麦芽品质性状遗传分析

麦芽品质性状遗传分析

作为主要的啤酒原料，大麦的粒度决定了啤酒的品质，芽的质量是决定啤酒质量的主要因素。对啤酒而言,麦芽比大麦原粒的影响更为直接,关系更为密切,所以要真正了解一个啤酒大麦品种的优劣,还必须对其麦芽品质进行分析。由此可见,对麦芽品质性状的研究,不仅能提供筛选优良品种的依据,更有助于优质啤酒生产。麦芽品质分为麦芽外观特征和麦芽理化性状,外观品质包括夹杂物、色泽和香味等。理化性状包括千粒重、容重、硬度、无水浸出率、糖化时间、麦芽过滤速度与透明度、色度、粗细粉浸出率差、麦汁粘度、蛋白溶解度(又称库尔巴哈指数)、α-氨基氮、α-淀粉酶活力与糖化力等。常用的麦芽品质性状主要包括:无水麦芽浸出率、粗细粉浸出率差、蛋白质溶解度(库尔巴哈值)、麦汁粘度、α-淀粉酶活力与糖化力、麦芽过滤速度与透明度、糖化时间等。1一般素质和小麦遗传规律多数学者认为,麦芽品质性状的遗传较为复杂,其遗传模型、遗传力以及配合力因不同研究者及其研究条件的不同而存在不同程度的差异。1.1麦芽性状的遗传调控徐绍英等研究指出糖化力和β—淀粉酶活力的遗传主要受胚乳直接显性效应和胚显性×环境互作效应的控制,胚加性效应×环境互作以及胚乳加性效应×环境互作对其表现有一定的影响。而α-淀粉酶活性与麦芽N的遗传同时受胚和胚乳遗传效应的决定,但以胚直接显性效应和胚乳直接加性效应为主,并发现胚加性和显性与环境以及胚乳加性与环境均有显著的互作存在,进而提出了一个包括胚和胚乳基因效应以及基因型×环境互作效应的麦芽品质性状遗传模型。有人研究表明,多数麦芽品质性状细胞质效应不明显,母体效应不存在。麦芽品质性状的遗传受萌动胚和胚乳基因的共同制约,为了研究胚核基因和胚乳基因对麦芽品质性状的影响及其遗传规律,有效地选配优良杂交组合,培育优质品种,建立麦芽性状的遗传模型,阎新甫等发展了包括胚基因加性、显性效应和胚乳基因加性、显性效应的麦芽数量性状的遗传模型。在6棱大麦杂交种中发现,麦芽提取物含量和饱粒百分比具有正向性中等杂交优势,麦芽N含量是负向性杂种优势,而麦芽汁N/麦芽N之比、α-淀粉酶和糖化力则没有杂种优势。在二棱和六棱品种的13×13双列杂交中发现,糖化力有30%的杂种优势,α-淀粉酶活性有5%~8%的杂种优势。在利用3个六棱大麦杂交种的F1和F2种子对α-淀粉酶活性的研究中发现F1种子有85%的中亲杂种优势,F2种子有35%的中亲杂种优势。低β—葡聚糖含量有2~3个高度显性的基因所控制。谢志新指出,麦芽N与麦芽汁N的含量存在显著的遗传变异,有报道麦芽汁中的可溶性N受加性基因控制的,也有加性与显性基因共同控制的说法。徐绍英等认为,α-淀粉酶与麦芽N的普通狭义遗传率分别为26.1%和27.8%。Greenberg曾报道,麦芽浸出物粘度(β—葡聚糖)的广义遗传力为74%,狭义遗传力为37%。朱睦元等认为,麦芽糖化力的广义遗传力为50%~86%,平均为68%,狭义遗传力为53.31%,而α-淀粉酶广义遗传力的估算在不同研究者之间差异很大,幅度为38%~97%。狭义遗传力有报道为65%。陆美琴等报道,库尔巴哈值的狭义遗传力为87.87%,朱睦元则认为,库尔巴哈值的广义遗传力为31%。1.2麦芽水浸率gca和sca一般认为浸出率属于数量性状,基因型间麦芽浸出率的GCA和SCA效应均显著,而Baier(1978)则认为只有GCA是显著的,陆美琴等的双列杂交分析表明,基因型间麦芽浸出率的GCA和SCA均极显著。朱睦元指出,麦芽浸出率的一般配合力和特殊配合力均极显著,但也有仅一般配合力显著的报道,他还认为,α-淀粉酶和麦芽糖化力的GCA和SCA均显著。陆美琴报道,库尔巴哈值的GCA和SCA均显著。谢志新等对高糖化力基因Dip作过描述,认为糖化力的GCA和SCA效应均极显著;基因型间麦芽汁N的GCA和SCA均显著。2影响小麦品质的因素影响麦芽品质的指标因素较多,首先是大麦品质,如大麦品种、品种的生态环境等因素,其次是制麦工艺的影响。