极良食味粳型软米胚乳成分特征分析

高明慧，程海涛，马兆惠，刘仁广，王红旭，吕文彦

（1.辽宁何氏医学院视觉科学学院，沈阳 110163；2.沈阳农业大学农学院，沈阳 110161；3.本溪市农业综合发展服务中心，辽宁 本溪 117000；4.辽宁省新型职业农民教育培训中心，沈阳 110033）

日本的越光是世界知名优良食味水稻品种。20世纪80年代末，为培育新性状水稻品种，日本开展了“面向需要扩大的新性状水田作物开发”（1989‒1997）的科研计划，在这一计划的支持下，主要通过诱变，育成了大量直链淀粉含量低至5%～16%的低或极低直链淀粉含量（软米）水稻材料，这些材料大多食味较好，其中一些材料某些食味指标赶超越光，被称为“极良食味水稻”[1]，但除了直链淀粉含量较低，有关该类品种的其他性状报道较少，尚有待进一步研究。

总体而言，稻米食味是由稻米胚乳性状决定的，其中表观直链淀粉含量被认为是影响稻米食味最重要的因素。直链淀粉含量一般与食味值呈显著负相关[2-3]。而具有相似直链淀粉含量的水稻品种食味值差异推测是因为支链淀粉结构造成的，支链淀粉侧链中短链越多，短链/支链淀粉长链比例越大则米饭越柔软[4-5]，而支链淀粉长链比例高，则米饭或面包变硬[6-8]，或更难蒸煮[9]。水稻的蛋白质含量是影响煮熟米饭适口性的另一个重要因素[10]。食味品质与蛋白质含量多呈负相关关系[11-13]。但是，SUN 等[14]发现在相似的品种中，蛋白质含量较高的水稻可以确保淀粉颗粒充分膨胀，从而有助于提高米饭的耐热性并保持一定的硬度和黏性。而QIN 等[15]则认为食用品质与蛋白质含量无显著相关。蛋白质组分对稻米食用品质也有一定的影响，但是结论并不一致。王忠等[16]研究发现提高谷蛋白含量可以提高营养价值和食用品质。张春红等[17]则认为粳稻中可溶性蛋白质含量以及清蛋白质含量与食味均呈显著或极显著负相关，并认为食味品质好的稻种谷蛋白较低，清蛋白含量较高。氨基酸、可溶性糖等胚乳成分呈现味道与黏性，对稻米食味也有影响，但有关资料并不丰富。前述的极良食味水稻品种在这些性状上有何特点，值得进一步明确。

由于中国人多地少的特殊国情，中国对优质食味稻米研究起步较晚，但是经过育种者多年的努力工作，目前已经育成了许多优良食味品种。在目前的生产与经济形式下，为使新品种有更广阔的应用前景，有必要借鉴日本相关研究，在优良食味基础上培育极良食味水稻品种。为此，本研究选用代表性材料，对相关特性材料的胚乳成分和食味特性关系进行比较研究，以期发现二者更广泛的联系，从而促进极良食味水稻品种的培育。

1 材料与方法

1.1 材料

2021年，中国北方稻作协会收集全国70余份粳稻，组织专家进行食味品评，其中特等奖4份材料(以中国辽宁省东港市生产越光和日本新泻县的越光作为标准样品，特等奖食味基本与东港越光相当，但百分制评分均小于90 分)，另外，经过课题组前期鉴定选择食味不良的2 份普通粳稻品种及作者课题组2 份软米新品种（品系），上述共8份材料为本研究试材，材料名称见表1。

