面条、面包优质兼用小麦研究进展

戴 双 訾 妍 巨 伟 郭 军 郭宪峰 程敦公 刘爱峰 王灿国 宋健民

(山东省农业科学院作物研究所/小麦玉米国家工程实验室1，济南 250100) (山东省农业科学院农作物种质资源中心2，济南 250100) (菏泽市牡丹区种子资源开发保护中心3，菏泽 274000)

小麦是重要的粮食作物，提高单产、增加总产是我国小麦生产发展的长期战略需求，但随着农业供给侧改革的深入，小麦需求由数量型向质量型转变，优质高效成为我国小麦产业发展的必然趋势。由小麦加工而成的食品种类繁多，其中，面包在我国小麦消费量中只占4%～5%，但其在食品工业中占有十分重要的地位[1]。我国虽然育成了一些优质面包小麦品种，但种植面积非常小，优质面包小麦主要依赖进口。面条等传统食品是我国小麦类食品消费的主体，因此培育面条、面包兼用型优质小麦既能满足食品工业生产高档面包的需求，又能满足广大农民和食品工业生产各类面条的愿望，更适合我国小麦生产和消费的具体情况[2-4]。优质面条和面包小麦品种对蛋白特性的要求高度重合[5-7]，我国许多优质面包小麦品种其面条品质较差的主要原因是淀粉理化特性差，而缺乏面条品质突出的小麦品种的原因也是受限于淀粉理化特性。因此，深入研究淀粉理化特性影响面条、面包品质的遗传和生理基础，对于指导我国小麦遗传改良，选育和推广面条、面包兼用型优质小麦、发展中国特色的小麦和食品产业有非常重要的意义。

1 选育和推广面条、面包优质兼用小麦的重要性

美国、加拿大、澳大利亚等国一直非常重视小麦品质遗传改良工作，在理论和实践上不断取得进展，选育和推广了一系列满足不同消费需求、适应不同生产区域的小麦品种，并根据加工品质和用途实现了区域化种植，商业化生产，从而保证不同麦区生产的小麦品质相对稳定，满足不同食品加工的需求[8]。如美国中北部硬红春麦区生产的小麦面包加工品质优良，其中北部春麦(简称DNS)成为国际优质面包小麦的代名词[8]；澳大利亚标准白麦(ASW)已成为日本、东南亚优质面条的主要原料[9,10]。由于实现区域化生产，因此这些国家不存在面条、面包兼用的问题。但为了增强在中国等亚洲市场的竞争力，抢占巨大的面条小麦市场，美国、澳大利亚等国很早就启动了面包、面条优质兼用小麦品种研究和育种，并取得显著成就[11,12]。

我国小麦总产量的70%是满足农民自用，主要用于加工面条、馒头等传统食品，而进入流通领域的30%大部分(75%～80%)也用于生产面条和馒头等食品[8]，因此，面条、馒头等传统食品是消费的主体，但面包在食品工业中占有十分重要的地位[1,6]。我国也进行了小麦品质区划[8]，先后育成一些优质面包小麦品种[1-3]，但由于产量相对较低和不同小麦生产方式严重影响了其区域化、商业化生产，致使优质面包小麦种植面积非常小[8]，优质小麦进口量持续上升。因此，培育面条、馒头优质、兼顾面包品质的兼用型优质小麦更适合我国的生产和消费特点。

根据农业部《中国小麦质量报告》数据分析，两大主产区黄淮北部强筋、中筋麦区和黄淮南部中筋麦区强筋小麦的比例非常小，并呈持续下降的趋势；中强筋小麦的比例也非常低，而相当比例的品种无法归类(图1、图2)。食品加工品质的情况与此类似，优质面包小麦(评分≥80分)的比例非常小，并呈持续下降的趋势；优质面条小麦(评分≥80分)的品种比例也不高，相当比例的品种面条、面包品质均在80分以下(图3、图4)。从蛋白特性来，我国小麦品种的蛋白质含量与国外品种相比并不低，但蛋白质质量差，与面包品质密切相关的指标如沉降值、尤其是面团稳定时间显著较低[5]，说明许多理论研究的结果并没有实际应用到小麦品质育种中，导致育成的许多品种“强筋不强、弱筋不弱”，既不能加工高档面包，也不能生产优质面条，因此急需改良小麦品质。

