品種及地理位置對糯玉米糊化特性和食味品質影響

韓 晴, 沈 淵, 孫小淋, 況慧云, 王 慧,關 媛, 唐 偲, 樓堅鋒, 王海宏, 鄭洪建

(上海市農業科學院作物育種栽培研究所;CIMMYT-中國特用玉米研究中心;上海特用玉米工程技術研究中心;農業農村部糧油作物種質創新與遺傳改良重點實驗室(部省共建)1,上海 201403)(上海市金山區農業技術推廣中心2,上海 201599)(上海市農業科學院生態環境保護研究所3,上海 201403)(上海壹加壹農業發展有限公司4,上海 201517)(上海市農業技術推廣中心5,上海 201103)

玉米是我國第一大糧食作物,是重要的飼料和工業原料[1,2]。糯玉米起源于我國云貴川一帶,在我國種植歷史悠久,因普通玉米發生基因突變使子粒所含淀粉幾乎全部為支鏈型淀粉[3],主要在乳熟期食用鮮果穗。糯玉米風味獨特,營養豐富,富含膳食纖維、多種維生素、氨基酸等活性物質,具有很高的經濟價值。此外,糯玉米還被廣泛應用在食品、醫藥、紡織、鑄造等行業。我國“十四五”規劃指出,因地制宜發展鮮食玉米,到2025年,鮮食玉米面積穩定在1 333 333 hm2以上,隨著國民經濟的發展,鮮食玉米逐漸成為種植面積較大的非設施蔬菜作物[4]。

鮮食糯玉米品質的好壞是衡量一個品種能否滿足生產需求和市場消費需求的重要指標之一,目前生產上鮮食糯玉米品質評價一般采用“品嘗”的方法,但這種方法容易受品嘗者的性別、年齡、地域等因素的影響,使得品質品嘗結果不夠準確。淀粉糊化特性是評價淀粉理化特性的一個重要指標,可直接準確反映糯玉米品質好壞,最常用的測定方法是快速黏度分析(RVA)。淀粉糊化特性一般受直鏈淀粉含量、直/支鏈淀粉比例、淀粉粒大小和比例、淀粉酶活性及糊化體系中糖分等的影響[5]。目前,關于水稻、小麥、糯玉米等作物的淀粉糊化特性及利用淀粉糊化特征值對品質進行評價和篩選已有研究報道。李淦等[6]對不同區域來源的171份小麥品種(系)面粉糊化特性進行了研究,發現品種對面粉糊化特性值有極顯著影響,并篩選出峰值黏度較高的6份小麥品種(系),這些優異材料可用于小麥品質育種。程玉靜等[7]測定了63份糯玉米種質的淀粉糊化特征值,發現峰值黏度>1 200 RVU、谷值黏度>1 100 RVU、崩解值>120 RVU、峰值時間<6 min的糯玉米有可能具有較優的食味品質。趙春芳等[8]研究認為,米飯黏度與終值黏度、消減值、回復值呈顯著負相關,與崩解值顯著正相關。孔令平等[9]發現,不同玉米品種和播期的淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、回復值、峰值時間、糊化溫度差異顯著,且品種的影響要大于播期。

國內外學者對玉米淀粉糊化特性的影響因素如采收期[10]、施肥方式[11]、高溫[12]等以及淀粉膨脹、晶體、熱力學等理化特性[13-15]做了大量研究,而不同適宜種植區的糯玉米淀粉糊化特性研究及與品質相關性分析的報道不多。本研究以4個適宜種植區[16]即東南區、西南區、黃淮海區和東華北區的198份糯玉米主栽品種為材料,研究糯玉米淀粉糊化特性及其與食味品質的相關關系,以期了解中國不同適宜種植區的糯玉米品質特點旨在為糯玉米品質改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與實驗設計

實驗材料來源于不同適宜種植區的198個糯玉米品種即東南區69個,西南區46個,黃淮海區29個,東華北區54個,其中42個為純糯玉米、156個為甜加糯玉米。實驗于2021年春季在上海市農業科學院莊行綜合實驗站進行,2行區,行長8 m,小區面積4.3 m2,密度60 000株/hm2。實驗地肥力中等,土質屬粉沙黏壤土,前茬油菜。基肥有機無機復合肥375 kg/hm2,開溝條施,栽培管理同大田。

表1 糯玉米種質信息表

每個品種選10個代表性植株,吐絲前套袋,在盛花期同一天自交授粉。于乳熟期摘取套袋果穗,100 ℃殺青20 min后轉為65 ℃烘干至恒重用于淀粉糊化特性測定,鮮果穗用于食味品質測定。

1.2 測定方法

1.2.1 淀粉的分離

淀粉分離參照陸大雷等[16]的方法。將100 g籽粒洗凈后放于250 mL燒杯中,加純凈水浸泡24 h過夜,用粉碎機打碎,過100目篩子,漿水轉入250 mL燒杯中,靜置3 h,然后將沉淀倒進50 mL離心管中,3 500×g離心 15 min后去除上面雜質,重復3次,加入無水乙醇,振蕩 5 min 后3 500×g離心15 min,重復3 次,除去淀粉中水分;脫水淀粉加過量無水乙醚,振蕩5 min 后3 500×g離心15 min,重復 3 次,除去淀粉中脂肪,即得淀粉。淀粉于40 ℃烘箱烘干后用于糊化特性分析。

