日本寒地北海道稻作極限地帶糯米硬化糊化特性和米飯物理特性的年度間地區(qū)間差異及其產(chǎn)生因素

丹野 久，平山 裕治

（1.日本水稻品質(zhì) ?食味研究會，日本 東京都中央?yún)^(qū) 104-0033；2.北海道立綜合研究機構(gòu)上川農(nóng)業(yè)試驗場，日本 北海道比布 078-0397）

糯米作為加工原料被大量使用。在工廠生產(chǎn)年糕和糕點時，剛搗制后又軟又熱的年糕通過冷藏硬化后被切割和加工。為了提高生產(chǎn)效率，搗制年糕變硬時間短，即搗制年糕的硬化性（圖1，以下省略搗制年糕，簡稱為“硬化性”）高的糯米很受歡迎。另一方面，搗制年糕以柔軟的狀態(tài)被食用的年糕點心或用糯米粉加水揉制的團子等，制作后需要保持柔軟度和長的食味保質(zhì)期，硬化性低的糯米比較適合。另外，蒸煮的糯米飯或紅豆糯米飯等，也有必要保持米飯的柔軟度。

圖1 流變儀抵抗值（本論文使用的搗制年糕硬化性測定法）與通常使用的彎曲法的彎曲長度之間的關(guān)系[1]

即使是同一個品種，灌漿期的氣溫越低，硬化性就越低[3-4]。北海道的氣候在日本最寒冷，灌漿期的氣溫低，并且北海道的糯稻品種在北海道氣溫最低的地區(qū)種植[5]，因此，以往北海道的糯米作為日本典型的低硬化性原料被利用[6-8]（圖 2、圖 3）。比如，長期作為北海道糯稻核心品種，目前仍然大面積種植的“天鵝糯米”[9-10]的硬化性要低于被認(rèn)為是東北南部具有高硬化性代表品種的新瀉縣“黃金糯米”和被認(rèn)為是低硬化性代表品種的佐賀縣“肥沃糯米”（表 1）。另一方面，近年北海道也培育出了硬化性高的新品種[11-13]。

圖2 北海道產(chǎn)和東北以南產(chǎn)糯稻品種及品系的搗制年糕硬化性[1]

圖3 北海道糯稻品種的年糕面胚硬化性的年度變化以及與東北以南糯稻品種的比較[1]

表1 北海道產(chǎn) ? 天鵝糯米 ?以及東北以南的品牌糯米新瀉縣產(chǎn) ?黃金糯米 ?（搗制年糕的硬化性高），佐佐賀縣產(chǎn) ?肥沃糯米 ?（硬化性低）的搗制年糕硬化性的比較[4]

關(guān)于影響糯米加工適性的米粉糊化特性（圖4），在不同品種之間或同一品種的不同栽培條件之間，糊化開始溫度和最高粘度到達溫度與硬化性之間呈正的相關(guān)關(guān)系[3,14-15]，這種關(guān)系也被用于實際的育種選拔中[11-13,15]。此外，硬化性與最低粘度，最終粘度以及粘稠度呈正相關(guān)，與崩解值呈負(fù)的相關(guān)關(guān)系[16-18]。根據(jù)研究結(jié)果灌漿期的氣溫與糊化開始溫度，最高粘度到達溫度以及粘稠度呈正相關(guān)，與崩解值呈負(fù)的相關(guān)關(guān)系[19-21]。

圖4 使用快速黏度儀測定米粉水溶液的溫度和糊化特性[14]

