香稻成香研究及其发展前景

沈建凯+谢振宇+贺治洲+尹明+易俊良

摘 要 香稻稻米自身含有较高量香味物质且在食用口感、营养等品质方面优于非香水稻品种。香稻香味物质主要成分是2-乙酰-1-吡咯啉（简称2-AP），不同的品种2-AP含量不同。稻米2-AP含量多少不仅受到自身遗传物质的影响，还与土壤中植物营养元素的种类和含量、土壤水分管理、环境温度、贮藏等因素有密切关系。2-AP合成与调控可能与脯氨酸及其酶有关。

关键词 香稻 ；2-乙酰-1-吡咯啉 ；香味物质 ；脯氨酸

分类号 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质，香味强度超过人对香味识别阀，蒸煮或品尝过程中能散发出令人敏感香味的稻米[1]。优良的香稻品种除了具有特殊的天然香味以外，还具有极高营养价值，富含多种氨基酸和蛋白质、生物碱、维生素B1、维生素B2以及人体必需的营养成份[2]。Sekhar等[3]测定了Basmati370等12个香稻品种和无香味品种的稻米氨基酸组成，12个香稻品种的氨基酸总量平均为77.13 mg/hg，蛋白质比无香味品种高14.03%，12个香稻品种的谷粒蛋白质含量为11.22%～11.36%，均明显高于对照。香米不仅蛋白质含量较高，而且具有较好的氨基酸组成。据报道，河南阳光香稻富含人体有益的微量元素硒、锌、钙及多种维生素和人体必需的多种氨基酸。香稻具有食味品质好、营养保健、经济价值高等优点，因而深受消费者青睐，成为当前水稻研究的热点[4]。近些年来我国开展了香稻方面的研究工作，发掘了一批地方香稻资源，选育了一批香稻新品种。香稻香味物质含量不仅受到香稻自身遗传物质调控，同时也受到栽培环境、栽培方式等的影响[5]。加强对香稻新品种选育和栽培技术研究，可促进我国香稻的生产和发展，以及我国稻米多样化发展，增强我国稻米的国际市场竞争力。

1 香稻品种类型

泰国培育了Jasmine品种、巴基斯坦有Basmati品种、澳大利亚有Goolarah和YRF9品种、美国培育了Jasmine香米品种[6]。中国是世界上100多个稻米生产国中的“稻米王国”，稻谷年产量占世界稻谷总产量的35%左右，居世界首位[7]。香稻种植在我国具有悠久的历史，有记载的可以追溯至1 800多年前[8]。我国幅原辽阔，地理环境、气候条件的生态因素差异大，形成了丰富的种质资源与珍贵的香稻地方品种，如湖南的江永香米、山东的曲埠香稻、北京的京西香米等[9]。通过引种和利用地方香稻资源育成了中健2号、宜香1577等一批香稻新品种[10-13]。

我国已将稻米香味作为稻米一项重要品质指标[14]，一般把香米按气味分为露兜树香型、紫罗兰型、茉莉花型、莴苣笋型、山核桃型、巴斯马蒂型、烤面包型、香锅巴型、爆玉米花香型等，主要挥发性成分有烃类、芳烃类、醛类、酮类、酯类、酸类、醇类、烯及烯醇类、杂环化合物等[15]。

2 香稻香味物质及其途径

Yajima[16-17]用气相色谱仪和质谱分析仪测定出日本香稻Oshihikari和Kaorimai中的114种物质，与普通稻米相比，吡咯烷酮、吲哚明显偏高。Buttery等[18]从香稻Basmati370， Khao Dawk Mali， Malagkit Sungsong和Hieri等中发现2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP，其含量0.04～0.09 mg/kg）的含量是普通稻米几倍或数十倍。Daniels等[19]研究也支持香米主要成分为2-AP，糙米中2-AP浓度为1 500 μg/kg，高于Buttery等[20]研究结果糙米2-AP 含量100 μg/kg含量，并且越接近种皮含量越高。Mahattanatawee等[21]分别在Jasmine、Basmati和Jasmati三种类型香稻米饭中检测到26、23、22种香味物质，2-AP均存在于三类香稻中，香气物质2-乙酰基-2-噻唑啉（2-acetyl-2-thiazoline，简称2-AT）仅存在Jasmine香稻中，发现二甲基硫化物、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇、2-甲基-3-呋喃硫醇、二甲基三硫化物、甲硫基丙醛五种硫化合物也是香味活性物质。Bryant等[22]认为，稻谷挥发物质具有极大的多样性，鉴别出93种挥发性物质，除2-AP外，香稻和非香稻的挥发物质之间也不相同，其中16种挥发物存在于香稻中，部分香稻独有[23]。顾建明等[24]应用GC-MS分析香粳8618米饭香气成分，发现6号峰与人工合成的2-AP GC-MS测定的质量碎片图相同，其气味特征也与人工合成的2-AP一样有爆玉米花香气。同时还分析了其质谱裂解理论下人工合成解析2-乙酰-1-吡咯啉的可能裂解途径[25]。Pinson[26]研究了香稻Della-xa、A-301、Jasmine85、Amber等香味物质，认为香稻和非香稻差异，不在于2-AP有无，而在于2-AP含量高低。余碧玉等[27]从白香糯香味物质中也鉴定出2-AP。Mathure等[28]的研究发现，非Basmati香稻的2-AP含量高于Basmati香稻，2-AP含量与1-十四碳烯、吲哚正相关，和苄醇负相关，壬醛、辛醛基、醛和1-辛烯-3-醇含量Basmati香稻品种不同于非香品种。由此看来，香米香味物质具有多样性，香米的香味浓淡可能与多种香味物质综合作用有关；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]，随着技术不断进步，稻米中新的香味物质也不断被发现和鉴定。endprint

