王志東 周少川 王重榮 陳宜波 李宏 黃道強 周德貴 龔蓉 趙雷 吳玉坤 潘陽陽 楊義強
(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點實驗室,廣州510640 ;第一作者:zhidongwang@163.com;*通訊作者:xxs123@163.com)
水稻是我國最主要的糧食作物,其總產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的40%,全國有60%以上的人口以稻米為主食。近年來,隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的提高,大家對稻米食味品質(zhì)的要求越來越高,已經(jīng)由過去的吃飽向吃好轉(zhuǎn)變。2017 年中央1 號文件特別強調(diào)要穩(wěn)定水稻生產(chǎn),在確保糧食安全的前提下,要重點發(fā)展優(yōu)質(zhì)稻米。因此,開展稻米食味品質(zhì)育種、稻米品質(zhì)評價及相關(guān)研究顯得尤為重要和迫切。稻米品質(zhì)包括加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、理化品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)。由于大部分消費者都是把稻米蒸煮成米飯后食用,所以人們更關(guān)注稻米的食味品質(zhì)。食味品質(zhì)是指人們在食用米飯過程中通過眼、耳、鼻、口留下的感官印象,評價指標(biāo)主要有米飯顏色、光澤、飯粒完整性、香味、粘性、硬度、彈性和食味值。食味值就是最后的綜合口感,直接反映稻谷的最終品質(zhì)。食味的影響因素很多,大量研究表明,稻米食味與直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)[1-3],與膠稠度呈顯著正相關(guān)[1],與淀粉RVA 譜特征值密切相關(guān)[4-7]。由于稻米主要成分是淀粉,并且稻米直鏈淀粉的含量、組成和結(jié)構(gòu)與膠稠度、糊化溫度和淀粉RVA 譜等理化指標(biāo)密切相關(guān)[8]。所以當(dāng)品種之間直鏈淀含量差異達(dá)顯著水平時,直鏈淀粉含量作為優(yōu)質(zhì)稻米定級指標(biāo)之一,對稻米食味品質(zhì)評價具有決定性作用[9]。但當(dāng)直鏈淀粉含量相似時,秈稻的食味品質(zhì)影響因素又有那些呢?本研究選擇廣東地區(qū)種植推廣的20 個秈稻品種(系),根據(jù)直鏈淀粉含量(AC)不同,將其分為硬米(AC 在24.2%~26.4%之間)和軟米(AC在16.7%~19.3%之間,即中等直鏈淀粉含量),分別測定各品種的外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)、理化品質(zhì)和米飯食味品質(zhì),按照硬米和軟米兩類稻米對食味品質(zhì)與其他品質(zhì)性狀進行相關(guān)分析,探討當(dāng)直鏈淀粉含量相近時,影響硬米和軟米的食味品質(zhì)的關(guān)鍵因素。研究目的是建立一種針對直鏈淀粉含量相近時的稻米食味品質(zhì)評價方法,為今后培育優(yōu)質(zhì)秈稻品種提供理論和技術(shù)支持。
常規(guī)秈稻材料20 個,包括硬米材料8 個,軟米材料12 個,于2018 年晚季種植于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豐綜合試驗基地,常規(guī)水肥管理,適時收獲,貯藏2 個月后測定各品質(zhì)性狀。具體材料名稱見表1。
1.2.1 稻米加工品質(zhì)的測定
加工品質(zhì)是指稻谷加工碾磨成稻米后的工藝品質(zhì)和保持的特性,主要的衡量指標(biāo)有糙米率、精米率和整精米率。本研究按農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部頒“米質(zhì)測定方法標(biāo)準(zhǔn)(NY-T83-2017)”測定糙米率和精米率,按“稻谷整精米率檢驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T21719-2008)”測定整精米率。
表1 試驗用水稻材料
1.2.2 稻米外觀品質(zhì)測定
外觀品質(zhì)是指稻米外在表現(xiàn)出來的物理特性,也稱商品品質(zhì),一般指米粒形狀、堊白度、堊白粒率和透明度等。本研究按農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部頒“米質(zhì)測定方法標(biāo)準(zhǔn)(NY-T83-2017)”測定稻米堊白度、堊白粒率和透明度,按糧油檢驗“稻谷粒型檢驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 24535-2009)”測定粒長和長寬比。
