绿色有机稻米与常规稻米的品质相关研究
作者: 马晨怡 张伟贵 李洪艳 张卫星摘要:目的:综述绿色稻米、有机稻米与常规稻米在生产过程中的质量控制措施。方法:从加工品质、外观品质、营养与蒸煮食味品质、矿质元素等方面比较了不同生产方式稻米品质之间的差异,并对绿色、有机稻米的相关研究和产业发展进行了展望。结果与结论:目前,绿色稻米、有机稻米与常规稻米的品质研究主要集中在整精米率、垩白粒率、蛋白质和淀粉含量等方面,但研究结果不尽相同;不同生产方式对稻米中各营养物质和矿质元素含量的影响目前尚无一致的结论,还需要进一步研究探讨。
关键词:绿色稻米;有机稻米;质量控制;稻米品质
稻米作为我国最重要的主粮之一,其品质受品种遗传特性、产地环境条件、栽培管理方式等多方面因素影响。近年来,我国稻米生产受到镉等重金属污染、农药残留风险等多方面因素影响,社会普遍关注稻米质量安全问题。我国水稻生产已由过去的高产目标导向为主转入当前优质高产与绿色安全并重的高质量可持续发展阶段,发展绿色有机水稻对于保障国家食品安全和满足居民消费需求具有重要意义。
1绿色稻米和有机稻米的质量控制措施
有机、绿色大米作为质量安全型的食用大米比普通大米更符合人们对优质安全、绿色健康的追求,因此不断受到消费者的青睐并成为生产消费的首选目标[1-2]。绿色稻米生产过程中肥料施用以有机肥为主,限量施用化肥。病虫草害防治以农业防治为基础,生物防治与化学防治相结合,合理有效地使用化学农药,选用高效、低毒、低残留的药剂,严格控制用量并且交替使用效果相同的农药[3],确保不会对环境和作物造成不良影响,有效降低稻米产品中残留有害物质的风险,采用科学的灌溉方式[4],加强田间管理,保证稻米的产量和质量[5-6]。有机稻米,来自有机农业生产体系,栽培过程中禁止使用任何人工合成的农药、化肥、生长调节剂等物质,不使用转基因工程和辐照技术,且经过合法、独立的有机食品认证机构的认证。强调种养结合方式,通过合理耕作与栽培措施培肥土壤,如稻田养鸭、冬闲时套种绿肥,增施农家堆肥和商品有机肥等[7-8]。病虫害防治以“预防为主,综合防治”为方针,采取灯光诱杀、生物农药、稻田综合种养等措施,有效减轻有机稻米生产过程中的病虫草害,稳定稻米产量,提升品质[9-11]。
2绿色有机稻米与常规稻米的品质差异
对一般食用稻米而言,其碾米加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质是广大生产者消费者关注的重点,其中蛋白质、淀粉和矿质元素是稻米营养品质的重要组成部分。
2.1加工品质与外观品质
稻米的加工品质一般指稻米在出糙、碾米等过程中表现出来的加工性能,主要受粒形和粒长的影响,衡量指标有糙米率、精米率和整精米率。整精米率越高,产品出成率和商品性也就越高,说明稻米加工品质越好。稻米外观品质的衡量标准主要包括粒形、垩白米率、垩白度和透明度等。其中垩白粒率受气候条件和栽培措施影响较大。垩白的有无和大小不仅会影响稻米的外观品质,对稻米的加工品质与蒸煮食味品质也具有一定的影响。通过改善生产方式来减少垩白的产生,对稻米产业的发展具有重要意义[12]。将化肥减施与病虫绿色防控组合技术有机结合,有利于提升稻米的出糙率和整精米率,降低垩白粒率和垩白度[13]。王蒙等[14]对有机和常规2种种植模式下水稻的品质进行比较分析,发现有机种植条件下的稻米糙米率和精米率均高于常规稻米,而垩白粒率显著低于常规稻米,这与黄涛[15]的研究结果一致。稻鸭、稻蟹、稻鱼等多种生态种养模式下生产的稻米也往往具有比常规稻米更高的整精米率,以及较低的垩白粒率与垩白度,在一定程度上有利于稻米加工品质与外观品质的提高[16-18]。当前研究普遍认为,绿色有机方式下生产的稻米相比于常规方式生产稻米具有更好的外观品质和加工品质,尤其是有机稻米垩白粒率相比常规稻米显著降低。
2.2营养品质与蒸煮食味品质
稻米蒸煮食味品质主要受直链淀粉含量和胶稠度等理化性质影响,直链淀粉含量过高会导致米饭粘性和柔软性下降,口感变差,软胶稠度的米饭食味品质相对较好。一般认为,蛋白质含量过高对稻米食味品质有着不良影响,也有学者通过进一步的研究表明,稻米蛋白质中不同的蛋白组分对稻米蒸煮食味品质影响程度不一,谷蛋白和醇溶蛋白含量对米饭食味品质的影响高于清蛋白和球蛋白[19-21]。席运官等[22]对同一产地的有机稻米与常规稻米进行了品质检测分析和评价,发现有机稻米与常规稻米相比,直链淀粉含量无明显差异,蛋白质含量低于常规稻米,达到极显著水平,氨基酸中除苯丙氨酸外,所检测的其余16种氨基酸皆略低于常规稻米。从营养角度评价,有机稻米略差于常规稻米,但由于较低的蛋白质含量,在食味品质方面表现优于常规稻米。