糯玉米淀粉理化特性基因型差異研究

陸大雷 孫旭利 趙浚宇 王 鑫 閆發(fā)寶 董 策 陸衛(wèi)平

糯玉米淀粉理化特性基因型差異研究

陸大雷 孫旭利 趙浚宇 王 鑫 閆發(fā)寶 董 策 陸衛(wèi)平

(揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院江蘇省作物遺傳生理重點實驗室農(nóng)業(yè)部長江中下游作物生理生態(tài)與栽培重點開放實驗室，江蘇揚州 225009)

以15個糯玉米品種為材料，研究其淀粉理化特性的基因型差異。結(jié)果表明，淀粉中Cu、Fe、Mn、S、K、Na、Mg等7個元素含量糯玉米品種間無顯著差異，最大吸收波長、碘結(jié)合力和回復(fù)值均表現(xiàn)出典型的糯性特征，糊化溫度、起始溫度、峰值溫度和終值溫度品種間雖有顯著差異，但變異系數(shù)較小。膨脹勢、溶解度、峰值黏度、崩解值、熱焓值和回生值品種間有顯著差異。相關(guān)分析表明，S元素含量與回復(fù)值、糊化溫度顯著正相關(guān)，與溶解度和崩解值顯著負(fù)相關(guān)。Ca元素含量與熱焓值顯著正相關(guān)。溶解度與直徑9～13μm淀粉粒比例顯著負(fù)相關(guān)，與直徑＞17μm淀粉粒比例顯著正相關(guān)。

糯玉米 淀粉 理化特性 基因型差異

明確不同來源淀粉理化特性的差異是其得以合理應(yīng)用的基礎(chǔ)［1］。玉米淀粉是工業(yè)淀粉的主要來源，占據(jù)了世界淀粉市場80%左右的份額［2］。玉米根據(jù)籽粒組成與形態(tài)結(jié)構(gòu)可以分為普通玉米、糯玉米、高直鏈淀粉玉米等不同類型，且不同類型玉米淀粉由于直鏈淀粉含量以及淀粉結(jié)構(gòu)的不同，淀粉理化特性有顯著差異，因此在市場上有不同用途［3－6］。糯玉米由于wx基因突變，導(dǎo)致籽粒不能合成直鏈淀粉，胚乳淀粉全部由支鏈淀粉組成，具有透明度優(yōu)、溶解度和穩(wěn)定性好、黏度高且不易凝沉等特性，在食品、紡織、黏合劑等行業(yè)具有獨特用途［7］。

中國是糯玉米起源地，具有豐富的種質(zhì)資源［8］。雖然糯玉米淀粉與其他類型玉米淀粉相比具有顯著差異［3－6］，但糯玉米理化特性品種之間是否存在差異目前尚缺乏相關(guān)報道。本研究以國家糯玉米區(qū)域試驗品種為研究對象，分析了糯玉米淀粉理化特性的基因型差異，以期為根據(jù)市場需求選擇適宜品種提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗品種和樣品制備

供試材料為2010年國家糯玉米區(qū)域試驗15個品種，種子由農(nóng)業(yè)部品種管理處提供。試驗于2010年于揚州大學(xué)實驗農(nóng)牧場進行，3月15日播種，3月25日移栽，各品種于開花期選擇10株進行人工套袋輔助授粉，花后40 d收獲，籽粒參照文獻(xiàn)［7］分離淀粉后進行理化特性分析。

1．2 試驗儀器

Mastersizer 2000激光衍射粒度分析儀:英國Malvern;3D快速黏度分析儀(RVA):澳大利亞Newport Scientific;200F3差示掃描量熱儀:德國NETZSCH;PE Lambda 12紫外－可見分光光度計:美德合資Perkin Elmer;5415D小型臺式高速離心機:德國Eppondorf;TDL－5飛鴿臺式離心機:上海安亭;JYL－350九陽料理機:浙江九陽;722型分光光度計:上海菁華科技儀器有限公司;FW－100萬能粉碎機:天津泰斯特儀器有限公司;SHZ－88臺式水浴恒溫振蕩器:江蘇太倉實驗設(shè)備廠。

1．3 理化特性測定

微量元素含量測定:參照文獻(xiàn)［9］進行測定。膨脹勢和溶解度測定:參照文獻(xiàn)［7］進行測定。糊化特性測定:參照文獻(xiàn)［10］進行測定，樣品質(zhì)量濃度為100 mg/mL。淀粉粒分布測定:參照文獻(xiàn)［11］進行測定。碘結(jié)合力測定:參照文獻(xiàn)［11］進行測定。熱力學(xué)特性測定:參照文獻(xiàn)［9］進行測定，樣品濃度為333 mg/mL。

