施镁对不同食味粳稻品种的品质影响

王永兵，程海涛，马兆惠，吕文彦

（1.甘肃亚盛农业研究院有限公司，甘肃 兰州 730000；2.沈阳农业大学 农学院，辽宁 沈阳 110161）

早在1939 年德国科学家就发现了镁对植物生长的必要性。水稻缺镁表现为，起初叶脉间失绿、下部老叶黄化，之后老叶在叶枕处折断［1］。我国对镁及镁营养的有关研究最早始于20 世纪60 年代，主要报道了南方红壤地区土壤镁状况调查和镁肥肥效的研究，研究表明，缺镁会显著影响植物的光合作用［2-5］。针对稻米品质，相关研究发现，施镁肥可降低水稻垩白粒率和垩白度［6-7］，提高稻米镁含量以及稻米RVA 谱特征值中的最高黏度、崩解值和热浆黏度，使得最终黏度、回复值及消减值降低［8］。此外，随着施镁量的增加，米饭食味值评分也增加，但当镁肥施用量大于240 kg/hm2时，米饭食味值评分出现降低、蛋白质含量增加的现象［9］，可见镁肥施用过量会降低稻米品质。综上，国内有关镁营养对水稻加工品质、淀粉粘滞特征值的影响已经有所开展，但研究结果存在品种间差异，对不同直链淀粉含量品种间施镁影响的差异研究，及其对稻米可溶性糖等影响适口性逞味物质及营养成分的研究较少［10］，因此，本试验选择代表性材料，针对上述问题开展了研究，为水稻优质生产提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与田间设计

1.1.1 试验材料 采用‘彦粳软玉1 号’（低直链淀粉含量软米品种）‘秋田小町’（日本优良食味品种）‘辽星1 号’（一般高产品种）3 个品种为供试材料。

1.1.2 田间设计 试验于2017 年在沈阳农业大学南试验地水田展开，试验地基本情况为：碱解氮65.70 mg/kg、有效磷13.59 mg/kg、速效钾120.40 mg/kg、 交换态镁0.43 g/kg、有机质25.63 g/kg、土壤pH 5.53、电导率（5:1）274.70、电导率（2.5:1）294.70。 4 月中旬播种，5 月下旬插秧。采用裂区设计，以镁处理为主区，品种为副区，重复3 次。行株距为 30 cm×13.3 cm，每穴2 株苗。各主区用聚乙烯分隔板隔开，以防肥水混串，中间留过道40 cm。小区长6 m，宽1.5 m，种5 行。整个大区周围设保护行。矿质镁用MgSO4·7H2O 作基肥一次性施入，按MgO 计分别为0、90、180、270 kg/hm2，并分别记为Mg0、Mg1、Mg2、Mg3，施用方法为每小区拌1 kg土均匀撒施，试验田基肥养分含量为N-P2O5- K2O：13-17-15（富友通用复合肥），用量为750 kg/hm2［10］。

1.2 性状测定

1.2.1 加工品质的测定 通过SY88-TH 试验型砻谷机和Yamamoto 试验精米机先后碾磨，测定糙米率、精米率和整精米率。

1.2.2 外观品质的测定 通过上海MICROTEK 公司生产的ScanMaker i800 Plus 彩色平台扫描仪配套ScanWizard 软件测定，测定整精米的垩白粒率和垩白度。

1.2.3 米饭食味的测定 将糙米用山本制造所Vp-32 立式精米机控制碾磨精度（90±1）%碾精，碾精后用Satake 米饭食味计测定食味。

1.2.4 直链淀粉含量的测定 用UV-2450 紫外分光光度计参照《ISO 6647-2:2007 直链淀粉含量测定方法》在720 nm 可见光波长下测定吸光度值，由中国水稻研究所提供高、中、低、糯一套直链淀粉含量标样。