1.2.2 糊化特性的測定

淀粉糊化特性采用RVA(Rapid Visco Analyzer, Model 3D)測定,并用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套軟件分析。稱取2 g淀粉,加23 g超純水,配制質量分數為8%的淀粉糊。峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復值、峰值時間和糊化溫度的測定方法參照Chang等[17]的方法。

1.2.3 食味品質的測定

食味品質測定按照農業農村部頒布的糯玉米行業標準(NY/T 524—2002)進行鑒定和評價,糯玉米最佳采收期為授粉后24 d,評價人員固定5人,為上海鮮食甜、糯玉米品種實驗品質檢測人員,均在同一條件下進行品嘗測定。

表2 糯玉米食味品質測定標準分值

1.3 數據分析

利用Microsoft Excel2007、 SPSS 19.0對數據進行整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 品種糊化特性分析

從表3得知,除糊化時間和糊化溫度外,其他糊化參數的變異系數均超過10%。其中崩解值的變異系數最大,達20.12%。198個參試材料的7個糊化參數差異達極顯著,說明品種對糊化參數的影響最大。由表4可知,峰值黏度、崩解值、終值黏度、回復值顯著性水平P值均大于0.05,參試材料的糊化特征值基本呈正態分布(圖1),說明參試材料可用作首選種質用于選育優質糯玉米品種。其中,80%的材料峰值黏度集中在2 300～3 000 cP,超過3 000 cP有16個品種。74%的材料崩解值集中在400～1 200 cP,超過1 400 cP有4個品種,小于400 cP 有18個。78%的材料終值黏度集中在2 650～3 600 cP,超過3 600 cP有20個品種,小于1 300 cP 有4個品種。68%的材料回復值集中在1 350～1 600 cP,超過1 600 cP有32個品種,小于700 cP有8個品種。

圖1 198個糯玉米品種糊化特征值分布圖

表3 198個糯玉米淀粉糊化特性值比較

表4 198個糯玉米的糊化特性值正態性檢驗

2.2 糊化特征值的相關性

由表5可知,大部分糯玉米淀粉糊化特征值間存在顯著或極顯著相關。其中,峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復值間為極顯著正相關,而與糊化時間、糊化溫度呈極顯著負相關,說明黏性較高的品種,其淀粉穩定性也高且需要的糊化溫度較低、糊化時間較短。糊化時間與糊化溫度間呈極顯著正相關,說明糯玉米淀粉糊化所需的糊化溫度越高時,其糊化時間也就越長。另外,回復值與糊化時間、糊化溫度相關性不明顯。

表5 糯玉米糊化特征值的相關性分析

2.3 適宜種植區糊化特性分析

根據198份糯玉米種質的育成地等信息將它們劃分到相應種植區,分析種植區間的淀粉糊化特性(表6)。不同糊化特征值在不同適宜種植區糯玉米間的差異程度不同,其中東南區的峰值黏度、谷值黏度、終值黏度最高,而西南區的谷值黏度、終值黏度、回復值和糊化時間最低。東南區的峰值黏度顯著高于東華北區,其谷值黏度、終值黏度則顯著高于西南區。西南區的崩解值顯著高于東南區、黃淮海,而糊化溫度顯著高于北方區。東華北區的回復值最高,且顯著高于西南區。黃淮海區的糊化時間最高,且顯著高于西南區,而西南區的糊化溫度最高,顯著高于東華北區。

表6 不同適宜種植區糯玉米糊化特性值的比較

2.4 適宜種植區品質分析

糯玉米食味品質主要對感官品質、氣味風味品質、色澤、糯性、柔嫩性等指標進行評定,是一個綜合指標[7]。分析198份糯玉米在4個適宜種植區的食味品質(表7),東南區的食味品質總評分最高,為86.8分,顯著高于西南區、黃淮海區和東華北區,而西南區、黃淮海區、東華北區間差異不顯著。可見,不同適宜種植區食味品質比較,東南區要優于西南區、黃淮海區和東華北區。

表7 不同種植區糯玉米食味品質指標

2.5 糊化特征值與品質的相關性

由表8可知,除感官品質外,峰值黏度、谷值黏度、崩解值和終值黏度與食味品質各指標呈極顯著正相關;回復值與食味品質間均呈極顯著負相關。糊化時間與感官品質、糯性呈負相關,而與其他指標呈正相關;糊化溫度與感官品質、色澤和氣味風味呈負相關,而與其他指標間呈正相關。峰值黏度、谷值黏度、崩解值和終值黏度與總分為極顯著正相關,而回復值與總分為極顯著負相關。說明食味品質較好的糯玉米其峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度較高,而回復值則較低。

