以上，其中变异系数最大的是拉伸面积，最小的是延伸度。除拉伸比例外，其余拉伸参数在冬、春小麦之间差异均达极显著水平(图1M～P)，春小麦拉伸面积、延伸性、拉伸阻力均显著高于冬小麦。

从表3可知，区域对各拉伸参数均有极显著影响(P<0.001)。拉伸面积，武威市超过60 cm2，显著高于其他地区；平凉市和白银市在50～60 cm2之间，西峰市、张掖市、陇南市在35～45 cm2之间，天水市和定西市在20～30 cm2之间，临夏州为最低的18 cm2。拉伸阻力，超过200 BU的仅有武威市，在120～150 BU之间的是平凉市、张掖市、白银市和陇南市，其他地区在 100～120 BU之间。延伸性超过200 mm的地区是平凉市和白银市，在150～200 mm之间的是西峰市、武威市和张掖市，其他地区均在100～150 mm之间。拉伸比例超过1.0的地区是陇南市、武威市和临夏州，在0.8～1.0之间的是天水市和定西市，其他地区均低于0.8。

表3 甘肃省不同区域小麦粉质和拉伸特性Table 3 Farinograph and extensograph of wheat sampled from different regions in Gansu Province

2.4 甘肃小麦品质现状和利用潜力分析

参照《优质小麦-强筋小麦(GB/T 17892-1999)》和《优质小麦-弱筋小麦(GB/T 17893-1999)》，对甘肃大田抽取样品的品质状况进行评价。结果发现，分别以蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间为指标，甘肃小麦达到强筋一等的比例分别是23.73%、36.39%、1.58%，其中冬小麦分别是19.41%、36.71%、2.11%，春小麦分别是36.71%、35.44%、0.00%；达到强筋二等的比例分别是44.62%、57.59%、3.48%，其中冬小麦分别是39.24%、54.43%、3.80%，春小麦是 60.76%、67.09%、2.53%；达到弱筋的比例分别是14.24%、5.06%、47.47%，其中冬小麦分别是18.14%、6.75%、55.27%，春小麦是2.53%、 0.00%、24.05%；春小麦所有样品湿面筋含量均高于22%。供试小麦样品中，上述3个指标同时达到强筋一等、强筋二等、弱筋的比例分别是 0.32%、0.95%、3.80%，其中冬小麦分别是 0.42%、 0.84%、5.06%，春小麦是0.00%、 1.27%、 0.00%，即春小麦无3个指标同时达到强筋一等和弱筋的样品(表4)。甘肃小麦强筋达标率低的主要原因是稳定时间低，弱筋达标率低的原因是湿面筋和蛋白质含量太高。不同地区比较，就蛋白质含量、湿面筋含量而言，强筋二等达标率最高的地区是定西市，其次是白银市，最低的是临夏州；弱筋达标率最高的是临夏州，其次是陇南市。就稳定时间而言，强筋二等达标率最高的是平凉市，其次是武威市，最低的是西峰市，其他地区无达标样品；弱筋达标率最高的是临夏州，其次是天水市，最低的是西峰市。3个指标均达强筋一等的样品仅来自平凉市，达强筋二等的来自平凉市和武威市，达弱筋的来自临夏州和陇南市。

表4 甘肃大田小麦样品达标率分析Table 4 Petcentage of materials reaching the nationalstandard sampled from regions in Gansu province %

参照标准为《优质小麦-强筋小麦(GB/T 17892-1999)》和《优质小麦-弱筋小麦(GB/T 17893-1999)》。

Analysis was conducted according to the standard high quality wheat-strong gluten wheat(GB/T 17892-1999) and high quality wheat-soft gluten wheat(GB/T 17893-1999).

