بررسی کیفیت دانه‌دراصلاح برنج

پیـش‌گفتـار
برنج زراعی گیاهی است یک ساله و به دو صورت آبی و دیم کشت می‌شود. از
لحاظ رده‌بندی گیاهی به جنس اوریزا، تیره گندمیان، راسته‌ی سبوس داران، رده‌ی تک
لپه‌ای‌ها و شاخه‌ی نهاندانگان تعلق دارد. جنس اوریزا شامل 21 گونه است که 2 گونه‌ی
زراعی آن، اوریزا ساتیوا ال. از گونه‌ی وحشی یک ساله‌ی اوریزا نیوارا منشأیافته و
در آسیا و بسیاری از نقاط جهان کشت می‌شود و اوریزا گلابریما استود از گونه‌ی وحشی
یک ساله‌ی اوریزا برویلی گولاتا تکامل یافته و در آفریقا (جنوب) به میزان محدودی
مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. اوریزا نیوارا خود از گونه وحشی پایای اوریزا روفی
پوگون و نیز اوریزا برویلی‌گولاتا از گونه وحشی پایای اوریزا لویی‌جیس‌لامی‌ناتا
حاصل گردیده است که همه آن‌ها دارای 12 جفت کروموزمند. 8 گونه‌ی وحشی جنس اوریزا
دارای 24 جفت کروموزوم هستند. اوریزا ساتیوا به مرور زمان در اثر تمایز یابی به دو
زیرگونه هندی و ژاپنی تکامل یافته است. در حالی که در اوریزا گلابریما چنین تنوعی
مشاهده نشده است.
گیاه برنج در مناطق از 53 درجه شمالی تا 40 درجه جنوبی و از زمین‌های
هم‌سطح دریا تا ارتفاعات 3000 متری و از نواحی معتدله تا گرمسیری رشد می‌کند. تاریخ
زراعت آن به 10000 سال پیش می‌رسد و در این مدت طولانی پروره‌های (Cultivars)
بسیاری از آن فراهم گردیده است و به‌ویژه با توسعه و پیشرفت تحقیقات برنج و استفاده
از دورگ‌گیری و فن‌آوری جدید مانند کشت بساک، کشت پیش دش (Protoplast)، انتقال ژن و
DNA دایماً بر تعداد آن‌ها افزوده می‌شود.
کیفیت دانه از مهمترین اهداف به‌نژادی برنج در بسیاری از کشورهاست و
حتی در بعضی از برنامه‌های زادگیری (Breeding) به کیفیت بیش از افزایش تولید در
واحد سطح اهمیت داده می‌شود. هدف اصلی کیفیت برنج انتخاب ارقام و خط‌هایی است که
مناسب‌ترین حالت پخت و خوراکی آن به شکل دانه و آرد فراهم شده باشد. البته گندم و
ذرت بیشتر به صورت آرد مصرف می‌شوند، امّا برنج بایستی پس از پخت، دانه‌ی آن شکل
خاصّی را حفظ کند و دانه‌ها به هم نچسبیده مورد استفاده قرار گیرند. کارخانجات
برنجکوبی اغلب در استانهای گیلان و مازندران استقرار یافته‌اند که در طی عملیات دو
مرحله‌ای پوست‌کنی و سبوس‌گیری شلتوک، برنج سفید قابل مصرف را تولید می‌کنند. در
مرحله‌ی پوست‌کنی شلتوک، پوسته‌ی اول یا پوسته‌ی سخت (Hull) جدا می‌گردد و برنج
قهوه‌ای به دست می‌آید. پوسته از ضایعات دور ریختنی محسوب گردیده و اغلب نابود سازی
آن برای کارخانجات مشکلاتی را ایجاد کرده است، اما در بعضی از کشورهای جنوب شرقی
آسیا از انرژی گرمایی آن استفاده می‌شود و در ژاپن از خاکستر حاصل از سوخت این
پوسته مواد پرارزشی مانند سیلیسیم با درجه خلوص بالا تولید و در ساخت نوعی سرامیک
نیز استفاده می‌شود. پوسته دوم یا پوسته نرم یا سبوس (Bran) که از مرحله سبوس‌گیری
فرآیند تبدیل در کارخانه حاصل می‌گردد در کشور ما به میزان محدودی به مصرف غذایی
دام و طیور می‌رسد، اما در کشورهای دارای فن‌آوری برتر از آن به منظور تولید روغن
خوراکی نیز استفاده می‌شود. این نوع روغن به دلیل وجود ترکیب اوریزانول بیشتر و
اسیدلینولینیک کمتر نسبت به روغن سویا برتری دارد.