3 討論

3.1 不同種植區糯玉米品質性狀差異分析

2008年全國農業技術推廣服務中心品種管理處對鮮食玉米區試進行改革,將我國鮮食糯玉米劃分為4個種植區[18],從不同適宜種植區的角度分析能夠較好地了解我國糯玉米品種的品質地域特點。本文通過比較4個適宜種植區的糊化特征值和食味品質發現,東南區的峰值黏度、谷值黏度、終值黏度要高于其他區,且食味品質得分最高,說明該區品種淀粉的持水能力和膨脹能力比較強且食味品質較好,可能是由于該區一直以來是鮮食糯玉米重要的研發基地,是我國較早開展鮮食糯玉米育種科研和生產應用的地區,再加上近些年選育方向逐漸從產量轉向口感品質,使得該種植區的糯玉米育種種質受到一定的選擇重點轉向品質特別是食味品質育種方向。史亞興等[19]研究發現,杭嘉湖等東南區的糯玉米品種特點為品質較好,而滇、黔、川等西南地區和北方地區的品種則耐隱蔽、產量高和植株高大等。陸大雷等[16]通過對948份國家鮮食糯玉米區試品種(組合)的品質研究也發現,東南區的品嘗品質要優于其他種植區。

3.2 糯玉米糊化特性分析

種質資源是玉米品種選育的前提,收集種質資源、科學評價和鑒定種質對糯玉米品種選育與改良具有重要意義[19]。糯玉米主要以鮮食為主,品質是衡量糯玉米種質經濟價值的重要指標,糯玉米品質一般采用淀粉品質和食用品質的衡量標準。本研究對收集到的198份糯玉米種質進行淀粉品質和食用品質分析,涵蓋了糯玉米4個適宜種植區即東南區、西南區、黃淮海區和東華北區的主栽品種,較全面反應我國糯玉米品質特點,在一定程度上可以反映我國現階段糯玉米育種特點和水平。通過比較198份糯玉米種質的淀粉糊化特性發現,除峰值時間和糊化溫度外,峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復值的變異系數在10%以上,同王慧等[20]糯玉米主栽品種的研究結果相比,研究供試材料在變異系數有所提高,說明近年來隨著我國玉米育種手段和雜優模式的不斷創新,我國糯玉米遺傳基礎得以擴寬,遺傳變異不斷豐富。糯玉米淀粉的性質因品種不同而有所差異,所以不同糯玉米淀粉糊化特性也存在顯著差異。本研究發現198份糯玉米種質的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復值、峰值時間和糊化溫度等糊化特征值差異達極顯著水平。孔令平等[9]和陸大雷等[15]研究也發現不同玉米品種間峰值黏度、谷值黏度、崩解值等差異顯著。說明糊化特征值主要受品種基因型影響,這可能是由于不同品種的淀粉分子長度和淀粉粒結晶類型存在差異,進而影響淀粉的糊化特征值。

3.3 糊化特性與品質的相互關系

玉米的品質是決定其價格和市場接受度的重要因素之一[21]。品質通常用淀粉的糊化特性指標來衡量。分析玉米淀粉糊化特性與品質的相互關系,對揭示玉米品質的形成機理、科學地制定育種策略,提高玉米育種水平具有重要意義。目前,淀粉特性在作物品質研究中越來越受到重視,尤其是淀粉糊化特性,因其具有快速、簡單、準確、重復性好[7]等特點被廣泛應用在如小麥[22]、水稻[8]等作物品質研究。侯夫云等[23]以山東3個甘薯品種,通過比較它們的終值黏度、回復值,篩選出食味品質最優的甘薯品種,最終篩選出適合粉條加工甘薯品種。曠娜等[24]研究表明,再生季稻米糊化溫度越低、糊化時峰值黏度越大、崩解值越大、最終膠黏度越小、消減值越小、起始糊化溫度越低,其蒸煮食味品質越好。程玉靜等[6]分析了63份糯玉米淀粉RVA 譜各特征值與食味品質間的關系,通過峰值黏度、谷值黏度、崩解值、峰值時間篩選出食味品質較優的的糯玉米。本研究發現峰值黏度、谷值黏度和崩解值與糯玉米食味品質總分呈正相關,這3個糊化特性值越高,食味品質越好,它們可用于評價糯玉米食味品質優劣,快速篩選糯玉米優質品種,其中崩解值是評價糯玉米品質好壞最重要的指標。這可能是因為不同作物種類及同一作物種類不同品種導致用于評價食用品質的淀粉糊化特征值也不同。

4 結論

4個適宜種植區198份糯玉米品種淀粉糊化特性存在顯著差異。東南區的峰值黏度、谷值黏度、終值黏度最高,表明其具有較好的食味品質,食味品質總評分優于西南區、黃淮海區和東華北區,為86.8分。相關性分析表明淀粉糊化特性與食味品質關系密切。結果表明,糯玉米品種的糊化特性因品種不同而存在差異,這可能是由不同品種的淀粉分子長度和淀粉粒結晶類型存在差異,導致品種淀粉糊化特性的差異。