参照面制品专用小麦粉系列标准，以湿面筋含量、稳定时间同时达标作为评价依据，分析甘肃小麦的食品加工利用潜力发现(表5)，总体来看，甘肃小麦主要满足于面条、馒头、饺子等传统主食以及制作饼干的要求，而对面包和糕点的达标比例相对较低，其比例大小依次为面条>发酵饼干>馒头>饺子>酥性饼干>蛋糕和糕点>面包。冬、春小麦比较发现，春小麦满足面条和饺子加工的比例远远高于冬小麦，但冬小麦满足饼干、蛋糕和糕点加工的比例高于春小麦，尤其是对蛋糕和糕点，春小麦无达标样品。就面包制作而言，春小麦比例略高于冬小麦。不同地区比较，满足面包制作标准的小麦样品全部来源于武威市、平凉市、西峰市，而满足蛋糕和糕点的全部来源于临夏州和陇南市。西峰市、平凉市、白银市、武威市、张掖市小麦更适合加工面条、饺子、馒头等传统食品，尤其是在面条加工方面，达标比例均超过50%。陇南市和临夏州小麦更适合制作饼干、糕点和蛋糕，尤其是临夏州，满足加工发酵饼干、酥性饼干、蛋糕和糕点的比例分别是44.44%、25.93%、 25.93%，远远高于其他地区，但满足面条、饺子、馒头等传统食品的比例处于较低水平。

表5 甘肃小麦食品加工利用潜力分析Table 5 Food processing utilization potential of wheat sampled from regions in Gansu Province %

参照面包(SB/T10136-93)、面条(SB/T10137-93)、饺子(SB/T10138-93)、馒头(SB/T10139-93)、发酵饼干(SB/T10140-93)、酥性饼干(SB/T10141-93)、蛋糕(SB/T10142-93)、糕点(SB/T10143-93)等面制品专用粉系列标准。

Analysis was conducted according to the standards for flour products including bread(SB/T10136-93), noodle(SB/T10137-93), dumpling(SB/T10138-93), steamed bread(SB/T10139-93), fermented biscuit(SB/T10140-93), crispy biscuit(SB/T10141-93), cake (SB/T10142-93)and pastry(SB/T10143-93).

3 讨论与结论

3.1 甘肃省小麦品质和利用潜力的总体分析

本研究结果表明，甘肃小麦蛋白含量平均值13.60 %，略低于全国平均值13.94%[2]和黄淮、北部冬麦区平均值14.50%[17]。湿面筋含量平均值32.86 %，高于全国平均值30.40%和黄淮、北部冬麦区平均值31.70%。沉降值平均值29 mL，低于全国平均值32 mL和黄淮、北部麦区平均值31 mL。形成时间平均值3.2 min，低于全国平均值3.8 min。稳定时间平均值3.1 min，低于全国平均值5.8 min和黄淮、北部冬麦区平均值4.3 min。拉伸曲线面积平均值39 cm2，低于全国平均值75 cm2和黄淮、北部冬麦区平均值51.6 cm2。由此可见，除湿面筋含量以外，甘肃小麦蛋白质含量、沉降值、稳定时间、拉伸曲线面积均低于全国和黄淮、北部冬麦区平均水平，加工品质较差。造成这一现象的原因很多。首先，在小麦品种审定上，甘肃主要强调蛋白质和赖氨酸等营养品质，而对稳定时间、延伸性、拉伸阻力等加工品质的关注相对较低。其次，在品种选育上主要围绕抗逆和丰产，对含有1B/1S异位系的材料利用频率过高。王红梅等[15]研究表明，甘肃冬小麦品种资源1BL/1RS异位系检出频率为 51.80%，显著高于全国平均的38.00%，而1BL/1RS异位系对加工品质的负面效应已被大量的研究证实[18]。另外，甘肃小麦高分子麦谷蛋白亚基组成单一，优质亚基频率低，遗传基础相对狭窄[19-20]。

本研究也表明，以蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间为指标，甘肃小麦对优质强筋二等的达标率分别是44.62%、57.59%、3.48%，对优质弱筋的达标率分别是14.24%、5.06%、47.47%，3个指标同时达到强筋二等和弱筋的比例分别是0.95%和3.80%。从最终用途来看,甘肃小麦主要适用于面条、馒头、饺子等传统主食以及制作饼干，而适合加工面包和糕点的比例相对较低。提高面团稳定时间是实现甘肃小麦优质强筋生产的关键，降低蛋白质含量和湿面筋含量是弱筋生产的突破口。

