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爆裂玉米研究现状

楼辰军,王鹏文,王国琴

(天津市农作物研究所)

 

爆裂玉米是玉米九大类型之一,又名麦玉米,叶较窄挺,多分蘖,每株结穗多,果穗和子粒均较小,生育期较长。子粒几乎全部为角质胚乳组成,硬而透明,遇高温时子粒爆裂成花状。因此它比玉米的其它类型具有较好的爆裂膨胀性。爆裂玉米子粒颜色以黄色为主,其次为白粒,亦有红粒。按子粒形状,又可分为两种:一种为米粒型,顶部有尖突;一种为珍珠型,子粒圆而透明。目前美国采用10g重量的子粒数来区分爆裂玉米的大小,52~67粒为大粒型,68~75粒为中粒型,76~105粒为小粒型,以中粒型的品种居多。将爆裂玉米制成各种风味的大众食品,已成为市场上深受消费者欢迎的休闲食品。

1 国内外研究现状

世界上利用爆裂玉米的膨胀性最早的国家是美国,同时也是爆裂玉米的主要生产国,种植面积约13.3万hm2。早在20世纪20年代美国就对爆裂机制、遗传、加工及品种选育进行了研究,在玉米杂交不亲和性的利用上居世界领先地位。并针对爆裂玉米根势弱、抗倒性差、子粒产量水平低及后期低温影响子粒爆花品质的特性研究出相应的栽培对策,但在高产生育特性及栽培技术方面尚缺乏系统深入的研究。我国进行爆裂玉米的研究始于80年代中叶,进入90年代,才有我国自已选育的品种如黄玫瑰、黄金花、沈爆1号、太爆1号等,并有批量生产。近几年国内生产发展较快,并有许多爆裂玉米资源,据中科院品资所统计,我国登记的爆裂玉米品种就有92份,挖掘这些资源的潜力是十分必要的,应对它们进行收集开发利用。据试验,我国有些地方品种的生长势较好,果穗较大,有的品种也有较好的爆裂性能,可以选系利用。目前我国各地的中小城市都有爆裂玉米产品销售,新型的适用于微波炉的爆裂玉米也已面市,但现有的爆裂玉米大多产量低,爆裂品质不够理想[4],优良的种质资源比较贫乏,限制了爆裂玉米的开发利用。

2   品质

爆裂玉米最重要的品质特征是爆裂膨胀性(简称PV),也就是爆开的玉米花体积与爆前子粒体积或重量之比,比值越大质量越好。Brunson(1950)认为,膨爆性是一种可遗传的性状,是由多基因控制的。I.J.Johnson(1953)认为膨爆性的遗传方式较简单,控制它的一些基因位于染色体I,并与这条染色体上控制轴色的基因相联系。许多研究如Grisson(1984)和Clary(1984)还表明,膨爆性还受诸多环境因素的影响。Alexander(1949)和Creech(1949)指出膨爆性和与膨爆性有关的子粒性状有较高的遗传力。一般来说,爆裂玉米的膨爆性有以下特点:(1)膨爆性与产量呈负相关 P.J.Lyer1(1942)试验,粒长、宽而扁平的子粒,其膨胀性较低,而子粒圆度(厚/宽)较好的,膨爆值较高。也就是说,子粒较小、较短、较窄的中型品种子粒具有较高的爆裂膨胀值,而这样的子粒其千粒重是低的,这也是爆裂玉米产量低的主要原因之一。不同自交系的膨爆值不同,不同的自交系组成的杂交种其PV值也不同。一般来说,有3种情况,即高PV×高PV→F1PV高;低PV×低PV→F1PV低;高PV×低PV→F1表现为中间类型,但有时他会出现PV较高的组合。不同类型玉米会对PV值产生影响,当爆裂玉米杂交种授上马齿、硬粒、粉质、甜质玉米的花粉后,其PV值有不同程度的减少,但减少不多。(2)膨爆性与子粒淀粉等级呈正相关 淀粉等级高(分10个等级)粉质少、硬质多,其PV值也高,粉质对硬质为部分显性,因此选择硬质类型子粒,有利于提高PV值。研究表明,膨爆性与果穗轴色也有关系,白轴果穗的子粒一般倾向于硬质类型,而红轴果穗则粉质子粒较多。经测定,所有白轴果穗子粒的PV值均高于红轴果穗子粒PV值。因而选用白轴果穗可以作为选育高PV值的一个指征。

3    影响爆花效果的因素

爆裂玉米的膨化效果受爆裂玉米品质本身及爆花加工条件等多种外界因素的影响。

3.1       爆裂玉米品质对爆花效果的影响

爆裂玉米的本身特性包括子粒大小、果皮厚薄、淀粉类型和构成、含水量、成熟度等。玉米的子粒主要由果皮、胚和胚乳组成。目前的研究认为,爆花过程中,果皮、胚的结构和组成没有变化,爆裂玉米的果皮起着提供压力容器的作用,胚使玉米花硬而脆,爆裂玉米几乎全部的角质胚乳及其组织结构对爆裂玉米的膨化率有重要的影响。