1.2.3 稻米理化品質(zhì)測定
理化品質(zhì)是指稻米的化學(xué)特性和蒸煮過程中的物理特性,一般衡量指標(biāo)有直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量和膠稠度。本研究按國家“直鏈淀粉含量測定標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15683-2008”測定稻米直鏈淀粉含量,按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)“食品中蛋白質(zhì)測定(GB5009.5-2016)”測定稻米蛋白質(zhì)含量,膠稠度按糧油檢驗“大米膠稠度的測定國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 22294-2008)”測定。
1.2.4 稻米淀粉RVA 譜測定
稻米淀粉黏滯譜是用快速黏度分析儀測定淀粉勻漿在加熱、持續(xù)高溫和冷卻過程中的粘滯力。不同的品種可獲得不同的淀粉粘滯性譜,即RVA 譜,主要包括6 個特征值,分別為冷膠黏度、崩解值、最高黏度、消減值、熱漿黏度和回復(fù)值。本研究RVA 譜特征值采用澳大利亞Newport scientific 儀器公司生產(chǎn)的Super-4 型快速黏度分析儀及TCW(Thermal Cycle for windows)配套軟件,根據(jù)美國谷物化學(xué)協(xié)會(AACC)的操作規(guī)程進行測定[10]。測定過程如下:稱取樣品(含水量14%)3 g,蒸餾水25 mL,在測定過程中罐內(nèi)溫度變化為:50℃保持1 min,以12℃/min 升高到95℃(3.75 min),95℃保持2.5 min,以12℃/min 下降到50℃(3.75 min),50℃保持1.4 min。攪拌器在起始10 s 內(nèi)轉(zhuǎn)速為960 r/min,以后保持在160 r/min。隨著溫度的變化和儀器旋轉(zhuǎn)的剪切作用,米粉在水中的黏滯性發(fā)生變化,產(chǎn)生最高黏度(Peak viscosity)、熱漿黏度(Hot past viscosity)和冷膠黏度(Cool paste viscosity),由這3 個基本黏度產(chǎn)生崩解值(Breakdown,BDV)、消減值(Setback,SBV)和回復(fù)值(Consistence,CSV)3 個二級數(shù)據(jù)。崩解值是最高粘度與熱漿黏度的差值,消減值是冷膠粘度與熱漿黏度的差值,回復(fù)值是冷膠粘度與熱漿黏度的差值。粘度單位采用“Rapid visco unit”,即RVU 表示。
1.2.5 米飯食味品質(zhì)的測定
利用日本佐竹公司生產(chǎn)的(SATA1B)米飯食味計測定米飯的食味值、外觀和口感,重復(fù)2 次取平均值。
采用IBM SPSS Stastics 22 統(tǒng)計軟件和Excel 2007對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。
為了探討硬米和軟米品質(zhì)性狀指標(biāo)的差異,我們對兩類稻米的品質(zhì)性狀平均值進行了比較分析。由表2 可以看出,硬米和軟米各品質(zhì)性狀的中位數(shù)和平均值都較接近,說明硬米和軟米各項數(shù)據(jù)分布較對稱,無明顯偏分布。在加工品質(zhì)性狀中,軟米與硬米相當(dāng),差異不大。在外觀品質(zhì)性狀中軟米的堊白粒率、堊白度和透明度平均值均低于硬米,變幅和變異系數(shù)低于硬米,粒長比硬米長,長寬比比硬米大,說明軟米的外觀品質(zhì)比硬米好。在理化品質(zhì)指標(biāo)中,軟米的膠稠度和蛋白質(zhì)含量平均值高于硬米,但差異不顯著,直鏈淀粉含量明顯低于硬米,差異達(dá)極顯著水平。RVA 譜特征值中,軟米的崩解值和最高黏度平均值高于硬米,冷膠黏度、消減值、熱漿黏度和回冷值低于硬米,而且差異均達(dá)顯著或極顯著水平。在食味品質(zhì)性狀中,軟米的米飯外觀、口感和食味值平均值均明顯高于硬米,差異達(dá)極顯著水平,變異系數(shù)均低于硬米,說明直鏈淀粉含量低的軟米食味品質(zhì)明顯優(yōu)于直鏈淀粉含量高的硬米。
表2 硬米和軟米各品質(zhì)性狀的變幅、變異系數(shù)、中位數(shù)和均值
表3 加工品質(zhì)與食味品質(zhì)的相關(guān)性