1.2.5 蛋白质含量的测定 利用FOSS Kjeltec 840全自动凯氏定氮仪进行测定，样品采取平行双样法测量以降低试验误差，测得氮含量乘以5.95 转换成蛋白质含量。

1.2.6 可溶性糖含量测定 方法参照《GB 5009.8-2006 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》。

仪器：超高效液相色谱仪（Waters Acquity. H-Class uplc）。 色谱条件， 色谱柱：ACQUITYUPLC ®CSHTMC18（2.1×50 mm，1.7 μm）；流动相：乙腈溶液+水=75+25（体积比）；流动相流速： 0.4 mL/min；柱温：40 ℃；进样量：2 μL。ELSD 参数：漂移管温度 55 ℃，氮气压力 30 psi，喷雾器 30 ℃，增益500［10］。

1.2.7 淀粉粘滞特性（RVA 谱特征值）的测定 将精米磨成80 目米粉，采用瑞典Perten 公司生产的快速粘度分析仪RVA-TecMaster 及TCW(ThermalCycle for Windows)配套软件进行分析，测定方法参照国际谷物科学与技术协会的标准方法(ICC Standard No.162)。

1.2.8 数据分析 采用Microsoft Excel 2007 应用程序结合DPS 15.10 数据处理系统进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 加工品质和外观品质变异

表1 结果显示，镁处理显著影响3 种材料水稻的糙米率和精米率，且镁与品种的互作效应显著影响其精米率，不同品种间的糙米率、垩白粒率表现为极显著差异，整精米率和垩白度表现为显著差异。

图1 多重比较分析发现，Mg2（180 kg/hm2MgO）处理相比对照显著提高了‘秋田小町’的糙米率和精米率，平均提高幅度为1.03%和3.15%。 Mg1 (90 kg/hm2MgO)显著提高了‘辽星1 号’的糙米率和精米率，平均提高幅度分别为1.00%和2.37%。Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）相比对照均显著提高了‘辽星1 号’的精米率，其中Mg2（180 kg/hm2MgO）提高了2.52%，Mg3（270 kg/hm2MgO）提高了3.00%。同时也发现镁处理对软米材料‘彦粳软玉1 号’的糙米率、精米率和整精米率影响不显著，这可能与软米材料品种本身的特性有关（P＜0.05）。

表1 镁处理对水稻加工品质和外观品质的影响Table 1 Effect of magnesium treatments on processing quality and appearance quality of rice

图1 镁处理对水稻糙米率A 和精米率B 的影响Fig.1 Effect of magnesium treatments on brown rice rate A and milled rice rate B

2.2 蛋白质含量、直链淀粉含量、可溶性糖含量变异

可溶性糖含量是评价稻米品质的重要指标之一。本研究发现，镁主要显著影响可溶性糖含量中的蔗糖含量，而对蛋白质含量、直链淀粉含量、葡萄糖含量影响不显著。此外，不同品种间的蔗糖含量、蛋白质含量和直链淀粉含量存在极显著差异（表2）。

图2 分析发现，镁对不同品种蔗糖含量的影响效应不同，施镁显著提高了‘彦粳软玉1 号’的蔗糖含量，平均分别比对照提高66.2%、67.0%、93.7%，其中Mg3（270 kg/hm2MgO）处理效果最好。镁处理对其他两个品种蔗糖含量影响不显著，但是对于拥有低直链淀粉含量特性的软米品种，施镁有助于其蔗糖含量的提高（P＜0.05）。

表2 镁处理对水稻蛋白质含量、直链淀粉含量、 可溶性糖含量的影响Table 2 Effects of magnesium treatments on protein content, amylose content and soluble sugar content of rice

图2 施镁对水稻蔗糖含量的影响Fig.2 Effect of magnesium application on sucrose content on rice

2.3 蒸煮食味品质变异

本试验采用日本佐竹公司生产的米饭食味计测定米饭食味值，满分以100 分计，检测线为日本粳稻。结果发现，施镁极显著影响了米饭食味计参数值中的黏度、平衡度和食味值，显著影响了外观和硬度，不同品种间的米饭外观、硬度、黏度、平衡度、食味值存在极显著差异（表3）。