1．4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用DPS7．05進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 元素含量

淀粉中含有一定數(shù)量的元素。Cu、Fe、Mn、S、K、Na、Mg等7個元素含量品種間無顯著差異(表1)。Zn、Ca、P和B元素含量有顯著的基因型差異，Zn元素含量以血糯8號最低(2．8 mg/kg)、三北白糯4最高(8．8 mg/kg);Ca元素含量含量以SNN－12最高(35．6 mg/kg)，銀糯2號最低(23．3 mg/kg);B元素含量SNN－12最高(9．3 mg/kg)，禾盛糯1512最低(3．4 mg/kg);P元素以含量SNN－12最低(99．5 mg/kg)，晉糯5號最高(188．5 mg/kg)。Thitipraphunkul等［12］對美人蕉科塊莖淀粉的研究表明，P、Ca、Mg、K、Na和F元素在不同基因型間存在顯著差異。

表1 糯玉米淀粉元素含量的基因型差異/mg/kg

2．2 淀粉粒體積分布

糯玉米籽粒淀粉粒粒徑和分布有顯著的基因型差異(表2)。淀粉粒平均粒徑以禾盛糯1512最低(16．0μm)，晉糯5號最高(30．5μm)。淀粉粒體積分布中，直徑0～5μm、5～9μm、9～13μm、13～17 μm和＞17μm的淀粉粒比例變幅分別為0．0%(鄭白糯968)～7．9%(三北白糯4)、4．2%(銀糯2號)～15．0%(京科糯968)、16．4%(三北白糯4)～29．0%(沈糯062)、16．7%(淮科糯3號、京科糯598)～26．2%(沈糯062)和28．4%(沈糯062)～59．9%(三北白糯4)。普通玉米淀粉粒分布以及不同類型玉米淀粉粒分布同樣均存在顯著的基因型差異［13－15］。

表2 糯玉米淀粉粒體積分布的基因型差異

2．3 膨脹勢、溶解度和碘結(jié)合力

糯玉米淀粉的膨脹勢以淮科糯3號最高(26．5 g/g)，血糯8號最低(15．6 g/g)，而溶解度則以血糯8號最高(38．0%)，斯達(dá)29最低(26．2%)(表3)。碘結(jié)合力為可用來評價淀粉中短分支鏈和長分支鏈的比例，糯玉米淀粉的碘結(jié)合力在0．78左右，支鏈淀粉約為0．55，而直鏈淀粉則大于1．5［16］。藍(lán)值、最大吸收波長和碘結(jié)合力3個指標(biāo)均以萬糯8號最高(分別為0．203、553．3 nm和0．77)，最低分別為0．116(禾盛糯1512)、536．2 nm(京彩甜糯)和0．53(京彩甜糯)，但最大吸收波長變異系數(shù)較小，且表現(xiàn)出典型的糯性特征。

表3 糯玉米淀粉膨脹勢、溶解度和碘結(jié)合力的基因型差異

2．4 糊化特性

糯玉米籽粒淀粉糊化特征值有顯著的基因型差異(表4)。糊化溫度以禾盛糯1512最低(75．1℃)，京科糯598最高(79．9℃)，但其變異系數(shù)較低(僅為1．8)。京科糯598的峰值黏度、谷值黏度和崩解值在不同品種間均最低(分別為45．6 RVU、42．0 RVU和3．6 RVU)，這3項特征值分別以斯達(dá)29、沈糯062和SNN－12最高(分別為143．8 RVU、89．9 RVU和70．8 RVU)。終值黏度以SNN－12最低(55．2 RVU)，沈糯062最高(106．4 RVU)。回復(fù)值不同品種間變幅為3．3(京彩甜糯)～16．5 RVU(沈糯062)，雖然該參數(shù)品種間有顯著差異，但其值相對較低，且均表現(xiàn)出顯著的糯性特征，其主要原因由于糯玉米淀粉不含直鏈淀粉所致［17］。

表4 糯玉米淀粉糊化特性的基因型差異

2．5 膠凝特性

糯玉米淀粉糊化范圍和峰值指數(shù)品種間無顯著差異，但起始溫度、峰值溫度、終值溫度和熱焓值品種間有顯著差異(表5)。起始溫度、峰值溫度、終值溫度雖有顯著基因型差異，但總體上變異系數(shù)較小(變異系數(shù)分別為2．4、2．0、1．4)，而熱焓值品種間變幅為10．5～13．9 J/g，以SNN－12最高，淮科糯3號最低。

