曠 娜 唐啟源 鄭華斌 王慰親 鄒 丹 羅友誼

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

蒸煮食味品質(zhì)作為稻米品質(zhì)最重要的部分，主要由直鏈淀粉含量、膠稠度和糊化溫度等指標(biāo)來(lái)衡量，它與稻米淀粉特性(熱性能、糊化特性等)密切相關(guān)[1]。近年來(lái)，隨著生活水平的不斷提高和糧食流通體系的進(jìn)一步開(kāi)放, 人們對(duì)稻米的食味品質(zhì)提出了更高要求。推廣和擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)已成為水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向[2]。再生稻是利用水稻節(jié)間休眠芽在特定環(huán)境下繼續(xù)萌發(fā)的特性，在頭季收割后通過(guò)一定的栽培管理措施，使稻樁上的芽萌發(fā)、生長(zhǎng)成穗而又收獲一季的水稻。相比于雙季稻，再生稻具有生育期短、生產(chǎn)成本低和經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)[3]。同時(shí)，再生季農(nóng)藥、化肥施用量少，秸稈就地利用，符合綠色發(fā)展理念[4]。徐春梅等[2]研究表明，高緯度試驗(yàn)點(diǎn)晚稻產(chǎn)量和溫光資源利用率均高于低緯度試驗(yàn)點(diǎn)。唐健等[5]也證實(shí)在不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行雙季晚稻種植，其產(chǎn)量、品質(zhì)和溫光資源利用率存在顯著差異。同時(shí)，再生季稻米的直鏈淀粉含量低于雙季晚稻，膠稠度長(zhǎng)于雙季晚稻，蒸煮品質(zhì)優(yōu)于雙季晚稻[6]。因此，研究不同地區(qū)再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)具有重要意義。淀粉作為稻米中主要的貯藏碳水化合物，是決定稻米品質(zhì)的關(guān)鍵成分[7]，其結(jié)構(gòu)和特性也易受環(huán)境條件的影響。灌漿期日平均溫度過(guò)高，易導(dǎo)致直鏈淀粉含量降低和長(zhǎng)鏈支鏈淀粉含量增加[8]，或使糊化溫度升高、膠稠度變硬[9]，影響精米的蒸煮食味品質(zhì)。同時(shí)，高溫會(huì)影響稻米淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)的晶胞結(jié)構(gòu)或微晶排列[10]。低溫會(huì)使光合作用中酶促反應(yīng)減弱，光合強(qiáng)度降低，有機(jī)物合成減少，使淀粉累積受阻。除溫度外，灌漿期的光照對(duì)淀粉的合成與積累也存在一定影響。光照通過(guò)影響水稻光合作用以及改變溫度，影響物質(zhì)合成和谷粒的灌漿充實(shí)，從而影響米質(zhì)[11]。

綜合而言，前人對(duì)不同地區(qū)種植水稻的稻米品質(zhì)差異和溫光資源利用率，以及溫光條件對(duì)稻米淀粉結(jié)構(gòu)和特性的影響分別進(jìn)行了研究。然而關(guān)于再生季稻米的蒸煮食味品質(zhì)、淀粉晶體結(jié)構(gòu)和性能與灌漿期溫光條件的關(guān)系卻鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)比較不同生態(tài)區(qū)再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)和淀粉結(jié)構(gòu)及其特性的差異，探究溫光資源對(duì)再生季稻米品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，以期進(jìn)一步揭示再生稻再生季稻米品質(zhì)的形成基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

試驗(yàn)于2019年在湖南長(zhǎng)沙(28.2°N，113.2°E，海拔101.4 m)、河南信陽(yáng)(32.1°N，114.1°E，海拔114.5 m)及廣東肇慶(23.0°N，112.5°E，海拔60 m)進(jìn)行，試驗(yàn)田前作為休閑田，土壤肥力中等。品種為高產(chǎn)雜交稻甬優(yōu)4149及優(yōu)質(zhì)雜交稻晶兩優(yōu)1468，均屬于低直鏈淀粉含量品種。各區(qū)按當(dāng)?shù)卦偕菊２シN時(shí)間播種。手工移栽，秧齡不超過(guò)30 d，移栽株行距為20 cm×20 cm。頭季施純氮180 kg·hm-2，分3次使用，基肥(40%)、分蘗肥(40%)和穗肥(20%)。分蘗肥于移栽后10 d左右施用，穗肥為幼穗分化第三期施用。磷肥(P2O5)78.75 kg·hm-2全部作基肥，鉀肥(K2O)168.75 kg·hm-2作基肥和穗肥各占50%。在頭季成熟前7～10 d施尿素(N，46.4%)150 kg·hm-2和鉀肥 (K2O，60%) 75 kg·hm-2作促芽肥。頭季黃熟95%時(shí)，按品種人工收割，留樁高度為30 cm。再生季管理：頭季收割后1～2 d內(nèi)按區(qū)灌淺水，結(jié)合灌淺水，尿素按225 kg·hm-2作發(fā)苗肥。水分管理及病蟲(chóng)草害防治等相關(guān)的栽培措施均按高產(chǎn)栽培要求實(shí)施，各試驗(yàn)點(diǎn)田間管理措施一致。各品種均收取再生季成熟籽粒。

