日本寒地北海道稻作极限地带糯米硬化糊化特性和米饭物理特性的年度间地区间差异及其产生因素

丹野 久，平山 裕治

（1.日本水稻品质 ・食味研究会，日本 东京都中央区 104-0033；2.北海道立综合研究机构上川农业试验场，日本 北海道比布 078-0397）

糯米作为加工原料被大量使用。在工厂生产年糕和糕点时，刚捣制后又软又热的年糕通过冷藏硬化后被切割和加工。为了提高生产效率，捣制年糕变硬时间短，即捣制年糕的硬化性（图1，以下省略捣制年糕，简称为“硬化性”）高的糯米很受欢迎。另一方面，捣制年糕以柔软的状态被食用的年糕点心或用糯米粉加水揉制的团子等，制作后需要保持柔软度和长的食味保质期，硬化性低的糯米比较适合。另外，蒸煮的糯米饭或红豆糯米饭等，也有必要保持米饭的柔软度。

图1 流变仪抵抗值（本论文使用的捣制年糕硬化性测定法）与通常使用的弯曲法的弯曲长度之间的关系[1]

即使是同一个品种，灌浆期的气温越低，硬化性就越低[3-4]。北海道的气候在日本最寒冷，灌浆期的气温低，并且北海道的糯稻品种在北海道气温最低的地区种植[5]，因此，以往北海道的糯米作为日本典型的低硬化性原料被利用[6-8]（图 2、图 3）。比如，长期作为北海道糯稻核心品种，目前仍然大面积种植的“天鹅糯米”[9-10]的硬化性要低于被认为是东北南部具有高硬化性代表品种的新泻县“黄金糯米”和被认为是低硬化性代表品种的佐贺县“肥沃糯米”（表 1）。另一方面，近年北海道也培育出了硬化性高的新品种[11-13]。

图2 北海道产和东北以南产糯稻品种及品系的捣制年糕硬化性[1]

图3 北海道糯稻品种的年糕面胚硬化性的年度变化以及与东北以南糯稻品种的比较[1]

表1 北海道产 ｢ 天鹅糯米 ｣以及东北以南的品牌糯米新泻县产 ｢黄金糯米 ｣（捣制年糕的硬化性高），佐佐贺县产 ｢肥沃糯米 ｣（硬化性低）的捣制年糕硬化性的比较[4]

关于影响糯米加工适性的米粉糊化特性（图4），在不同品种之间或同一品种的不同栽培条件之间，糊化开始温度和最高粘度到达温度与硬化性之间呈正的相关关系[3,14-15]，这种关系也被用于实际的育种选拔中[11-13,15]。此外，硬化性与最低粘度，最终粘度以及粘稠度呈正相关，与崩解值呈负的相关关系[16-18]。根据研究结果灌浆期的气温与糊化开始温度，最高粘度到达温度以及粘稠度呈正相关，与崩解值呈负的相关关系[19-21]。

图4 使用快速黏度仪测定米粉水溶液的温度和糊化特性[14]

如上所述，糯米的硬化性和糊化特性在加工利用上很重要，这些特性因地区和年度的灌浆期气温而变动。有必要解明这些年度间和地区间的差异，以稳定糯米的品质。因此，在本试验中，从北海道的六大糯米产区收集了 2000—2003年（在这些年份灌浆期的气温和收成差异很大）生产的糯稻品种“天鹅糯米”[4-5]，解明了硬化性和糊化特性的年度间和地区间差异，阐明了这些差异与抽穗后 40天之间的日平均累计温度以及大米蛋白质含量（以下分别简称“灌浆气温”和“蛋白质”）之间的关系[14]。此外，在灌浆气温有显著差异的1998年和1999年进行的另一项试验中，用质构仪测定了米饭的硬度和粘度等物理特性，阐明了这些物理特性的年度间差异与灌浆气温之间的关系以及蛋白质对这些物理特性的影响[8]。

1 硬化性、抽穗后40天之间的日平均累计气温以及大米蛋白质含量的年度间地区间差异

用流变仪测定的抵抗值来评价硬化性，抵抗值的最小值与最大值之差以及变异系数在年度间分别为140（最小值101～最大值241）g和48.4%，在地区间分别为22（133～155）g和12.9%。年度间之差要比地区间之差大，为6.4倍，年度间的变异系数是地区间的 3.8倍（表 2）。从不同年度的硬化性分布来看，2000年明显比其它三个年度的数值要高（图5）。此外，蛋白质的最小值与最大值之差以及变异系数的年度间与地区间之比分别是1.0和1.3倍，为相同或年度间略大，同时灌浆气温的比值分别是7.7和8.5倍，比年度间要大。