表5 糯玉米淀粉膠凝特性的基因型差異

2．6 回生特性

糯玉米淀粉糊化冷藏后發(fā)生回生，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)變溫度和熱焓值的降低?；厣?，淀粉的轉(zhuǎn)變溫度同樣品種間變異較小(分別為2．0、1．4、0．6)，品種間熱焓值以盛糯1號最低(5．8 J/g)，斯達(dá)29最高(7．9 J/g)?；厣灯贩N間變幅為47．3%～64．2%，以SNN－12最低，淮科糯3號最高。Sandhu等［18］和Yamin等［19］分別報道了普通玉米的回生值在50%～60%和40%～60%之間。

表6 糯玉米淀粉回生特性的基因型差異

表7 糯玉米淀粉理化特征值間的相關(guān)分析

2．7 相關(guān)分析

淀粉中Cu、Fe、Mn、Zn、K、Na、Mg、P、B元素含量對籽粒淀粉理化特性無顯著影響，S元素含量與回復(fù)值、糊化溫度和峰值溫度顯著正相關(guān)，與溶解度和崩解值顯著負(fù)相關(guān)。Ca元素含量與熱焓值顯著正相關(guān)(表7)。Inatsu等［20］同樣報道Ca和K對馬鈴薯淀粉的糊化特性存在顯著影響。淀粉粒中直徑5～9μm淀粉粒比例與糊化溫度和峰值溫度顯著正相關(guān)，與崩解值顯著負(fù)相關(guān);Zaidul等［21］發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯淀粉的平均粒徑與崩解值顯著正相關(guān)，與糊化溫度顯著負(fù)相關(guān)。Singh等［22］發(fā)現(xiàn)，木薯淀粉中大顆粒的比例與崩解值顯著正相關(guān)，這與本研究結(jié)果相似。溶解度與直徑9～13μm淀粉粒比例顯著負(fù)相關(guān)，與直徑＞17μm淀粉粒比例顯著正相關(guān)，但平均粒徑與淀粉理化特征值間無顯著相關(guān)關(guān)系。藍(lán)值與膨脹勢顯著負(fù)相關(guān)，其他理化特性值間無顯著相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

糯玉米籽粒淀粉中Cu、Fe、Mn、S、K、Na、Mg等7個元素含量品種間無顯著差異，Zn、Ca、P和B元素含量有顯著差異。淀粉粒粒徑和分布有顯著的基因型差異，且平均粒徑變幅為16．0～30．5μm。淀粉的溶解度和膨脹勢有顯著的基因型差異，而碘結(jié)合力和最大吸收波長均表現(xiàn)出典型的糯性特征。RVA研究表明，淀粉黏度特征值有顯著的基因型差異，但糊化溫度變異較小，而回復(fù)值較低(＜16．5 RVU)。淀粉熱力學(xué)特征參數(shù)中，峰值指數(shù)和糊化范圍品種間無顯著差異，起始溫度、峰值溫度和終值溫度變異系數(shù)較小;熱焓值和回生值品種間有顯著差異，且前者以SNN－12最高，淮科糯3號最低，后者表現(xiàn)相反。相關(guān)分析表明，淀粉中Ca和S元素含量以及淀粉粒分布對淀粉膨脹勢、溶解度、黏度特性和熱力學(xué)特性有顯著影響。

志謝:江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程和江蘇高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊資助項目。

［1］Duxbury D D．Modified starch functionalities——no chemicals or enzymes［J］．Food Processing，1989，50:35－37

［2］Jobling S．Improving starch for food and industrial applications［J］．Plant Biology，2004，7:210－218

［3］Singh N，Sandhu K S，Kaur M．Physicochemical properties including granular morphology，amylose content，swelling and solubility，thermal and pasting properties of starches from normal，waxy，high amylose and sugary corn［J］．Progress in Food Biopolymer Research，2005，1:44－54

［4］Liu H，Ramsden L，Corke H．Physical properties and enzymatic digestibility of acetylated ae，wx and normal maize starch［J］．Carbohydrate Polymers，1997，34:283－289

［5］Singh N，Inouchi N，Nishinari K．Structure，thermal and viscoelastic characteristics of starches separated from normal，sugary and waxy maize［J］．Food Hydrocolloids，2006，20:923－935

［6］Perera C，Lu J，Sell J，et al．Comparison of physicochemical properties and structures of sugary－2 corn starch with normal and waxy cultivars［J］．Cereal Chemistry，2001，78:249－256

［7］陸大雷，王德成，趙久然，等．糯玉米粉、淀粉和脫脂淀粉的理化特性研究［J］．中國糧油學(xué)報，2009，24(1):54－59

［8］梁志杰，陸衛(wèi)平．特用玉米［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1997:122－140