مهمترین نشانویژگی‌های کیفیت برنج مربوط است به بخش درون دانه‌ی
نشاسته‌ای (آندوسپرم نشاسته‌ای) آن یعنی ترکیبات نشاسته و پروتئین و 2- استیل - 1-
پیرولین. بنابراین، مطالعه ساختار درون دانه، ترکیبات و نیز خواص شیمیایی و فیزیکی
نشاسته، محتویات پروتئین، ترکیب عطری 2- استیل – 1- پیرولین و زادشناسی آن‌ها در
به‌نژادی از با اهمیت‌ترین مباحثی هستند که در کیفیت برنج ارزیابی می‌شوند.
شاخص‌های مهم کیفیت برنج در همه کشورهای تولید کننده برنج از جمله
ایران عبارتند از : درصد سبوس، درصد برنج قهوه‌ای، درصد کل برنج سفید (برنج سالم +
خرده برنج)،درصد برنج سالم، دانه‌های گچی و شکم سفیدی، پروتئین، نشاسته (آمیلوز و
آمیلوپکتین)، درجه حرارت ژلاتینی نشاسته (GT)، پیوستگی ژل نشاسته (GC) و عطر برنج.
پنج نشانویژگی آخری در این مقاله بررسی خواهد شد. چون این نشانویژگی‌ها اغلب تحت
تأثیر شرایط محیطی و زادشناسی قرار دارند و اندازه‌گیری‌های شیمیایی کیفیت برنج به
اندازه کافی توسعه نیافته، استفاده از نشانگرهای مولکولی نیز تاکنون خیلی مفید واقع
نشده است، اگرچه تحقیقات DNA در این زمینه با کنجکاوی فراوان دنبال می‌شود، اما
نتایج آن زیاد هم رضایتبخش نیست و همواره مشکلاتی وجود دارد. علاوه بر این سطح
پایین چند ریختی زیر گونه‌ها، تهیه‌ی نقشه ژنی را در انواع تلاقی‌ها دشوار ساخته
است.

ساختار درون دانه‌ی نشاسته‌ای برنج
در فرآیند تبدیل شلتوک به برنج سفید قابل مصرف، پوسته‌ی خارجی آن که
شامل لما و پاله‌آ می‌باشد در دستگاه پوستکن جدا می‌شود و محصول را در این هنگام به
دلیل رنگ قهوه‌ای پوشش سطح دانه، برنج قهوه‌ای می‌گویند. در بعضی از ارقام این پوشش
به رنگ قرمز بوده و به برنج قرمز معروف است که گاهی اوقات به آن برنج هرز نیز گفته
می‌شود و به کشاورزان خسارت وارد می‌سازد. مرحله‌ی بعدی تبدیل در دستگاه سفید‌کن
انجام می‌شود که در طی آن برنج قهوه‌ای به برنج سفید قابل مصرف غذایی انسان تبدیل
می‌گردد، به همین جهت کلیه مراحل چنین عملیاتی را ‹‹تبدیل برنج›› گویند. در این
فرآیند محصول جانبی دیگری به نام سبوس یا کپک حاصل می‌شود که شامل لایه‌های
پریکارپ، پوشش دانه، بافت خورش، قسمتی از آلورن و جنین است. درجه تبدیل برنج نشان
می‌دهد که تا چه اندازه این پوشش جدا شده است. وزن مخصوص ظاهری برنج سفید 85/0 –
78/0 و وزن مخصوص واقعی آن 46/1 – 43/1 گرم بر سانتی‌مترمکعب می‌باشد.درصورتی‌که
وزن مخصوص‌ظاهری شلتوک برنج64/0 – 56/0 و وزن مخصوص واقعی آن 23/1-17/1 گرم
برسانتی‌متر مکعب است. برنج سفید 77-61 درصد دانه شلتوک را تشکیل می‌دهد که در واقع
همان درون دانه‌ی نشاسته‌ای است.