為了探討食味品質(zhì)與加工品質(zhì)的關(guān)系,本研究分為硬米和軟米兩組對食味品質(zhì)和加工品質(zhì)進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明(表3)軟米的加工品質(zhì)與食味品質(zhì)相關(guān)性不顯著,硬米的整精米率與米飯的外觀、口感和食味值均達(dá)顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為-0.74、-0.75、-0.78,硬米的糙米率和精米率與食味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著。
為了探討稻米外觀品質(zhì)與食味品質(zhì)的關(guān)系,本研究分為硬米和軟米兩組分別對外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)進行相關(guān)性分析。研究發(fā)現(xiàn)(表4),軟米的外觀品質(zhì)性狀與食味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著;硬米粒長與米飯外觀、口感和食味值均達(dá)極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為0.84、0.83 和0.87;硬米長寬比與米飯外觀和食味值達(dá)顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 均為0.78。說明硬米粒型與食味密切相關(guān)。
為了研究稻米食味品質(zhì)與理化品質(zhì)的關(guān)系,本研究分為硬米和軟米兩組分別對食味品質(zhì)和理化品質(zhì)進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明(表5),硬米的膠稠度與米飯外觀、口感和食味值均達(dá)極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為0.92、0.94 和0.84;軟米膠稠度與米飯外觀、口感和食味值均達(dá)顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為0.69、0.61 和0.67,軟米膠稠度與米飯食味的相關(guān)性比硬米小。硬米蛋白質(zhì)含量與米飯外觀達(dá)極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.85,與米飯口感和食味值達(dá)顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為-0.77 和-0.76;軟米蛋白質(zhì)含量與米飯外觀、米飯口感和食味值均達(dá)極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為-0.72、-0.72 和0.73。說明無論是硬米還是軟米,膠稠度和蛋白質(zhì)含量都是影響稻米食味品質(zhì)的重要因素。
表4 外觀品質(zhì)與食味品質(zhì)的相關(guān)性
表5 理化品質(zhì)與食味品質(zhì)的相關(guān)性
表6 稻米淀粉RVA 譜與食味品質(zhì)的相關(guān)性
為了分析稻米RVA 譜與稻米食味品質(zhì)的關(guān)系,本研究將稻米分為硬米和軟米兩類分別對RVA 譜和食味品質(zhì)進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明(表6),硬米RVA譜與食味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著;軟米的崩解值與米飯外觀、口感和食味值呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為0.83、0.90 和0.85;軟米的最高黏度值與米飯外觀、口感和食味值呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為0.72、0.76 和0.76;軟米的消減值與米飯外觀、口感和食味值呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R 分別為-0.80、-0.87和-0.81,而冷膠黏度、熱漿黏度、回復(fù)值與食味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著。說明RVA 譜中的崩解值、最高黏度和消減值與軟米食味品質(zhì)關(guān)系密切,可用于衡量直鏈淀粉含量低的稻米食味品質(zhì)。
以本研究主推品種黃華占、美香占2 號和玉香油占為例,軟米品種黃華占和美香占2 號與硬米玉香油占的碾米品質(zhì)基本一致,但外觀品質(zhì)、理化品質(zhì)和食味品質(zhì)差異較大;而美香占2 號與黃華占相比外觀品質(zhì)、理化品質(zhì)基本一致,但食味品質(zhì)中口感值(美香占2 號為7.9、黃華占為7.6)、脂肪含量(美香占2 號為0.7、黃華占為0.5)、RVA 譜中崩解值(美香占2 號為73.3)、黃華占為68.5)、最高黏度值(美香占2 號為205、黃華占為191)均存在較大差異。產(chǎn)業(yè)實踐中,美香占2 號因食味品質(zhì)優(yōu)異比黃華占高效的事實可得到解讀。
