黑小麥種質(zhì)資源利用及營養(yǎng)加工

趙凌霄 劉 駿 曲 蓓 張金霞 簡俊濤 王金艷 李慶利

（1.焦作市農(nóng)林科學院 河南 焦作 454000；2.焦作市糧油質(zhì)量安全檢測中心 河南 焦作 454000；3.河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院 河南 新鄉(xiāng) 453002；4.南陽市農(nóng)業(yè)科學院 河南 南陽 473000）

小麥的粒色主要有白色、黑色、紅色等，黑色粒色籽粒由于顏色深淺程度不一， 出現(xiàn)了一系列的過渡色，通常有黑色、紫黑色、紫色、藍紫色、藍色等顏色，習慣把這類有色小麥統(tǒng)稱為黑小麥[1]。 隨著時代的發(fā)展， 生物技術(shù)和基因工程在作物育種中發(fā)揮的作用越來越明顯， 但仍然無法替代常規(guī)雜交育種技術(shù)， 通過常規(guī)雜交育種技術(shù)選擇性狀較好的品系進行種間雜交， 仍然是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥的一種有效途徑。 將黑小麥種質(zhì)資源中的優(yōu)質(zhì)基因?qū)肫胀ㄐ←溨校?普通小麥能夠不斷聚合累積更多來源的優(yōu)質(zhì)基因，最終選育出具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)等價值的黑小麥功能性新品種， 實現(xiàn)黑小麥種質(zhì)資源的有效利用。 此外，在食品加工方面，黑小麥富含花青素、多種氨基酸和礦物質(zhì)元素， 通過不斷優(yōu)化黑小麥食品的營養(yǎng)加工方式， 可以不斷豐富我國保健功能食品和醫(yī)學營養(yǎng)食品的品類。

1 黑小麥粒色遺傳研究進展

近年來， 我國小麥育種家對小麥主要性狀的遺傳及變異情況進行了深度的研究， 但對黑小麥遺傳的相關研究開展的較晚， 取得的研究成果也相對較少。 目前在黑小麥粒色遺傳模式方面僅達成一些初步的共識， 即黑粒小麥的粒色遺傳通常遵循母本遺傳，黑粒基因主要在種皮表達；藍粒小麥的粒色遺傳通常表現(xiàn)為花粉直感作用， 藍?；蛑饕诤蹖颖磉_[2]。 有研究表明，黑小麥種皮為細胞核遺傳，黑?；蚓哂袆┝啃?，黑粒性狀受1～2 對不完全顯性互補基因的控制[3]。 藍粒小麥的粒色性狀為胚乳性狀，胚乳基因的遺傳具有相對獨立性和穩(wěn)定性， 粒色遺傳有花粉直感現(xiàn)象， 藍粒基因同樣具有明顯的劑量效應。 由于黑小麥籽粒中富含的天然黑色素具有較強的著色性和穩(wěn)定性，且對人類安全無毒，因此可廣泛應用于食品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)，市場前景較好。

2 黑小麥種質(zhì)資源利用情況

2.1 黑小麥種質(zhì)資源的親本來源

現(xiàn)代育種工作取得了巨大的成就， 這一方面得益于育種技術(shù)的突破， 一方面得益于廣泛搜集并得到較好利用的生物種質(zhì)資源。 從全球范圍來看，小麥種植面積最大， 我國是小麥生產(chǎn)第一大國， 現(xiàn)存的5 萬多份小麥種質(zhì)資源， 有力地支撐了國家糧食安全[4]。 但在黑小麥領域，長期以來由于黑小麥等種質(zhì)資源沒有受到重視， 導致搜集到的黑小麥種質(zhì)資源較少。 現(xiàn)有的黑小麥種質(zhì)資源主流親本有河南的漯珍1 號、周黑麥1 號、中普黑麥1 號、豫州黑麥1 號及山西的黑小麥76 號和河北的冀紫439 號等，在黑小麥種質(zhì)資源創(chuàng)新中被廣泛利用。

2.2 黑小麥種質(zhì)資源的利用方式

實踐表明，育種工作的突破性進展，往往取決于具有關鍵性基因種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)和利用， 我國黑小麥種質(zhì)資源的利用方式主要有3 種， 主流的利用方式是使用已有的黑小麥品種與普通小麥進行雜交，其次是使用黑麥、冰草、偃麥草、四倍體小麥、野生二粒小麥等資源與普通小麥進行雜交， 還有一種利用方式是在大田對自然突變的資源進行系選[5]。 特殊粒色的小麥是珍貴的種質(zhì)資源， 是后期選育功能性小麥新品種的重要物質(zhì)基礎， 但目前只有少數(shù)專家在開展相關研究，導致育種進展緩慢，且很多珍貴資源面臨著丟失的風險， 黑小麥種質(zhì)資源需要進一步開發(fā)和利用。

