香稻成香研究及其發展前景

沈建凱+謝振宇+賀治洲+尹明+易俊良

摘 要 香稻稻米自身含有較高量香味物質且在食用口感、營養等品質方面優于非香水稻品種。香稻香味物質主要成分是2-乙酰-1-吡咯啉（簡稱2-AP），不同的品種2-AP含量不同。稻米2-AP含量多少不僅受到自身遺傳物質的影響，還與土壤中植物營養元素的種類和含量、土壤水分管理、環境溫度、貯藏等因素有密切關系。2-AP合成與調控可能與脯氨酸及其酶有關。

關鍵詞 香稻 ；2-乙酰-1-吡咯啉 ；香味物質 ；脯氨酸

分類號 S314 ；S511

Progress and Prospect on Aromatic Rice Research

SHEN Jiankai1） XIE Zhenyu1） HE Zhizhou1） YIN Ming2） YI Junliang2）

（1 Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS， Danzhou， Hainan 571737；

2 Agricultural Committee of Yongzhou in Hunan province， Yongzhou， Hunan 425000）

Abstract The aromatic rice is superior to other rice varieties in some quality traits， such as nutritional contents ans taste sense as it contains higher fragrant components. The mostly flavor components of aromatic rice is 2-acetyl-1-pyrroline（2-AP）that is variated in different rice varieties. Genetic factor， plant nutrient elements in soil， soil moisture， temperature and storage conditions are close relationship with flavor components content of aromatic rice. The 2-AP synthesis and regulation could be related to the proline and its enzyme. The 2-AP synthesis and regulation of aromatic rice， new varieties of anti-adversity and environment-friendly are key research direction of aromatic rice.

Keywords aromatic rice ； 2-acetyl-1-pyrroline ； flavor components ； poline

香稻是指稻米自身含有香味物質，香味強度超過人對香味識別閥，蒸煮或品嘗過程中能散發出令人敏感香味的稻米[1]。優良的香稻品種除了具有特殊的天然香味以外，還具有極高營養價值，富含多種氨基酸和蛋白質、生物堿、維生素B1、維生素B2以及人體必需的營養成份[2]。Sekhar等[3]測定了Basmati370等12個香稻品種和無香味品種的稻米氨基酸組成，12個香稻品種的氨基酸總量平均為77.13 mg/hg，蛋白質比無香味品種高14.03%，12個香稻品種的谷粒蛋白質含量為11.22%～11.36%，均明顯高于對照。香米不僅蛋白質含量較高，而且具有較好的氨基酸組成。據報道，河南陽光香稻富含人體有益的微量元素硒、鋅、鈣及多種維生素和人體必需的多種氨基酸。香稻具有食味品質好、營養保健、經濟價值高等優點，因而深受消費者青睞，成為當前水稻研究的熱點[4]。近些年來我國開展了香稻方面的研究工作，發掘了一批地方香稻資源，選育了一批香稻新品種。香稻香味物質含量不僅受到香稻自身遺傳物質調控，同時也受到栽培環境、栽培方式等的影響[5]。加強對香稻新品種選育和栽培技術研究，可促進我國香稻的生產和發展，以及我國稻米多樣化發展，增強我國稻米的國際市場競爭力。

1 香稻品種類型

泰國培育了Jasmine品種、巴基斯坦有Basmati品種、澳大利亞有Goolarah和YRF9品種、美國培育了Jasmine香米品種[6]。中國是世界上100多個稻米生產國中的“稻米王國”，稻谷年產量占世界稻谷總產量的35%左右，居世界首位[7]。香稻種植在我國具有悠久的歷史，有記載的可以追溯至1 800多年前[8]。我國幅原遼闊，地理環境、氣候條件的生態因素差異大，形成了豐富的種質資源與珍貴的香稻地方品種，如湖南的江永香米、山東的曲埠香稻、北京的京西香米等[9]。通過引種和利用地方香稻資源育成了中健2號、宜香1577等一批香稻新品種[10-13]。