稻米淀粉是稻米最主要的成分,約占80%,由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。前人研究認(rèn)為直鏈淀粉含量與食味品質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)[1-2]。本研究依據(jù)直鏈淀粉含量高低將試驗材料分為硬米和軟米兩類,比較兩類稻米的食味品質(zhì)性狀發(fā)現(xiàn),軟米和硬米之間直鏈淀粉含量差異達(dá)極顯著水平,軟米食味值明顯高于硬米,食味值差異達(dá)極顯著水平,所以在材料之間直鏈淀粉含量高低差異達(dá)顯著水平時,直鏈淀粉含量是決定秈稻食味的首要因素,中低直鏈淀粉含量的食味明顯優(yōu)于高直鏈淀粉含量的食味。優(yōu)質(zhì)食味稻選育過程中首先選擇直鏈淀粉含量中等或偏低的材料,淘汰直鏈淀粉含量高的材料。
表7 主推品種品質(zhì)比較
關(guān)于稻米加工品質(zhì)與食味品質(zhì)性狀的關(guān)系,前人直接對其進行相關(guān)性分析研究的較少,大多是與稻米理化品質(zhì)進行相關(guān)性研究。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為加工品質(zhì)與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)。如朱碧巖等[11]對10 個主要品質(zhì)性狀進行了遺傳相關(guān)分析,結(jié)果表明直鏈淀粉含量與碾磨品質(zhì)有較密切的負(fù)相關(guān),整精米率與蛋白質(zhì)含量有密切的負(fù)相關(guān)。張云康等[12]在分析了浙江省1 103 個水稻品種的碾磨品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)后,認(rèn)為浙江省秈、粳和糯稻的品質(zhì)性狀變異豐富,糙米率和精米率與膠稠度呈極顯著正相關(guān),與直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)。但CHAUHAN 等[13]的分析結(jié)果卻發(fā)現(xiàn),糙米率、精米率、整精米率與直鏈淀粉含量的正相關(guān)性均達(dá)顯著或極顯著水平。李洪亮等[14]對黑龍江省近年育成的63 個水稻品種的主要品質(zhì)性狀與食味評分進行相關(guān)分析,結(jié)果表明糙米率和整精米率與食味評分呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究結(jié)果表明,直鏈淀粉含量低的軟米加工品質(zhì)與食味的相關(guān)性不強,直鏈淀粉含量高的硬米整精米率與食味呈顯著負(fù)相關(guān),糙米率和精米率與食味的相關(guān)性不顯著。這與李洪亮等[14]的研究結(jié)果有一部分是一致的。本研究表明,硬米的整精米率影響硬米米飯的食味,整精米率越高,食味越差,原因可能是硬米直鏈淀粉含量高,吸水量大,完整體積大的米粒吸水效率比碎米低,吸水時間比碎米長,更難糊化,蒸煮時需要更多的水分和更長的時間。所以在相同水分和相同蒸煮時間內(nèi)整精米率越高,米飯夾生的概率越大,口感越差,食味越差。
稻米外觀品質(zhì)是稻米貿(mào)易流通中非常重要的商品品質(zhì)。李洪亮等[14]研究認(rèn)為,外觀品質(zhì)中的堊白粒率、堊白度與食味評分呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。王剛等[15]通過分析遼寧省187 個水稻品種(系)的品質(zhì)性狀及相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)籽粒長寬比與食味品質(zhì)呈顯著正相關(guān),堊白粒率、堊白度與食味呈顯著負(fù)相關(guān)。CHEN 等[16]的研究結(jié)果表明,秈稻稻米食味與粒長和長寬比兩項指標(biāo)呈極顯著正相關(guān),而粳稻稻米的食味品質(zhì)與透明度呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究結(jié)果表明,軟米外觀品質(zhì)與食味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著,硬米的米粒長度和長寬比與食味值分別達(dá)極顯著和顯著正相關(guān)。硬米粒長越細(xì)長,米飯食味越好,這可能與硬米直鏈淀粉含量高,蒸煮糊化時需要更多的水分和更多的能量,在米粒體積相同的情況下,細(xì)長型米粒與水的接觸面比短圓型更大,相同時間吸水量比短圓型大,受熱吸水糊化比短圓型米粒更加均勻一致,更容易蒸煮熟透,不會形成米飯夾生的情況,口感更好,所以硬米米粒越細(xì)長,米飯食味反而好。而軟米的直鏈淀粉含量低,在較低吸水率情況下就可充分糊化,糊化溫度較低,所以軟米食味品質(zhì)不受粒型影響。