注：数据来自农业部《中国小麦质量报告》，下同。图1 黄淮北部强筋、中筋麦区小麦品质统计

图2 黄淮南部中筋麦区小麦品质统计

图3 黄淮北部强筋、中筋麦区小麦食品加工品质统计

图4 黄淮南部中筋麦区小麦食品加工品质统计

2 培育面条、面包优质兼用小麦的可行性

国际上有关面条、面包兼用小麦品质的研究较少。Lang等[12]发现极少面条质地性状与面包品质指标显著相关，说明二者对籽粒特性的要求可以协调，选育面条、面包兼用小麦可行，并先后育成一系列面条、面包优质兼用小麦品种，Habernicht等[11]筛选到3个兼用强筋小麦品种。日本报道育成了一个面包和黄碱面条兼用硬质小麦品种Kitanokaori[13]。

我国小麦品质研究起步较晚，在许多方面都存在明显差距，尤其在面条、馒头等传统食品品质研究和育种方面。早期对面条、面包兼用品质的研究发现，面筋强度是影响面包和面条品质的共同指标，淀粉品质对面条品质有重要作用而对面包品质影响较小，说明兼用型育种在理论上是可行的[6,14]。杨金等[7]也发现蛋白质质量分数、SDS沉降值、形成时间、稳定时间、拉伸面积和抗延阻力等蛋白和面团特性对面包、面条品质的影响程度和方式不同，面包评分及体积与稳定时间和拉伸面积呈直线关系，而面条总评分与稳定时间、拉伸面积呈二次曲线关系，在一定的范围内,面包和面条的品质是可以协调的。优质面条、面包兼用小麦育种的成功也进一步证明这一点[2,3]。刘爱峰等[15]研究表明济麦20、郑麦366、西农979面包和面条制作品质均优良。杨金等[7]发现Sunstate、中优9507、济麦20、豫麦34、农大116为面包面条兼用优质品种。昝香存等[16]发现济麦20、郑麦366、临优145、郑9023、郑麦005、高优503、豫麦34等品种面包和面条品质均优良。

表1 2006—2015年优质面条、面包小麦样品蛋白和面团特性分析

根据农业部《中国小麦质量报告》数据，分析了2006—2015年1 586份优质面条、面包小麦样品的情况(表1)。从平均值看，优质面包小麦各项指标均高于优质面条小麦，尤其是面筋指数、面团形成时间、拉伸面积和最大抗延阻力显著较高，而粗蛋白含量差异相对较小，说明面条和面包对蛋白和面团特性的要求存在一定的差异。但从各项指标的变异范围看，二者高度重叠，说明选育面条、面包优质兼用小麦具备可行性。同时，发现89份样品面条、面包评分均超过80分，其中涉及冬小麦41个品种，春小麦7个品种，包括济麦20、郑麦366、新麦26等品种，进一步说明选育面条、面包优质兼用小麦品种的可行性。

3 小麦淀粉理化特性对面条、面包加工品质的影响

小麦蛋白和面团特性对面包和面条加工品质均有重要影响，制作优质面包和面条均要求蛋白质含量高、面团强度大、弹性和延伸性好，在一定和范围内，面包和面条品质的要求是一致的[5,7]。面条、面包优质兼用小麦蛋白和面团特性总体低于优质面包小麦，但显著优于优质面条小麦，即更接近优质面包小麦[5]。从表1也可以看出，兼用优质小麦样品蛋白和面团特性各项指标显著优于优质面条小麦样品，更接近优质面包小麦样品，个别指标如湿面筋含量甚至略高于优质面包小麦样品。但从食品评分看，兼优样品面条评分明显低于面包评分，优质面条小麦样品平均评分也明显低于优质面包小麦，说明我国面条品质遗传改良与面包品质改良相比还有一定的差距。由此可见，影响目前我国兼优小麦突破的关键是面条品质，其制约因素为蛋白和面团特性以外的其他因素。优质面条小麦样品中评分超过85分的只有165份，品种非常少，超过90分的仅有2012年3个品种5份样品，且均为春小麦，进一步说明我国小麦面条品质遗传改良亟需加强。