我國已將稻米香味作為稻米一項重要品質指標[14]，一般把香米按氣味分為露兜樹香型、紫羅蘭型、茉莉花型、萵苣筍型、山核桃型、巴斯馬蒂型、烤面包型、香鍋巴型、爆玉米花香型等，主要揮發性成分有烴類、芳烴類、醛類、酮類、酯類、酸類、醇類、烯及烯醇類、雜環化合物等[15]。

2 香稻香味物質及其途徑

Yajima[16-17]用氣相色譜儀和質譜分析儀測定出日本香稻Oshihikari和Kaorimai中的114種物質，與普通稻米相比，吡咯烷酮、吲哚明顯偏高。Buttery等[18]從香稻Basmati370， Khao Dawk Mali， Malagkit Sungsong和Hieri等中發現2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP，其含量0.04～0.09 mg/kg）的含量是普通稻米幾倍或數十倍。Daniels等[19]研究也支持香米主要成分為2-AP，糙米中2-AP濃度為1 500 μg/kg，高于Buttery等[20]研究結果糙米2-AP 含量100 μg/kg含量，并且越接近種皮含量越高。Mahattanatawee等[21]分別在Jasmine、Basmati和Jasmati三種類型香稻米飯中檢測到26、23、22種香味物質，2-AP均存在于三類香稻中，香氣物質2-乙酰基-2-噻唑啉（2-acetyl-2-thiazoline，簡稱2-AT）僅存在Jasmine香稻中，發現二甲基硫化物、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇、2-甲基-3-呋喃硫醇、二甲基三硫化物、甲硫基丙醛五種硫化合物也是香味活性物質。Bryant等[22]認為，稻谷揮發物質具有極大的多樣性，鑒別出93種揮發性物質，除2-AP外，香稻和非香稻的揮發物質之間也不相同，其中16種揮發物存在于香稻中，部分香稻獨有[23]。顧建明等[24]應用GC-MS分析香粳8618米飯香氣成分，發現6號峰與人工合成的2-AP GC-MS測定的質量碎片圖相同，其氣味特征也與人工合成的2-AP一樣有爆玉米花香氣。同時還分析了其質譜裂解理論下人工合成解析2-乙酰-1-吡咯啉的可能裂解途徑[25]。Pinson[26]研究了香稻Della-xa、A-301、Jasmine85、Amber等香味物質，認為香稻和非香稻差異，不在于2-AP有無，而在于2-AP含量高低。余碧玉等[27]從白香糯香味物質中也鑒定出2-AP。Mathure等[28]的研究發現，非Basmati香稻的2-AP含量高于Basmati香稻，2-AP含量與1-十四碳烯、吲哚正相關，和芐醇負相關，壬醛、辛醛基、醛和1-辛烯-3-醇含量Basmati香稻品種不同于非香品種。由此看來，香米香味物質具有多樣性，香米的香味濃淡可能與多種香味物質綜合作用有關；香稻香味主要成分是2-AP，此外香米中吲哚、苯基乙醇、a-吡啶的含量也比非香米高[29]，隨著技術不斷進步，稻米中新的香味物質也不斷被發現和鑒定。endprint

大多研究認為，2-AP氮源前體物質為脯氨酸[18，30-31]，脯氨酸經過脯氨酸氧化酶等系列酶催化作用最終形成2-AP[32]。顧建明等[24]研究發現，在玉米可溶性低分子量成分提取液中，含有大量游離的L-脯氨酸，葡萄糖，果糖，把L-脯氨酸與葡萄糖（果糖）加熱即可產生2-AP，證實了L-脯氨酸與葡萄糖（果糖）是2-AP的前體，推導出了加熱形成2-AP的途徑，但沒有說明整個反應過程所有中間產物。Chen等[33]認為，甜菜堿醛脫氫酶（BADH2）在細胞質中催化甜菜堿、γ-氨基丁醛（GABald）和3-氨基丙醛等的氧化反應，而GABald很可能是2-AP生物合成的前體。Tadashi等[34]研究證實，秧苗體內2-AP形成的最重要前體物質為脯氨酸，脯氨酸需經過脯氨酸氧化酶催化形成吡咯啉-5-羧酸，后在吡咯啉-5-羧酸脫羧酶催化作用下經脫羧反應形成吡咯啉，吡咯啉與乙酰CoA 在乙酰基轉移酶作用下形成2-AP。游離脯氨酸、脯氨酸氧化酶和總游離氨基酸是香稻香氣合成主要因子，而鳥氨酸轉氨酶與香稻香氣的形成無明顯關系[35]。香稻香味物質的合成與脯氨酸及其酶有關，但香稻香氣物質2-AP籽粒內動態變化及影響2-AP形成最關鍵的酶尚不清楚。

