陈 云，吕文彦,*，路 飞，程海涛，马兆惠，陈恒雪

（1.沈阳农业大学农学院，辽宁 沈阳 110161；2.沈阳师范大学粮食学院，辽宁 沈阳 110034）

早在20世纪50年代起，以辽宁省为代表的中国北方地区，在杨守仁先生的引领下，通过籼粳多元杂交开展了直立穗型粳稻品种研究与应用实践。由于直立穂型水稻显著的产量优势[1]，使其成为国际水稻研究所（International Rice Research Institute，IRRI）新株型稻的亲本，也成为中国超级稻的一个代表株型[1-2]。目前辽宁省的水稻基本都是直立穗型（包含直立与半直立，本实验统称为直立穗型）。随着人民生活水平的日益提高，对稻米适口性的要求愈来愈高，育成高产基础上适口性优良的水稻品种或组合已成为目前水稻生产工作的首要任务[3]。我国北方粳稻产量明显超过日本，但是适口性品质甚至不如日本早期育成的一般品种[4]，且有研究表明东北三省中辽宁产水稻适口性最低[5]。其原因何在，应加以深入探究。

水稻适口性是人类食用米饭时的感官感受，其中以淀粉的黏弹性为主的米饭物理特性最为重要[4]。为评价适口性，准确、客观、快速的测定方法尤为必要。感官评价法是一种可靠方法，但组建大规模的评价小组和长时间准备使研究者更趋向于通过机械描述来评价品质。研究显示，米淀粉的黏弹性可利用快速黏度分析（rapid viscosity analysis，RVA）仪加以评价，其峰值黏性、最小黏性、崩解值、最终黏性和回冷值等参数基本描述了淀粉在蒸煮、凝胶化过程的黏度变化，RVA各参数是评价水稻适口性、蒸煮和加工品质特性的重要指标。前人研究表明，具有优良适口性的品种其崩解值高、回冷值和最终黏性低，相反则适口性较差[6-8]。但RVA仪是以米淀粉作为评价对象的，而水稻是以米饭的形式食用[9]。米饭的质构属性是质构分析仪模仿人类咀嚼食物样品，通过连续地压缩、拉伸操作测试评估材料的受力情况，通过力与位移的回归曲线，获得黏弹性的多参数感官属性[9-11]；因此米饭物性（质构属性）检测是米饭适口性特性的直接体现。质构仪测试样品，可以以饭柱、饭团、单粒米饭为分析对象，同一试材、不同测试样品获得的结果存在很大差异。研究显示与饭粒法相比，饭柱法稳定性较好[6]，而笔者认为，饭粒特别是单粒法更接近于人的口腔咀嚼实际情况。研究显示，此方法提供的数据与感官评价提供的数据在硬度和黏性方面极其相近，存在正相关关系[10,12]。

适口性品质主要与胚乳的理化特性有关[13-14]。多数学者较关心表观直链淀粉质量分数（apparent amylose content，AAC）和蛋白质量分数（protein content，PC）[15-16]。研究表明，平均而言，中国东北粳稻的PC、AAC和糊化温度均高于日本粳稻[17]。米饭的质构也与支链淀粉的精细结构有关[9]。支链淀粉聚合度（degrees of polymerization，DP）不大于10的短链（Fa）会降低淀粉颗粒的稳定性[18]，导致水稻品种中Fa含量与黏性成正比[19]，相反长分枝淀粉（Fb3）由于抑制蒸煮时淀粉粒膨胀从而降低其黏性[9]。

虽然中国北方直立穗型粳稻的适口性已经引起学者的注意，但其形成机理仍需从多角度加以探究，尤其对于支链淀粉精细结构的影响尚较少涉及；因此，本研究选取以辽宁省在内的地域分布较广的水稻品种（系），分析了这些材料的黏弹性特征与包含支链淀粉精细结构在内的胚乳成分的关系，力图探究造成直立穗型水稻品种适口性品质差异的根本原因。