淀粉约占小麦籽粒干重的70%，淀粉理化特性对面团特性和加工品质有重要影响[17-19]。直链淀粉的含量对小麦质地和面粉品质有重要影响，直链淀粉含量较低的品种在面条软度、黏性、光滑性、口感和综合评分等品质参数上有较好的表现[18,19]。直链淀粉含量低是ASW适合制作乌冬面的一个重要原因[9,10]。直链淀粉含量对面包体积和质地也有巨大影响，直链淀粉含量过低，面团发黏，尽管面包体积有所增大，但结构变差，气泡大而不匀，总体质量下降[20-22]；而直链淀粉含量过高，面包品质也显著下降[21,23]。淀粉总量高会降低面团的筋力和强度，对面包制作品质不利；直链淀粉和支链淀粉的数量和比例都对淀粉的作用产生影响，支链淀粉的特性和作用与直链淀粉恰恰相反，且支/直链比值越大，对食品的加工品质是越有利[18]。

淀粉糊化和膨胀特性与面条品质关系密切，多数面条品质参数，特别是食用品质受淀粉特性的影响。糊化峰值黏度与日本和韩国白盐面条评分显著或极显著正相关，已被广泛用于预测白盐面条的食用品质。膨胀势与黏度性状特别是峰值黏度和最终黏度高度相关，与面条品质也密切相关，可作为面条品质的选择指标[24,25]。国内大量研究也表明，峰值黏度与膨胀势与我国小麦面条品质高度相关[14,26,27]。

小麦淀粉以淀粉粒的形态存在，主要分为两种，A型淀粉粒体积较大，直链淀粉质量分数较高(30%～37%)，长链分子含量高，糊化和凝沉吸收焓较高(10.0～12.2 J/g)，淀粉糊化峰值和最终黏度高；B型淀粉粒体积较小，直链淀粉质量分数较低(24%～27%)，糊化和凝沉吸收焓低(8.0～10.0 J/g)，淀粉糊化峰值和最终黏度低[21,28]。B型淀粉粒比例升高，面团延伸性提高，而A型淀粉粒则提高延伸阻力[18,19]，因此淀粉粒的大小、分布对面团流变学特性和加工品质有重要影响。硬质小麦含有较多的B型淀粉粒，适合制作面条、面包，而软质小麦A型淀粉粒较多，适合制作饼干、糕点[21,28]。

蛋白和淀粉是小麦籽粒的主要成份，对加工品质有重要影响，我国小麦蛋白和面团特性已得到明显改良，由此推测优质面包小麦面条评分低的原因应该是淀粉理化特性较差，优质面条小麦品种面条品质不突出的原因也是淀粉理化特性有待进一步提高。因此，从这个意义上讲，淀粉理化特性是当前选育和推广面条、面包优质兼用小麦品种的关键。藁城8901面包品质优良，但面条品质一般，其淀粉糊化和膨胀特性显著低于郑麦366[29]。强筋小麦师栾02-1淀粉糊化特性显著低于郑麦366和新麦26，面条品质表现一般[30]。小麦品种如小偃54、扬麦5号、PH82-2-2等面筋强度一般或者较好，但淀粉糊化特性突出，也表现出优良的面条品质[7]。

日本面包和黄碱面条兼用小麦Kitanokaori直链淀粉含量介于软质小麦ASW、Hokushin(生产日本白盐面条标准品种)和超强筋小麦HRW-PH(适合配粉生产面包和白盐面条)、Kachikei No.33(用于配粉生产面包和黄碱面条)之间，与PH(适于加工黄碱面条)、DNS和Haruyutaka(适于加工面包)比较接近，其淀粉糊化特性优于硬质小麦[13]。优质兼用小麦郑麦366缺失Wx-B1蛋白[31]，直链淀粉含量较低，峰值黏度和膨胀势显著高于其他小麦品种[2,29,32]，新麦26淀粉糊化特性也显著较好[30,32]。济麦20连续多年测定面条、面包评分均达到96分，直链淀粉含量较低，淀粉理化特性优良[3,16,27]。我们的研究表明，兼优小麦支链淀粉短链(2≤DP≤10)比例显著高于优质面包和面条小麦，中链(11≤DP≤27)比例显著较低，而长链(28≤DP≤89)比例与优质面包小麦差异不显著，但显著低于优质面条小麦；小淀粉粒(直径<3 μm)比例与优质面条小麦差异不显著，但显著高于优质面包小麦，中型淀粉粒(直径3～10.3 μm)比例也与优质面条小麦差异不显著，但显著低于优质面包小麦，大淀粉粒(直径>10.3 μm)比例略低于优质面条小麦，但显著高于优质面包小麦[4]。Cao等发现兼优小麦新麦26淀粉相对结晶度较低，近程有序度相对较高[17]。