1.2 主要儀器與設(shè)備

P810 全自動(dòng)旋光儀，上海華巖儀器設(shè)備有限公司；RVA-Super4快速黏度分析儀，澳大利亞新港科器公司；THZ-320臺(tái)式恒溫振蕩器，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；GFL-45電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司；200-F3差示掃描量熱儀，德國(guó)耐馳公司；XRD-6100 X-射線衍射儀，日本島津公司；Spectrum65傅立葉變換紅外光譜儀，英國(guó)珀金埃爾默股份有限公司。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 蒸煮食味品質(zhì)測(cè)定 水稻收獲脫粒，風(fēng)曬至水分約為14%，室內(nèi)貯藏3個(gè)月后，用風(fēng)選機(jī)風(fēng)選后，按NY/T 83-2017[12]測(cè)定稻米的直鏈淀粉與膠稠度。

1.3.2 總淀粉含量和支鏈淀粉含量測(cè)定 總淀粉含量采用旋光度法[13]，支鏈淀粉含量為總淀粉含量減去直鏈淀粉含量。

1.3.3 米粉糊化特性 采用快速黏度分析儀(rapid visco analyzer, RVA)進(jìn)行測(cè)定[6]。在鋁罐中混合稱取3.00 g樣品與25 g蒸餾水。采用升溫降溫循環(huán)程序，50℃保溫1 min，4.8 min升溫至95℃，95℃保溫2.5 min后，樣品在3.8 min內(nèi)冷卻至50℃，保持1.4 min。前10 s螺旋槳的轉(zhuǎn)速為960 r·min-1，隨后測(cè)試中速度均為160 r·min-1。保存并記錄數(shù)據(jù)。

1.3.4 淀粉提取 參照Bhat等[10]的方法并稍作改動(dòng)。稱取25 g精米于燒杯中，加入超純水浸泡，于4℃冰箱過(guò)夜，浸泡過(guò)的稻米充分研磨后4層紗布過(guò)濾，然后再分別過(guò)74 μm、38.5 μm孔篩，濾液3 000×g離心20 min，棄上清液，余下固體加4倍左右體積的0.4% NaOH溶液，室溫條件下震蕩4 h，離心，棄上清，沉淀加超純水充分懸浮后，離心20 min，棄上清，重復(fù)1次，用1 mol·L-1的HCl溶液調(diào)懸浮液pH值至中性，3 000×g離心20 min，棄上清，固體懸浮后過(guò)37 μm孔篩，繼續(xù)離心懸浮，重復(fù)，直至上清液清澈，然后改用無(wú)水乙醇洗滌離心2次，沉淀于40℃干燥2 d，研磨，過(guò)150 μm孔篩，備用。

1.3.5 淀粉熱性能測(cè)定 用差示掃描量熱儀(differential scanning calorimeter，DSC)測(cè)定淀粉顆粒的熱性能[10]。在鋁鍋中按質(zhì)量比1∶3的比例混合淀粉樣品與蒸餾水，以空坩鍋為對(duì)照，密封平衡，室溫下過(guò)夜。從25～100℃以10℃·min-1的加熱速率掃描。DSC曲線的主要參數(shù)包括起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)和糊化過(guò)程中焓的變化(ΔH)。

1.3.6 淀粉結(jié)晶度測(cè)定 采用X-射線衍射儀測(cè)定[10]。電壓40 kV，30 mA-Cu-Kα輻射，掃描速度為2°·min-1，范圍為5°～ 40°(2θ)。以每個(gè)樣品的尖銳峰面積與X射線光譜總面積的比值作為結(jié)晶度測(cè)量。

