弱筋小麥品質指標的相關性分析及篩選

杭雅文,武 威,張莀茜,范 婷，李春燕,2,周桂生,3,丁錦峰,2，朱 敏,2，郭文善,2,朱新開,2

(1.江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/揚州大學小麥研究中心,江蘇揚州 225009；2.江蘇省糧食作物現(xiàn)代產業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州大學，江蘇揚州 225009；3.教育部農業(yè)與農產品安全國際合作聯(lián)合實驗室，江蘇揚州 225009)

中國是世界上最大的小麥生產國和消費國[1]，隨著生活水平的不斷提高，人們對餅干糕點類食品的需求量日益增加，生產出符合標準的優(yōu)質弱筋小麥為大勢所趨。然而，由于弱筋小麥品質要求的栽培措施存在特異性，造成各地生產中技術措施應用不規(guī)范，生產出的弱筋小麥品質變化較大，穩(wěn)定性較差，如2006-2015年全國主要推廣小麥品種中，弱筋小麥達標率僅為0.4%[2]，與進口小麥相比競爭力不強[3]。國際小麥分類標準中，對弱筋小麥的蛋白質、濕面筋含量等成分未做出規(guī)定[4]，國內外的標準中規(guī)定的品質指標要求也各不相同。我國于1998年制定了GB/T 17320-1998《專用小麥品種品質》標準，確定了弱筋小麥蛋白質含量<13%(干基)，濕面筋含量<28%(14%水分)，穩(wěn)定時間<3 min；修訂后的GB/T 17893-1999《優(yōu)質小麥弱筋小麥》標準規(guī)定了粗蛋白質含量≤11.5%(干基)，濕面筋含量≤22%(14%水分)，穩(wěn)定時間≤2.5 min；2013年發(fā)布了GB/T 17320-2013《小麥品種品質分類》新國標，規(guī)定了弱筋小麥蛋白質含量<12.5%(干基)，濕面筋含量<26%(14%水分)，穩(wěn)定時間≤3.0 min等。此外，澳大利亞規(guī)定軟質小麥的蛋白質含量低于10%(11%水分)[5]；加拿大規(guī)定餅干小麥的蛋白質含量為8%～10%(13%水分)[6]。弱筋小麥品質不達標加大了其大面積生產、銷售、加工的難度。

有關弱筋小麥品質評價指標，傳統(tǒng)多采用蛋白質和濕面筋含量、面團穩(wěn)定時間等。近年來，為了提升弱筋小麥加工利用的專用性，國外部分學者提出了一些特異性的評價指標，如吹泡示功儀參數(shù)、溶劑保持力、餅干烘焙評分等[7-9]。Slade等[10]和Levine等[11]于1994年提出以溶劑保持力評價軟質小麥品質的方法。研究認為，溶劑保持力與弱筋小麥各項品質指標間存在相關性[12-14]，國外已將其廣泛用于餅干、蛋糕專用小麥的評價[12,15]。國內更注重弱筋小麥蛋白質、濕面筋含量，對粉質儀參數(shù)、溶劑保持力、烘焙品質等指標仍處于探索階段[2]。本試驗擬以弱筋小麥寧麥13為試驗材料，以不同密度、施氮量和氮肥運籌處理的品質數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)來源，通過主成分分析方法明確寧麥13的品質評價指標，以篩選出弱筋小麥綜合品質穩(wěn)定的關鍵栽培技術措施，為構建弱筋小麥品質評價指標模型提供依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2017-2018年在江蘇省海安縣雅周鎮(zhèn)試驗點進行，試供材料為弱筋小麥品種寧麥13。前茬水稻秸稈全量還田，試驗地土質砂壤。試驗地0～20 cm土層中土壤全氮1.4 g·kg-1，有機質21.50 g·kg-1，堿解氮89.13 mg·kg-1，速效磷34.3 mg·kg-1，速效鉀91.87 mg·kg-1。