本实验共选取70 份水稻品种（品系）进行实验。材料中包括24 份直立穂型品种（辽宁省22 份、吉林1 份、黑龙江1 份），46 份非直立穂型品种（日本22 份、辽宁6 份、宁夏2 份、吉林2 份、黑龙江4 份、韩国2 份、朝鲜1 份、安徽1 份和其他省份品种6 份）。田间栽培管理：2015年在沈阳农业大学水稻实验田（N 41° 82′，S 123° 56′）展开田间实验。所有品种于2015年4月中旬播种，大棚旱育苗，5月中旬移栽，行株距30 cmh13.3 cm，单本，2 m行长，4行区，一次重复。基施N-P-K 22-16-8长效复合肥750 kg/hm²，移栽后1 周内结合化学除草施用尿素150 kg/hm²，根据各品种发育特点，于齐穗后45～50 d完熟时收获。

氢氧化钠、硫酸钾、无水硫酸铜、浓硫酸、乙醇、乙酸、碘、碘化钾等均为国产分析纯。

KMT-400B6脱壳机 韩国双龙公司；Vp-32立式精米机 日本Yamamoto公司；FSII旋风磨 中国托普公司；CFXB30YB7A-50型自动电饭煲 中国苏泊尔电器有限公司；8400型凯氏定氮仪 丹麦Foss仪器公司；HJ-6A型数显恒温多头磁力搅拌器 常州国华电器有限公司；RVA仪 瑞典波通公司；CT3 4500型质构仪 美国Brookfield Engineering Laboratories公司；UV-2450紫外-可见分光光度计 日本SHIMADZU公司；5804R离心机 德国Eppendorf公司；HH-6数显恒温水浴锅 金坛友联仪器研究所；DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司。

1.3.1 原料处理方法

1.3.1.1 精米与米粉的制备

脱粒后自然风干，用KMT-400B6脱壳机脱壳，用Vp-32立式精米机控制碾精度（90±1）%进行碾精。精米采用FSII旋风磨粉碎制成80 目米粉。

1.3.1.2 脱蛋白处理

100 g样品放入离心管中，加入350 mL蒸馏水和350 mL质量分数0.5%的氢氧化钠溶液，搅拌60 min后进行离心（3 000hg、20 ℃、10 min）。取沉淀通过加入不同量的蒸馏水进行多次清洗搅拌，然后用1 mol/L盐酸调节pH值至中性，相同条件下离心。将沉淀表面灰层刮去，悬浮于100 mL蒸馏水中过400 目筛，离心取沉淀，将沉淀置于35 ℃烘箱内烘干[20]。

1.3.1.3 米饭蒸煮

将精米用纱布揉搓去掉表面米糠，然后保留整米粒，准确称量5 g放入直径44.6 mm、高25.6 mm铝盒中，加入1.6 倍蒸馏水，放入CFXB30YB7A-50型自动电饭煲蒸帘进行上开盖蒸煮，跳闸后焖10 min，取出时立刻盖盖，将其用锡箔纸包裹装入密封食品袋冷却至室温待测。

1.3.2 成分分析方法

1.3.2.1 PC测定

每个样品称取0.5 g，加7 g硫酸钾和0.8 g无水硫酸铜，加12 mL浓硫酸进行消煮，冷却至室温后进行凯氏定氮。得到的氮含量乘以5.95折合成PC。

1.3.2.2 AAC测定

根据ISO 6647-2ü2007 Rice-determination of amylose content: part 2[21]方法，米粉于720 nm波长处进行碘蓝比色，其中高、中、低、糯一套共4 份标准米粉样品由中国水稻研究所提供。

