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小麦籽粒中戊聚糖研究进展

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维普资讯 http://www.cqvip.com 陕西农业科学 ・综述・ 小麦籽粒中戊聚糖研究进展 潘建刚 。马利兵 。张改生 (1.西北农林科技大学陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室,陕西杨凌712100; 2.内蒙古科技大学生物与化学工程学院,内蒙古包头014010) 提要:戊聚糖是小麦籽粒中非淀粉多糖的重要组成成分,具有重要的功能作用。综述了国内外关于戊聚糖 的分类、测定方法、理化特性、戊聚糖对小麦品质的影响及其遗传学与栽培生理等方面的研究进展。 关键词:小麦;戊聚糖;品质 小麦粉中除了含有淀粉、蛋白质外,还含有一 2.2比色法 种非淀粉的胶粘状多糖一戊聚糖。它在小麦籽粒 戊聚糖被热酸水解为糠醛,然后与显色剂(地 中的含量一般在5 一8 左右,而面粉中戊聚糖 衣酚、间苯三酚)反应,最后根据其吸光值来计算 含量一般很低,大约占面粉干基的2 一3 ,但 戊聚糖含量。根据所用显色剂不同,又分为地衣 是在小麦麸皮中含量却很高,可以达到干基的 酚一盐酸法和Douglas法E8,9]。经研究发现,二者 2O 以上。国内外谷物科学家经研究发现,戊聚 对小麦粉中可溶性戊聚糖测定结果相近,但总戊 糖对小麦的籽粒硬度、加工品质、面粉品质、面团 聚糖含量后者较低。与色谱法相比,比色法具有 、流变性以及最终的面制品品质等有重要影 快速、简便、能满足一般条件测定等特点。 响[1 ]。由此可见,戊聚糖具有重要的功能,是小 2.3 色谱法 麦面粉中的重要功能性成分。鉴于此,笔者将对 首先将样品用酸水解为单糖形式的木糖和阿 小麦籽粒中戊聚糖的研究进展作简要介绍。 拉伯糖,然后用色谱法进行分离测定,戊聚糖含量 1 戊聚糖的分类及结构组成 为二者之和。其优点是精确度较高,专一性强,但 根据溶解性不同可将戊聚糖分为水溶性戊聚 仪器较昂贵,工艺复杂且耗时长,,一般条件的实 糖和非水溶性戊聚糖,两者的结构基本相似,但后 验室难以达到[1。。。就气相色谱法而言,需要预处 者的阿拉伯糖与木糖的比例较高,分支程度也较 理,而且绝大多数色谱柱不能完全保留和释放戊 高[3]。各类戊聚糖结构差异主要表现为聚合度、 聚糖,所以灵敏度也不高。而改进后的离子交换 取代方法、取代程度(Ara/Xyl比值反映)及阿魏 色谱一脉冲安培法,弥补了前者的不足,具有极高 酸含量不同。阿魏酸是戊聚糖中重要组分,它在 的灵敏度,同时可以提供其结构特点,并且不需 谷物中含量虽很少,但对戊聚糖特性及谷物品质 要预处理[u]。 和特性起着非常重要作用E4,5,6]。 3 戊聚糖的理化特性 2 戊聚糖含量的测定方法 3.1吸水和持水特性 2.1 Duffau蒸馏法 戊聚糖在面粉中的含量虽很少,但它却可以 戊聚糖经酸水解能生成木糖及阿拉伯糖。首 吸收相当于自身重量1O倍左右的水分,它所吸收 先将试样与盐酸溶液共沸,使样品中的戊聚糖水 的水分约占面团总吸水量的23 。可以看出戊 解,生成戊糖,戊糖脱水生成糠醛。再蒸馏出糠 聚糖具有极强的吸水和持水特性。根据这一特点 醛,并用四溴化法测定蒸馏出的糠醛含量.据此再 可提高面粉吸水率,改变面团形成时间和稳定时 换算成戊聚糖[ 。这一“三步式”化学法,操作简 间。因此,戊聚糖是面团中水分分布的一种重要 单、快速,适于一般实验室分析戊聚糖含量之用。 调节剂Etz,t3]。 收稿日期:2008—04—14 作者简介:潘建刚(1979一),男,硕士,助教,主要从事小麦杂种优势的研究与利用及品质改良。 通讯作者:张改生。 维普资讯 http://www.cqvip.com

