品种及地理位置对糯玉米糊化特性和食味品质影响

韩 晴, 沈 渊, 孙小淋, 况慧云, 王 慧,关 媛, 唐 偲, 楼坚锋, 王海宏, 郑洪建

(上海市农业科学院作物育种栽培研究所;CIMMYT-中国特用玉米研究中心;上海特用玉米工程技术研究中心;农业农村部粮油作物种质创新与遗传改良重点实验室(部省共建)1,上海 201403)(上海市金山区农业技术推广中心2,上海 201599)(上海市农业科学院生态环境保护研究所3,上海 201403)(上海壹加壹农业发展有限公司4,上海 201517)(上海市农业技术推广中心5,上海 201103)

玉米是我国第一大粮食作物,是重要的饲料和工业原料[1,2]。糯玉米起源于我国云贵川一带,在我国种植历史悠久,因普通玉米发生基因突变使子粒所含淀粉几乎全部为支链型淀粉[3],主要在乳熟期食用鲜果穗。糯玉米风味独特,营养丰富,富含膳食纤维、多种维生素、氨基酸等活性物质,具有很高的经济价值。此外,糯玉米还被广泛应用在食品、医药、纺织、铸造等行业。我国“十四五”规划指出,因地制宜发展鲜食玉米,到2025年,鲜食玉米面积稳定在1 333 333 hm2以上,随着国民经济的发展,鲜食玉米逐渐成为种植面积较大的非设施蔬菜作物[4]。

鲜食糯玉米品质的好坏是衡量一个品种能否满足生产需求和市场消费需求的重要指标之一,目前生产上鲜食糯玉米品质评价一般采用“品尝”的方法,但这种方法容易受品尝者的性别、年龄、地域等因素的影响,使得品质品尝结果不够准确。淀粉糊化特性是评价淀粉理化特性的一个重要指标,可直接准确反映糯玉米品质好坏,最常用的测定方法是快速黏度分析(RVA)。淀粉糊化特性一般受直链淀粉含量、直/支链淀粉比例、淀粉粒大小和比例、淀粉酶活性及糊化体系中糖分等的影响[5]。目前,关于水稻、小麦、糯玉米等作物的淀粉糊化特性及利用淀粉糊化特征值对品质进行评价和筛选已有研究报道。李淦等[6]对不同区域来源的171份小麦品种(系)面粉糊化特性进行了研究,发现品种对面粉糊化特性值有极显著影响,并筛选出峰值黏度较高的6份小麦品种(系),这些优异材料可用于小麦品质育种。程玉静等[7]测定了63份糯玉米种质的淀粉糊化特征值,发现峰值黏度>1 200 RVU、谷值黏度>1 100 RVU、崩解值>120 RVU、峰值时间<6 min的糯玉米有可能具有较优的食味品质。赵春芳等[8]研究认为,米饭黏度与终值黏度、消减值、回复值呈显著负相关,与崩解值显著正相关。孔令平等[9]发现,不同玉米品种和播期的淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、回复值、峰值时间、糊化温度差异显著,且品种的影响要大于播期。

国内外学者对玉米淀粉糊化特性的影响因素如采收期[10]、施肥方式[11]、高温[12]等以及淀粉膨胀、晶体、热力学等理化特性[13-15]做了大量研究,而不同适宜种植区的糯玉米淀粉糊化特性研究及与品质相关性分析的报道不多。本研究以4个适宜种植区[16]即东南区、西南区、黄淮海区和东华北区的198份糯玉米主栽品种为材料,研究糯玉米淀粉糊化特性及其与食味品质的相关关系,以期了解中国不同适宜种植区的糯玉米品质特点旨在为糯玉米品质改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料与实验设计

实验材料来源于不同适宜种植区的198个糯玉米品种即东南区69个,西南区46个,黄淮海区29个,东华北区54个,其中42个为纯糯玉米、156个为甜加糯玉米。实验于2021年春季在上海市农业科学院庄行综合实验站进行,2行区,行长8 m,小区面积4.3 m2,密度60 000株/hm2。实验地肥力中等,土质属粉沙黏壤土,前茬油菜。基肥有机无机复合肥375 kg/hm2,开沟条施,栽培管理同大田。

表1 糯玉米种质信息表

每个品种选10个代表性植株,吐丝前套袋,在盛花期同一天自交授粉。于乳熟期摘取套袋果穗,100 ℃杀青20 min后转为65 ℃烘干至恒重用于淀粉糊化特性测定,鲜果穗用于食味品质测定。

1.2 测定方法

1.2.1 淀粉的分离

淀粉分离参照陆大雷等[16]的方法。将100 g籽粒洗净后放于250 mL烧杯中,加纯净水浸泡24 h过夜,用粉碎机打碎,过100目筛子,浆水转入250 mL烧杯中,静置3 h,然后将沉淀倒进50 mL离心管中,3 500×g离心 15 min后去除上面杂质,重复3次,加入无水乙醇,振荡 5 min 后3 500×g离心15 min,重复3 次,除去淀粉中水分;脱水淀粉加过量无水乙醚,振荡5 min 后3 500×g离心15 min,重复 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 糊化特性的测定