表1 测试材料Table 1 Test materials

1.2 方法

1.2.1 感官品尝 按《GBT 15682-2008 粮油检验稻米蒸煮食用品质感官评定方法》，以沈阳农业大学水田试验地常规栽培的秋田小町为对照，稻谷经砻谷、碾白，制备成国家标准三等精度的大米作为试样。商品大米直接作为试样。然后，按下述程序制备米饭样品，(1)洗米：称取300 g试样放入沥水筛内，将沥水筛置于盆中，快速加入1 500 mL 自来水，每次顺时针搅拌10圈，逆时针搅拌10圈，快速换水重复上述操作3次。倒入相应编号的直热式电饭锅内。洗米时间控制在3~5 min。(2)加水浸泡：加水量为软米加水1.25倍，其他材料加水1.35倍。浸泡水温25 ℃，浸泡30 min。(3)蒸煮：电饭锅接通电源开始蒸煮米饭，在蒸煮过程中不得打开锅盖。电饭锅的开关跳开后，再焖制15 min。(4)搅拌米饭：用饭铲首先从锅的周边松动米饭，使米饭与锅壁分离，再按横竖两个方向各平行滑动2次，接着用筷子上下搅拌4次，使多余的水分蒸发之后盖上锅盖，再焖10 min。(5)品尝：将约10 g试样米饭松松地盛入标好序号的20 mL透明塑料品尝杯，各样品每人1份，趁热品评，每次含对照共品尝10份样品。男12名，女19名共31名1年级硕士研究生为品评员，采取与对照相比呈味特性为±3（颇）、±2（稍）、±1（微）、相同的七段评分法，对米饭的外观、气味、味道、适口性及综合评分进行评价。本研究没有对冷饭质地进行评价。并定义秋田小町（标准样品）为81分，然后根据以下公式，将米饭综合评分转变为100分制评分。

1.2.2 直链淀粉含量 方法参照《NY/T2639-2014大米中直链淀粉含量的测定分光光度法》，岛津分光光度计UV2450，620 nm比色测定。

1.2.3 支链淀粉含量 方法参照NAKAMURA等[18]，在岛津分光光度计UV2450，400~900 nm进行扫描，测定支链淀粉分枝成分Fa和Fb3，并计算出Fb1+2=1‒(Fb1+Fb3)。支链淀粉的分支形成有规则的结构簇，通常用链的聚合度(degree of polymerization，DP)，通常将支链淀粉的链分为4种类型：短链Fa(5≤DP≤12)、中长链Fb1(13≤DP≤24)、中短链Fb2(25≤DP≤36)、长链Fb3(37≤DP≤58)。

1.2.4 蛋白质含量 利用FOSSKjeltec840，采用凯氏定氮法测得样品大米的氮素含量，乘以5.95计算出蛋白质含量。

1.2.5 蛋白质组分 方法参照杨静等[19]分离大米清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白，然后利用Warioskan Flash1酶标仪加以定量。

1.2.6 大米可溶性糖 方法参照MA等[20]，采用日立公司Regulus 8100高效液相色谱测定。

1.2.7 游离氨基酸 参照MA等[20]，采用日立公司Regulus 8100高效液相色谱测定。在一定阈值下，氨基酸呈现不同滋味，甜味氨基酸分别是：L-Ser、L-Pro、L-Thr、L-Gly、L-Ala。苦味氨基酸分别是：L-Phe、L-Ile、L-Leu、LMet、L-Val、L-Trp、L-His、L-Arg(Hcl)、L-Lys(Hcl)、L-Cys。酸甜味氨基酸分别是：L-Gln、L-Asn。酸/鲜/咸氨基酸分别是：L-Asp、L-Glu。由于稻米中氨基酸含量较少，单一氨基酸可能并不能达到呈味阈值，但呈味特性相同的氨基酸可能积加起来，会影响稻米食味，方法参照赵卿宇等[21]，将同一种呈味特性的氨基酸加以合并。

1.2.8 扫描电镜 方法参照陈云等[22]，将供试材料放入铝罐内蒸熟，取单独完整饭粒过液氮，放进玻璃瓶中，经过冻干后，选取整粒米饭并制作横纵切面，喷金后，扫描式电子显微镜（Regulus 8100，日立公司）进行扫描。

