再生季稻米蛋白质含量与外观、加工品质及营养品质的关系

旷 娜 唐启源 郑华斌 王慰亲 周 蔚 戴 含

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

水稻是我国最重要的粮食作物之一，全国大约有65%的人口以水稻为主食[1]。稻米中超过90%的干物质是淀粉和蛋白质，是人们能量及营养的主要来源，并且稻米蛋白质的品质优良，生物价、消化率和净利用率均比较高，其含量受基因型与环境的共同作用[2]。加工品质和外观品质作为稻米品质的重要组成部分，对稻米在市场上的价格和销售具有较大影响。评价加工品质的指标主要包括出糙率、精米率和整精米率，其形成主要取决于籽粒的灌浆特性、胚乳结构以及糠层的厚度。外观品质主要由垩白粒率、垩白度、粒形等指标来评价。前人关于蛋白质含量对加工品质的影响研究主要结论为，蛋白质含量与出糙率、精米率和整精米率呈负相关[3]，籼稻中蛋白质含量与加工品质两者之间相关性不明显[4]；蛋白质含量的增加会提高整精米率，但对精米率及出糙率基本无影响[5]。外观品质上，陈能等[6]报道蛋白质含量对稻米的外观品质有负面影响。Chun等[7]研究结果表明垩白米中的蛋白质含量比非垩白米的高。

矿物质元素、氨基酸是稻米营养品质的重要指标，与蛋白质关系密切。矿物质元素(Fe、Mn、Cu 和 Zn等)是植物体“基因-酶”的重要组成成分，同时也是植物生理生化反应的关键调控因子(Ca、Mg等)[8,9]，其丰缺可能会直接影响蛋白质的合成过程。植物根系是吸收矿物质元素的主要器官，研究发现头季与再生季根系机能存在显著差异，而再生季灌浆期以再生根成为向地上部运输养分的主要根系[10]。这将导致两茬籽粒中矿质营养积累差异。稻米中氨基酸是蛋白质质量的重要评价指标，也是蛋白质的基本组成单位。同时，稻米中所含人体必需氨基酸的种类所占比例相对比较均衡，各类氨基酸的组成接近理想的蛋白质标准[11]。水稻籽粒中氨基酸的积累可能取决于环境条件，特别是取决于成熟期的环境条件[12,13]。

再生稻是指头季水稻收割后，再利用稻桩上休眠芽萌发生长成穗而又收割一季的水稻。由于两茬稻所处生长环境不同，其营养品质、加工品质以及外观品质等存在显著差异。再生季稻米相比于头季稻米蛋白质含量更高，外观品质更优[14]。加工品质上，杜登科等[15]报道再生季籽粒的出糙率低于头季稻米，但整精米率和精米率较高。向昌国等[14]研究发现再生季稻米相比于头季稻米加工品质较低。

关于蛋白质与加工品质、外观品质的关系已有研究报道，但结论不一，且有关再生季稻米中营养品质的研究，以及其对加工品质、外观品质的影响报道甚少。因此，本研究分析不同品种再生季稻米中蛋白质含量与矿物质元素、氨基酸含量的关系，并探讨蛋白质含量对外观、加工品质的影响，以期揭示再生稻米品质的形成基础，并为米质调优提供更多的参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

高产杂交籼稻：隆两优1307、和两优1号、隆两优1308、Y两优9918；优质杂交籼稻：晶两优1468、畾优1068、锦两优华占、隆两优1206、鑫隆优3号、泰优390，共计10个品种，均属于低直链淀粉含量品种。以湖南农业大学益阳大通湖实验基地为种植地点，各品种均收取再生季成熟籽粒。