關(guān)于稻米理化品質(zhì)與食味品質(zhì)的關(guān)系,目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為稻米食味品質(zhì)與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)[1-2,17],與蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)[2,18-19],與膠稠度呈顯著正相關(guān)[3],直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量低、膠稠度長的米飯粘連軟滑,飯冷不硬,彈性好,口感佳[2]。本研究結(jié)果表明,秈稻硬米和軟米蛋白質(zhì)含量與食味達(dá)顯著和極顯著負(fù)相關(guān),硬米和軟米膠稠度與食味達(dá)極顯著和顯著正相關(guān)。說明無論是硬米還是軟米,膠稠度和蛋白質(zhì)含量都是影響稻米食味品質(zhì)的重要因素,這與曲紅巖[2]、徐正進[18]等研究結(jié)果是一致的。但具體到不同直鏈淀含量的稻米,軟米跟硬米相比較,軟米膠稠度與米飯食味的相關(guān)性比硬米小,軟米的食味品質(zhì)受膠稠度影響要比硬米小,軟米蛋白質(zhì)含量與米飯食味的相關(guān)性比硬米要大,受蛋白質(zhì)含量影響比硬米大。所以在理化品質(zhì)性狀中,影響硬米食味品質(zhì)的首要因素是膠稠度,其次是蛋白質(zhì)含量,而影響軟米食味的首要因素是蛋白質(zhì)含量,其次是膠稠度。如果用理化品質(zhì)性狀來衡量稻米食味品質(zhì),硬米首選膠稠度,其次蛋白質(zhì)含量,而軟米則相反,首選蛋白質(zhì)含量,其次膠稠度。
稻米淀粉RVA 譜是指一定量的淀粉和水在加熱、高溫和冷卻過程中黏度隨溫度變化而形成的曲線[20]。RVA 譜的測定模擬了米飯的蒸煮過程,所以淀粉RVA譜特征值與米飯蒸煮食味品質(zhì)密切相關(guān)。許多研究表明,食味品質(zhì)與RVA 譜特征值中的最高黏度、崩解值呈極顯著正相關(guān),與消減值和回復(fù)值呈極顯著負(fù)相關(guān)[21-23]。本研究結(jié)果表明,高直鏈淀粉含量的硬米品種蒸煮食味品質(zhì)與RVA 譜特征值的相關(guān)性均不顯著,低直鏈淀粉含量的軟米品種崩解值和最高黏度值與食味值呈極顯著正相關(guān),消減值與食味值呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明直鏈淀粉含量相似的硬米品種蒸煮食味品質(zhì)與淀粉黏滯譜特性關(guān)系不密切。直鏈淀粉含量相似的軟米品種蒸煮食味品質(zhì)與淀粉黏滯譜密切相關(guān),可用RVA 譜特征值中的崩解值、最高黏度值和消減值來衡量直鏈淀粉含量低且相近的品種間的食味值。這與鄒茜[24]等的研究結(jié)果是一致的。所以在選育特優(yōu)質(zhì)食味品種時,選擇直鏈淀粉含量較低的基礎(chǔ)上再輔以RVA 譜的測定是很有必要的。
(1)當(dāng)秈稻材料之間直鏈淀粉含量高低差異顯著時,直鏈淀粉含量是影響食味的首要因素,中等直鏈淀粉含量的軟米食味優(yōu)于高直鏈淀粉含量的硬米。(2)粒型和整精米率對秈稻硬米食味有影響,粒型細(xì)長,整精米率較低,食味較好。(3)當(dāng)直鏈淀粉含量相近時,不論是軟米還是硬米,蛋白質(zhì)含量和膠稠度都是影響食味品質(zhì)的重要因素,膠稠度越長,蛋白質(zhì)含量越低,食味越好。(4)秈型硬米食味與RVA 譜相關(guān)性不顯著;軟米食味與RVA 譜關(guān)系密切,當(dāng)試驗材料具有中等直鏈淀粉含量時可用RVA 譜特征值中的崩解值、最高黏度值和消減值來衡量食味品質(zhì),崩解值和最高黏度值越高、消減值越低,食味品質(zhì)越好。因此,在今后的稻米食味品質(zhì)評價工作中,應(yīng)根據(jù)不同直鏈淀粉含量進行分類,再有針對性地選擇相應(yīng)食味品質(zhì)指標(biāo)進行測定,以便能更加準(zhǔn)確地評價不同類型稻米的食味品質(zhì)。(5)從主推品種可見,軟米品種與硬米品種的碾米品質(zhì)基本一致,但外觀品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)和食味品質(zhì)差異較大;品質(zhì)性狀中,口感值、脂肪含量、崩解值和最高黏度值,美香占2 號與黃華占存在較大差異,產(chǎn)業(yè)實踐中美香占2號因食味品質(zhì)優(yōu)異比黃華占高效的事實可得到解讀。