2.3 黑小麥種質(zhì)資源的創(chuàng)新情況

從我國1997 年審定的第一個黑小麥品種黑小麥76 號開始算起，距今我國已有26 年的黑小麥種質(zhì)資源創(chuàng)新歷史。 截至目前我國共審定黑小麥新品種60 個，主要集中在河南、河北、山東、山西等省份，其中河南省審定的黑小麥新品種數(shù)量最多，共有15 個。近5 年我國小麥育種家越來越重視黑小麥的選育工作，共審定黑小麥新品種35 個，占26 年來審定總量的58%， 這說明近年來我國黑小麥種質(zhì)資源的創(chuàng)新水平正在快速提升[6]。

2.4 黑小麥種質(zhì)資源的征集和保藏

種質(zhì)資源是育種的基礎和關鍵， 黑小麥許多種質(zhì)資源來源于自然突變， 由于黑小麥種質(zhì)資源長期以來受到的重視程度不夠， 受科研資金及相關條件的限制， 造成很多現(xiàn)存的種質(zhì)資源未征集到國家或省級種質(zhì)資源庫里， 長期保存在育種家或農(nóng)民的手中，這極易造成黑小麥種質(zhì)資源的丟失，需要加快對相關資源的征集和保藏入庫， 不斷加強對黑小麥種質(zhì)資源遺傳多樣性的保護[7]。

3 黑小麥營養(yǎng)品質(zhì)改良技術(shù)

3.1 蒸汽爆破技術(shù)

利用蒸汽爆破技術(shù)對黑小麥進行處理， 高溫飽和蒸氣壓會快速滲入到植物的細胞組織中， 并在極短時間內(nèi)瞬間泄壓， 對高活性酶及微生物滅活的同時，植物的組織結(jié)構(gòu)會遭到破壞，不溶性膳食纖維會轉(zhuǎn)化為可溶性膳食纖維， 利用蒸汽爆破技術(shù)加工后的黑小麥食品， 不管是耐儲藏性還是食用品質(zhì)均會得到改良[8]。

3.2 過熱蒸汽技術(shù)

利用過熱蒸汽技術(shù)對黑小麥面粉進行處理，高活性酶及微生物在滅活的同時， 黑小麥面粉中的蛋白會發(fā)生聚集反應，自由疏基含量會減少，分子量會增大，不溶性蛋白聚合物會增多，黑小麥面粉的粉質(zhì)特性能夠得到改善，面團流變性會得到提升。 此外，由于蒸汽中氧氣含量較低， 通過熱蒸汽技術(shù)加工后的黑小麥面粉不易被氧化，品質(zhì)得到提升[9]。

3.3 微波技術(shù)

利用微波技術(shù)對黑小麥面粉進行處理， 黑小麥面粉中的高活性酶及微生物在高頻電磁波電磁效應和熱效應的影響下被鈍化、滅活，黑小麥面粉的耐貯性得到提升。 此外進行適當時間的微波處理，能夠保持黑小麥面粉的營養(yǎng)成分，并能夠改善其理化性質(zhì)。

3.4 超微粉碎技術(shù)

利用超微粉碎技術(shù)對黑小麥進行處理， 韌性較強、加工困難的黑小麥麥麩，其粉碎度將會得到顯著提升，食物纖維能夠微?；?與添加粗麥麩粉相比，添加經(jīng)超微粉碎技術(shù)處理后的麥麩粉的黑小麥面粉，面筋指數(shù)、面筋含量、糊化黏度和流變學特性等指標均得到改善[10]。

3.5 擠壓膨化技術(shù)

利用擠壓膨化技術(shù)對黑小麥進行處理， 黑小麥在機器內(nèi)會處于一種高溫高壓的環(huán)境， 其被機器擠出后，受巨大壓力差的影響，會迅速膨脹失水，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。 擠壓膨化處理后的黑小麥，麩皮的膳食纖維溶解性得到顯著提升， 制作的食品粗糙口感得到改善。