درون دانه‌ی نشاسته‌ای شامل دو بخش آلورن و مرکزی می باشد. بخش آلورن
به دو تا هفت لایه از بیرونی‌ترین یاخته‌هایی که سطح درون دانه را می‌پوشاند گفته
می‌شود. بخش مرکزی شامل اندوخته‌ی نشاسته‌ای دانه است. در غشای یاخته‌های آلورن سه
نوع اجسام پروتئینی حضور دارد که تنها مشابه‌ی یک نوع آن در بخش مرکزی دیده می‌شود
: اجسام پروتئینی کروی شکل بزرگ که در هر دو بخش مشترکند، دارای 2-1 میکرومتر قطر
است. این اجسام قابل آب کافت (هیدرولیز) با پپسین بوده و فقط به مقدار اندکی در
پروتئاز هضم می‌شوند (جولیانو، 1984). اجسام پروتئینی نوع دوم بخش آلورن کروی شکل
کوچک به قطر 7/0-5/0 میکرومتر و به صورت حلقه‌های متراکم وجود دارد که به طور کامل
در پپسین و پروتئاز قابل هضم است. اجسام پروتئینی نوع سوم متبلور می‌باشد که به
صورت یک شبکه‌ی بلوری قرص مانندی به قطر 5/3-2 میکرومتر است و در شرایط pH مناسب در
آنزیم پپسین به طور کامل و در پروتئاز به مقدار اندک هضم می‌شوند.
بخش مرکزی یا درون دانه‌ی نشاسته‌ای بیش از 61 درصد وزن دانه شلتوک را
در بردارد و اندوخته اصلی غذایی برنج است. درون دانه‌ی مرکزی مرکب از دانه‌های
نشاسته‌ای چند وجهی بزرگ به اندازه‌ی 9-3 میکرومتر بوده و اطراف این دانه‌ها را
بسته‌های کوچک مواد پروتئینی متراکم فرا گرفته است. این مولکول‌های پروتئینی علاوه
بر اطراف دانه‌های نشاسته، فاصله‌ی بین آن‌ها را نیز پر می‌کند. سیتوپلاسم
یاخته‌های درون دانه‌ی مرکزی برخلاف بخش آلورن دوام چندانی ندارد، زیرا به احتمال
زیاد پس از رسیدن دانه، این بخش درون دانه به بافت مرده تبدیل می‌شود. پروتئین اصلی
بخش مرکزی از نوع پروتئین کروی بزرگی است که در آلورن نیز یافت می‌گردد و همان‌طور
که بیان شد، پپسین این ساختار را بخوبی آب کافت می‌کند، در حالی که پروتئاز فقط
شبکه‌ی آندوپلاسمی دانه‌دار و ریبوزوم‌های آزاد را متلاشی می‌سازد. یاخته‌های
پارانشیمی درون دانه‌ی نشاسته‌ای دارای دیواره‌ی نازک است که معمولاً در مقطع عرضی
به طور شعاعی طویل شده و در آن نشاسته و پروتئین اندوخته می‌گردد (جولیانو، 1984).