・84・ 陕西农业科学 2008(4) 3.2粘度特性 戊聚糖在水溶液中形成粘度较高的胶体溶 液。它在水中可以自由伸展成螺旋状的棒状结 构,很大程度上提高水溶液的粘度。面粉水提取 物中95 的固有粘度由多糖所决定,另外5 的 固有粘度源于可溶性蛋白质对它的贡献。进一步 的研究结果表明,戊聚糖是多糖的主要粘性成分, 其固有粘度是水溶性蛋白质的15—2O倍 “]。高 粘度的戊聚糖Xyl/Ara的比值较高,阿魏酸的含 量较高,而且双取代Xyl的残基较少。 3.3氧化交联性质 戊聚糖的氧化交联性质是指在氧化剂存在的 情况下,戊聚糖在水溶液中相互交联形成复杂的 三维网状结构。即戊聚糖在与能产生自由基的化 合物共存时,戊聚糖中的阿魏酸参与氧化交联反 应,它在水溶液中能形成三维的网状凝胶结构。 其中的阿魏酸被认为是氧化凝胶的主要作用物 质[1 。目前关于戊聚糖的氧化交联机理有两种 解释:一种是阿魏酸的分子上有3个潜在的反应 点(2个在芳香环上,1个在双键上),阿魏酸可以 和蛋白质中氨基的N末端和酪氨酸残基相连[1。 ; 另一种是阿魏酸分子中的丙烯链参与了氧化交联 反应,但芳香环对于反应开始是必需的[2]。经研 究还发现,阿魏酸含量高、分子量高、有相当的未 取代木聚糖主链的AX(Ara/Xyl低)才能广泛交 联,形成良好的凝胶网络。它可通过阿魏酸酯键 与谷蛋白分子连接,进而影响面筋的形成[1 引。 4 戊聚糖对小麦品质的影响 4.1戊聚糖对面筋品质影响 小麦粉中的戊聚糖虽然很少,但其对面筋品 质有很大影响。王明伟等研究发现,在小麦粉中 添加2 9/6水不溶性戊聚糖不仅降低面筋产率、而 且影响面筋成分及品质。其作用方式有两种,间 接方式是通过面粉中戊聚糖与面筋蛋白质竞争吸 水,夺取面筋网络水分,不利于面筋形成。可通过 延长和面时间及增加和面用水量克服其对面筋产 率负作用,但不能完全消除其负作用;直接方式是 戊聚糖通过与面筋蛋白质交互作用降低面筋蛋白 质产率,影响面筋品质。通过添加木聚糖酶可使 戊聚糖降解,而且可减少最佳加水量,多余的水分 可补充给戊聚糖,增大了水溶性戊聚糖占总戊聚 糖的比率,可增加面筋产率,达到改善面筋品质 目的[1钆 。。。采用Kieffer拉伸装置分析其品质, 添加小麦水不溶性戊聚糖粗品会导致面筋的最大 抗延伸阻力(Rmax)增加、最大抗延伸阻力时的延 伸性(E at Rmax)拉断时的延伸性(E at break)均 显著减小[2 。原因是软麦中淀粉一蛋白质基体 不连续,戊聚糖会象水泥一样,嵌在淀粉与蛋白质 之间,而硬麦不存在间隙[z2,23]。 4.2戊聚糖对面包品质影响 戊聚糖对面包焙烤特性的影响与戊聚糖的组 成和结构有关,不同成分的戊聚糖对焙烤品质的 影响不同。一般认为,水溶性戊聚糖能增加面包 体积,改善面包屑结构以及表面色泽,水不溶性戊 聚糖对面包烘焙品质无积极作用[24,25]。但最近 的研究似乎表明非水溶性戊聚糖可能对面包烘焙 品质的影响有着积极的一面口引,因此,还有待于 进一步的研究考证。 