大多研究认为，2-AP氮源前体物质为脯氨酸[18，30-31]，脯氨酸经过脯氨酸氧化酶等系列酶催化作用最终形成2-AP[32]。顾建明等[24]研究发现，在玉米可溶性低分子量成分提取液中，含有大量游离的L-脯氨酸，葡萄糖，果糖，把L-脯氨酸与葡萄糖（果糖）加热即可产生2-AP，证实了L-脯氨酸与葡萄糖（果糖）是2-AP的前体，推导出了加热形成2-AP的途径，但没有说明整个反应过程所有中间产物。Chen等[33]认为，甜菜碱醛脱氢酶（BADH2）在细胞质中催化甜菜碱、γ-氨基丁醛（GABald）和3-氨基丙醛等的氧化反应，而GABald很可能是2-AP生物合成的前体。Tadashi等[34]研究证实，秧苗体内2-AP形成的最重要前体物质为脯氨酸，脯氨酸需经过脯氨酸氧化酶催化形成吡咯啉-5-羧酸，后在吡咯啉-5-羧酸脱羧酶催化作用下经脱羧反应形成吡咯啉，吡咯啉与乙酰CoA 在乙酰基转移酶作用下形成2-AP。游离脯氨酸、脯氨酸氧化酶和总游离氨基酸是香稻香气合成主要因子，而鸟氨酸转氨酶与香稻香气的形成无明显关系[35]。香稻香味物质的合成与脯氨酸及其酶有关，但香稻香气物质2-AP籽粒内动态变化及影响2-AP形成最关键的酶尚不清楚。

3 影响香稻香味品质的因素

3.1 营养元素

香稻香味不仅受香稻本身遗传物质影响，还受到香稻生长环境及营养生态的影响。黄淑贞[36-37]研究发现，原本属于香稻产区生产的香稻比非香稻产区生产的香稻品质要好，香稻产地土壤的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷含量以及铁、锰、铜、锌等微量元素含量均高于非产地，香稻产地土壤和水稻茎叶中镧、钛、钴及土壤中的钒和镍含量也较非产地高，镧、钛元素可能是影响香稻香味形成的重要营养元素。孙树侠等[38]也证实，在全氮、速效氮及锌含量较高土壤中种植香稻，香稻香味会更浓些。Yang等[39]在研究中国地方香稻香气形成影响因素时发现，土壤全氮含量越高，种植的香稻稻谷香味就越浓，土壤全氮增加是引起香稻香气增加的主要因素。增施氮肥能够增加香稻游离脯氨酸含量，从而增加其糙米香气物质2-AP含量，但品种间表现出差异[40]。镧肥（氯化镧）施用量可提高香稻产量及糙米香气含量，糙米香气含量最高LaCl3施用量是3 180 mg/kg，协同提高香稻产量和香气含量的LaCl3施用量为100 mg/kg[41]，镧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]。施锌能显著提高不同品种香稻籽粒2-AP含量，但不同品种2-AP增加量不同[43]，提高香稻香气浓度最佳氯化锌基肥施用量为80～120 mg/kg[44]。钾肥能够提高香稻品种产量和糙米香气含量，并对香稻的稻米品质具有一定的改善作用[45]，施钾可显著提高香稻的游离脯氨酸含量和脯氨酸脱氢酶活性，使得香稻糙米香气2-AP含量增加可达10.70%～67.65%，品种间也表现出增香与施钾量的差异性，二次曲线模拟，获得最高香气含量施钾量为K2O 123.46～187.50 kg/hm2[46]。由此可见，合理的植物营养元素添加，可引起用于合成2-AP的前提物质脯氨酸及相关酶活性的变化，从而引起香稻香味的变化[47-48]，这也是香稻栽培实践中香稻香味调控的最简单最有效的方法。

