黑小麦种质资源利用及营养加工

赵凌霄 刘 骏 曲 蓓 张金霞 简俊涛 王金艳 李庆利

（1.焦作市农林科学院 河南 焦作 454000；2.焦作市粮油质量安全检测中心 河南 焦作 454000；3.河南省新乡市农业科学院 河南 新乡 453002；4.南阳市农业科学院 河南 南阳 473000）

小麦的粒色主要有白色、黑色、红色等，黑色粒色籽粒由于颜色深浅程度不一， 出现了一系列的过渡色，通常有黑色、紫黑色、紫色、蓝紫色、蓝色等颜色，习惯把这类有色小麦统称为黑小麦[1]。 随着时代的发展， 生物技术和基因工程在作物育种中发挥的作用越来越明显， 但仍然无法替代常规杂交育种技术， 通过常规杂交育种技术选择性状较好的品系进行种间杂交， 仍然是培育高产优质小麦的一种有效途径。 将黑小麦种质资源中的优质基因导入普通小麦中， 普通小麦能够不断聚合累积更多来源的优质基因，最终选育出具有高产、优质、营养等价值的黑小麦功能性新品种， 实现黑小麦种质资源的有效利用。 此外，在食品加工方面，黑小麦富含花青素、多种氨基酸和矿物质元素， 通过不断优化黑小麦食品的营养加工方式， 可以不断丰富我国保健功能食品和医学营养食品的品类。

1 黑小麦粒色遗传研究进展

近年来， 我国小麦育种家对小麦主要性状的遗传及变异情况进行了深度的研究， 但对黑小麦遗传的相关研究开展的较晚， 取得的研究成果也相对较少。 目前在黑小麦粒色遗传模式方面仅达成一些初步的共识， 即黑粒小麦的粒色遗传通常遵循母本遗传，黑粒基因主要在种皮表达；蓝粒小麦的粒色遗传通常表现为花粉直感作用， 蓝粒基因主要在糊粉层表达[2]。 有研究表明，黑小麦种皮为细胞核遗传，黑粒基因具有剂量效应，黑粒性状受1～2 对不完全显性互补基因的控制[3]。 蓝粒小麦的粒色性状为胚乳性状，胚乳基因的遗传具有相对独立性和稳定性， 粒色遗传有花粉直感现象， 蓝粒基因同样具有明显的剂量效应。 由于黑小麦籽粒中富含的天然黑色素具有较强的着色性和稳定性，且对人类安全无毒，因此可广泛应用于食品、化妆品、医药等行业，市场前景较好。

2 黑小麦种质资源利用情况

2.1 黑小麦种质资源的亲本来源

现代育种工作取得了巨大的成就， 这一方面得益于育种技术的突破， 一方面得益于广泛搜集并得到较好利用的生物种质资源。 从全球范围来看，小麦种植面积最大， 我国是小麦生产第一大国， 现存的5 万多份小麦种质资源， 有力地支撑了国家粮食安全[4]。 但在黑小麦领域，长期以来由于黑小麦等种质资源没有受到重视， 导致搜集到的黑小麦种质资源较少。 现有的黑小麦种质资源主流亲本有河南的漯珍1 号、周黑麦1 号、中普黑麦1 号、豫州黑麦1 号及山西的黑小麦76 号和河北的冀紫439 号等，在黑小麦种质资源创新中被广泛利用。

2.2 黑小麦种质资源的利用方式

实践表明，育种工作的突破性进展，往往取决于具有关键性基因种质资源的发现和利用， 我国黑小麦种质资源的利用方式主要有3 种， 主流的利用方式是使用已有的黑小麦品种与普通小麦进行杂交，其次是使用黑麦、冰草、偃麦草、四倍体小麦、野生二粒小麦等资源与普通小麦进行杂交， 还有一种利用方式是在大田对自然突变的资源进行系选[5]。 特殊粒色的小麦是珍贵的种质资源， 是后期选育功能性小麦新品种的重要物质基础， 但目前只有少数专家在开展相关研究，导致育种进展缓慢，且很多珍贵资源面临着丢失的风险， 黑小麦种质资源需要进一步开发和利用。

2.3 黑小麦种质资源的创新情况

从我国1997 年审定的第一个黑小麦品种黑小麦76 号开始算起，距今我国已有26 年的黑小麦种质资源创新历史。 截至目前我国共审定黑小麦新品种60 个，主要集中在河南、河北、山东、山西等省份，其中河南省审定的黑小麦新品种数量最多，共有15 个。近5 年我国小麦育种家越来越重视黑小麦的选育工作，共审定黑小麦新品种35 个，占26 年来审定总量的58%， 这说明近年来我国黑小麦种质资源的创新水平正在快速提升[6]。

2.4 黑小麦种质资源的征集和保藏

种质资源是育种的基础和关键， 黑小麦许多种质资源来源于自然突变， 由于黑小麦种质资源长期以来受到的重视程度不够， 受科研资金及相关条件的限制， 造成很多现存的种质资源未征集到国家或省级种质资源库里， 长期保存在育种家或农民的手中，这极易造成黑小麦种质资源的丢失，需要加快对相关资源的征集和保藏入库， 不断加强对黑小麦种质资源遗传多样性的保护[7]。

3 黑小麦营养品质改良技术

3.1 蒸汽爆破技术

利用蒸汽爆破技术对黑小麦进行处理， 高温饱和蒸气压会快速渗入到植物的细胞组织中， 并在极短时间内瞬间泄压， 对高活性酶及微生物灭活的同时，植物的组织结构会遭到破坏，不溶性膳食纤维会转化为可溶性膳食纤维， 利用蒸汽爆破技术加工后的黑小麦食品， 不管是耐储藏性还是食用品质均会得到改良[8]。