淀粉糊化特性采用RVA(Rapid Visco Analyzer, Model 3D)测定,并用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套软件分析。称取2 g淀粉,加23 g超纯水,配制质量分数为8%的淀粉糊。峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回复值、峰值时间和糊化温度的测定方法参照Chang等[17]的方法。

1.2.3 食味品质的测定

食味品质测定按照农业农村部颁布的糯玉米行业标准(NY/T 524—2002)进行鉴定和评价,糯玉米最佳采收期为授粉后24 d,评价人员固定5人,为上海鲜食甜、糯玉米品种实验品质检测人员,均在同一条件下进行品尝测定。

表2 糯玉米食味品质测定标准分值

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel2007、 SPSS 19.0对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 品种糊化特性分析

从表3得知,除糊化时间和糊化温度外,其他糊化参数的变异系数均超过10%。其中崩解值的变异系数最大,达20.12%。198个参试材料的7个糊化参数差异达极显著,说明品种对糊化参数的影响最大。由表4可知,峰值黏度、崩解值、终值黏度、回复值显著性水平P值均大于0.05,参试材料的糊化特征值基本呈正态分布(图1),说明参试材料可用作首选种质用于选育优质糯玉米品种。其中,80%的材料峰值黏度集中在2 300～3 000 cP,超过3 000 cP有16个品种。74%的材料崩解值集中在400～1 200 cP,超过1 400 cP有4个品种,小于400 cP 有18个。78%的材料终值黏度集中在2 650～3 600 cP,超过3 600 cP有20个品种,小于1 300 cP 有4个品种。68%的材料回复值集中在1 350～1 600 cP,超过1 600 cP有32个品种,小于700 cP有8个品种。

图1 198个糯玉米品种糊化特征值分布图

表3 198个糯玉米淀粉糊化特性值比较

表4 198个糯玉米的糊化特性值正态性检验

2.2 糊化特征值的相关性

由表5可知,大部分糯玉米淀粉糊化特征值间存在显著或极显著相关。其中,峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回复值间为极显著正相关,而与糊化时间、糊化温度呈极显著负相关,说明黏性较高的品种,其淀粉稳定性也高且需要的糊化温度较低、糊化时间较短。糊化时间与糊化温度间呈极显著正相关,说明糯玉米淀粉糊化所需的糊化温度越高时,其糊化时间也就越长。另外,回复值与糊化时间、糊化温度相关性不明显。

表5 糯玉米糊化特征值的相关性分析

2.3 适宜种植区糊化特性分析

根据198份糯玉米种质的育成地等信息将它们划分到相应种植区,分析种植区间的淀粉糊化特性(表6)。不同糊化特征值在不同适宜种植区糯玉米间的差异程度不同,其中东南区的峰值黏度、谷值黏度、终值黏度最高,而西南区的谷值黏度、终值黏度、回复值和糊化时间最低。东南区的峰值黏度显著高于东华北区,其谷值黏度、终值黏度则显著高于西南区。西南区的崩解值显著高于东南区、黄淮海,而糊化温度显著高于北方区。东华北区的回复值最高,且显著高于西南区。黄淮海区的糊化时间最高,且显著高于西南区,而西南区的糊化温度最高,显著高于东华北区。

表6 不同适宜种植区糯玉米糊化特性值的比较

2.4 适宜种植区品质分析

糯玉米食味品质主要对感官品质、气味风味品质、色泽、糯性、柔嫩性等指标进行评定,是一个综合指标[7]。分析198份糯玉米在4个适宜种植区的食味品质(表7),东南区的食味品质总评分最高,为86.8分,显著高于西南区、黄淮海区和东华北区,而西南区、黄淮海区、东华北区间差异不显著。可见,不同适宜种植区食味品质比较,东南区要优于西南区、黄淮海区和东华北区。

表7 不同种植区糯玉米食味品质指标

2.5 糊化特征值与品质的相关性

由表8可知,除感官品质外,峰值黏度、谷值黏度、崩解值和终值黏度与食味品质各指标呈极显著正相关;回复值与食味品质间均呈极显著负相关。糊化时间与感官品质、糯性呈负相关,而与其他指标呈正相关;糊化温度与感官品质、色泽和气味风味呈负相关,而与其他指标间呈正相关。峰值黏度、谷值黏度、崩解值和终值黏度与总分为极显著正相关,而回复值与总分为极显著负相关。说明食味品质较好的糯玉米其峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度较高,而回复值则较低。