1.2.9 糊化特性 采用快速黏度仪(RVA仪)TecMaster及TCW配套软件进行分析。每组样品试样测定值与平均值的相对偏差应小于5%。

2 结果与分析

2.1 材料间食味表征差异分析

由表2 可知，材料间米饭的气味、外观结构、适口性、滋味、综合评分均存在显著差异，两个软米材料YJ14、YJ2食味最好，与北方稻作协会食味品评特等奖材料有显著提高，百分制评分达90分以上。QJ10与JJ830综合食味较好，HJ3和JD313食味较差，根据上述食味表现，上述6份材料两两分别定义为食味极良、较好、较差。

表2 品种食味特性感官品尝比较(平均值±标准误)Table 2 Comparison of taste characteristics of varieties (M±S)

饭食味计测定结果表明（表略），QJ10食味值最高，其次是极良食味材料YJ14、YJ2，这与感官品尝有一定差异，因此，利用食味计测定结果可以在一定程度上预测米饭食味，但食味的细微差异可能必须通过感官品尝，才能加以鉴定。本研究饭食味计测定中，所有大米的加水量都是一致的，这可能会低估了极良食味材料的性状值，尚有待于进一步研究。

由表3 可知，极良食味材料峰值黏度、崩解值显著高，最低黏度、最终黏度、消减值、峰值时间显著低，而食味较差品种表现相反。因此，可以用快速黏度分析仪的这几个特征值，间接表征稻米食味及进行极良食味水稻新品种选育。

表3 稻米RVA特征值比较(平均值±标准误)Table 3 Comparison of rice RVA characteristic values (M±S)

2.2 材料间胚乳成分含量差异性分析

由表4可知，极良食味材料直链淀粉含量、Fb3含量显著低，食味较差品种相应性状值则显著高。直链淀粉和支链淀粉中的长链（Fb3），由于不吸水难于糊化，所以含量高则导致稻米糊化不充分。本研究印证了这一特征。因此，决定米饭食味最主要的因素可能是直链淀粉含量和支链淀粉中长链分枝含量。

表4 稻米直链淀粉和支链淀粉性状比较(平均值±标准误)Table 4 Comparison of amylose and amylopectin traits of rice (M±S) %

由表5 可知，材料间蛋白质含量及组分差异显著，食味较差品种蛋白质含量均较高，其中HJ3 谷蛋白含量显著高于其他品种。食味极良的YJ2 蛋白质含量虽然也较高，但YJ2 的含胚率较高，因此，其蛋白质有相当一部分应不存在于胚乳中，这可能不对淀粉糊化产生影响。食味极良稻米品种清蛋白含量显著多，谷蛋白偏少。但食味较差的JD313也有这一特征，其原因尚有待于多角度分析。

表5 稻米蛋白质和蛋白质组分性状的比较(平均值±标准误)Table 5 Comparison of rice protein and protein component traits (M±S) %

根据溶解性，蛋白质分为4 种组分，其中谷蛋白和醇溶蛋白系贮藏蛋白，主要分布在胚乳中，含量也较多。有学者认为，谷蛋白和醇溶蛋白含量低稻米食味优良[10]。但张春红等[17]认为粳稻中可溶性蛋白质含量以及清蛋白质含量与食味均呈显著或极显著负相关。本研究中极良食味品种具有较高的清蛋白含量和较低的谷蛋白含量（表5）。因此，稻米蛋白质组分与食味的关系，还有待于进一步深入研究。

由表6 可知，JD313 各种氨基酸含量均显著高，两个极良食味材料的甜味氨基酸和苦味氨基酸含量是偏高的。极良食味品种YJ2的其他氨基酸含量也是偏高的。

表6 不同类型稻米氨基酸含量Table 6 Amino acid content of different types of rice mg·g-1

由表7 可知，虽然材料间差异显著，但含量较低。食味较差品种HJ3 可溶性糖总量最高，食味较好材料QJ10、JJ830可溶性糖总量含量较少，但极良食味品种没有表现出显著的高值。