1.3.7 淀粉結(jié)構(gòu)有序性的測(cè)定 使用傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)定[14]。按1∶150(質(zhì)量比)的比例混合淀粉樣品與KBr固體，研磨，壓片，在800～4 000 cm-1波長(zhǎng)范圍內(nèi)，平均16次掃描，分辨率為2 cm-1。采用OMINC 8.2軟件對(duì)1 200～800 cm-1區(qū)域的光譜進(jìn)行了反褶積處理，半寬19 cm-1，增強(qiáng)因子1.9。從處理后的光譜中讀取1 047 cm-1和1 022 cm-1波長(zhǎng)處的吸光度值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013處理數(shù)據(jù)，Statistix 8.0進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，LSD法進(jìn)行多重比較。每個(gè)樣品平行至少測(cè)2次，數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地區(qū)再生季齊穗后的環(huán)境因素分析

從各試驗(yàn)地區(qū)再生季齊穗后不同時(shí)段的平均溫度可以看出(表1、2、3)，以肇慶地區(qū)的平均溫度最高(甬優(yōu)4149齊穗后不同時(shí)段的平均溫度為27.8～29.3℃；晶兩優(yōu)1468為27.4～29.4℃)，信陽(yáng)地區(qū)的溫度最低(甬優(yōu)4149為16.4～25.5℃；晶兩優(yōu)1468為15.6～25.1℃)，長(zhǎng)沙地區(qū)的溫度處于兩者之間。溫差上，以肇慶地區(qū)的變化幅度最小。日照時(shí)數(shù)方面，齊穗后前中期以長(zhǎng)沙地區(qū)的日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)，后期則以肇慶地區(qū)的日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)。

表1 不同地區(qū)再生季齊穗后不同時(shí)間段的日平均溫度

表2 不同地區(qū)再生季齊穗后不同時(shí)間段的日均溫差

表3 不同地區(qū)再生季齊穗后不同時(shí)間段的平均日照時(shí)數(shù)

2.2 稻米蒸煮食味品質(zhì)及淀粉含量比較

膠稠度和直鏈淀粉含量作為評(píng)價(jià)稻米蒸煮食味品質(zhì)的主要指標(biāo)，受種植地點(diǎn)的影響存在差異(圖1)。長(zhǎng)沙、肇慶兩地區(qū)的稻米膠稠度無(wú)顯著差異，但顯著長(zhǎng)于信陽(yáng)地區(qū)。各試驗(yàn)地區(qū)間再生季稻米直鏈淀粉含量變動(dòng)不大。總體來(lái)看，稻米膠稠度受種植地點(diǎn)的影響要大于直鏈淀粉含量。肇慶地區(qū)直鏈淀粉含量處于13%～18%之間，膠稠度大于60 mm，達(dá)部標(biāo)一級(jí)。再生季稻米的總淀粉含量和支鏈淀粉含量均以肇慶地區(qū)最高(圖2)。

注：小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。下同。

圖2 不同地區(qū)再生季稻米的總淀粉與支鏈淀粉含量

2.3 糊化特性分析

同一品種不同種植地點(diǎn)對(duì)再生季稻米淀粉的糊化特性具有顯著影響(表4)。其中肇慶地區(qū)稻米淀粉的峰值黏度、最低黏度和崩解值均顯著高于長(zhǎng)沙和信陽(yáng)地區(qū)，但其消減值、糊化溫度均顯著低于長(zhǎng)沙和信陽(yáng)地區(qū)。RVA譜特征中，最終黏度受種植地點(diǎn)的影響較小。

表4 不同地區(qū)再生季稻米R(shí)VA譜特征

2.4 淀粉熱性能分析

淀粉的DSC曲線特征值表明，峰值溫度受種植地點(diǎn)的影響大于起始糊化溫度、終止溫度和熱焓值(表5)。肇慶地區(qū)稻米淀粉的起始糊化溫度和峰值溫度最高，其次為長(zhǎng)沙。終止溫度和熱焓值差異不大，以信陽(yáng)地區(qū)略低。

表5 不同地區(qū)再生季稻米淀粉熱性能參數(shù)

2.5 淀粉晶體結(jié)構(gòu)差異

不同地區(qū)再生季稻米淀粉相對(duì)結(jié)晶度從大到小依次為肇慶>長(zhǎng)沙>信陽(yáng)，而信陽(yáng)地區(qū)稻米淀粉結(jié)構(gòu)有序性最高(圖3)。