1.3.2.3 支链淀粉精细结构检测

根据Hanashiro等的方法，支链淀粉DP范围在4～75之间，根据DP范围可分为Fa（DP≤12）、Fb1（13≤DP≤24）、Fb2（25≤DP≤36），以及Fb3（DP≥37）[22]。本研究中Fa、Fb3含量参考Nakamura等的方法[23]测定，取0.1 g脱蛋白的米粉，加1 mL体积分数95%乙醇溶液以分散米粉，加入9 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，在5 ℃下放置1 h用碱液糊化。然后沸水浴10 min，冷却至室温。将糊化液定容并转移5 mL至另一容量瓶中，加1 mL 1 mol/L乙酸和2 mL KI-I2，然后定容，用分光光度计在200～900 nm波长处进行扫描。获得淀粉碘吸附的峰值波长λmax，λmax所对应的吸光度为Aλmax；F2表示400 nm到λmax间的面积占200～900 nm面积的百分数，并依据公式（1）～（3）计算Fa和Fb3质量分数。

该方法测得Fa和Fb3质量分数，则Fb1＋Fb2＝1－（Fa＋Fb3），Fb1＋Fb2简记为Fb1＋2，即支链淀粉侧链的中等长度链数量；Fa/Fb3为短链与长链的比例。

1.3.3 米粉糊化特性检测

米粉糊化特性采用RVA仪，称取水分质量分数约12%的米粉3 g，加25 mL蒸馏水，从50 ℃加热至95 ℃使淀粉充分糊化，然后降至50 ℃，采用TCW匹配软件分析结果。

1.3.4 米饭质构特性分析

利用CT3 4500质构仪对单粒米进行检测，将米饭粒放在基础托盘中央，使探头下降至距托盘10 mm处，测前和测试速率分别为1 mm/s和0.5 mm/s，负载5 g。探头采用38 mm直径圆柱形探头，两次循环压缩，压至米饭粒的50%，以获得力与位移的图像。测定20 个重复以计算平均值。

数据以平均值±标准差表示，采用DPS 14.0分析软件中Duncan法进行差异显著性分析，采用SigmaPlot作图软件进行柱形图绘制。

根据胚乳性状、质构及RVA参数测定结果，按Ward法对试材进行聚类分析，在欧氏距离为12.5处将试材分成3 类（图略）。第I类中共8 个品种（品系），其中2 个品种（品系）为直立穂型水稻，6 个为非直立穂型水稻。第II类中共33 个品种（品系），其中24 个品种（品系）为非直立穂型水稻，9 个为直立穂型水稻。第III类中共29 个品种，其中16 个品种（品系）为非直立穂型水稻，13 个为直立穂型水稻。总体来看，直立穗型品种在3 类中都有分布，因此适口性性状似乎与穗型没有绝对的对应关系，但第III类中所含直立穂型与其他两类相比数量较多。

图1 不同类别水稻的化学成分分析Fig.1 Chemical composition of different classes of rice

从图1可以看出，淀粉成分在类间具有显著差异，3 个类别的AAC与Fb3质量分数变化趋势一致，第I类的AAC、Fb3质量分数最低，Fa质量分数最高。经品尝实验得出6 个适口性较优的水稻品种（系），大多为第I类中水稻品种，总体这些品种的AAC都小于16%。第III类的PC、长链Fb3质量分数较高，而Fa/Fb3则较低。

2.3.1 测试条件优化

表1 质构特性分析检测条件与结果比较Table1 Results of texture prof i le analysis at different compression ratios

如表1所示，通过比较质构分析的检测条件和结果看出，硬度和黏力随压缩倍率和粒数的增加而增加，取3 粒米压缩70%和取1 粒米压缩50%变异系数较小，但从易于操作角度考虑，选取1 粒米压缩50%且每个样品测试20 粒最为适宜，同时该方法所得结果与日本学者Okadome的研究成果[12]最接近。因此，本实验采取这一模式进行测试。

2.3.2 测试结果分析

表2 类间质构分析结果比较Table2 Comparison of texture analysis results of different classes of rice

表2表明，质构分析多数指标类别间差异达到显著水平，第I类中稻米品种（系）的硬度、黏力、弹力、弹性指数、咀嚼性和咀嚼指数均显著低于其他两类，同时其黏性和拉丝长度明显最高。优良适口性品质的稻米品种（系）应具备黏性大、硬度小等特点，因此，第I类稻米品种（系）可能具有较好的适口性特点。第III类品种表现为硬度大、黏性小、拉丝长度短、咀嚼性大，咀嚼性大，说明米饭粒在口腔中越难咀嚼，适口性较差。