3.1.1         角质胚乳 

一般认为,角质胚乳越多,爆裂能力越强。饶春富等用扫描电镜观察爆裂玉米的胚乳后认为,爆裂玉米角质胚乳细胞中充满排列着多角性、体积较小的淀粉颗粒,各淀粉粒间由蛋白质基质和大量蛋白质粒将淀粉粒连成一体,之间的间隙和空洞远远少于普通玉米。因此在子粒内结合水汽化后,蒸汽运动无回旋余地,极易在子粒内部形成强大的压力,这种高压条件,使淀粉粒在果皮破裂的瞬间裂成均匀的薄片而膨爆。

3.1.2         果皮的完整性 

K.C.Hoseney报道,果皮作为容纳和承受蒸汽压力的一种容器,在爆裂玉米膨胀中起着重要作用。完整的果皮能够形成和保持一定的蒸汽压力,而破损的子粒受热后不能在子粒内部形成足够的蒸汽压力,爆裂特性几乎消失。因此,在收获、干燥、储藏过程中要避免损伤果皮。但爆裂玉米膨胀前后果皮的物理结构和化学组成并未发生变化,果皮对玉米花的体积并无影响。

1.3         子粒的成熟度 

一般当苞叶干枯松散,子粒变硬发亮时,即为完熟期,可进行收获。收获过早,子粒成熟度差,尤其遇到早霜危害,膨胀倍数降低;收获过晚,在田间有时会产生零星的自然爆裂现象。

3.1.4         子粒含水量 

子粒含水量是影响爆裂特性最重要的因素,最适宜含水量因品种而异。含水量高于30%就爆不开,含水量大于17%,脱粒时易损伤子粒果皮,影响爆裂质量。适宜的含水量是水分汽化的基础,一般认为13.5%~15.0%的子粒含水量能产生最大的膨胀值。

3.2 外界因素的影响

外界因素主要有加工方法、加工设备、加工温度、机械损伤等,这些因素都会或多或少的影响膨爆值的高低。参考:

3.2.1         温度的影响 

足够的温度是水分汽化的前提,温度低时爆花率低,米花小;温度高时,爆花率高,米花大而无核。饶春富研究表明,当温度为170℃以下时,爆裂率仅10%~20%,温度为171~175℃时,爆裂率60%~70%,温度为177℃以上时,爆裂率100%。一般认为膨化的最适宜温度为190~195℃。

3.2.2         加工机械的影响 

膨化加工机械主要有改造后的高压锅、美国AX-800型玉米爆花机、微波炉等。不同的加工机械也会对PV值产生影响,改造后的高压锅设备简易,子粒受热不均匀,易破坏子粒完整性,降低PV值。微波炉由于型号、品牌不同,爆裂后子粒PV值也不同,一般用特定的微波炉。因此,对加工销售商来说,在运输、贮藏和加工过程中注意不对爆裂玉米造成损害,特别是注意含水量的调节和不使子粒受损受蛀。对育种家来说,应重点改良提高品种本身影响膨爆性的品质特性。

4 选育

选育程序与普通玉米的选育基本相同,有自交选育、回交选育、轮回选择等方法,唯一不同的是要对选择的自交系与杂交种进行PV值的测定。自交选育可直接利用国内外PV值较高的杂交种或改良群体选系,是一种快捷有效的途径。回交选育可以把普通玉米的一些优良基因转到爆裂玉米系上去,扩大爆裂玉米的来源,获得PV值较高的新爆裂系。轮回选择一般在组成或改良爆裂玉米群体时采用,常用的有混合选择法、S1轮回选择法、相互轮回选择法。针对爆裂玉米植株矮小,抗倒伏能力较差,产量低等特点,一般采用回交与选择的途径进行改良。在提高产量上,粒重与爆裂品质呈负相关,可用多粒自交系做亲本。从自交后代中爆裂品质变化不大可看出,爆裂品质有较高的遗传力,可用连续自交的方法选育出爆裂品质优良的自交系。因此选育爆裂玉米的目标不仅是产量和抗性,更重要的是其品质,只有PV值高,适口性好,才更具商品价值。

5         营养经济价值

爆裂玉米具有很高的营养经济价值,营养分析表明:1.5OZ(42.525g)的爆裂玉米子粒相当于2个鸡蛋的能量,与同样重量的牛排相比,蛋白质是牛排的67%,而铁和钙是牛排的110%,并富含营养纤维、磷脂、维生素A、B1、E及人体必须的脂肪酸等成分。用爆裂玉米可制成一系列的膨化食品,蛋白质的消化率由75%提高到85%。在膨化玉米粉中加入其它配料,可制成各种色、香、味、形俱佳的面包、饼干、糕点、代用乳粉等,是一种耐储运的方便食品。另外还具有防病保健作用,据美国科学家最新研究报道,食用爆裂玉米可促进儿童大脑的发育,增强消化功能,保持牙齿清洁,增强身体的抗癌功能,并对胃病、糖尿病及动脉硬化等疾病具有明显的辅助治疗作用,同时还是健美减肥的理想食品。随着我国人民生活水平的提高,爆裂玉米正作为一种新的玉米食品而深得人们的喜爱,具有广阔的市场和生产开发前景。

 

转自:《天津农业科学》