再生季稻米蛋白質含量與外觀、加工品質及營養品質的關系

曠 娜 唐啟源 鄭華斌 王慰親 周 蔚 戴 含

(湖南農業大學農學院，長沙 410128)

水稻是我國最重要的糧食作物之一，全國大約有65%的人口以水稻為主食[1]。稻米中超過90%的干物質是淀粉和蛋白質，是人們能量及營養的主要來源，并且稻米蛋白質的品質優良，生物價、消化率和凈利用率均比較高，其含量受基因型與環境的共同作用[2]。加工品質和外觀品質作為稻米品質的重要組成部分，對稻米在市場上的價格和銷售具有較大影響。評價加工品質的指標主要包括出糙率、精米率和整精米率，其形成主要取決于籽粒的灌漿特性、胚乳結構以及糠層的厚度。外觀品質主要由堊白粒率、堊白度、粒形等指標來評價。前人關于蛋白質含量對加工品質的影響研究主要結論為，蛋白質含量與出糙率、精米率和整精米率呈負相關[3]，秈稻中蛋白質含量與加工品質兩者之間相關性不明顯[4]；蛋白質含量的增加會提高整精米率，但對精米率及出糙率基本無影響[5]。外觀品質上，陳能等[6]報道蛋白質含量對稻米的外觀品質有負面影響。Chun等[7]研究結果表明堊白米中的蛋白質含量比非堊白米的高。

礦物質元素、氨基酸是稻米營養品質的重要指標，與蛋白質關系密切。礦物質元素(Fe、Mn、Cu 和 Zn等)是植物體“基因-酶”的重要組成成分，同時也是植物生理生化反應的關鍵調控因子(Ca、Mg等)[8,9]，其豐缺可能會直接影響蛋白質的合成過程。植物根系是吸收礦物質元素的主要器官，研究發現頭季與再生季根系機能存在顯著差異，而再生季灌漿期以再生根成為向地上部運輸養分的主要根系[10]。這將導致兩茬籽粒中礦質營養積累差異。稻米中氨基酸是蛋白質質量的重要評價指標，也是蛋白質的基本組成單位。同時，稻米中所含人體必需氨基酸的種類所占比例相對比較均衡，各類氨基酸的組成接近理想的蛋白質標準[11]。水稻籽粒中氨基酸的積累可能取決于環境條件，特別是取決于成熟期的環境條件[12,13]。

再生稻是指頭季水稻收割后，再利用稻樁上休眠芽萌發生長成穗而又收割一季的水稻。由于兩茬稻所處生長環境不同，其營養品質、加工品質以及外觀品質等存在顯著差異。再生季稻米相比于頭季稻米蛋白質含量更高，外觀品質更優[14]。加工品質上，杜登科等[15]報道再生季籽粒的出糙率低于頭季稻米，但整精米率和精米率較高。向昌國等[14]研究發現再生季稻米相比于頭季稻米加工品質較低。

關于蛋白質與加工品質、外觀品質的關系已有研究報道，但結論不一，且有關再生季稻米中營養品質的研究，以及其對加工品質、外觀品質的影響報道甚少。因此，本研究分析不同品種再生季稻米中蛋白質含量與礦物質元素、氨基酸含量的關系，并探討蛋白質含量對外觀、加工品質的影響，以期揭示再生稻米品質的形成基礎，并為米質調優提供更多的參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

高產雜交秈稻：隆兩優1307、和兩優1號、隆兩優1308、Y兩優9918；優質雜交秈稻：晶兩優1468、畾優1068、錦兩優華占、隆兩優1206、鑫隆優3號、泰優390，共計10個品種，均屬于低直鏈淀粉含量品種。以湖南農業大學益陽大通湖實驗基地為種植地點，各品種均收取再生季成熟籽粒。