1.2 方法

1.2.1 蛋白质含量的测定

采用凯式定氮法测定蛋白质含量。先测定精米中的氮含量，再乘以换算系数5.95。

1.2.2 外观品质、加工品质测定

收取待测品种再生季成熟籽粒，风晒至水分约为14%。按NY/T 83—2017《米质测定方法》测定[16]。外观品质用种子外观扫描仪扫描，然后用万深大米外观分析系统软件进行测定。出糙率：取一定量稻谷用糙米机除去颖壳，称计质量 (精确到0.1 g)。稻谷出糙率= (糙米质量/稻谷试样质量)×100%。精米率：将已称质量的糙米样品用精米机处理后称质量(精确到0.1 g)。精米率= (精米质量/稻谷试样质量) × 100%。整精米率：用种子外观扫描仪扫描，然后用万深大米外观分析系统软件进行测定。

1.2.3 矿物质元素含量的测定

用浓硝酸和高氯酸进行消化处理，再用NexION300X电感耦合等离子体质谱仪进行测定。

1.2.4 氨基酸含量的测定

采用酸水解法测定，称取0.3 g精米粉于具塞试管中，加入10 mL 6 mol/L的盐酸，110 ℃下酸解23 h。然后将试管中的溶液用超纯水定容至25 mL容量瓶，过滤，取1 mL滤液，沸水浴蒸干(用超纯水润洗至不黏稠)，用0.02 mol/L盐酸润洗转移至10 mL容量瓶并定容，滤膜过滤1.5 mL于样品瓶中，利用Hitachi L-8900全自动氨基酸仪测定。

1.3 数据处理与分析

数据采用Microsoft Excel 2013处理，采用Statistix 8.0数据分析软件进行显著性分析(P<0.05)，采用LSD法进行多重比较。每个样品外观品质、加工品质平行测3次，其他指标平行测定2次，数值为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 再生季稻米加工、外观品质比较

畾优1068出糙率和精米率显著低于其他品种(表1)。Y两优9918的出糙率和精米率较高，但整精米率显著低于其他品种。从表1可以看出，各品种的再生季稻米均为长粒形，其中畾优1068和泰优390的的长宽比略高于其他品种，且垩白粒率和垩白度较低，外观品质达部标二级。Y两优9918的垩白粒率和垩白度均显著高于其他品种，外观品质最差。

表1 不同品种再生稻米加工品质和外观品质

2.2 再生季稻米中蛋白质与氨基酸含量分析

如图1所示，不同品种再生季稻米中蛋白质含量差异明显。畾优1068的蛋白质含量显著高于其他品种，Y两优9918的含量显著低于其他品种。

注：小写字母表示在0.05水平差异显著，余同。图1 不同品种再生季稻米的蛋白质含量

由表2和表3可知，所测再生季稻米中均含有人体所需的7种必需氨基酸，10种非必需氨基酸。必需氨基酸中，畾优1068的缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸以及总必需氨基酸含量均显著高于其他品种，而苏氨酸在泰优390中的含量最高。Y两优9918的异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和总必需氨基酸均显著低于其他品种。非必需氨基酸中，泰优390的天冬氨酸含量最高，畾优1068中的其他9种氨基酸含量均显著高于其他品种。Y两优9918中的脯氨酸、组氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸和精氨酸6种非必需氨基酸均显著低于其他品种。

表3 不同品种再生季稻米非必需氨基酸含量/mg/g

表2 不同品种再生季稻米必需氨基酸含量/mg/g

2.3 再生季稻米矿物质元素含量分析

测定不同品种再生季稻米中Cu、Mn、Zn、Fe、Mg和Ca元素的含量，由图2可知，中量元素Mg和Ca的含量显著高于其他4种元素。所测样品中，以畾优1068的矿物质元素含量最高，泰优390的Zn元素含量高于其他品种。