1.1 試驗設計

采用三因素裂區(qū)試驗設計，以基本苗為主區(qū)，設150萬·hm-2(M1)、225萬·hm-2(M2)、300萬·hm-2(M3)三個水平；以施氮量為裂區(qū)，設210 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)、270 kg·hm-2(N3)三個水平；氮肥運籌為小裂區(qū)，設基肥：壯蘗肥：拔節(jié)肥：孕穗肥=50%∶10%∶20%∶20%(簡記為5∶1∶2∶2，下同)(Y1)和 7∶1∶2∶0(Y2)二個水平。所有小區(qū)磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量均為105 kg·hm-2，基肥和拔節(jié)肥各50%。2017年11月6日播種，其他管理措施同當?shù)卮筇锷a。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 籽粒硬度、容重、出粉率測定

采用JYDB100X40硬度儀測定籽粒的硬度，采用上海東方衡器有限公司生產的HGT-1000型容重儀測定籽粒容重，用德國產Brabender 880101.003型試驗磨磨制面粉，出粉率=面粉重量÷籽粒重量×100%。

1.2.2 籽粒蛋白質含量測定

采用H2SO4-H2O2靛酚藍比色法測定籽粒含氮率(N%)，蛋白質含量=N%×5.7[16]。

1.2.3 面粉濕面筋含量測定

按照GB/T 5506.2-2008方法，采用瑞典Perten公司生產的2200型面筋洗滌儀，以含水率14%的小麥粉含有濕面筋的百分數(shù)表示。

1.2.4 面粉溶劑保持力(SRC)測定

按照AACC 56-11方法測定4種SRC指標。準確稱取5.000 ± 0.050 g小麥粉放入50 mL離心管中，加入不同溶劑[蒸餾水，5%(W/W)乳酸，50%(W/W)蔗糖，5%(W/W)碳酸鈉]25.00 ± 0.05 g，室溫溶漲，溶漲期間每隔5 min震蕩約5 s，待溶漲20 min后于1 000 r·min-1離心15 min，離心后棄上清液，倒扣在吸水紙上，瀝干后稱重。SRC的計算公式為：

SRC=[沉淀物重量÷面粉重量-1]×[86÷(100-面粉含水量)]×100%

1.2.5 面團粉質參數(shù)測定

按照GB/T 14614-1993方法，使用Brabender粉質儀測定粉質參數(shù)。

1.2.6 餅干延展系數(shù)測定

餅干制作和烘焙品質評價按照AACC 10-50.05方法，每處理測定6塊酥性餅干的直徑和厚度。

餅干直徑：餅干出爐冷卻到室溫，各餅干皆按一個方向轉動90°，重復4次，計算平均值。

餅干厚度：將餅干疊起，測量其高度，重復兩次，計算平均值。

餅干延展系數(shù)=餅干直徑÷餅干厚度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0、Excel 2003進行數(shù)據(jù)計算及統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 寧麥13品質指標分析

寧麥13品質指標如表1所示，溶劑保持力(SRC)中，水SRC值變異系數(shù)最大，蔗糖SRC值變異系數(shù)最小。蛋白質含量變化范圍為 10.82%～13.72%，變異系數(shù)達5.79%。共有11個栽培組合的籽粒蛋白質含量符合國標(<12.5%)要求，3個滿足優(yōu)質弱筋小麥標準(≤11.5%)，濕面筋含量均高于弱筋小麥標準要求，變化范圍為27.09%～30.65%，變異系數(shù)為2.95%。一次加工品質變異系數(shù)均為1%左右，遺傳性狀穩(wěn)定。粉質參數(shù)中，弱化度、穩(wěn)定時間和粉質質量指數(shù)變異系數(shù)分別為22.13%、20.19%和15.94%，說明受栽培措施影響較大，穩(wěn)定性較差。餅干厚度和直徑變化范圍分別為72.06～80.55 mm和 64.13～68.89 mm；餅干延展系數(shù)最大值為 0.91，變異系數(shù)為2.77%。