4 淀粉理化特性的代谢调控

淀粉的合成受一系列淀粉合成酶的控制，一般认为4种酶的作用比较重要：ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)催化形成淀粉合成的直接底物，淀粉粒结合淀粉合酶(GBSS)催化合成直链淀粉，可溶性淀粉合酶(SS)催化合成支链淀粉，淀粉分支酶(SBE)形成分支[33-35]。从合成途径看，所有参与淀粉合成的酶都会影响淀粉粒的结构，进而影响淀粉理化特性和加工品质，但以往研究多侧重淀粉酶的调控机理，如研究发现许多淀粉合成酶是通过形成蛋白复合体起作用的，并受转录后调节、变构调节、蛋白修饰等一系列过程的调控[33-35]，而基因的时空表达、酶活性的动态变化与淀粉理化特性和加工品质直接联系的研究很少[33,34,36]。Waxy蛋白全缺失后，直链淀粉含量接近零，为糯小麦[37,38]；Wx-B缺失，直链淀粉含量明显降低，面条品质较好[39,40]；通过抑制淀粉分支酶IIa和IIb的表达直链淀粉含量可以提高到70%以上[41]。

淀粉特性受基因型和环境的综合影响，遗传因素对淀粉品质起决定作用，有关环境因素对淀粉特性的影响，国内外报道相对较少，主要集中在地点[23]、高温[42,43]、CO2浓度[43,44]等方面。品种差异和生长环境对淀粉特性影响巨大，杜伦小麦粉的淀粉含量和破损较软白冬麦稳定[45]。环境条件影响淀粉粒的分布，但品种之间存在明显差异，如先锋2555比较稳定，而先锋2550和Geneva变化较大[46]。基因型和环境对直链淀粉含量、膨胀势和RVA参数等淀粉理化特性均有显著影响[40,47]。淀粉膨胀体积首先和主要受品种的影响，其次为环境，年份大于同一年份内不同地点[23]。花后高温，小麦籽粒A型淀粉粒的比例升高，直链淀粉的比例也增加[42]。温度升高，淀粉含量降低，非脂类结合直链淀粉含量升高[43]。CO2浓度升高对淀粉理化特性的影响，不同的报道差异较大，Tester等[43]认为对直链淀粉含量的影响很小，Rogers等[44]观察到B型淀粉粒比例上升，但也有A型淀粉粒比例显著上升的报道。水分亏缺显著降低了淀粉粒数和粒径、直链淀粉含量、抗性淀粉含量和粒径分布；而高氮肥的施用则显著提高了抗性淀粉含量[47]。因此，在兼优小麦推广过程中，除了选择品质过硬的品种外，还必须选择适宜的生长环境，研究与品种配套的栽培技术，从而充分发挥品种的品质潜力，生产品质稳定的优质小麦。

5 小结

面条、面包优质兼用小麦更适合我国的具体国情。面包和面条品质对蛋白和面团特性的要求高度重叠，因此选育优质兼用小麦品种理论上是可行的，兼用优质小麦蛋白和面团特性显著优于优质面条小麦，与优质面包小麦接近。淀粉理化特性对面条品质非常重要，对面包品质也有重要影响，是当前选育和推广面条、面包优质兼用小麦品种的关键，但相关研究很少。兼用优质小麦淀粉理化特性与优质面条小麦相近，直链淀粉含量较低，支链淀粉短链比例较高，中链比例较低，小淀粉粒比例较高，中型淀粉粒比例较低，淀粉糊化和膨胀特性好。有关面条品质的研究多是针对日本和东南亚面条进行的，与我国对面条品质的要求明显不同，这也是我国淀粉理化特性改良进展缓慢、优质面条小麦育种一直没能突破的重要原因[4,6,10]。如日本面条比较注重外观品质，要求质地软而有弹性，我国面条要求质地较硬而有弹性[14]。澳大利亚几乎所有的优质面条小麦品种均缺失Wx-B1蛋白，而我国利用Wx-B1蛋白改良小麦淀粉理化特性和面条品质的报道很少[39,40]。因此，非常有必要对淀粉理化特性进行全面深入的研究，从而为选育优质兼用小麦提供参考。

淀粉理化特性主要受基因型的影响，品种间存在显著差异，但同时受环境因素的巨大影响。淀粉的合成、淀粉粒的结构受淀粉合成酶的调控，淀粉酶基因的时空表达和酶活性的动态变化同时受环境因素的重大影响，该方面的研究对淀粉理化特性的精准改良以及小麦栽培生产具有重要作用，而相关的研究相对较少，有必要进一步加强。