2.1高温、化肥和养分含量有报道指出麦芽浸出率与抽穗至成熟期的积温呈正相关(r=0.6880),与抽穗至成熟期的降雨量呈正相关(r=0.5583),库尔巴哈值与全生育期积温呈正相关(r=0.5792),与抽穗至成熟期的降雨量呈极显著正相关(r=0.8981**);糖化力与全生育期的积温呈正相关(r=0.5694),与全生育期的日照时数呈正相关(r=0.5775)。高温处理使Schooner和Parwan的麦芽浸出率分别降低了6%(从79%~73%)和2.2%(68.4%~66.2%),高温胁迫会通过对籽粒体积的减小和筛过百分率的提高而降低“可制麦芽”籽粒的产量,并使麦芽浸出率降低3%~7%。有人认为糖化力大小与麦芽干燥温度呈负相关(r=0.416)。Engles等(1995)研究指出,麦芽浸出物随氮肥用量增加呈线性降低。已有研究表明,β—淀粉酶活性与籽粒蛋白质含量呈正相关,因此增施氮肥或增加氮肥用量比例,具有明显提高β—淀粉酶活性的作用。陈锦新等研究表明,增加后期氮肥用量使籽粒蛋白质含量提高,同时提高了糖化力。钾肥对无水麦芽浸出率和库尔巴哈值的影响较大,对糖化力和α-淀粉酶的活力影响较小,这是因为钾能提高籽粒的饱满度和增加可溶性蛋白质比率。较多研究表明氮肥降低千粒重,增加籽粒蛋白质含量,对麦芽品质影响不良。可见,在生产中要注意氮钾肥的合理配比,在提高产量的同时,改善大麦的麦芽品质,利于酿造。2.2麦芽浸出物选育徐大勇等认为,麦芽无水浸出物主要受品种因素的影响,育种中应尽可能地选择高浸出物品种进行配组,提高啤酒大麦的麦芽浸出物含量。王礼焦等认为,糖化力主要受品种因素影响,同籽粒蛋白质含量呈正相关,相关系数为r=0.4690。有人研究指出,含有游离花青素原(ANT)的大麦,可以提高麦芽浸出物百分率和糖化力,增强α-淀粉酶活性以及降低β—葡聚糖含量,可用于酿造具有优良雾浊稳定性的啤酒。张桂珍等(1990)指出,籽粒蛋白质含量、籽粒皮壳率与麦芽浸出物为负的线性相关,进一步研究发现,麦粒形状的长、圆、胖、瘦是通过皮壳率间接地影响麦芽浸出率,即圆粒及腹部较厚的品种皮壳率较小,麦芽浸出物高,把皮薄、皱纹多、大粒、圆粒作为入选株系的基本条件,通过几年选择,麦芽浸出物提高了2.9%。总之,育种上降低籽粒皮壳率或降低籽粒蛋白质含量或选育最适宜的千粒重均能提高品种的麦芽浸出物,从而提高品种制麦价值。有报道指出麦芽的浸出物含量依赖于品种蛋白质含量,当蛋白质提高1%,浸出物大约下降0.8%。2.3可溶性养分与基因型化及其相关性麦芽品质性状与产量性状间存在一定的相关关系,单株穗数与糖化力呈显著负相关,与无水浸出物呈正相关,未达显著水平。穗粒数与总氮量、籽粒蛋白质量显著正相关,与无水浸出物呈负相关,与糖化力、可溶性氮呈正相关,均未达显著水平。单株产量与无水浸出物呈负相关,与籽粒蛋白质、库尔巴哈值呈正相关,未达显著水平。千粒重与无水浸出物、糖化力、可溶性氮、库尔巴哈值均呈显著正相关,而与总氮量、籽粒蛋白质则呈负相关,但未达显著水平。株高与无水浸出物间存在显著正相关,与库尔巴哈值呈正相关。穗长与总氮量、籽粒蛋白质呈显著负相关,与可溶性氮呈显著正相关。以上结果表明,优质与高产相结合仍存在一定的矛盾,因此,在啤酒大麦育种中,应选择分蘖力强、穗层整齐度好、成穗率高的品种特别是高千粒重对提高麦芽品质是十分重要的,应重视对千粒重的选择。2.4糖化酸钠的相关分析大麦籽粒外观品质同麦芽品质间存在着一定的相关关系,且有许多达到显著或极显著水平,无水浸出物同大麦皮厚、皱纹、外观综评等级均呈极显著负相关,与其他外观性状均存在一定的相关,但未达显著水平;糖化力、可溶性氮、库尔巴哈值、总氮量等与籽粒外观品质亦有一定的相关关系,但基本上均未达到显著水平,只有库尔巴哈值与皱纹等级的相关系数达到了r=-0.531*,呈显著相关。虽然籽粒外观品质与麦芽品质的相关系数较低,但通过籽粒外观判断麦芽品质,特别对预测麦芽无水浸出物的高低是简单有效的方法,可减少育种的盲目性,同时通过外观品质的观察,配合以化验室的常规分析,对糖化力及其他性状进行综合选择,是完全能育出优质高产新品种的。2.5用磁处理水制麦工艺近二三十年国内外啤酒工业普遍使用赤霉素A3(GA3)作为制麦添加剂,认为它能够有效激发α-淀粉酶,β-淀粉酶和蛋白酶活力,但汪志君等人试验表明GA4+GA7在这方面的能力似乎更强。