تغییرات درون دانه‌ی نشاسته‌ای در دوره‌ی نموّ دانه برنج
عمل گرده افشانی برنج مستلزم باز شدن لما و پاله‌آ تحت تأثیر درجه
حرارت و شدت نور است که در ساعات معینی از روز رخ می‌دهد، در مزارع تحقیقاتی مؤسسه
تحقیقات برنج کشور واقع در جنوب شهر رشت این عمل در تابستان درساعات12-10 صبح انجام
می‌شود و چهار ساعت پس از گرده افشانی هسته‌های مولد درون دانه‌ی نشاسته‌ای نخستین
تشکیل می‌شود و درون دانه‌ی نشاسته‌ای سریع‌تر از رویان رشد می‌کند. 48 ساعت پس از
گرده‌افشانی، درون دانه‌ی اولیه شامل 80-50 هسته می‌گردد. 3 روز پس از باروری یک
لایه‌ی چندین هسته‌ای اطراف کیسه رویان را فرا می‌گیرد. چهار روز بعد از آن
لایه‌های یاخته‌ای از انتهای کیسه رویانی شروع به تشکیل می‌نمایند و اطراف رویان را
به طور کامل فرا می‌گیرند. پنج روز پس از گرده‌افشانی کیسه‌ی رویانی از یاخته‌های
درون‌دانه‌ نشاسته‌ای پر می‌گردد و 9 روز پس از آن تقسیم یاخته‌های درونی دانه کامل
می‌شود و تعداد یاخته‌های درون‌دانه به 180000 عدد می‌رسد و تعداد کل این یاخته‌ها
در زادمون‌های (Genotypes) مختلف برنج بین83100 تا 231800عدد متغیر است. البته
عوامل محیطی و غذایی خاک را نیز درآن نباید بی‌تأثیر انگاشت. ابتدا دانه‌های نشاسته
در آمیلوپلاست‌های منفرد شروع به تشکیل شدن می‌نمایند و آن‌گاه در بخش مرکزی درون
دانه، توده‌های بهم پیوسته‌ای را به وجود می‌آورند. بزرگ شدن اندازه دانه‌ها در
یاخته‌های بیرونی‌تر به آهستگی صورت می‌گیرد و در نتیجه اندازه این دانه‌ها همیشه
کوچکتر از آن‌هایی است که در یاخته‌های داخلی‌تر قرار دارند. اندازه‌ی دانه‌های
نشاسته در لایه آلورن که با سرعت کمتری تشکیل می‌شود حدود 10 میکرومتر است، اما در
بخش درون دانه 10 روز پس از شروع نشاسته‌سازی به 39 میکرومتر می‌رسد.

کیفیت برنـج
هدف اصلی اصلاح نژادی برنج عملکرد یا میزان محصول دانه در واحد سطح است
که خود با توجه به مقاومت نسبت به آفات، بیماری‌ها و تحمل شرایط نامناسب خاک مانند
شوری، سولفاتی، گچی و غیره تحقق می‌یابد. اما جولیانو (1984) پس از بررسی کیفیت
دانه در 11 کشور بزرگ تولید کننده برنج پیش‌بینی کرده بود که در آینده کیفیت دانه
بیشتر از عملکرد مورد توجه قرار خواهد گرفت. به فروش نرسیدن ارقام اصلاح شده و
نایاب شدن ارقام محلی خوش کیفیت ایرانی در سال‌های 78 و 79 با توجه به این که
بسیاری از ارقام اصلاح شده که کیفیت مناسبی نداشتند و در دست کشاورزان باقی
می‌ماند، نشان‌داد که کیفیت بیش از پرمحصولی بایستی مورد توجه قرار گیرد و این
لازمه‌اش آن است که ترکیبات و خواص مؤثر در کیفیت به خوبی شناخته شوند، روش‌های
اندازه‌گیری سریع و ساده به اندازه‌ی کافی توسعه یابند، زاد شناسی (Genetics)
تلاقی‌ صفات به خوبی شناخته شده باشد، از مهندسی زادشناختی و غیره نیز به طور مناسب
استفاده گردد. برنج‌های محلی 2 تا 5/2 برابر ارقام اصلاح شده و 3 الی 4 برابر برنج
وارداتی به فروش می‌رسد. بنابراین تدوین چنین نوشته‌ای ضرورت یافت تا نشانویژگی‌های
کیفیتی برنج هم برای تولیدکنندگان و هم برای مصرف کنندگان و هم محققان اصلاح نژاد
روشن شود.