表3 镁处理对水稻食味计参数值的影响Table 3 The effect of magnesium treatments on rice taste parameters

图3、图4 对比发现，经过Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）处理均显著提高了‘秋田小町’和‘辽星1 号’米饭食味计参数值中的外观、黏度、平衡度和食味值，降低了米饭硬度，但是镁处理对软米品种‘彦粳软玉1 号’米饭食味计参数值影响不显著。其中Mg2（180 kg/hm2MgO）对改善‘辽星1 号’的蒸煮食味品质最有利，使其食味值增加8.97%。Mg3 对改善‘秋田小町’的蒸煮食味品质最有利，使其食味值增加6.65%。总的来看对于直链淀粉含量较高的‘秋田小町’和‘辽星1 号’，镁处理一定程度上改善了米饭的适口性 （P＜0.05）。

图3 镁处理对米饭外观、硬度、黏度、平衡度和食味值的影响Fig.3 Effect of magnesium treatment on appearance, hardness, viscosity, stability of rice

图4 镁处理对米饭食味值的影响Fig.4 Effect of magnesium treatment on taste value of rice

2.4 镁处理对淀粉粘滞特性（RVA 谱）特征值的影响

方差分析结果显示（表4），镁处理显著影响了淀粉粘滞特性（RVA 谱）特征值中的最高粘度和最低粘度，而对崩解值、冷胶粘度、削减值、峰值时间和糊化温度影响不显著，不同品种间的淀粉粘滞特性（RVA 谱）特征值存在极显著差异。

图5 比较分析结果发现，Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）处理显著提高了‘秋田小町’的最高粘度和最低粘度，Mg3 处理效果最佳，最高粘度和最低粘度分别提高4.80%和9.02%。Mg3（270 kg/hm2MgO）显著提高了‘彦粳软玉1号’的最高粘度，增幅为3.36%。Mg1（90 kg/hm2MgO）显著提高了‘秋田小町’的最高黏度和‘辽星1 号’的最低粘度，增幅分别为3.30%和4.53%。总的来看，镁对不同品种淀粉RVA 谱特征值中的最高粘度和最低粘度影响效应不同，但都表现为提高的作用（P＜0.05）。

表4 镁处理对淀粉粘滞特性（RVA 谱）特征值的影响Table 4 Effect of magnesium treatments on characteristic value of starch viscosity（RVA spectrum）

图5 比较分析结果发现，Mg2（180 kg/hm2MgO）、 Mg3（270 kg/hm2MgO）处理显著提高了‘秋田小町’的最高粘度和最低粘度，Mg3 处理效果最佳，最高粘度和最低粘度分别提高4.80%和9.02%。Mg3（270 kg/hm2MgO）显著提高了‘彦粳软玉1号’的最高粘度，增幅为3.36%。Mg1（90 kg/hm2MgO）显著提高了‘秋田小町’的最高黏度和‘辽星1 号’的最低粘度，增幅分别为3.30%和4.53%。总的来看，镁对不同品种淀粉RVA 谱特征值中的最高粘度和最低粘度影响效应不同，但都表现为提高的作用（P＜0.05）。

图5 镁处理对最高粘度A 和最低粘度B 的影响Fig.5 Effect of magnesium treatment on peak viscosity and trough viscosity