如上所述，糯米的硬化性和糊化特性在加工利用上很重要，這些特性因地區(qū)和年度的灌漿期氣溫而變動。有必要解明這些年度間和地區(qū)間的差異，以穩(wěn)定糯米的品質(zhì)。因此，在本試驗中，從北海道的六大糯米產(chǎn)區(qū)收集了 2000—2003年（在這些年份灌漿期的氣溫和收成差異很大）生產(chǎn)的糯稻品種“天鵝糯米”[4-5]，解明了硬化性和糊化特性的年度間和地區(qū)間差異，闡明了這些差異與抽穗后 40天之間的日平均累計溫度以及大米蛋白質(zhì)含量（以下分別簡稱“灌漿氣溫”和“蛋白質(zhì)”）之間的關(guān)系[14]。此外，在灌漿氣溫有顯著差異的1998年和1999年進行的另一項試驗中，用質(zhì)構(gòu)儀測定了米飯的硬度和粘度等物理特性，闡明了這些物理特性的年度間差異與灌漿氣溫之間的關(guān)系以及蛋白質(zhì)對這些物理特性的影響[8]。

1 硬化性、抽穗后40天之間的日平均累計氣溫以及大米蛋白質(zhì)含量的年度間地區(qū)間差異

用流變儀測定的抵抗值來評價硬化性，抵抗值的最小值與最大值之差以及變異系數(shù)在年度間分別為140（最小值101～最大值241）g和48.4%，在地區(qū)間分別為22（133～155）g和12.9%。年度間之差要比地區(qū)間之差大，為6.4倍，年度間的變異系數(shù)是地區(qū)間的 3.8倍（表 2）。從不同年度的硬化性分布來看，2000年明顯比其它三個年度的數(shù)值要高（圖5）。此外，蛋白質(zhì)的最小值與最大值之差以及變異系數(shù)的年度間與地區(qū)間之比分別是1.0和1.3倍，為相同或年度間略大，同時灌漿氣溫的比值分別是7.7和8.5倍，比年度間要大。

圖5 搗制年糕的硬化性在各年度的度數(shù)分布

表2 北海道糯米的不同試驗?zāi)甓群偷貐^(qū)的糊化特性，搗制年糕硬化性、大米蛋白質(zhì)含量（蛋白質(zhì)）以及抽穗后40天之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫）[14]

2 糊化特性的年度間地區(qū)間差異

糊化特性的年度間的最小值與最大值之差以及變異系數(shù)與地區(qū)間的相比，崩解值基本相同或年度間稍大，其它都是年度間要大。按照最小值與最大值之差以及變異系數(shù)的年度間與地區(qū)間之比，將糊化特性從小到大分組。其結(jié)果第Ⅰ組為比值最小的崩解值（0.9～1.3倍）和其次小的最高粘度（1.5～1.7倍）。第Ⅱ組為2.9～4.5倍的粘稠度，最終粘度和最低粘度。第 III組為比值最大的糊化開始溫度，最高粘度到達溫度和最大粘度到達時間（5.0～11.0倍）。第1項所述的硬化性和灌漿氣溫的這些比值均與第III組相似（表2）。

3 糊化特性、硬化性以及抽穗后40天之間的日平均累計氣溫之間的相關(guān)關(guān)系

根據(jù)糊化特性之間的相關(guān)關(guān)系，與第2項一樣可以將糊化特性分成三組（表 3）。其結(jié)果，第Ⅰ組的最高粘度和崩解值之間的相關(guān)系數(shù)為年度間r=0.787ns，地區(qū)間r=0.986**，年度和地區(qū)綜合 r= 0.944***（分別為 n=4、6、1 044，以下相同），第Ⅱ組的最低粘度，最終粘度以及粘稠度之間的相關(guān)系數(shù)分別為 r=1.000***、0.888*～ 0.989***、0.918***～0.987***，第Ⅲ組的糊化開始溫度，最高粘度到達溫度以及最高粘度到達時間之間的相關(guān)系數(shù)分別為r=0.998**～1.000***、0.831*～1.000***、0.886***～0.997***。此外，第Ⅱ組和第Ⅲ組之間雖然不像各組內(nèi)那樣明確，但也存在正的相關(guān)關(guān)系（r=0.966*～0.983*、0.570ns～0.639ns、0.685***～0.795***）。

表3 年度間和地區(qū)間的各糊化特性之間的相關(guān)關(guān)系[14]