1- نشاسته‌ی برنج و نشانویژگی‌های وراثتی آن
درون دانه‌ی برنج از 91-84 درصد نشاسته، 15-7 درصد پروتئین و دو درصد
مواد چربی، ویتامین‌ها، مواد معدنی تشکیل شده است که وجود مقادیر بسیار اندک
2- استیل-1- پیرولین عطر مطبوع برنج را ایجاد می‌کند نیز حایز اهمیت فراوان
می‌باشد. به همین جهت این قسمت دانه برنج سفید را که به مصرف غذایی می‌رسد، درون
دانه‌ی نشاسته‌ای می‌گویند که در ارقام گوناگون محتویات نشاسته و پروتئین متفاوت و
دارای غلظتهای مختلف 2- استیل –1- پیرولین بوده‌که تفاوت‌های کیفی در آن را پدید
آورده است. اندوخته‌های نشاسته در دانه‌ی برنج شامل ترکیبات پرپاری (Polymeric)
از‌قندهای شش کربنی بوده که در درون دانه‌ی نشاسته‌ای آن مراحل پرپارسازی وقوع
یافته است. دو نوع محصول پرپاری نشاسته شامل آمیلوز با مولکول‌های زنجیری مستقیم
الــخطی از پیوند 4،1- a دارای 2200-2000 واحد تک پار شناسایی شده است. نسبت آمیلوز
به آمیلوپکتین یک شاخص کیفی مهمی محسوب می‌گردد. نظر به این‌که در تعیین این نسبت،
اندازه‌گیری آمیلوز و آمیلوپکتین ضروری است و از طرف دیگر به دلیل زیاد بودن تعداد
نمونه‌های مورد اندازه‌گیری و مطرح بودن روش‌های ساده و سریع، متخصصین به‌نژادی
مجبورند فقط به اندازه‌گیری مقدار آمیلوز اکتفا نمایند. مطالعات زادشناختی برنج
منجر به کشفیات بسیاری شده که بعضی از آن‌ها مربوط به صفات کیفیتی هستند
عبارتند‌از: برنج فاقد آمیلوز (ژن واکسی یا wx )، آمیلوز پائین (ژن du )، آمیلوز
بالا
(ژن ac ) و اثر مواد قلیایی بر روی دانه (ژن alk ). بعضی از خواص بسیار مهم نشاسته
مانند درجه حرارت ژلاتینی، پیوستگی ژل و افزایش طول دانه پس از پخت از
نشانویژگی‌های زاد شناختی به حساب می‌آیند که درتلاقی‌های برنامه اصلاح نژادی ماهیت
وراثتی و گوناگونی خود را نشان می‌دهند. زادشناسی به درک وراثت و تغییرات محتویات
آمیلوز و خواص شیمیایی و فیزیکی نشاسته در جهت اصلاح ارقام خوش کیفیت برنج‌کمک
بزرگی کرده است.

1-1- آمیلــوز
گیاهان سبز از ترکیب آب و CO2 با استفاده از نور خورشید و سبزینه در طی مراحل
فتوسنتز، کربوهیدرات‌ها را تولید می‌نمایند. انرژی لازم برای تشکیل این ترکیبات از
نور خورشید تأمین می‌گردد. ابتدا گلوکز و سپس در اثر پرپار شدن آن‌ها درشت
مولکول‌هایی مانند نشاسته و سلولز به‌وجود می‌آید. درجه حرارت هوا و مواد غذایی خاک
که توسط گیاه جذب می‌شود، در پرپار شدن گلوکز به ویژه در نوع ایجاد پیوند‌های
گلوکزیدی و درجه پرپارسازی تأثیر دارد. البته این عوامل محیطی در چگونگی ساختار
نشاسته تغییر اندکی ایجاد می‌کند و عوامل زاد شناختی تأثیر اصلی و قاطعی را به
نمایش می‌گذارد.