3 影響香稻香味品質的因素

3.1 營養元素

香稻香味不僅受香稻本身遺傳物質影響，還受到香稻生長環境及營養生態的影響。黃淑貞[36-37]研究發現，原本屬于香稻產區生產的香稻比非香稻產區生產的香稻品質要好，香稻產地土壤的有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷含量以及鐵、錳、銅、鋅等微量元素含量均高于非產地，香稻產地土壤和水稻莖葉中鑭、鈦、鈷及土壤中的釩和鎳含量也較非產地高，鑭、鈦元素可能是影響香稻香味形成的重要營養元素。孫樹俠等[38]也證實，在全氮、速效氮及鋅含量較高土壤中種植香稻，香稻香味會更濃些。Yang等[39]在研究中國地方香稻香氣形成影響因素時發現，土壤全氮含量越高，種植的香稻稻谷香味就越濃，土壤全氮增加是引起香稻香氣增加的主要因素。增施氮肥能夠增加香稻游離脯氨酸含量，從而增加其糙米香氣物質2-AP含量，但品種間表現出差異[40]。鑭肥（氯化鑭）施用量可提高香稻產量及糙米香氣含量，糙米香氣含量最高LaCl3施用量是3 180 mg/kg，協同提高香稻產量和香氣含量的LaCl3施用量為100 mg/kg[41]，鑭肥可提高香稻籽粒脯氨酸氧化酶的活性，而降低籽粒脯氨酸含量[42]。施鋅能顯著提高不同品種香稻籽粒2-AP含量，但不同品種2-AP增加量不同[43]，提高香稻香氣濃度最佳氯化鋅基肥施用量為80～120 mg/kg[44]。鉀肥能夠提高香稻品種產量和糙米香氣含量，并對香稻的稻米品質具有一定的改善作用[45]，施鉀可顯著提高香稻的游離脯氨酸含量和脯氨酸脫氫酶活性，使得香稻糙米香氣2-AP含量增加可達10.70%～67.65%，品種間也表現出增香與施鉀量的差異性，二次曲線模擬，獲得最高香氣含量施鉀量為K2O 123.46～187.50 kg/hm2[46]。由此可見，合理的植物營養元素添加，可引起用于合成2-AP的前提物質脯氨酸及相關酶活性的變化，從而引起香稻香味的變化[47-48]，這也是香稻栽培實踐中香稻香味調控的最簡單最有效的方法。

3.2 水分

研究發現，適當節水灌溉能有效提高香稻香氣成分且不影響水稻后期生理特性，淺水灌溉可增加香氣含量[49]。分蘗期土壤水勢維持在0～（-25±5）kPa時，顯著增加香稻品種糙米香氣成分和籽粒的游離脯氨酸以及成熟期葉片、莖鞘和籽粒的脯氨酸氧化酶活性，當分蘗期土壤水勢維持在0～（-50±5）kPa時，香稻香氣物質含量降低[50]；孕穗期土壤水勢維持在0～（-25±5）kPa時香稻品種糙米的香氣含量增加，并提高了游離脯氨酸含量和成熟期葉片、籽粒的脯氨酸氧化酶活性，土壤水勢維持在0～-50（±5）kPa時香稻糙米香氣含量降低[51]。一定的水氮互作條件下可增加香稻糙米2-AP含量，水分脅迫和適當分蘗肥栽培條件下可使糙米香氣含量達到較高水平[52]。由此說明，合理管理土壤水分是調控香稻香味的重要措施之一。