将冬、春小麦品质进行比较，除湿面筋含量、降落数值、面团吸水率、拉伸比例外，春小麦蛋白质含量、籽粒硬度、面筋指数、沉降值、形成时间、稳定时间、评价值、拉伸面积、延伸性、拉伸阻力均显著高于冬小麦。分别以蛋白质含量和湿面筋含量单个指标为标准，甘肃冬小麦达到优质强筋二等的比例分别为39.24%和54.43%，春小麦为60.76%和67.09%，冬小麦显著低于春小麦。但如果综合考量蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间3个指标，甘肃小麦满足条件的样品所占比例均处于较低水平，冬、春小麦之间无显著差异。进一步的比较发现，春小麦满足面条和饺子加工的比例远高于冬小麦，冬小麦满足饼干、蛋糕和糕点加工的比例高于春小麦。所以，尽管甘肃春小麦筋力普遍高于冬小麦，但仍然以满足面条、馒头等传统食品为主，而在面包食品的达标比例上冬、春小麦无显著差异。

3.2 甘肃省小麦品质和利用潜力的区域间差异分析

本研究结果表明，区域对小麦蛋白质、粉质、拉伸各参数有极显著影响。西峰、平凉、白银、武威、张掖5市蛋白质含量13.68%～15.01%，湿面筋含量30.24%～ 36.28%，面团稳定时间 3.3～4.4 min，在所有市州中3个指标均处于较高水平；定西市和天水市蛋白质、湿面筋含量较高，但稳定时间低于2.5 min，面筋质量较差；陇南市蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间分别为 12.48%、29.52%、3.0 min；临夏州蛋白质含量 11.33%，湿面筋含量26.28%，稳定时间1.8 min，在所有市州中3个指标均最低。究其原因，西峰、平凉、白银、武威、张掖5市小麦种植区生态条件相对优越，光热资源丰富，条锈病发生较轻，有利于优质小麦的生产，一直以来是甘肃省重要的商品粮生产基地[21]；定西市小麦主要种植在降水量400 mm左右的黄土高原半干旱地区，小麦生育期间不足的降水导致籽粒较高的蛋白质含量[21-22]；天水市和陇南市生态条件复杂，山、川、塬交错分布，是我国小麦条锈病的重要越夏区，长期以来小麦育种主要是以抗锈丰产为主，优质选育相对滞后，相比其他地区，有较低的蛋白质、湿面筋含量和稳定时间[22]。临夏州为我省典型的洮岷高寒阴湿区，该区域海拔1 900～2 400 m，降水量500～628 mm，年平均温度5.1～6.8 ℃，有利于弱筋小麦的形成[21]。此外，陇南市比天水市有更高的稳定时间。在陇南市抽样中，Libellula、N.strampelli、里289等老品种较多，这些品种除持久抗锈和抗穗发芽外，稳定时间均在3 min以上，有较好的面条加工性能，深受当地老百姓喜欢[23]，这可能是陇南市比天水市有更高的面团稳定时间的主要原因。

从利用潜力来看，甘肃省西峰、平凉、白银、武威、张掖5市满足面条、饺子、馒头、发酵饼干等传统食品加工的比例较高，但满足面包、蛋糕和糕点加工的比例较低。因此，在蛋白质含量和湿面筋含量不降低的前提下，应注重面团稳定时间的提高，提高面包等专用型小麦粉的达标率。定西市和天水市面粉仅能满足加工面条，品质改良上以加工面条、馒头、饺子等传统食品为主，通过提高面团稳定时间来加强中筋粉的生产。陇南市面粉除满足面条、饺子、馒头等传统食品的加工以外，在饼干、糕点和蛋糕等食品的加工利用方面有一定的潜力，该地区的品质改良应以传统食品为主，兼顾弱筋小麦的生产。临夏州样品中除了少量能满足面条食品加工以外，主要以发酵饼干、塑性饼干、蛋糕和糕点等食品为主，因此，可将该区域作为甘肃省弱筋小麦的生产基地。