3 讨论

3.1 不同种植区糯玉米品质性状差异分析

2008年全国农业技术推广服务中心品种管理处对鲜食玉米区试进行改革,将我国鲜食糯玉米划分为4个种植区[18],从不同适宜种植区的角度分析能够较好地了解我国糯玉米品种的品质地域特点。本文通过比较4个适宜种植区的糊化特征值和食味品质发现,东南区的峰值黏度、谷值黏度、终值黏度要高于其他区,且食味品质得分最高,说明该区品种淀粉的持水能力和膨胀能力比较强且食味品质较好,可能是由于该区一直以来是鲜食糯玉米重要的研发基地,是我国较早开展鲜食糯玉米育种科研和生产应用的地区,再加上近些年选育方向逐渐从产量转向口感品质,使得该种植区的糯玉米育种种质受到一定的选择重点转向品质特别是食味品质育种方向。史亚兴等[19]研究发现,杭嘉湖等东南区的糯玉米品种特点为品质较好,而滇、黔、川等西南地区和北方地区的品种则耐隐蔽、产量高和植株高大等。陆大雷等[16]通过对948份国家鲜食糯玉米区试品种(组合)的品质研究也发现,东南区的品尝品质要优于其他种植区。

3.2 糯玉米糊化特性分析

种质资源是玉米品种选育的前提,收集种质资源、科学评价和鉴定种质对糯玉米品种选育与改良具有重要意义[19]。糯玉米主要以鲜食为主,品质是衡量糯玉米种质经济价值的重要指标,糯玉米品质一般采用淀粉品质和食用品质的衡量标准。本研究对收集到的198份糯玉米种质进行淀粉品质和食用品质分析,涵盖了糯玉米4个适宜种植区即东南区、西南区、黄淮海区和东华北区的主栽品种,较全面反应我国糯玉米品质特点,在一定程度上可以反映我国现阶段糯玉米育种特点和水平。通过比较198份糯玉米种质的淀粉糊化特性发现,除峰值时间和糊化温度外,峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回复值的变异系数在10%以上,同王慧等[20]糯玉米主栽品种的研究结果相比,研究供试材料在变异系数有所提高,说明近年来随着我国玉米育种手段和杂优模式的不断创新,我国糯玉米遗传基础得以扩宽,遗传变异不断丰富。糯玉米淀粉的性质因品种不同而有所差异,所以不同糯玉米淀粉糊化特性也存在显著差异。本研究发现198份糯玉米种质的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回复值、峰值时间和糊化温度等糊化特征值差异达极显著水平。孔令平等[9]和陆大雷等[15]研究也发现不同玉米品种间峰值黏度、谷值黏度、崩解值等差异显著。说明糊化特征值主要受品种基因型影响,这可能是由于不同品种的淀粉分子长度和淀粉粒结晶类型存在差异,进而影响淀粉的糊化特征值。

3.3 糊化特性与品质的相互关系

玉米的品质是决定其价格和市场接受度的重要因素之一[21]。品质通常用淀粉的糊化特性指标来衡量。分析玉米淀粉糊化特性与品质的相互关系,对揭示玉米品质的形成机理、科学地制定育种策略,提高玉米育种水平具有重要意义。目前,淀粉特性在作物品质研究中越来越受到重视,尤其是淀粉糊化特性,因其具有快速、简单、准确、重复性好[7]等特点被广泛应用在如小麦[22]、水稻[8]等作物品质研究。侯夫云等[23]以山东3个甘薯品种,通过比较它们的终值黏度、回复值,筛选出食味品质最优的甘薯品种,最终筛选出适合粉条加工甘薯品种。旷娜等[24]研究表明,再生季稻米糊化温度越低、糊化时峰值黏度越大、崩解值越大、最终胶黏度越小、消减值越小、起始糊化温度越低,其蒸煮食味品质越好。程玉静等[6]分析了63份糯玉米淀粉RVA 谱各特征值与食味品质间的关系,通过峰值黏度、谷值黏度、崩解值、峰值时间筛选出食味品质较优的的糯玉米。本研究发现峰值黏度、谷值黏度和崩解值与糯玉米食味品质总分呈正相关,这3个糊化特性值越高,食味品质越好,它们可用于评价糯玉米食味品质优劣,快速筛选糯玉米优质品种,其中崩解值是评价糯玉米品质好坏最重要的指标。这可能是因为不同作物种类及同一作物种类不同品种导致用于评价食用品质的淀粉糊化特征值也不同。

4 结论

4个适宜种植区198份糯玉米品种淀粉糊化特性存在显著差异。东南区的峰值黏度、谷值黏度、终值黏度最高,表明其具有较好的食味品质,食味品质总评分优于西南区、黄淮海区和东华北区,为86.8分。相关性分析表明淀粉糊化特性与食味品质关系密切。结果表明,糯玉米品种的糊化特性因品种不同而存在差异,这可能是由不同品种的淀粉分子长度和淀粉粒结晶类型存在差异,导致品种淀粉糊化特性的差异。