表1 品質指標的變異分析

2.2 寧麥13品質指標間相關性分析

由表2可以看出，水SRC與其他三個SRC之間均呈顯著正相關，水SRC與餅干直徑呈顯著負相關；水SRC、碳酸鈉SRC與蛋白質含量顯著正相關；蔗糖SRC與出粉率和硬度間均極顯著正相關。形成時間和穩(wěn)定時間與粉質質量指數(shù)間顯著正相關，與弱化度呈顯著負相關。

2.3 寧麥13品質指標主成分分析

將17個被測指標進行主成分分析，由表3可知，有6個主成分特征值大于1，第1主成分的貢獻率最大，可解釋原變量的27.24%，至第6個主成分，累計貢獻率是85.47%，表明這6個因子能夠反映寧麥13的17個籽粒品質性狀的主要信息，可對這6個因子進行繼續(xù)討論。

表3 寧麥13品質指標主成分統(tǒng)計

由主成分載荷矩陣(表4)可以看出，第1主成分中，蔗糖SRC值、出粉率、硬度等指標的矩陣值較大，第2主成分包含了穩(wěn)定時間、弱化度和粉質質量指數(shù)等指標，第3主成分包含了餅干厚度和延展系數(shù)，第4和5主成分對品質指標的貢獻率較小，第6主成分包含了餅干直徑等指標。將主成分載荷矩陣絕對值≥0.66作為選擇標準，篩選出水SRC值、蔗糖SRC值、出粉率、穩(wěn)定時間、硬度、弱化度、粉質質量指數(shù)、餅干厚度、餅干延展系數(shù)共9個貢獻率較大的指標，可作為弱筋小麥品質的綜合評價指標。

表4 寧麥13籽粒品質主成分載荷矩陣

2.4 寧麥13品質指標聚類分析

對主成分分析篩選出的9個品質指標進行聚類分析，結果如圖1所示，在距離為15處將栽培處理分為3類，其9個品質指標的平均值見表5。其中，第一類包括13個栽培處理，其餅干厚度最小，餅干延展系數(shù)最大，水SRC、蔗糖SRC值、出粉率、硬度、穩(wěn)定時間、弱化度和粉質質量指數(shù)處于中等水平；第二類和第三類綜合品質表現(xiàn)較差。第一類中，M2N2Y2和M3N2Y2兩處理綜合品質指標最好，且蛋白質含量和面團穩(wěn)定時間均達到弱筋小麥品種品質標準(GB/T 17320-2013)要求，為本試驗條件下寧麥13的適宜栽培技術。

表5 寧麥13品質指標統(tǒng)計值

圖1 聚類分析群集圖

3 討 論

有關小麥品質指標的穩(wěn)定性，前人研究因材料和數(shù)量不同結果并不一致。利用多個弱筋小麥品種為材料分析得出，面團穩(wěn)定時間變異系數(shù)最大，一次加工品質變異系數(shù)較小[17-18]。本試驗僅用一個弱筋小麥品種，通過密肥調控創(chuàng)建不同的處理，發(fā)現(xiàn)品質指標中，穩(wěn)定時間、弱化度、粉質質量指數(shù)的變異系數(shù)較大，說明寧麥13粉質指標受栽培措施影響較大；出粉率、容重和硬度的變異系數(shù)較小，均為1%左右，表明其一次加工品質穩(wěn)定性較好。前人對寧麥9號及其衍生系研究發(fā)現(xiàn)，籽粒蛋白質含量和濕面筋含量的變異系數(shù)較大[19-20]，但本試驗中，濕面筋含量和籽粒蛋白質含量的變異系數(shù)均較小，推測其主要與材料有關。