3.3 溫度

環境溫度不僅影響稻米品質，也會影響其香味。一般來說，高溫條件下成熟的稻谷香味會減弱，較低溫度下成熟，香味就較濃[53]。日均溫30℃高溫香稻結實率、實粒數、精米率、整精米率、直鏈淀粉含量、堿消值、食味得分和香味得分下降，堊白度增加，膠稠度變硬。香稻灌漿結實期日均溫23℃時可獲較高產量、較高米質和香味得分[54]。陽樹英等[55]研究我國地方香稻發現，香稻灌漿初期和灌漿中期日均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫較低，氣溫日較差最大的傳統地方香稻產區的香稻香味濃，香味物質種類多，日均氣溫低和氣溫日較差/晝夜溫差大可提高稻米游離氨基酸和不飽和脂肪酸的種類及含量，可能是導致中國地方香稻香味更濃的原因之一。灌漿期的日平均溫度與相對濕度是影響籽粒可溶性蛋白質含量的主要因子，香稻籽粒可溶性蛋白質含量表現出生態因子（香稻生境）和品種間的差異[56]。楊曉娟等[57]試驗結果，華南地區早稻3月10日播種香稻的2-AP含量較高，且2-AP含量與光照時數呈負相關。2-AP含量較高的播種期其游離脯氨酸含量、籽粒脯氨酸脫氫酶活性維持在較高水平。晚稻7月20日播種的香稻2-AP含量較高，2-AP含量較高的播種期其游離脯氨酸含量、籽粒脯氨酸氧化酶活性以及脯氨酸脫氫酶活性維持在較高水平[58]。溫度是影響稻米品質的重要因素，其主要途徑可能是通過調控脯氨酸及其酶的活性影響稻米香味物質含量。選擇適宜的播種期是提高香稻香味品質的重要措施。

3.4 光照

楊曉娟等[57]研究發現，2-AP含量較高播種期的香稻游離脯氨酸含量、籽粒脯氨酸脫氫酶活性較高，且2-AP含量與光照時數負相關。莫釗文等[59]研究發現，香稻開花后持續遮光15 d，其籽粒2-AP含量顯著增加，同樣也可以提高GABA（γ-aminobutyric acid）的含量[60]，即香稻開花弱光照可提高香稻香氣物質含量。endprint

3.5 其它因素

香稻香味物質變化也受到其他因素的影響。采用萃取自然香味給非香水稻包衣貯藏可以提高2-AP的含量[61]。Gay等[62]認為，土壤鹽分對香稻稻谷2-AP含量有積極的作用，但是土壤鹽脅迫會影響香稻的產量，由于品種對鹽分敏感程度香稻減產有所差別，耐鹽品種減產不明顯，同時也表明，香稻的千粒重和土壤的電導率、稻谷2-AP含量成負相關，認為香稻2-AP含量增加是由于鹽分引起的香稻谷粒變小的緣故。但Fitzgerald等[63]研究發現，Jasmine和Basmati香稻葉片組織2-AP含量和鹽脅迫沒有顯著關系，認為鹽對香稻2-AP含量幾乎沒有影響。Sugunya等[53]研究表明，較低溫度干燥香稻可促進香氣2-AP含量增加；在正常10個月貯藏期間，隨著貯藏時間的增加，香稻2-AP含量下降。

4 應用前景

香米獨特的香味及營養品質使其在國際稻米貿易中占有重要地位。據聯合國糧農組織統計，2000年世界大米消費己達到4.078億t，貿易量達到1711.6萬t[6]。在國際市場上的價格也高出普通稻米2～3倍，甚至數十倍，有巨大商業價值和市場潛力，近年來香稻（香米）受到越來越多的關注。開發利用香米與生產一般稻米比較，經濟效益高。香稻具有較高的經濟效益，可能是未來利用山區土地提高農民收入的一條有效途徑。目前，國內稻米市場香米的價格為一般稻米價格的3～4倍，也比普通優質稻米價格高出2倍以上[64]。香稻除作為食用優質稻之外，還可以作為工業專用優質稻來開發。如制作大米啤酒、米酒、米醋、米糕等；另外還可以作為觀賞稻來開發。由此可見，香稻應用范圍很大，香稻產業開發前景很好。近年來世界各地對香米的需求量正逐漸上升，中國雖是世界第一水稻生產大國，香稻品種多樣，品質優良，但出口幾乎為零。進一步加快香稻新品種研發和完善配套栽培技術，對我國香稻產業發展和有效補充香稻米市場需求具有重要的意義。

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