黄涛等[23]研究了应用酵素菌肥的有机稻米和常规栽培稻米之间的品质差异,结果表明,有机稻米直链淀粉含量比常规稻米降低5.8%,但蛋白质含量提高了1.74%,赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸以及氨基酸总量都比常规稻米有不同程度的提升,与许燕芳[24]和张三元等[25]的研究结果一致。张兰等[26]在相同氮素条件下研究了4种常用有机肥对稻米品质的影响,发现各种有机肥料种植的稻米谷氨酸含量均高于化肥种植的稻米。黄丽芬等[27]认为,有机栽培会降低稻米直链淀粉含量,但对蛋白质含量影响不大,蒸煮食味品质整体上得到改善。王建林等[28]对稻鸭共生、人工除草以及常规稻作3种栽培模式下生产的稻米品质进行对比研究,发现前两种模式皆降低了稻米直链淀粉和蛋白质含量,显著改善稻米食味品质。研究表明,与单施有机肥、单施化肥相比,有机肥无机肥配施更有利于提高稻米氨基酸和必需氨基酸含量,提升稻米营养品质与蒸煮食味品质[29-31]。有机肥与无机肥以科学的比例与方式配施,可防止出现在水稻生育前期由于有机肥肥效不能及时发挥而造成养分供应不足的情况[32]。有机肥肥效释放持久而缓慢,可在水稻生产过程中持续供应养分,满足其生理需求,这可能是稻米食味品质提升的关键[33]。稻米营养品质与蒸煮食味品质的优劣是影响人们生产消费的重要原因,但对于不同生产方式对稻米中各营养物质含量的影响,目前尚无一致的结论,这可能是由于不同的研究选用的水稻品种、采取的栽培管理方式不同。
2.3矿质营养元素
稻米富含Se、Zn、Mg、K、Ca、Fe、Cu、S、P等多种矿物质和微量元素。由于缺乏矿质元素导致营养不良的情况在全球范围内普遍存在,因此食用矿质元素含量较高的稻米被认为是减轻营养不良最具成本效益的方法之一[34]。Huang等[35]研究了基因型、环境及其交互作用对糙米中Ca、Mg、Na、K、Fe、Zn、Cu含量的影响,结果显示,Ca、Na、K这3种元素受基因型差异影响较大,Fe、Zn、Cu则主要受环境影响。稻米矿质元素含量不仅与品种和环境因素有关,生产过程中肥料和农药的使用也会影响水稻对其中某些元素的吸收。Qian等[36]比较分析了不同肥料和农药用量水平对水稻矿质元素的影响,发现受肥料影响显著的元素有Fe、Co、Ni、Se、Tl、Pt等,受农药影响最大的是Al、Co、Ni。Liu等[37]以不同生产方式下收获的稻米为研究对象,分别检测分析了绿色稻米、有机稻米和常规稻米的多种矿质元素含量,结果显示,Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Zn元素在一个耕作年份中存在显著差异。与其他两种生产方式相比,有机稻米中的K、Ca含量略低,Mg、Fe、Ni、Zn含量略高。绿色稻米和常规稻米之间各元素含量虽有差异但并不显著。对前人的研究进行总结后发现,在有机模式下生产或施用有机肥的稻米往往具有更高的Fe、Zn、Se、P、Ni元素含量,受不同的肥料种类与管理方式影响,稻米中Ca、Cu、Mn、K等元素在不同生产方式下的含量高低暂无定论[38-41]。有学者研究了其他谷物在不同生产方式下的矿质元素含量差别,发现有机生产方式可显著提高小麦和玉米中的Zn元素含量[42-43]。Vrek等[44]对比了市场上有机与常规小麦粉的营养价值,发现有机小麦粉中Zn、K、Mo元素含量明显高于常规小麦粉。Hernandez等[45]以适当比例的优质有机堆肥与化肥结合使用,提升了大麦与小麦中P、K、Ca、Mg、S元素的含量。这些结果可为不同生产方式下稻米中矿质营养元素差异的研究提供参考。
3结论与展望
由于有机稻米生产过程中无人工合成化学投入品,绿色稻米生产过程中化学投入品较少,因此,这两种大米被认为在食用安全品质上优于常规稻米,且绿色、有机水稻生产系统比常规水稻生产系统更利于生态环境的可持续发展[46-48],但还不能简单说明不同生产方式下的稻米营养品质谁优谁劣,主要还是取决于种植的品种遗传特性和栽培环境条件。目前,针对绿色、有机稻米和常规稻米品质的比较研究还不够全面,主要集中在整精米率、垩白粒率、蛋白质和淀粉含量等方面,相关研究结果也不尽相同。另一方面,不同生产方式对大米中多种矿质元素含量的影响也未有一致的结论,还需要进一步研究探讨。稻米不同蛋白组分(谷蛋白、球蛋白、清蛋白、醇溶蛋白)含量和氨基酸组成对稻米营养品质和蒸煮食味品质特性有着不同程度的影响[49-50],涉及到绿色、有机稻米与常规稻米的蛋白组分差异的研究鲜有报道。因此,相关研究以及生产者应更注重绿色、有机稻米的产地环境条件和优良品种选择[51],高度重视生产过程中肥料、农药等投入品的使用管理以及严格把控稻米产后加工、运输及储藏等环节,以保障食品安全为基础,以追求优质优价为目标,在突出稻米蒸煮食味品质特色的同时兼顾营养品质,从而促进绿色有机稻米产业的良好、健康、可持续发展。
参考文献
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