前人研究認為，水SRC、碳酸鈉SRC、蔗糖SRC均與餅干直徑呈顯著負相關，與硬度存在極顯著正相關[17,21-22]。本試驗中，只有水SRC與餅干直徑顯著負相關，蔗糖SRC與硬度極顯著正相關。張 勇等[23]研究認為，蛋白質含量與乳酸SRC、蔗糖SRC、碳酸鈉SRC極顯著相關；本研究表明，籽粒蛋白質含量與水SRC、碳酸鈉SRC之間顯著正相關。王化敦等[22]和朱明哲等[24]研究表明，籽粒蛋白質含量與濕面筋含量和穩(wěn)定時間顯著正相關；也有研究認為，谷蛋白含量與粉質儀參數(shù)間相關性較弱，籽粒蛋白質含量與濕面筋含量極顯著正相關[25]。本試驗中，蛋白質含量與濕面筋含量顯著正相關，但與穩(wěn)定時間無顯著相關性；濕面筋含量與吸水率顯著正相關；穩(wěn)定時間和形成時間與粉質質量指數(shù)顯著正相關，與弱化度顯著負相關。究其原因，可能與不同品種對栽培措施的響應不同有關。

前人對小麥品質指標的篩選結果各異，實現(xiàn)不同類型優(yōu)質專用小麥的栽培措施組合也不相同。孫彩玲等[26]認為，面筋指數(shù)、形成時間和穩(wěn)定時間是小麥品質形成的主要因素。楊忠強[27]研究強筋和弱筋的雜交組合結果表明，蛋白質、濕面筋含量在小麥品質性狀中起支配作用。而軟質小麥應注重磨粉特征和蔗糖SRC的值[28]。本研究篩選出水SRC、蔗糖SRC、出粉率、穩(wěn)定時間、硬度、弱化度、粉質質量指數(shù)、餅干厚度和餅干延展系數(shù)共9個反映弱筋小麥寧麥13品質的評價指標，為全面評價弱筋小麥品質優(yōu)劣提供依據(jù)。

針對弱筋小麥品質的特異性，前人提出了弱筋小麥實現(xiàn)優(yōu)質高產的栽培措施組合。如寧麥9號宜采用基本苗240萬·hm-2、施氮量240 kg·hm-2、基肥∶平衡肥∶倒2葉肥比例為 7∶1∶2的組合；揚麥9號在基本苗240 萬·hm-2,施氮量240 kg·hm-2、氮肥運籌 7∶1∶2∶0和施氮量180 kg·hm-2、氮肥運籌 5∶1∶2∶2時為優(yōu)質高產的最佳栽培措施[29-30]。胡文靜等[31]研究認為，揚麥22以密度225 萬·hm-2，施氮量180 kg·hm-2為最佳栽培措施。綜合前人研究可知，適當增加種植密度，降低施氮量和氮肥前移，可實現(xiàn)弱筋小麥優(yōu)質高產。本試驗以主成分分析篩選出的重要品質指標進行聚類分析發(fā)現(xiàn)，適期播種條件下，密度225 萬·hm-2或300 萬·hm-2、施氮量240 kg·hm-2、氮肥運籌 7∶1∶2∶0可以實現(xiàn)寧麥13籽粒綜合品質較優(yōu)。由于本試驗是同一品種不同栽培措施分析得出的結果，還需對其他弱筋小麥品種進行研究以進一步驗證結論。

4 結 論

本試驗條件下，穩(wěn)定時間、弱化度、粉質質量指數(shù)的變異系數(shù)較大，說明其穩(wěn)定性較差，易受栽培措施影響。利用主成分分析篩選出弱筋小麥品質主要評價指標分別為水SRC、蔗糖SRC值、出粉率、穩(wěn)定時間、硬度、弱化度、粉質質量指數(shù)、餅干厚度和餅干延展系數(shù)。通過聚類分析得出，適期播種條件下，弱筋小麥寧麥13優(yōu)質栽培措施為：密度225萬·hm-2或300萬·hm-2，施氮量240 kg·hm-2，氮肥運籌7∶1∶2∶0，磷鉀肥施用量105 kg·hm-2，基肥和拔節(jié)肥各占50%。