3 讨论

3.1 加工品质和外观品质分析

李金峰等［11］通过对多个品种试验发现，当前期施氮70%时，适当施镁肥可以提高水稻的整精米率。孔宇等［12］研究表明，适当施用Si、Mg 能够提高水稻糙米率、精米率等外观品质指标。杨文祥［8］、张坚勇［7］等研究表明镁肥能够降低水稻垩白粒率和垩白度。本研究也发现，镁处理显著影响3 种材料水稻的糙米率和精米率，对垩白粒率和垩白度影响不显著，进一步比较分析发现Mg1（90 kg/hm2MgO）相比对照显著提高了‘辽星1 号’的糙米率和精米率，Mg2（180 kg/hm2MgO）处理相比对照显著提高了‘秋田小町’的糙米率和精米率，但是镁处理对软米材料‘彦粳软玉1 号’的糙米率、精米率和整精米率影响均不显著，这可能与软米材料品种本身的特性有关，也说明针对不同品种，合理选择施镁量是有助于其加工品质改善的。

3.2 施镁对软米品种营养改善具有明显效应

镁是作物生长发育的必需元素，是叶绿素分子的中心原子，是植物体内多种酶的活化剂，在光合作用中起着重要的作用，镁还能促进蛋白质的合成。而可溶性糖含量是影响稻米食味品质的一个重要指标，其形成与积累与光合作用息息相关。据报道，水稻外层的可溶性糖是影响其甜味的主要成分［13］，水稻食味品质的改善很可能是通过光合作用调节糖、淀粉的积累和转运进而间接影响水稻食味。本研究发现，镁对不同品种可溶性糖的影响效应也不同，对于拥有较低直链淀粉含量的软米材料，镁处理平均分别比对照提高66.2%、67.0%、93.7%的蔗糖含量。其中Mg3（270 kg/hm2MgO）处理效果最好，可见施镁有助于提高软米品种甜味成分中的蔗糖含量，本研究中品种间的蛋白质含量、直链淀粉含量存在明显差异，而施镁对两个性状没有明显差异，因此未来仍需要对不同品种类型间的性状差异及其相关机制进行广泛研究。

3.3 施镁对蒸煮食味品质影响分析

日本诸多学者认为Mg 及Mg/K 比值对稻米的品质尤其是食味品质影响很大［14-15］。杨文祥［8］等研究表明，随着镁浓度的增大，米饭的黏度、平衡度和综合食味值增大，本研究也发现，经过Mg2（180 kg/hm2MgO）、Mg3（270 kg/hm2MgO）处理均显著提高了‘秋田小町’和‘辽星1 号’米饭食味计参数值中的外观、黏度、平衡度和食味值，降低了米饭硬度，但是镁处理对软米品种‘彦粳软玉1 号’米饭食味计参数值影响不显著。总的来看，对于直链淀粉含量较高的‘秋田小町’和‘辽星1 号’，镁处理一定程度上改善了米饭的适口性。

3.4 淀粉粘滞特性（RVA 谱）特征值分析

水稻适口性表示人类在食用米饭时的感官感受，在影响水稻适口性的诸多因素中，淀粉的黏弹性是评价米饭适口性的重要指标［16］。研究显示，淀粉的黏弹性可利用快速粘度分析仪（RVA）加以评价，其峰值粘度、最低粘度、崩解值、最终粘性和回冷值等参数基本反映了淀粉在蒸煮，糊化过程的粘度变化。RVA 谱特征值是评价水稻适口性、蒸煮和加工品质特征的重要指标，优良适口性品种具有高崩解值、低回冷值和最终粘度的特点，相反则适口性较差［17-19］。杨文祥等［7］试验结果表明，施镁肥提高了稻米RVA 谱特征值中的最高黏度、热浆黏度和崩解值，降低了回复值、消减值和最终黏度。本研究发现Mg3（270 kg/hm2MgO）处理显著提高了‘秋田小町’和‘彦粳软玉1 号’的最高粘度，这与前人的研究结果基本相似，但是对于不同品种的影响效应不同。

4 结论

对于直链淀粉含量偏高的‘秋田小町’和‘辽星1 号’，合理选择施镁量有助于提高其糙米率和精米率，改善米饭的外观、黏度、平衡度和食味值，降低米饭硬度。而对于较低直链淀粉含量的软米品种，施镁有助于提高蔗糖含量。