圖3 不同地區(qū)再生季稻米淀粉的相對(duì)結(jié)晶度與紅外1 047/1 022 cm-1的比值

2.6 齊穗后溫光條件與蒸煮食味品質(zhì)、淀粉結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

相關(guān)性分析表明(表6～8)，再生季稻米的膠稠度與齊穗后19～24 d日平均溫度、溫差及日照時(shí)數(shù)均呈顯著或極顯著正相關(guān)。米粉的糊化特性與齊穗后1～12 d的日平均溫度、7～12 d的日均溫差及平均日照時(shí)數(shù)關(guān)系密切。再生季稻米淀粉熱性能受齊穗后13～18 d的日平均溫、1～6 d的日均溫差和平均日照時(shí)數(shù)影響較大。齊穗后日均溫度、溫差和日照時(shí)數(shù)與淀粉的結(jié)晶度也存在顯著相關(guān)性。上述結(jié)果表明，再生季稻米灌漿結(jié)實(shí)期的溫光條件對(duì)淀粉的性能和結(jié)構(gòu)具有顯著影響。其他指標(biāo)與齊穗后不同時(shí)間段日均溫度、溫差和日照時(shí)數(shù)相關(guān)性不顯著。

3 討論

直鏈淀粉含量是稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，與蒸煮后米飯的粘性、硬度、吸水性等均密切相關(guān)。研究表明，直鏈淀粉含量受水稻灌漿結(jié)實(shí)期溫度和光照的影響，在灌漿期前18 d，溫度過(guò)高不利于直鏈淀粉的累積，灌漿18 d后溫度升高有利于直鏈淀粉含量增加[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，各試驗(yàn)地區(qū)稻米直鏈淀粉含量差異不大，且與齊穗后不同時(shí)間段的平均溫度、溫差無(wú)顯著相關(guān)性，可能是因?yàn)樗竟酀{前期直鏈淀粉積累較快[16]，再生季灌漿前期各試驗(yàn)地區(qū)溫度均較高，且日照時(shí)數(shù)充足，碳水化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)率接近。各試驗(yàn)地區(qū)再生季稻米膠稠度受溫度和光照的影響較大，尤其是中后期。灌漿中后期決定稻米膠稠度特性的支鏈淀粉處于急劇變化，易受外界條件影響[17]。

表6 不同地區(qū)再生季稻齊穗后不同時(shí)間段日平均溫度與蒸煮食味品質(zhì)、淀粉結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系

表7 不同地區(qū)再生季稻齊穗后不同時(shí)間段日平均溫差與蒸煮食味品質(zhì)、淀粉結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系

表8 不同地區(qū)再生季稻齊穗后不同時(shí)間段平均日照時(shí)數(shù)與蒸煮食味品質(zhì)、淀粉結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系

研究表明，蒸煮食味品質(zhì)好的稻米一般峰值黏度大、最終黏度小、糊化溫度低，且崩解值大于1 200 cP，消減值小于300 cP[18]。RVA譜特征值表明肇慶地區(qū)的再生季稻米食味品質(zhì)優(yōu)于長(zhǎng)沙與信陽(yáng)地區(qū)。Toshio[19]和Kraithong等[20]研究表明，高溫條件下稻米淀粉峰值黏度、最低黏度和崩解值升高，回復(fù)值和消減值降低。本研究發(fā)現(xiàn)溫光條件對(duì)再生季稻米糊化特性影響的主要時(shí)間段為齊穗后7～12 d，可能與該時(shí)段籽粒淀粉合成關(guān)鍵酶的活性有關(guān)[21]。崩解值與齊穗后1～12 d日均日照時(shí)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，由此可見(jiàn)，肇慶地區(qū)稻米粉的崩解值顯著高于其他地區(qū)的主要原因是前期日照時(shí)數(shù)相對(duì)較短。本研究中稻米淀粉糊化溫度與齊穗后1～12 d日均溫度關(guān)系密切。孟亞利等[22]認(rèn)為結(jié)實(shí)期的溫度與糊化溫度之間關(guān)系表現(xiàn)為：結(jié)實(shí)期日均溫在18～25℃區(qū)間內(nèi)升高，糊化溫度升高，當(dāng)溫度超過(guò)25℃繼續(xù)升高，糊化溫度則降低，這與淀粉的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)?？偠灾?，灌漿初中期的溫度和光照對(duì)再生季稻米粉的糊化特性影響較大。