在年度間灌漿氣溫越高，以上第Ⅱ組和第Ⅲ組的糊化特性以及硬化性就越高[3,19-21]（表4，圖6），這種關(guān)系在第Ⅲ組的特性和硬化性上最為明確。另外，硬化性與第Ⅱ組以及第Ⅲ組的糊化特性之間具有正的相關(guān)關(guān)系[3,14-18]，這種關(guān)系在第Ⅲ組最為明確（圖7～9）。另一方面，在地區(qū)間這些關(guān)系一般來說不明確，正如第1項和第2項所述，這是由于灌漿氣溫和硬化性、糊化特性的最小值與最大值之差以及變異系數(shù)的地區(qū)間差異要比年度間要小。

圖6 抽穂后40天之間的日平均累計氣溫與搗制年糕的硬化性之間的關(guān)系[14]

圖7 快速粘度儀的糊化開始溫度與搗制年糕的硬化性之間的關(guān)系[14]

圖8 快速黏度儀的最高粘度到達溫度與搗制年糕的硬化性之間的關(guān)系[14]

圖9 快速黏度儀的最高粘度到達時間與搗制年糕的硬化性之間的關(guān)系

表4 年度間和地區(qū)間的抽穗后40天之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫），搗制年糕的硬化性以及大米蛋白質(zhì)含量（蛋白質(zhì)）與糊化特性之間的相關(guān)關(guān)系，以及糊化特性的實際測定值和根據(jù)灌漿氣溫的推測值之間的差異與蛋白質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系[14]

在本實驗中，雖然沒有年度間那樣明確，在地區(qū)間也是灌漿氣溫越高硬化性就越高。因此，如要生產(chǎn)硬化性高的糯米需要在正常年份灌漿氣溫就高的地區(qū)種植硬化性高的品種，如要生產(chǎn)硬化性低的糯米需要在正常年份灌漿氣溫就低的地區(qū)生產(chǎn)硬化性低的品種[13]。

4 大米蛋白質(zhì)含量與硬化性、糊化特性之間的相關(guān)關(guān)系

在與灌漿氣溫沒有相關(guān)性的第Ⅰ組的糊化特性中，除了崩解值的年度間有些不明確以外，但在其它糊化特性上年度間和地區(qū)間都與蛋白質(zhì)呈負(fù)相關(guān)（表4，圖10）。另一方面，與灌漿氣溫在年度間和地區(qū)間都有明確正相關(guān)性的第Ⅱ組，第Ⅲ組的糊化特性以及硬化性在與蛋白質(zhì)的相關(guān)性上，由于蛋白質(zhì)與灌漿氣溫之間具有負(fù)的相關(guān)關(guān)系（年度地區(qū)綜合，r＝–0.394***，即r2= 0.155，數(shù)據(jù)數(shù)量 1 044），所以有可能受灌漿氣溫的影響。此外，蛋白質(zhì)與灌漿氣溫之間，二次回歸的決定系數(shù)（年度地區(qū)綜合，r2=0.184，n= 1 044）大于一次回歸的決定系數(shù)[5]。因此，使用偏相關(guān)系數(shù)來闡明這些關(guān)系是不合適的。

圖10 大米蛋白質(zhì)含量與快速黏度儀的最高粘度之間的關(guān)系

為了解明排除灌漿氣溫影響后的糊化特性與蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，在硬化性和第Ⅱ組，第Ⅲ組的糊化特性上，首先求得它們的實際測定值和從與灌漿氣溫的線性回歸方程得到的推測值之間的差異，然后分析了其差異與蛋白質(zhì)之間的相關(guān)性。其結(jié)果，硬化性在年度間和地區(qū)間都與蛋白質(zhì)沒有明確的相關(guān)關(guān)系（表 4）。另一方面，第Ⅲ組的糊化開始溫度，最高粘度到達溫度以及最高粘度到達時間與硬化性之間有很強的正相關(guān)性，與蛋白質(zhì)之間在地區(qū)間以及年度地區(qū)綜合上沒有一定的相關(guān)性，只在年度間具有負(fù)的相關(guān)關(guān)系（表4，圖 11）。此外，第Ⅱ組的糊化特性與蛋白質(zhì)之間、在年度間和地區(qū)間、還有年度地區(qū)綜合上都具有負(fù)的相關(guān)關(guān)系（表4，圖12）。