1.2 方法

1.2.1 蛋白質含量的測定

采用凱式定氮法測定蛋白質含量。先測定精米中的氮含量，再乘以換算系數5.95。

1.2.2 外觀品質、加工品質測定

收取待測品種再生季成熟籽粒，風曬至水分約為14%。按NY/T 83—2017《米質測定方法》測定[16]。外觀品質用種子外觀掃描儀掃描，然后用萬深大米外觀分析系統軟件進行測定。出糙率：取一定量稻谷用糙米機除去穎殼，稱計質量 (精確到0.1 g)。稻谷出糙率= (糙米質量/稻谷試樣質量)×100%。精米率：將已稱質量的糙米樣品用精米機處理后稱質量(精確到0.1 g)。精米率= (精米質量/稻谷試樣質量) × 100%。整精米率：用種子外觀掃描儀掃描，然后用萬深大米外觀分析系統軟件進行測定。

1.2.3 礦物質元素含量的測定

用濃硝酸和高氯酸進行消化處理，再用NexION300X電感耦合等離子體質譜儀進行測定。

1.2.4 氨基酸含量的測定

采用酸水解法測定，稱取0.3 g精米粉于具塞試管中，加入10 mL 6 mol/L的鹽酸，110 ℃下酸解23 h。然后將試管中的溶液用超純水定容至25 mL容量瓶，過濾，取1 mL濾液，沸水浴蒸干(用超純水潤洗至不黏稠)，用0.02 mol/L鹽酸潤洗轉移至10 mL容量瓶并定容，濾膜過濾1.5 mL于樣品瓶中，利用Hitachi L-8900全自動氨基酸儀測定。

1.3 數據處理與分析

數據采用Microsoft Excel 2013處理，采用Statistix 8.0數據分析軟件進行顯著性分析(P<0.05)，采用LSD法進行多重比較。每個樣品外觀品質、加工品質平行測3次，其他指標平行測定2次，數值為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 再生季稻米加工、外觀品質比較

畾優1068出糙率和精米率顯著低于其他品種(表1)。Y兩優9918的出糙率和精米率較高，但整精米率顯著低于其他品種。從表1可以看出，各品種的再生季稻米均為長粒形，其中畾優1068和泰優390的的長寬比略高于其他品種，且堊白粒率和堊白度較低，外觀品質達部標二級。Y兩優9918的堊白粒率和堊白度均顯著高于其他品種，外觀品質最差。

表1 不同品種再生稻米加工品質和外觀品質

2.2 再生季稻米中蛋白質與氨基酸含量分析

如圖1所示，不同品種再生季稻米中蛋白質含量差異明顯。畾優1068的蛋白質含量顯著高于其他品種，Y兩優9918的含量顯著低于其他品種。

注：小寫字母表示在0.05水平差異顯著，余同。圖1 不同品種再生季稻米的蛋白質含量

由表2和表3可知，所測再生季稻米中均含有人體所需的7種必需氨基酸，10種非必需氨基酸。必需氨基酸中，畾優1068的纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸以及總必需氨基酸含量均顯著高于其他品種，而蘇氨酸在泰優390中的含量最高。Y兩優9918的異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸和總必需氨基酸均顯著低于其他品種。非必需氨基酸中，泰優390的天冬氨酸含量最高，畾優1068中的其他9種氨基酸含量均顯著高于其他品種。Y兩優9918中的脯氨酸、組氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸和精氨酸6種非必需氨基酸均顯著低于其他品種。

表3 不同品種再生季稻米非必需氨基酸含量/mg/g

表2 不同品種再生季稻米必需氨基酸含量/mg/g

2.3 再生季稻米礦物質元素含量分析

測定不同品種再生季稻米中Cu、Mn、Zn、Fe、Mg和Ca元素的含量，由圖2可知，中量元素Mg和Ca的含量顯著高于其他4種元素。所測樣品中，以畾優1068的礦物質元素含量最高，泰優390的Zn元素含量高于其他品種。