表7 稻米可溶性糖性状含量Table 7 Soluble sugar content of rice mg·g-1

2.3 稻米感官品尝与胚乳性状的回归关系分析

食味可能是多因素综合作用的结果，分别就食味性状与胚乳典型性状直链淀粉含量、Fb3、蛋白质含量、清蛋白含量、甜味氨基酸含量进行多元回归分析，得到如表8所示回归方程。由表8可知，所有的食味性状都是胚乳性状综合影响所致，其中直链淀粉含量、蛋白质含量对大多数食味性状都起到负向作用，甜味氨基酸对米饭外观之外的性状起到负向作用，而清蛋白含量对食味性状起到正向作用。从回归系数大小推断，蛋白质含量和清蛋白含量可能所起的作用较大。但由于本研究样品量偏小，回归方程的准确性还有待于进一步通过多样本验证。

表8 食味感官性状与重要胚乳特性的回归方程Table 8 Regression equation of taste sensory traits and important endosperm characteristics

2.4 不同品质水平的稻米胚乳细胞形态特征的扫描电镜观察

从各组中选取典型材料，利用扫描电镜对米饭特征进行鉴定，可以清楚地看到，优良食味品种，米饭表面粗糙，分布较多孔状结构，说明大米进行了充分的糊化（图1a 和图1b）。食味较差品种，表面较光滑，呈现为熔岩状，表明没有充分糊化（图1c）。从断面结构来看，优良食味品种，由边缘至内部，存在密致孔状结构，整个饭粒存在小而密的气孔（图1d和图1e），而食味较差品种，断面表现为熔岩状的块状结合体（图1f）。优良食味材b上可见，同一食味水平材料胚乳细胞的形态特征表现较一致，优良食味稻米品种存在糊化痕迹，有丝状结构。食味较差品种表面及内部熔岩状结构较多，没有充分糊化。

图1 不同品质稻米胚乳细胞形态特征的扫描电镜观察Figure 1 Scanning electron microscope observation of endosperm cell morphological characteristics of different quality rice

2.5 米饭味道与饭成分的关系

经蒸煮后，直链淀粉含量、蛋白质含量、Fb1+2 及Fb3 含量均发生了变化（图2）。因此饭中的游离氨基酸、可溶性糖含量与组分也可能不同于大米，因此，其与食味的关系也可能不同于大米，还有待于进一步研究。

图2 米饭品质性状的比较Figure 2 Comparison of rice quality traits

3 讨论与结论

大米作为人类的重要食物，人们在吃饱之后自然关注其美味营养，因此稻米食味是水稻重要的育种栽培改良目标，也是重要的商品目标。通过育种者的努力，在越光基础上日本培育出极良食味水稻品种，这无疑对于品种改良和人民生活改善都是重要的事件，以典型材料为试材，分析这类材料的胚乳组成特点，对于促进育种改良具有重要意义。

稻米食味是人类在食用米饭时，基于感官判断，形成对米饭好吃与否的综合价值评价。其中，最重要的是咀嚼时感知的适口性。而这又决定于大米是否充分糊化，糊化得好，则咀嚼阻力小，食味评分值高。伴随米粒在锅中加热蒸煮，米粒从表面到内部进行淀粉的糊化[23],但因为食味不同而形成不同的糊化结果，表现出不同的显微图像。其中食味优良的米饭，从表层到内部，糊化充分，因而表层密布孔状分布，而内部则形成网眼状；但低食味米表面形成熔岩状结构，内部则形成分裂状的熔岩型淀粉结合体23~25[23-25]。这与本研究观察到的现象一致（图1）。低食味米的显微图像特征是由于其细胞壁、淀粉体等没有被充分分解所导致的。

在淀粉糊化过程中，由于膨润相互呼应，而使黏性增大，淀粉粒的膨润达到极限，继续加热，籽粒的形状崩溃、破碎，使得黏度低下。RVA 仪自动记录这种黏度变化，形成淀粉黏滞谱。不同食味特征大米表型出不同的RVA 特征值。本研究表明，极良食味材料峰值黏度、崩解值显著高，最低黏度、最终黏度和消减值显著低，可以以这些指标进行食味评价及品种改良。这与YAN[26-27]研究结果一致。