圖11 快速黏度儀的糊化開始溫度的實際測定值和根據(jù)抽穂后40天之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫）的推測值之間的差異與大米蛋白值含量之間的關(guān)系

圖12 快速黏度儀的粘稠度實際測定值和根據(jù)抽穗后40天之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫）的推測值之間的差異與大米蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系

綜上所述，蛋白質(zhì)越高，第Ⅰ組和第Ⅱ組的糊化特性在年度間和地區(qū)間，第Ⅲ組的糊化特性只在年度間，其特性值就越低。另一方面，蛋白質(zhì)與硬化性之間，在年度間和地區(qū)間都沒有一定的相關(guān)性。但是，與硬化性之間具有明確的正相關(guān)性的第Ⅲ組的糊化特性，其與蛋白質(zhì)之間在年度間呈負(fù)的相關(guān)關(guān)系，因此蛋白質(zhì)對硬化性的影響需要進一步的探討。

5 抽穗后40天之間的日平均累計氣溫的相異年份產(chǎn)的米飯物理特性

針對灌漿氣溫比正常年份高的 1999年以及與正常年份相似的1998年生產(chǎn)的糯米（以下分別稱為高溫灌漿年產(chǎn)，正常灌漿年產(chǎn)），比較了米飯物理特性的硬度和粘度。高溫灌漿年產(chǎn)與正常灌漿年產(chǎn)相比，煮飯后1 h的硬度稍微優(yōu)越，粘度大幅度優(yōu)越。5 ℃下儲藏24 h后，在硬度上高溫灌漿年產(chǎn)比正常灌漿年產(chǎn)稍微大些，與煮飯后1 h相比都有所增大；而在粘度上，5 ℃下儲藏24 h后與煮飯后1 h相比，正常灌漿年產(chǎn)基本沒有變化，高溫灌漿年產(chǎn)大幅度下降。但是，5 ℃下儲藏24 h后的高溫灌漿年產(chǎn)也比正常灌漿年產(chǎn)在硬度和粘度上都優(yōu)越（表5，圖13）。

表5 北海道糯米抽穂后40日之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫）為正常年份（1998年）以及高溫年份（1999年）時的米飯物理特性

圖13 抽穂后40天之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫）為正常年份（1998年）和高溫年份（1999年）時的米飯硬度與粘度之間的關(guān)系[8]

蛋白質(zhì)對硬度的影響，正常灌漿年產(chǎn)不是很明確或影響非常小，高溫灌漿年產(chǎn)的話，蛋白質(zhì)越高，煮飯后1 h和5 ℃下儲藏24 h后都是硬度稍微上升的趨勢。粘度方面，是蛋白質(zhì)變高，正常灌漿年產(chǎn)稍微變低，高溫灌漿年產(chǎn)大幅度下降（圖14）。

圖14 抽穂后40天之間的日平均累計氣溫（灌漿氣溫）為正常年份（1998年）和高溫年份（1999年）時的大米蛋白質(zhì)含量與米飯硬度（H）及粘度（–H）之間的關(guān)系

由此，正常灌漿年產(chǎn)的米飯軟，粘性和食味差，5 ℃下儲藏 24 h后不容易變硬而保持柔軟性。反之，高溫灌漿年產(chǎn)的米飯粘性強，5 ℃下儲藏24 h后變硬，粘性也下降。另外，蛋白質(zhì)越高，高溫灌漿年產(chǎn)就越硬，高溫灌漿年產(chǎn)和正常灌漿年產(chǎn)都是粘性和食味下降的趨勢[8]。為了避免食味下降，和粳稻一樣實施低蛋白大米的栽培方法[22]很重要。

（術(shù)語備注：文中的“硬化性”在日本主要用于評價糯米、年糕的回生特性。）