图2 不同品种再生季稻米的矿物质元素含量

2.4 蛋白质含量与矿物质元素、氨基酸含量以及碾米、外观品质相关性分析

相关性分析表明蛋白质含量与出糙率、精米率呈显著负相关，但是与整精米率相关性不显著。外观品质上，蛋白质含量与垩白粒率、垩白度显著负相关，与稻米长宽比显著正相关。营养品质上， Cu元素与蛋白质含量显著正相关(图3)。蛋白质含量与甘氨酸、丙氨酸及脯氨酸呈显著正相关，与组氨酸、丝氨酸、谷氨酸呈极显著正相关，其中与丝氨酸、谷氨酸的相关系数分别达0.97和0.98。

注：*表示在P<0.05水平上显著相关。

3 讨论

蛋白质的营养价值取决于各种氨基酸的含量及其相互之间的平衡。赖氨酸可以促进人体生长发育，增强人体的免疫力，在玉米、水稻和小麦等主要的粮食作物中的含量较低，为稻米中的第一限制性必需氨基酸[17]。畾优1068的赖氨酸含量显著高于其他品种。稻米中赖氨酸含量的表现同时受种子细胞质和母体遗传效应的影响[18]，所以存在品种差异。同时，畾优1068表现出较高的必需氨基酸含量，表明其营养价值较高。张顺等[19]报道必需氨基酸与蛋白质含量呈显著正相关，本研究中蛋白质含量与必需氨基酸相关性不明显，而与非必需氨基酸中的脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、组氨酸、丝氨酸、谷氨酸显著相关。原因可能是结实期较低的气温有利于稻米中氨基酸的增加[20]，再生季灌浆期温度显著低于头季，影响稻米中氨基酸的积累。其次，再生对稻米营养品质的影响尚不明确。蛋白质中的清蛋白和球蛋白主要集中在米糠和精糠中，在加工碾磨过程中大部分丢失，精米中的蛋白质主要为谷蛋白和醇溶蛋白，谷蛋白含有较多的赖氨酸、精氨酸及甘氨酸，而醇溶蛋白中富含谷氨酸[21]。

矿物质元素是人体正常生理活动所必需的, 且必须从食物中摄取，体内无法合成。Mg、Ca 和 Fe、Mn、Zn、Cu 等元素作为水稻体内多种酶及其活化剂的组成成分，参与了蛋白质、氨基酸、油脂等物质的代谢过程[22]。精米中的Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn 的含量在不同品种间存在明显差异[23]。本研究以畾优1068的矿物质元素含量最高。Zn和Cu含量高的品种，通常大米中的蛋白质和氨基酸含量也高[24]。相关性分析发现再生季稻米中Cu元素与蛋白质含量显著正相关，这可能是由于Cu元素是再生季稻米蛋白质代谢过程中关键酶或活化剂的成分，其含量的高低在一定程度会影响蛋白质的代谢过程，Cu元素可能是再生季稻米蛋白质形成的生理基础。

本研究发现再生季稻米中蛋白质含量与出糙率、精米率负相关。蛋白质含量与碾磨品质的胚乳直接加性方面以负向相关为主，对糙米和精米的质量以及精米率进行正向选择均会明显降低稻米蛋白质含量[25]。再生季稻米中蛋白质含量与垩白粒率、垩白度显著负相关，可能是因为蛋白质填充在淀粉粒间隙中，减少了因淀粉粒填充疏松而形成的垩白。相关性分析表明，蛋白质含量对再生季稻米的粒型也存在显著影响。

4 结论

各品种再生季稻米的外观品质、加工品质及营养品质存在显著差异。其中畾优1068的加工品质较差，外观品质较好；Y两优9918的出糙率和精米率较高，外观品质差。同时，畾优1068的蛋白质、矿物质元素以及氨基酸含量最高，营养品质最好；Y两优9918则反之。相关性分析显示蛋白质含量与出糙率、精米率、垩白粒率、垩白度显著负相关，与Cu元素、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、组氨酸、丝氨酸以及谷氨酸显著正相关。这表明再生季稻米中Cu元素与甘氨酸、丙氨酸等非必需氨基酸含量对蛋白质质量影响较大；蛋白质含量的增加会降低再生季稻米的加工品质，有利于外观品质的提高。