［9］陸大雷，郭換粉，董策，等．脫脂對糯玉米淀粉熱力學(xué)特性的影響［J］．中國糧油學(xué)報，2011，26(1):48－51

［10］陸大雷，陸衛(wèi)平，趙久然，等．基肥配比和拔節(jié)期追氮對糯玉米淀粉糊化(RVA)特性的影響［J］．作物學(xué)報，2008，34(7):1253－1258

［11］陸大雷，郭換粉，董策，等．普通、甜、糯玉米果穗不同部位籽粒淀粉理化特性和顆粒分布差異［J］．作物學(xué)報，2011，37(2):331－338

［12］Thitipraphunkul K，Uttapap D，Piyachomkwan K，et al．A comparative study of edible canna(Canna edulis)starch from different cultivars．Part I．Chemical composition and physicochemical properties［J］．Carbohydrate Polymers，2003，53:317－324

［13］Ji Y，Wong K，Hasjim J，et al．Structure and function of starch from advanced generation of new corn lines［J］．Carbohydrate Polymers，2003，54:305－319

［14］Ji Y，Seetharaman K，Wong K，et al．Thermal and structure properties of unusual starches from developmental corn lines［J］．Carbohydrate Polymers，2003，51:439－450

［15］Sandhu K S，Singh N，Kaur M．Characteristics of the different corn types and their grain fractions:physicochemical，thermal，morphological and rheological properties of starches［J］．Journal of Food Engineering，2004，64:119－127

［16］Ratnayake W S，Hoover R，Warkentin T．Pea starch:composition，structure and properties:a review［J］．Starch/Starke，2002，54:217－234

［17］Fiedorowicz M，Rebilas K．Physicochemical properties of waxy corn starch and corn amylopectin illuminated with linearly polarized visible light［J］．Carbohydrate Polymers，2002，50:315－319

［17］Miles M J，Morris V J，Orford P D，et al．The roles of amylose and amylopectin in the gelation and retrogradation of starch［J］．Carbohydrate Research，1985，135:271－281

［18］Sandhu K S，Singh N．Some properties of corn starches II:Physicochemical，gelatinization，retrogradation，pasting and gel textural properties［J］．Food Chemistry，2007，101:1499－1507．

［19］Yamin F F，Svendsen L，White P J．Thermal properties of corn starch extraction intermediates by differential scanning calorimetry［J］．Cereal Chemistry，1997，74:407－411

［20］Inatsu O，Maeda I，Jimi N，et al．Edible canna starch．I．Some properties of edible canna starch produced in Taiwan［J］．Journal of Japanese Society Starch Science，1983，30:38－47

［21］Zaidul I SM，Yamauchi H，Takigawa S，et al．Correlation between the compositional and pasting properties of various potato starches［J］．Food Chemistry，2007，105:164－172

［22］Singh J，McCarthy O J，Singh H．Physicochemical and morphological characteristics of New Zealand Taewa(Maori potato)starches［J］．Carbohydrate Polymers，2006，64:569－581．

Genotypic Differences for Starch Physicochemical Features of Waxy Corn

Lu Dalei Sun Xuli Zhao Junyu Wang Xin Yan Fabao Dong Ce Lu Weiping
(College of Agronomy，Yangzhou University/Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province/Key Laboratory of Crop Physiology，Ecology and Cultivation in Middle and Lower Reaches of Yangtse River of Ministry of Agriculture，Yangzhou 225009)

The genotypic differences for starch physicochemical features of waxy corn were studied using 15 varieties as materials．The results showed that Cu，F(xiàn)e，Mn，S，K，Na，and Mg contents were similar among 15 varieties．The values ofλmax，iodine binding capacity，and feedback all presented typical waxy feature．The coefficient of variation for pasting－ ，onset－ ，peak－ ，and conclusion temperature was small though it was significantly different among varieties．Significantly differences were showed for swell power，solubility，peak viscosity，breakdown，enthalpy，and setback rate among different varieties．Scontent was significantly positive related to setback and pasting temperature，while it was significantly negative related to solubility and breakdown．Ca content was significantly positively related to enthalpy．Solubility was significantly positive related to the percentage of starch granule that diameter higher than 17 μm，while it was significantly negative related to the percentage of starch granule that diameter between 9 and 13μm．

waxy corn，starch，physicochemical features，genotypic difference

S513

A

1003－0174(2012)10－0049－05

國家自然科學(xué)基金(30971731、31000684)，江蘇省高校自然科學(xué)基金(11KJB210006)，江蘇省作物栽培生理重點實驗室開放課題(K100010)

2012－02－21

陸大雷，男，1980年出生，講師，博士，玉米品質(zhì)

陸衛(wèi)平，男，1958年出生，教授，博士生導(dǎo)師，玉米生理