而淀粉糊化是否充分又与淀粉成分存在密切联系。直链淀粉和支链淀粉中的长链（Fb3），由于不吸水难于糊化，所以含量高则导致稻米糊化不充分。本研究印证了这一特征。因此，笔者认为，决定米饭食味最主要的因素可能是直链淀粉含量和支链淀粉中长链分枝含量，本研究中,较好食味稻米吉粳830的AAC、Fb3分别为13.403%和15.469%，但与极良食味稻米尚有差异（表4）。这可能主要源于其Fb3较高。因此，极良稻米AAC、Fb3的上限可能分别在13%和15%，而其下限可能分别在5%和11%，有待于进一步多角度研究。日本极良食味类型大多为低直链淀粉淀粉含量[1]，也说明这一点，还有待于进一步研究。

蛋白质颗粒夹在胚乳细胞壁、淀粉体及淀粉颗粒之间的缝隙中。在很多的情况下，在煮饭过程中蛋白质颗粒直径约只膨胀两倍，但几乎不被分解，留在饭中[25,28]，因而蛋白质阻抑了淀粉糊化，对稻米食味产生负的影响。本研究食味较差材料的蛋白质含量较高，但极良食味稻米的大米蛋白质含量也是偏高的，这说明蛋白质含量对食味的影响可能从属于直链淀粉含量。而从大米表型观察，极良食味稻米YJ2的含胚率较高，胚中的蛋白质并不影响胚乳中淀粉的糊化。但日本较低蛋白质含量大米有极良食味类型[1]。所以，同样的蛋白质含量，对食味的影响也与蛋白质在大米中存在的部位有关。

根据溶解性，蛋白质分为4 种组分，其中谷蛋白和醇溶蛋白系贮藏蛋白，主要分布在胚乳中，含量也较多。MATSUE 等[10]认为，谷蛋白和醇溶蛋白含量低稻米食味优良。本研究中极良食味品种具有较高的清蛋白含量和较低的谷蛋白含量（表6）。但张春红等[17]认为粳稻中可溶性蛋白质含量以及清蛋白质含量与食味均呈显著或极显著负相关。因此，稻米蛋白质组分与食味的关系，还有待于进一步深入研究。

大米中的可溶性低聚糖和氨基酸是米饭的呈味物质，同时二者是液体，有一定的黏度，会增加米饭黏性[17,20-21,29]。但本研究材料间可溶性糖总量虽有显著差异，但含量较低,而氨基酸按呈味特性加和，则总量远超可溶性糖，因此推测可能对米饭味道影响更大。多元回归表明，甜味氨基酸对多个食味性状都有影响，但有关详细清晰情况，尚有待于深入研究。

烹煮过程会使米中的淀粉[30-32]、蛋白质组分[33]发生水解和酶解，这与本研究结果一致。据此推测，饭中的游离氨基酸、可溶性糖含量与组分也可能不同于大米，因此，其与食味的关系也可能不同于大米，还有待于进一步研究。

米饭食味是复杂性状，虽然各项均可以作为单一性状，但其中又存在复杂的联系。本研究的多元回归分析表明，每一项食味性状表达都与多个胚乳性状有关。因此，这对作物生产提出了新的挑战，需要同时或者逐渐关注多个性状，这些性状的改良应是通过育种手段和栽培手段并用才能得以实现的。

两个软米材料感官品尝食味特性显著优于其他材料，食味达到极良水平，其快速黏度分析仪特征值的峰值黏度、崩解值显著高，最低黏度、最终黏度、峰值时间和消减值显著低。胚乳特征表现为较低的直链淀粉含量、Fb3和较高的清蛋白含量。食味优良以上材料显微结构特征表现为米饭糊化充分，从表面、断面到内部多分布孔状结构，而食味较差品种，糊化不充分，以熔岩状结构为主。经蒸煮后，直链淀粉含量、蛋白质含量、Fb1+2及Fb3含量均发生了变化。因此饭中的游离氨基酸、可溶性糖含量与组分也可能不同于大米，因此，其与食味的关系也可能不同于大米，还有待于进一步研究。