3.2 过热蒸汽技术

利用过热蒸汽技术对黑小麦面粉进行处理，高活性酶及微生物在灭活的同时， 黑小麦面粉中的蛋白会发生聚集反应，自由疏基含量会减少，分子量会增大，不溶性蛋白聚合物会增多，黑小麦面粉的粉质特性能够得到改善，面团流变性会得到提升。 此外，由于蒸汽中氧气含量较低， 通过热蒸汽技术加工后的黑小麦面粉不易被氧化，品质得到提升[9]。

3.3 微波技术

利用微波技术对黑小麦面粉进行处理， 黑小麦面粉中的高活性酶及微生物在高频电磁波电磁效应和热效应的影响下被钝化、灭活，黑小麦面粉的耐贮性得到提升。 此外进行适当时间的微波处理，能够保持黑小麦面粉的营养成分，并能够改善其理化性质。

3.4 超微粉碎技术

利用超微粉碎技术对黑小麦进行处理， 韧性较强、加工困难的黑小麦麦麸，其粉碎度将会得到显著提升，食物纤维能够微粒化。 与添加粗麦麸粉相比，添加经超微粉碎技术处理后的麦麸粉的黑小麦面粉，面筋指数、面筋含量、糊化黏度和流变学特性等指标均得到改善[10]。

3.5 挤压膨化技术

利用挤压膨化技术对黑小麦进行处理， 黑小麦在机器内会处于一种高温高压的环境， 其被机器挤出后，受巨大压力差的影响，会迅速膨胀失水，内部结构发生改变。 挤压膨化处理后的黑小麦，麸皮的膳食纤维溶解性得到显著提升， 制作的食品粗糙口感得到改善。

3.6 添加谷朊粉

谷朊粉是一种物美价廉的纯天然植物性蛋白源，吸水后会形成具有网络结构的湿面筋，其具有特殊的黏弹性和拉伸性。 添加谷朊粉会降低黑小麦面粉的弱化度， 提升黑小麦面粉的粉质特性和烘焙品质，特别是在吸水率、面团形成时间、稳定时间和稳定性等方面改善较大。

3.7 酶制剂处理

酶制剂是安全性较高的一种绿色天然食品添加剂。α-淀粉酶能够使淀粉转化成糊精和糖类，戊聚糖酶可以改善面团的流变学性能， 葡萄糖氧化酶能够提高面团乳化效果，戊聚糖酶和氧化酶复合使用可以延缓面包老化。 实践表明，利用这些酶制剂处理后的黑小麦面粉的筋力和加工品质可以得到显著改善[11]。

3.8 氯气处理

氯气处理后的黑小麦面粉，部分物质发生氧化，pH 降低。 氧化过程中，由于蛋白分子内部的氢键和肽链被打断，蛋白质的分散性和面筋的可溶性增加，黑小麦面粉的面糊黏度增大会引起面团持气性的增加，因此氯气处理后的黑小麦面粉，制作的蛋糕体积更大、结构更好。

4 黑小麦常见加工利用方式

4.1 蒸煮食品

黑小麦蛋白质和湿面筋含量较高， 决定了其适合制作面条类食品。 与普通小麦制作的面条类食品相比，使用黑小麦制作的面条类食品颜色发灰、色泽发亮，特别是制成的黑小麦挂面具有耐煮、抗泡、面汤不混浊、咀嚼口感好、营养价值高等特点。 由于黑小麦全麦粉的拉伸特性和粉质特性较差， 制作馒头时不适合单独使用，通常需要和普通小麦进行配粉，一般添加25%左右的黑小麦面粉后， 制作的馒头口感较好且抗氧化性较强[12]。

4.2 焙烤食品

黑小麦常见的焙烤加工食品有面包、蛋糕、饼干等，焙烤加工前通常和普通小麦进行配粉，配粉后加工的产品不仅具有更丰富的花色品种，而且口感佳、营养丰富。 近年来，市场上出现了添加黑小麦麸皮的焙烤加工食品， 添加后的焙烤加工食品膳食纤维含量更高，具有较好的保健功能[13]。

4.3 发酵食品

黑小麦由于含有较高的蛋白酶和淀粉酶， 发酵加工的酒类、醋类、酱油和酸奶等产品风味独特、营养丰富。 以黑小麦为主要原料酿造的啤酒口感清爽，以黑小麦和苦荞麦等搭配酿造的黑小麦醋具有富硒保健作用，黑小麦和黑大豆、黑芝麻等搭配酿造的酱油色泽好、营养成分高，黑小麦芽和纯牛奶等搭配制作的酸奶麦香味足且具有强抗氧化性[14]。

4.4 麸皮利用

黑小麦的麸皮经过深加工后可广泛应用于食品、化妆、医药等领域。 黑小麦麸皮中膳食纤维和各类矿物质含量均较高，对清除人体内的自由基、预防肠道疾病等具有重要意义。 黑小麦中的多酚，抗氧化活性较高且无毒害作用， 可作为天然抗氧化剂替代人工抗氧化剂添加到食品中。 此外，黑小麦麸皮中含有丰富的天然花色苷类色素， 其能够溶于极性溶剂且耐低温，极具开发前景[15]。

5 展望

作物的育种目标不是一成不变的， 小麦育种中提升品质性状将会是新的突破口， 功能性小麦新品种的选育将会成为未来发展的新方向。 随着分子遗传、基因编辑等生物育种技术的飞速发展，黑小麦的种质资源将会得到更深层次的挖掘， 黑小麦育种将会成为后起之秀[16]。随着黑小麦产业化水平的不断提升， 黑小麦新的特殊营养价值将会不断的被开发利用，富硒黑小麦系列产品将会不断的被推向市场，不断丰富我国保健功能食品和医学营养食品的品类。