表3 类间RVA参数比较Table3 Comparison of RVA parameters of different classes of rice

由表3可见，3 类品种在冷胶黏性、崩解值、最终黏性上存在显著差异。第I类的崩解值显著最高，最终黏性显著最低，回冷值也显著低于其他两类品种；而第III类的崩解值显著低于其他两类，最终黏性处于第I类和第II类之间，回冷值与第II类无显著差异但均显著大于第I类。一般情况下，优良适口性品质的稻米品种（系）应具备崩解值高、最终黏性和回冷值低的特点，这进一步证明第I类品种具有良好适口性。而第III类品种则相反。

表4 胚乳化学成分与质构参数间相关性Table4 Correlation analysis between endosperm chemical composition and texture parameters

如表4所示，各类质构参数与PC间相关性均未达到显著水平，这与王鹏跃等研究结果[24]相一致。硬度、弹力、弹性和咀嚼性与AAC和Fb3质量分数大多呈极显著正相关关系，弹性与Fb3质量分数呈极显著正相关关系，上述质构指标除弹性外均与表中其余淀粉成分指标呈极显著负相关关系，弹性与这些指标呈显著负相关关系。黏性和拉丝长度与胚乳中各淀粉成分间相关性与上述质构指标相反，且均达到极显著正相关。上述相关性说明，胚乳淀粉构成决定了质构特性，亦即适口性。但不同类别间存在一定差异。

表5 胚乳化学成分与RVA指标间相关性Table5 Correlation analysis between endosperm chemical composition and RVA indicators

由表5可见，PC与RVA参数间相关性未达到显著水平；崩解值与AAC、Fb3质量分数呈显著或极显著负相关关系，与Fb1+2质量分数和Fa/Fb3分别呈极显著和显著正相关关系；最终黏性、冷胶黏性和回冷值与AAC和Fb3质量分数均呈极显著正相关关系，与表中其余淀粉成分指标呈极显著负相关关系。可见，RVA参数也主要由淀粉构成决定，但相关系数与质构特性相比偏小，而且显著相关的成分也偏少。

表6 质构参数与RVA参数的相关性Table6 Correlation analysis between texture and RVA parameters

由表6可见，峰值黏性与黏力极显著正相关，与拉丝长度显著负相关，崩解值与黏力显著正相关。峰值时间与硬度、弹力和咀嚼性呈极显著正相关，与弹性呈显著正相关，与黏性和拉丝长度呈极显著负相关，说明硬度越大的水稻品种其糊化时间越长，黏性越强越容易糊化。冷胶黏性、最终黏性和回冷值均能表征糊化后老化的过程，其中最终黏性和回冷值与硬度、弹力、咀嚼性和咀嚼指数极显著正相关，与黏性和拉丝长度呈极显著负相关，冷胶黏性与硬度也呈极显著正相关关系，与拉丝长度呈极显著负相关关系，除此之外，与黏性呈显著负相关关系，与弹力和咀嚼性呈显著正相关关系。上述关系说明，最终黏性和回冷值越大米饭硬度越强，咀嚼性越强，黏性越弱，同时说明老化对米饭粒品质尤为重要。

稻米多为食用，因此其适口性差异及优良适口性形成机理研究在国际上受到普遍重视。大量的研究表明，AAC越低，米饭的黏性越大，硬度越小，因而适口性越好。本研究进一步印证了这个结论。胚乳淀粉由两种具有不同结构的α-葡萄糖聚合体组成，分别为线性的直链淀粉和高度分枝的支链淀粉[23]。支链淀粉又按分枝长度分为短链Fa，中等长度的链Fb1、Fb2和长链Fb3，Allahgholipour等的研究表明适口性较好的品种具有AAC低、崩解值高、回冷值低的特点[7]。Li Hongyan等认为高比例的直链淀粉和长支链淀粉分枝会导致质地弹性更大和黏性更小[9]，本研究也证明，除AAC外，高支链淀粉长链Fb3质量分数与硬度也呈正相关关系，同时Fa和Fb1+2质量分数增加及Fa/Fb3升高会导致米饭黏性增强。而作物的淀粉特性是由基因决定的，因此，进一步从基因层面比较差异有望得到深入结果。