图5 捣制年糕的硬化性在各年度的度数分布

表2 北海道糯米的不同试验年度和地区的糊化特性，捣制年糕硬化性、大米蛋白质含量（蛋白质）以及抽穗后40天之间的日平均累计气温（灌浆气温）[14]

2 糊化特性的年度间地区间差异

糊化特性的年度间的最小值与最大值之差以及变异系数与地区间的相比，崩解值基本相同或年度间稍大，其它都是年度间要大。按照最小值与最大值之差以及变异系数的年度间与地区间之比，将糊化特性从小到大分组。其结果第Ⅰ组为比值最小的崩解值（0.9～1.3倍）和其次小的最高粘度（1.5～1.7倍）。第Ⅱ组为2.9～4.5倍的粘稠度，最终粘度和最低粘度。第 III组为比值最大的糊化开始温度，最高粘度到达温度和最大粘度到达时间（5.0～11.0倍）。第1项所述的硬化性和灌浆气温的这些比值均与第III组相似（表2）。

3 糊化特性、硬化性以及抽穗后40天之间的日平均累计气温之间的相关关系

根据糊化特性之间的相关关系，与第2项一样可以将糊化特性分成三组（表 3）。其结果，第Ⅰ组的最高粘度和崩解值之间的相关系数为年度间r=0.787ns，地区间r=0.986**，年度和地区综合 r= 0.944***（分别为 n=4、6、1 044，以下相同），第Ⅱ组的最低粘度，最终粘度以及粘稠度之间的相关系数分别为 r=1.000***、0.888*～ 0.989***、0.918***～0.987***，第Ⅲ组的糊化开始温度，最高粘度到达温度以及最高粘度到达时间之间的相关系数分别为r=0.998**～1.000***、0.831*～1.000***、0.886***～0.997***。此外，第Ⅱ组和第Ⅲ组之间虽然不像各组内那样明确，但也存在正的相关关系（r=0.966*～0.983*、0.570ns～0.639ns、0.685***～0.795***）。

表3 年度间和地区间的各糊化特性之间的相关关系[14]

在年度间灌浆气温越高，以上第Ⅱ组和第Ⅲ组的糊化特性以及硬化性就越高[3,19-21]（表4，图6），这种关系在第Ⅲ组的特性和硬化性上最为明确。另外，硬化性与第Ⅱ组以及第Ⅲ组的糊化特性之间具有正的相关关系[3,14-18]，这种关系在第Ⅲ组最为明确（图7～9）。另一方面，在地区间这些关系一般来说不明确，正如第1项和第2项所述，这是由于灌浆气温和硬化性、糊化特性的最小值与最大值之差以及变异系数的地区间差异要比年度间要小。

图6 抽穂后40天之间的日平均累计气温与捣制年糕的硬化性之间的关系[14]

图7 快速粘度仪的糊化开始温度与捣制年糕的硬化性之间的关系[14]

图8 快速黏度仪的最高粘度到达温度与捣制年糕的硬化性之间的关系[14]

图9 快速黏度仪的最高粘度到达时间与捣制年糕的硬化性之间的关系

表4 年度间和地区间的抽穗后40天之间的日平均累计气温（灌浆气温），捣制年糕的硬化性以及大米蛋白质含量（蛋白质）与糊化特性之间的相关关系，以及糊化特性的实际测定值和根据灌浆气温的推测值之间的差异与蛋白质之间的相关关系[14]

在本实验中，虽然没有年度间那样明确，在地区间也是灌浆气温越高硬化性就越高。因此，如要生产硬化性高的糯米需要在正常年份灌浆气温就高的地区种植硬化性高的品种，如要生产硬化性低的糯米需要在正常年份灌浆气温就低的地区生产硬化性低的品种[13]。

4 大米蛋白质含量与硬化性、糊化特性之间的相关关系

在与灌浆气温没有相关性的第Ⅰ组的糊化特性中，除了崩解值的年度间有些不明确以外，但在其它糊化特性上年度间和地区间都与蛋白质呈负相关（表4，图10）。另一方面，与灌浆气温在年度间和地区间都有明确正相关性的第Ⅱ组，第Ⅲ组的糊化特性以及硬化性在与蛋白质的相关性上，由于蛋白质与灌浆气温之间具有负的相关关系（年度地区综合，r＝–0.394***，即r2= 0.155，数据数量 1 044），所以有可能受灌浆气温的影响。此外，蛋白质与灌浆气温之间，二次回归的决定系数（年度地区综合，r2=0.184，n= 1 044）大于一次回归的决定系数[5]。因此，使用偏相关系数来阐明这些关系是不合适的。