圖2 不同品種再生季稻米的礦物質元素含量

2.4 蛋白質含量與礦物質元素、氨基酸含量以及碾米、外觀品質相關性分析

相關性分析表明蛋白質含量與出糙率、精米率呈顯著負相關，但是與整精米率相關性不顯著。外觀品質上，蛋白質含量與堊白粒率、堊白度顯著負相關，與稻米長寬比顯著正相關。營養品質上， Cu元素與蛋白質含量顯著正相關(圖3)。蛋白質含量與甘氨酸、丙氨酸及脯氨酸呈顯著正相關，與組氨酸、絲氨酸、谷氨酸呈極顯著正相關，其中與絲氨酸、谷氨酸的相關系數分別達0.97和0.98。

注：*表示在P<0.05水平上顯著相關。

3 討論

蛋白質的營養價值取決于各種氨基酸的含量及其相互之間的平衡。賴氨酸可以促進人體生長發育，增強人體的免疫力，在玉米、水稻和小麥等主要的糧食作物中的含量較低，為稻米中的第一限制性必需氨基酸[17]。畾優1068的賴氨酸含量顯著高于其他品種。稻米中賴氨酸含量的表現同時受種子細胞質和母體遺傳效應的影響[18]，所以存在品種差異。同時，畾優1068表現出較高的必需氨基酸含量，表明其營養價值較高。張順等[19]報道必需氨基酸與蛋白質含量呈顯著正相關，本研究中蛋白質含量與必需氨基酸相關性不明顯，而與非必需氨基酸中的脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、組氨酸、絲氨酸、谷氨酸顯著相關。原因可能是結實期較低的氣溫有利于稻米中氨基酸的增加[20]，再生季灌漿期溫度顯著低于頭季，影響稻米中氨基酸的積累。其次，再生對稻米營養品質的影響尚不明確。蛋白質中的清蛋白和球蛋白主要集中在米糠和精糠中，在加工碾磨過程中大部分丟失，精米中的蛋白質主要為谷蛋白和醇溶蛋白，谷蛋白含有較多的賴氨酸、精氨酸及甘氨酸，而醇溶蛋白中富含谷氨酸[21]。

礦物質元素是人體正常生理活動所必需的, 且必須從食物中攝取，體內無法合成。Mg、Ca 和 Fe、Mn、Zn、Cu 等元素作為水稻體內多種酶及其活化劑的組成成分，參與了蛋白質、氨基酸、油脂等物質的代謝過程[22]。精米中的Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn 的含量在不同品種間存在明顯差異[23]。本研究以畾優1068的礦物質元素含量最高。Zn和Cu含量高的品種，通常大米中的蛋白質和氨基酸含量也高[24]。相關性分析發現再生季稻米中Cu元素與蛋白質含量顯著正相關，這可能是由于Cu元素是再生季稻米蛋白質代謝過程中關鍵酶或活化劑的成分，其含量的高低在一定程度會影響蛋白質的代謝過程，Cu元素可能是再生季稻米蛋白質形成的生理基礎。

本研究發現再生季稻米中蛋白質含量與出糙率、精米率負相關。蛋白質含量與碾磨品質的胚乳直接加性方面以負向相關為主，對糙米和精米的質量以及精米率進行正向選擇均會明顯降低稻米蛋白質含量[25]。再生季稻米中蛋白質含量與堊白粒率、堊白度顯著負相關，可能是因為蛋白質填充在淀粉粒間隙中，減少了因淀粉粒填充疏松而形成的堊白。相關性分析表明，蛋白質含量對再生季稻米的粒型也存在顯著影響。

4 結論

各品種再生季稻米的外觀品質、加工品質及營養品質存在顯著差異。其中畾優1068的加工品質較差，外觀品質較好；Y兩優9918的出糙率和精米率較高，外觀品質差。同時，畾優1068的蛋白質、礦物質元素以及氨基酸含量最高，營養品質最好；Y兩優9918則反之。相關性分析顯示蛋白質含量與出糙率、精米率、堊白粒率、堊白度顯著負相關，與Cu元素、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、組氨酸、絲氨酸以及谷氨酸顯著正相關。這表明再生季稻米中Cu元素與甘氨酸、丙氨酸等非必需氨基酸含量對蛋白質質量影響較大；蛋白質含量的增加會降低再生季稻米的加工品質，有利于外觀品質的提高。