稻米淀粉的熱性能與稻米的蒸煮食味品質(zhì)密切相關(guān)，糊化過(guò)程中溫度和熱焓值的變化反映了稻米蒸煮過(guò)程的難易程度，高溫熟化的米飯蒸煮溫度更高，蒸煮時(shí)間更長(zhǎng)[23]。淀粉粒在胚乳中形成的時(shí)間為子房受粉后的2～3 d[24]，各試驗(yàn)地區(qū)再生季稻齊穗后1～6 d較長(zhǎng)的日照時(shí)數(shù)和較大的日溫差有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形成。Kong等[25]報(bào)道直鏈淀粉含量與熱焓值存在顯著相關(guān)性，而本研究中各試驗(yàn)點(diǎn)熱焓值差異不大，這與直鏈淀粉含量對(duì)溫光條件的反應(yīng)是一致的。

淀粉作為稻米的主要組成成分，理化性能受其晶體結(jié)構(gòu)的影響。前人研究表明結(jié)晶度與直鏈淀粉含量、堿消值呈顯著負(fù)相關(guān)，與膠稠度呈顯著正相關(guān)[26]。稻米淀粉的結(jié)晶度越高，淀粉晶體結(jié)構(gòu)越致密，破壞其晶體結(jié)構(gòu)所需能量越大，導(dǎo)致其成糊時(shí)起始溫度升高[27]，這與本研究結(jié)果是一致的。水稻花后5～6 d左右開(kāi)始填充胚乳細(xì)胞，并形成復(fù)粒淀粉[24]，花后10 d胚乳淀粉細(xì)胞完全被淀粉充滿[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，總淀粉含量與再生季稻齊穗后7～12 d 的日平均溫度極顯著正相關(guān)，表明籽粒灌漿初中期溫度可能是影響淀粉積累的主要因素?；ê? d，水稻籽粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉開(kāi)始合成，花后20 d 淀粉粒己基本具備成熟期淀粉衍射特征，但峰強(qiáng)度相對(duì)偏弱[29]。同時(shí)，程方民等[30]報(bào)道不同溫度處理下淀粉的晶體類型完全一樣，晶體結(jié)構(gòu)差異主要表現(xiàn)在衍射圖譜不同峰位的相對(duì)強(qiáng)度上。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，不同種植地區(qū)再生季稻米淀粉的相對(duì)結(jié)晶度主要受灌漿后期日平均溫度的影響。因此，肇慶地區(qū)再生稻米淀粉的相對(duì)結(jié)晶度高于長(zhǎng)沙和信陽(yáng)，這主要是因?yàn)楣酀{后期日平均溫度影響了衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度。

本研究雖然發(fā)現(xiàn)再生季齊穗后不同時(shí)段溫光資源是影響再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要因素，但溫光條件在再生季齊穗后淀粉形成與積累過(guò)程中各種酶的活性，中間物質(zhì)的合成等具體過(guò)程還有待深入研究。同時(shí)，前人研究發(fā)現(xiàn)土壤理化性質(zhì)、灌溉水源和栽培管理措施等都可能會(huì)對(duì)稻米品質(zhì)產(chǎn)生影響[31-33]。本研究在試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中，對(duì)不同生態(tài)區(qū)的田塊土壤肥力盡量保持一致水平，但未明確土壤理化性質(zhì)、灌溉水源等對(duì)稻米品質(zhì)形成的貢獻(xiàn)，這也將是未來(lái)研究的重要方向。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，齊穗后溫光條件對(duì)再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)、糊化性能以及淀粉晶體結(jié)構(gòu)與熱性能存在顯著影響。整體來(lái)看，肇慶試驗(yàn)地區(qū)的再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)優(yōu)于長(zhǎng)沙、信陽(yáng)地區(qū)。不同的溫光條件對(duì)稻米淀粉的結(jié)構(gòu)有影響，通過(guò)改變其特性，進(jìn)而造成稻米品質(zhì)存在差異。再生季稻米中總淀粉含量與再生季稻齊穗后7～12 d 的日平均溫度呈極顯著正相關(guān)。糊化特性和熱性能受灌漿初中期溫光條件影響最為顯著。齊穗后19～30 d的日均溫度是造成淀粉結(jié)晶度差異的重要因子。但支鏈淀粉和直鏈淀粉含量與溫光條件無(wú)顯著相關(guān)性。不同溫光條件是引起不同地區(qū)再生季稻米蒸煮食味品質(zhì)和淀粉晶體結(jié)構(gòu)與性能差異的重要原因。為了獲取優(yōu)質(zhì)的再生季稻米，再生稻種植時(shí)應(yīng)選擇溫光條件適宜的地點(diǎn)。