图10 大米蛋白质含量与快速黏度仪的最高粘度之间的关系

为了解明排除灌浆气温影响后的糊化特性与蛋白质之间的关系，在硬化性和第Ⅱ组，第Ⅲ组的糊化特性上，首先求得它们的实际测定值和从与灌浆气温的线性回归方程得到的推测值之间的差异，然后分析了其差异与蛋白质之间的相关性。其结果，硬化性在年度间和地区间都与蛋白质没有明确的相关关系（表 4）。另一方面，第Ⅲ组的糊化开始温度，最高粘度到达温度以及最高粘度到达时间与硬化性之间有很强的正相关性，与蛋白质之间在地区间以及年度地区综合上没有一定的相关性，只在年度间具有负的相关关系（表4，图 11）。此外，第Ⅱ组的糊化特性与蛋白质之间、在年度间和地区间、还有年度地区综合上都具有负的相关关系（表4，图12）。

图11 快速黏度仪的糊化开始温度的实际测定值和根据抽穂后40天之间的日平均累计气温（灌浆气温）的推测值之间的差异与大米蛋白值含量之间的关系

图12 快速黏度仪的粘稠度实际测定值和根据抽穗后40天之间的日平均累计气温（灌浆气温）的推测值之间的差异与大米蛋白质含量之间的关系

综上所述，蛋白质越高，第Ⅰ组和第Ⅱ组的糊化特性在年度间和地区间，第Ⅲ组的糊化特性只在年度间，其特性值就越低。另一方面，蛋白质与硬化性之间，在年度间和地区间都没有一定的相关性。但是，与硬化性之间具有明确的正相关性的第Ⅲ组的糊化特性，其与蛋白质之间在年度间呈负的相关关系，因此蛋白质对硬化性的影响需要进一步的探讨。

5 抽穗后40天之间的日平均累计气温的相异年份产的米饭物理特性

针对灌浆气温比正常年份高的 1999年以及与正常年份相似的1998年生产的糯米（以下分别称为高温灌浆年产，正常灌浆年产），比较了米饭物理特性的硬度和粘度。高温灌浆年产与正常灌浆年产相比，煮饭后1 h的硬度稍微优越，粘度大幅度优越。5 ℃下储藏24 h后，在硬度上高温灌浆年产比正常灌浆年产稍微大些，与煮饭后1 h相比都有所增大；而在粘度上，5 ℃下储藏24 h后与煮饭后1 h相比，正常灌浆年产基本没有变化，高温灌浆年产大幅度下降。但是，5 ℃下储藏24 h后的高温灌浆年产也比正常灌浆年产在硬度和粘度上都优越（表5，图13）。

表5 北海道糯米抽穂后40日之间的日平均累计气温（灌浆气温）为正常年份（1998年）以及高温年份（1999年）时的米饭物理特性

图13 抽穂后40天之间的日平均累计气温（灌浆气温）为正常年份（1998年）和高温年份（1999年）时的米饭硬度与粘度之间的关系[8]

蛋白质对硬度的影响，正常灌浆年产不是很明确或影响非常小，高温灌浆年产的话，蛋白质越高，煮饭后1 h和5 ℃下储藏24 h后都是硬度稍微上升的趋势。粘度方面，是蛋白质变高，正常灌浆年产稍微变低，高温灌浆年产大幅度下降（图14）。

图14 抽穂后40天之间的日平均累计气温（灌浆气温）为正常年份（1998年）和高温年份（1999年）时的大米蛋白质含量与米饭硬度（H）及粘度（–H）之间的关系

由此，正常灌浆年产的米饭软，粘性和食味差，5 ℃下储藏 24 h后不容易变硬而保持柔软性。反之，高温灌浆年产的米饭粘性强，5 ℃下储藏24 h后变硬，粘性也下降。另外，蛋白质越高，高温灌浆年产就越硬，高温灌浆年产和正常灌浆年产都是粘性和食味下降的趋势[8]。为了避免食味下降，和粳稻一样实施低蛋白大米的栽培方法[22]很重要。

（术语备注：文中的“硬化性”在日本主要用于评价糯米、年糕的回生特性。）