3.2 水分

研究发现，适当节水灌溉能有效提高香稻香气成分且不影响水稻后期生理特性，浅水灌溉可增加香气含量[49]。分蘖期土壤水势维持在0～（-25±5）kPa时，显著增加香稻品种糙米香气成分和籽粒的游离脯氨酸以及成熟期叶片、茎鞘和籽粒的脯氨酸氧化酶活性，当分蘖期土壤水势维持在0～（-50±5）kPa时，香稻香气物质含量降低[50]；孕穗期土壤水势维持在0～（-25±5）kPa时香稻品种糙米的香气含量增加，并提高了游离脯氨酸含量和成熟期叶片、籽粒的脯氨酸氧化酶活性，土壤水势维持在0～-50（±5）kPa时香稻糙米香气含量降低[51]。一定的水氮互作条件下可增加香稻糙米2-AP含量，水分胁迫和适当分蘖肥栽培条件下可使糙米香气含量达到较高水平[52]。由此说明，合理管理土壤水分是调控香稻香味的重要措施之一。

3.3 温度

环境温度不仅影响稻米品质，也会影响其香味。一般来说，高温条件下成熟的稻谷香味会减弱，较低温度下成熟，香味就较浓[53]。日均温30℃高温香稻结实率、实粒数、精米率、整精米率、直链淀粉含量、碱消值、食味得分和香味得分下降，垩白度增加，胶稠度变硬。香稻灌浆结实期日均温23℃时可获较高产量、较高米质和香味得分[54]。阳树英等[55]研究我国地方香稻发现，香稻灌浆初期和灌浆中期日均气温、日最高气温、日最低气温较低，气温日较差最大的传统地方香稻产区的香稻香味浓，香味物质种类多，日均气温低和气温日较差/昼夜温差大可提高稻米游离氨基酸和不饱和脂肪酸的种类及含量，可能是导致中国地方香稻香味更浓的原因之一。灌浆期的日平均温度与相对湿度是影响籽粒可溶性蛋白质含量的主要因子，香稻籽粒可溶性蛋白质含量表现出生态因子（香稻生境）和品种间的差异[56]。杨晓娟等[57]试验结果，华南地区早稻3月10日播种香稻的2-AP含量较高，且2-AP含量与光照时数呈负相关。2-AP含量较高的播种期其游离脯氨酸含量、籽粒脯氨酸脱氢酶活性维持在较高水平。晚稻7月20日播种的香稻2-AP含量较高，2-AP含量较高的播种期其游离脯氨酸含量、籽粒脯氨酸氧化酶活性以及脯氨酸脱氢酶活性维持在较高水平[58]。温度是影响稻米品质的重要因素，其主要途径可能是通过调控脯氨酸及其酶的活性影响稻米香味物质含量。选择适宜的播种期是提高香稻香味品质的重要措施。

3.4 光照

杨晓娟等[57]研究发现，2-AP含量较高播种期的香稻游离脯氨酸含量、籽粒脯氨酸脱氢酶活性较高，且2-AP含量与光照时数负相关。莫钊文等[59]研究发现，香稻开花后持续遮光15 d，其籽粒2-AP含量显著增加，同样也可以提高GABA（γ-aminobutyric acid）的含量[60]，即香稻开花弱光照可提高香稻香气物质含量。endprint

3.5 其它因素

香稻香味物质变化也受到其他因素的影响。采用萃取自然香味给非香水稻包衣贮藏可以提高2-AP的含量[61]。Gay等[62]认为，土壤盐分对香稻稻谷2-AP含量有积极的作用，但是土壤盐胁迫会影响香稻的产量，由于品种对盐分敏感程度香稻减产有所差别，耐盐品种减产不明显，同时也表明，香稻的千粒重和土壤的电导率、稻谷2-AP含量成负相关，认为香稻2-AP含量增加是由于盐分引起的香稻谷粒变小的缘故。但Fitzgerald等[63]研究发现，Jasmine和Basmati香稻叶片组织2-AP含量和盐胁迫没有显著关系，认为盐对香稻2-AP含量几乎没有影响。Sugunya等[53]研究表明，较低温度干燥香稻可促进香气2-AP含量增加；在正常10个月贮藏期间，随着贮藏时间的增加，香稻2-AP含量下降。

4 应用前景

香米独特的香味及营养品质使其在国际稻米贸易中占有重要地位。据联合国粮农组织统计，2000年世界大米消费己达到4.078亿t，贸易量达到1711.6万t[6]。在国际市场上的价格也高出普通稻米2～3倍，甚至数十倍，有巨大商业价值和市场潜力，近年来香稻（香米）受到越来越多的关注。开发利用香米与生产一般稻米比较，经济效益高。香稻具有较高的经济效益，可能是未来利用山区土地提高农民收入的一条有效途径。目前，国内稻米市场香米的价格为一般稻米价格的3～4倍，也比普通优质稻米价格高出2倍以上[64]。香稻除作为食用优质稻之外，还可以作为工业专用优质稻来开发。如制作大米啤酒、米酒、米醋、米糕等；另外还可以作为观赏稻来开发。由此可见，香稻应用范围很大，香稻产业开发前景很好。近年来世界各地对香米的需求量正逐渐上升，中国虽是世界第一水稻生产大国，香稻品种多样，品质优良，但出口几乎为零。进一步加快香稻新品种研发和完善配套栽培技术，对我国香稻产业发展和有效补充香稻米市场需求具有重要的意义。

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