据H.Koksel报道,用一定强度的射线照射大麦能提高麦芽产出率,但使α-淀粉酶活性有所下降。制麦实验中添加甲醛,可使麦汁色度降低,利于提高糖化力和α-氨基氮。磁处理水用于啤酒大麦发芽,可提高大麦浸麦度,加快大麦发芽速度,麦芽中的酶活力显著提高,从而使麦芽的浸出物浓度、α-氨基氮、糖化力和色度均有所改善。张五九认为,必须研究品种的最佳制麦工艺,才能使品种的酿造特性得以体现。有人建议制麦工艺采用长断水浸麦工艺,高的发芽水分,发芽时间稍长,有利于提高库值。通过控制发芽时间和程度,有人提出这样的微量制麦工艺流程,使麦芽品质有所提高,具体如下:浸种5h(150C)→断水19h(150C)→浸种5h(150C)→发芽72h(120C,相对湿度>96%)→500C干燥18h→800C,焙焦4h→立即去根保存备用。不过还有人提出了在萨丁箱中生产麦芽的工艺,使品种的酿造特性得到了较好的体现,流程为:投料、漂洗、去浮麦、去水→加生石灰漂洗浸泡6h(第一次浸泡)→空休4~6h→加漂白粉浸泡3h(第二次浸泡)→空休3~6h浸泡至下料入发芽箱。3麦芽品质性状间的相对重要性研究表明,多数麦芽品质性状间都存在一定的相关性,而且较为复杂,为了解决某些麦芽品质性状间的负相关这一矛盾,学者们也对麦芽品质性状间的相对重要性进行了一些探讨和分析。3.1麦芽蛋白与-淀粉酶活力徐绍英等认为,糖化力与β-葡聚糖活力有显著正相关(rG=0.5601),而麦芽N与糖化力的正相关主要在于二者都与β-葡聚糖活力有密切关系。杨煜峰等研究指出,麦芽溶解度的提高与β—葡聚糖含量的下降以及浸出率、糖化力和可溶性氮的增加表现为同步变化,麦芽溶解度与麦芽硬度呈显著负相关。有人指出,麦芽无水浸出物与总氮量呈显著负相关,与库尔巴哈值呈极显著正相关,与可溶性氮呈正相关,库尔巴哈值与可溶性氮呈极显著正相关,与总氮量呈正相关,这与朱睦元等的研究结果基本一致。还有人认为库尔巴哈值与α-淀粉酶活力呈极显著正相关。汪军妹研究指出,麦芽浸出物与糖化力、麦芽汁粘度呈极显著负相关;糖化力与麦芽汁粘度呈极显著正相关;麦芽β—葡聚糖含量与库尔巴哈值呈负相关,而与麦芽汁粘度正相关,因此,增强麦芽β—葡聚糖酶活性有利于提高库尔巴哈值和降低粘度。3.2麦芽综合品质的测定日本啤酒业主要评价的性状是麦芽浸出率、全氮、可溶性氮、库尔巴哈值、糖化力、最大发酵度和无水浸出率等,各自的相对重要性为2、1、1、1、2、1、1。欧洲酿造协会下属大麦专业委员会用等级法评价麦芽综合品质,这一方面的品质指数由5个品质性状组成,各性状的计分指数(即这一品质性状在综合品质中占的权重)为:无水浸出物45,粘度25,最终发酵度15,库尔巴哈值10,糖化力5。而潘启民和徐大勇等人指出,无水浸出物、糖化力是评价麦芽品质最主要的两个性状。4麦芽主要理化指标不是特定指标对于麦芽品质性状的研究,以往学者取得了较大的进步,有了较为突出的生产效益,但就目前情况而言,还存在某些尚待解决的问题,主要表现为:1)磁处理水用于啤酒大麦发芽已显示出诸多优点,具有很大的开发利用价值,但要达到最大的应用效果,还必须通过实验,合理组织工艺,优选磁场强度及水流速度等因素。2)麦芽是农产品,每一批产品即使是同一批产品之间也会存在差异;麦芽的许多特征共同影响着啤酒的质量,且有些特征是相互矛盾的。一些指标的提高可能会导致另一些指标的下降。近10年来,单纯追求浸出物产量导致氮含量下降影响到啤酒泡沫品质,而在生产中还没有很好的应对措施。因此,确定适合的麦芽检测指标具有重要意义。3)我国啤酒大麦生产基地主要在西北和江浙一带,目前种植的主要品种以冈-2和旬-84为主,但由于多年种植,缺乏提纯复壮,品种纯度低。近几年虽也推出新品种,但蛋白质含量高,芽势弱,霉菌重,过滤速度慢的缺点难以克服。在制麦对策上应以提高芽势,增加蛋白溶解为主。因而制麦时要长断水,尽量降低温度,使用GA3。4)啤酒大麦的品质指标很多,各品质性状之间的关系极为复杂,有的正相关,有的负相关,有的则不相关。当某一品质性状符合制啤酒要求时,另一些则可能不适合制啤酒。这样就需要解决一个如何综合评价某一品种的品质水平之问题,