3.6 添加谷朊粉

谷朊粉是一種物美價廉的純天然植物性蛋白源，吸水后會形成具有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的濕面筋，其具有特殊的黏彈性和拉伸性。 添加谷朊粉會降低黑小麥面粉的弱化度， 提升黑小麥面粉的粉質(zhì)特性和烘焙品質(zhì)，特別是在吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間和穩(wěn)定性等方面改善較大。

3.7 酶制劑處理

酶制劑是安全性較高的一種綠色天然食品添加劑。α-淀粉酶能夠使淀粉轉(zhuǎn)化成糊精和糖類，戊聚糖酶可以改善面團的流變學性能， 葡萄糖氧化酶能夠提高面團乳化效果，戊聚糖酶和氧化酶復合使用可以延緩面包老化。 實踐表明，利用這些酶制劑處理后的黑小麥面粉的筋力和加工品質(zhì)可以得到顯著改善[11]。

3.8 氯氣處理

氯氣處理后的黑小麥面粉，部分物質(zhì)發(fā)生氧化，pH 降低。 氧化過程中，由于蛋白分子內(nèi)部的氫鍵和肽鏈被打斷，蛋白質(zhì)的分散性和面筋的可溶性增加，黑小麥面粉的面糊黏度增大會引起面團持氣性的增加，因此氯氣處理后的黑小麥面粉，制作的蛋糕體積更大、結(jié)構(gòu)更好。

4 黑小麥常見加工利用方式

4.1 蒸煮食品

黑小麥蛋白質(zhì)和濕面筋含量較高， 決定了其適合制作面條類食品。 與普通小麥制作的面條類食品相比，使用黑小麥制作的面條類食品顏色發(fā)灰、色澤發(fā)亮，特別是制成的黑小麥掛面具有耐煮、抗泡、面湯不混濁、咀嚼口感好、營養(yǎng)價值高等特點。 由于黑小麥全麥粉的拉伸特性和粉質(zhì)特性較差， 制作饅頭時不適合單獨使用，通常需要和普通小麥進行配粉，一般添加25%左右的黑小麥面粉后， 制作的饅頭口感較好且抗氧化性較強[12]。

4.2 焙烤食品

黑小麥常見的焙烤加工食品有面包、蛋糕、餅干等，焙烤加工前通常和普通小麥進行配粉，配粉后加工的產(chǎn)品不僅具有更豐富的花色品種，而且口感佳、營養(yǎng)豐富。 近年來，市場上出現(xiàn)了添加黑小麥麩皮的焙烤加工食品， 添加后的焙烤加工食品膳食纖維含量更高，具有較好的保健功能[13]。

4.3 發(fā)酵食品

黑小麥由于含有較高的蛋白酶和淀粉酶， 發(fā)酵加工的酒類、醋類、醬油和酸奶等產(chǎn)品風味獨特、營養(yǎng)豐富。 以黑小麥為主要原料釀造的啤酒口感清爽，以黑小麥和苦蕎麥等搭配釀造的黑小麥醋具有富硒保健作用，黑小麥和黑大豆、黑芝麻等搭配釀造的醬油色澤好、營養(yǎng)成分高，黑小麥芽和純牛奶等搭配制作的酸奶麥香味足且具有強抗氧化性[14]。

4.4 麩皮利用

黑小麥的麩皮經(jīng)過深加工后可廣泛應用于食品、化妝、醫(yī)藥等領域。 黑小麥麩皮中膳食纖維和各類礦物質(zhì)含量均較高，對清除人體內(nèi)的自由基、預防腸道疾病等具有重要意義。 黑小麥中的多酚，抗氧化活性較高且無毒害作用， 可作為天然抗氧化劑替代人工抗氧化劑添加到食品中。 此外，黑小麥麩皮中含有豐富的天然花色苷類色素， 其能夠溶于極性溶劑且耐低溫，極具開發(fā)前景[15]。

5 展望

作物的育種目標不是一成不變的， 小麥育種中提升品質(zhì)性狀將會是新的突破口， 功能性小麥新品種的選育將會成為未來發(fā)展的新方向。 隨著分子遺傳、基因編輯等生物育種技術(shù)的飛速發(fā)展，黑小麥的種質(zhì)資源將會得到更深層次的挖掘， 黑小麥育種將會成為后起之秀[16]。隨著黑小麥產(chǎn)業(yè)化水平的不斷提升， 黑小麥新的特殊營養(yǎng)價值將會不斷的被開發(fā)利用，富硒黑小麥系列產(chǎn)品將會不斷的被推向市場，不斷豐富我國保健功能食品和醫(yī)學營養(yǎng)食品的品類。