直立穗型水稻的超高产特性已经得到大量理论与实践的支持，其适口性特征也引起学者的关注。本实验通过聚类分析将试材分为3 类，直立穗型品种各类均有分布。因此，就目前品种现状来看，并不能根据胚乳性状或者适口性将直立穗型划分为独立的一类。虽然直立穗型品种较多的一类适口性表现出硬度大、黏度小的不良特性，但适口性较好的一类也包含直立穗型品种。因此，穗型与适口性没有必然的联系。

而从基因功能来看，Huang Xianzhong等首次克隆到直立穗型基因DEP1，它是异三聚体的γ亚基发生突变，导致稻穗变短、直立、着粒密集[25]，以及氮不敏感型营养生长[26]。并最终通过每穗粒数的增加而带来高产。Xu Hai等总结了利用这一基因不断提高产量的过程，认为其主要是通过株型、产量结构的改变而得来的，与子粒淀粉积累过程无关[27]。因此，从基因层面来看，DEP1与适口性无关。

高虹等以中国东北粳稻和日本粳稻为试材，利用籼粳特异性InDel与SSILP标记分析籼稻血缘相对含量发现中国东北粳稻在保持粳型遗传背景的同时引入了较多的籼型血缘，籼型位点频率平均为4.71%，显著高于日本粳稻的0.30%。同时发现籼型位点频率与食味值呈极显著或显著负相关，与AAC呈极显著正相关[17]。因此可能由于籼稻基因引入籼粳杂交后代而导致直立穂型水稻品种AAC偏高，食味值较低，尚有待进一步研究。

本实验的相关分析表明，适口性与子粒淀粉构成有关，不良适口性材料的淀粉构成往往是AAC高、Fa质量分数低、Fb3质量分数高。吕文彦[28]、贾宝艳[29]等曾发现直立穗型品种AAC较高，本研究也发现，直立穗型品种比例较高的类胚乳性状表现为AAC、PC、Fb3质量分数高，而Fa/Fb3低，质构参数的硬度大、黏性小、拉丝长度短、咀嚼性大，RVA的崩解值小、回冷值大；因此，直立穗型品种适口性差的原因可能应归结于其胚乳淀粉组成不佳，而其成因可能与过去育种中疏于选择有关，也可能与亲本来源有关，值得进一步研究。

同时，AAC中除真正直链淀粉外还存在支链淀粉的超长链[29]。是否籼粳杂交后代导致直立穗型品种超长链增加，进而导致食味不良也应进一步研究。

总之，直立穗型与适口性的关系，可能是长期以来忽略对胚乳淀粉品质改良所致，而其机理可能与籼粳杂交有关，尚需进一步研究。

质构分析和RVA分别以米饭和米粉作为测试对象，通过检测被测物物性来对适口性进行评价。本实验对两种仪器参数的相关分析得出，二者检测结果相关性较强。但质构分析偏向检测米饭入口时的状态，其对物性的检测更为直观。从与化学成分间相关性程度来看，与RVA参数相比，质构分析的各指标与稻米化学成分相关系数更大，根据Li hongyan等的描述，在某种程度上质构仪提供的数据与感官评价提供的数据极其相近[9]。周显青等的研究同样表明质构仪所测参数值与适口性感官评价指标具有显著的相关性，且方差分析显示预测值与实测值无显著差异，这为仪器代替米饭适口性感官评价提供了理论依据[30]。因此综合来看质构仪对稻米物性分析要优于RVA。

综上，通过对不同穂型水稻品种（系）的理化特性进行研究发现，适口性与穂型没有直接联系，而主要与胚乳淀粉组成有关。质构分析的物性评价更直观准确，因此在今后育种工作中可利用质构仪进行大批量优质稻米的筛选。

食品科学2019年3期