4.3戊聚糖对馒头品质影响 钱森和等研究表明,戊聚糖对馒头品质的影 响主要表现在馒头的表面色泽、内部色泽和光滑 度上。总戊聚糖含量与馒头的表面色泽呈极显著 负相关,相关系数为一0.52;水溶性戊聚糖含量与 表面色泽和内部色泽分别呈极显著和显著负相 关,相关系数分别为一0.51和一0.46;而非水溶 性含量与光滑度呈显著负相关,相关系数为 一0.42。由此说明,戊聚糖对馒头品质的影响主 要是由戊聚糖的吸水特性和粘度特性造成的[2 。 5 戊聚糖的遗传学与栽培生理 研究 经研究发现戊聚糖含量多少是受某些染色体 上多基因的数量性状[2乳。 。Fenn和Boros 通过各自的研究后发现,位于2R臂上的基因可 以增加水溶性戊聚糖含量,而3R和7R的臂上 的基因可以减少水溶性戊聚糖含量[3“31]。Cryan 则认为2R、5R和6R上的基因能提高小麦水溶 性戊聚糖的含量,而1R、3R、4R和7R上的基因 会降低水溶性戊聚糖的含量[323。结果不尽一致, 因此还有待于进一步研究。此外,众多研究结果 表明,戊聚糖含量与基因型和环境因素都有着很 大关系,但彼此间的看法不同。Bettge和Morris 研究表明,不同生态点,同类型小麦品种籽粒戊聚 糖含量的基因型变异很大[13。李春喜等认为,小 麦籽粒戊聚糖含量的波动,除了品种本身的影响 之外,大部分受环境效应的影响和制约[3 。张岐 军和钱森和等则认为,基因型和环境是影响戊聚 糖含量的主要因素,其中地点和年份及其互作是 环境因子中的重要因素,基因型是影响水溶性戊 聚含量的主要因素[27,34]。 小麦生长初期温和多雨,开花成熟时氮肥充 维普资讯 http://www.cqvip.com 潘建刚等:小麦籽粒中戊聚糖研究进展 ・85・ 足和土壤轻度干旱,更有利于籽粒戊聚糖积 累 ]。Saastamoinen等则认为雨水过多或灌溉 次数较多可以引起戊聚糖含量上升,而在子粒成 熟期间高温或干旱会引起戊聚糖含量的下降D引。 经研究还发现,小麦籽粒戊聚糖含量与花后气象 因子密切相关,花后日最高温度、日最低温度、日 平均温度、总日照时数、总降雨量、温度日较差与 小麦籽粒戊聚糖含量间均达到显著或极显著线性 正相关。此外,晚播、花后渍水和去旗叶(减源)处 理极显著能提高小麦籽粒戊聚糖含量。随着地理 纬度的降低,基因型对籽粒戊聚糖的含量影响也 随之降低;而播期的影响却随纬度的降低而上升。 适量氮肥能提高戊聚糖含量;但过多施氮,戊聚糖 含量反而会降低。而不施氮处理会导致籽粒不饱 满,戊聚糖含量有所提高。磷与钾施用量对小麦 籽粒戊聚糖含量的影响因品种而异[3 。 6 展望 目前,关于戊聚糖的遗传学方面的研究还存 在分歧,而且对水不溶性戊聚糖对面包烘焙品质 影响的认识也不统一,相信随着对戊聚糖研究的 不断深入,这些领域将会取得新的进展。总而言 之,由于戊聚糖对小麦品质的改良作用,已越来越 受到小麦品质育种和食品业的重视。 参考文献: [1]Bettge A D and Craig F.Morris.Relationships among grain hardness,pentosan fractions and end—use quali- ty of wheat[J].Cereal Chem,2000,77(2):241—247. 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