نشاسته ماده غذایی اصلی دانه‌ی برنج است که خود به دو ترکیب آمیلوز و آمیلوپکتین
تقسیم می‌شود. آمیلوز از تک پارهای D - گلوکز با پیوندهای 4،1-a تشکیل شده است
که هر واحد آن از طریق کربن‌های شماره 1 و 4 به واحدهای دیگر پیوند یافته و خواص
شیمیایی و فیزیکی ویژه‌ای به آن داده است که به طور شگفت‌آوری در کیفیت دانه غلات
به ویژه برنج تنوع ایجاد کرده است. آمیلوز دارای زنجیرهای بدون شاخه یا کمتر
شاخه‌دار متصل به آنزیم و محلول در آب و قابل آب کافت شدن به گلوکز و مالتوز
می‌باشد. برعکس آمیلوپکتین دارای سا‌‌ختار بسیار شاخه‌ای با زنجیرهای کوتاه 25-20
واحدی D - گلوکز توسط پیوندهای 6،1- a به زنجیر اصلی اتصال یافته و در آب نامحلول
است. بنابراین در آمیلوپکتین دو نوع پیوند 4،1- a و 6،1- a وجود دارد و در اثر آب
کافت شدن به مالتوز تبدیل می‌گردد. عموماً 36-1 درصد نشاسته اندوخته شده در دانه‌ی
برنج را آمیلوز و بقیه را ترکیب آمیلوپکتین با ساختار مولکولی شاخه‌ای تشکیل
می‌دهد. اگرچه آمیلوپکتین 98-65 درصد نشاسته درون دانه را شامل می‌شود اما نقش آن
در کیفیت دانه به‌خوبی روشن نیست و نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین یا در اغلب موارد فقط
محتویات آمیلوز را به عنوان یکی از مهمترین شاخص‌های فرآیند پخت و پز مورد ارزیابی
قرار می‌دهند. کیفیت پخت برنج به صورت دانه یا آرد کاملاً با مقدار آمیلوز تعیین
می‌شود. ارقام و پروره‌های برنج را از نظر محتویات آمیلوز به واکسی یا فاقد آمیلوز
(2-1 درصد)، خیلی کم آمیلوز (9-3 درصد)، کم آمیلوز (17-10 درصد)، متوسط آمیلوز
(25-18 درصد) و آمیلوز بالا (بیشتر از26 درصد) طبقه‌بندی می‌کنند. اما برای مصرف
کنندگان تنها درجه‌بندی دیگری پیشنهاد می‌شود که عبارت است از واکسی، آمیلوز متوسط
و آمیلوز بالا. تاکنون روش‌های متعددی برای اندازه‌گیری آمیلوز ارائه شده است که
عبارتند از : روش اندازه‌گیری جذب نور با طول موج 620 نانومتر در دستگاه طیف‌سنج
نوری یا اتوآنالیزور، آمپرومتری، کروماتوگرافی کاغذی. از آن‌جا که آمیلوز با محلول
ید رنگ آبی و آمیلوپکتین رنگ قرمز تولید می‌کند، با اندازه‌گیری جذب آن در طول موج
620 نانومتر با طیف سنج نوری مقدار آمیلوز تعیین می‌گردد. آمیلوپکتین در این
اندازه‌گیری مزاحمت ایجاد می‌کند اما این اثر را با تنظیم pH می‌توان کاهش داد.
برنج واکسی در موقع پخت، چسبنده و لزج و فاقد انبساط حجمی بوده، اما برنج‌های
غیرواکسی که به غیر گلوتینوز نیز معروفند بستگی به ترکیب آمیلوز دارد. هرچه میزان
آمیلوز بیشتر باشد از چسبندگی دانه‌ها به یکدیگر کاسته شده، به طوری که در برنج‌های
آمیلوز بالا، دانه‌ها پس از پخت کاملاً از هم جدا باقی می‌مانند و در اثر سرد شدن
خشک‌تر و سخت‌تر می‌گردند. برنج‌های با آمیلوز بالاتر از 33% پس از پخت خوب جویده
نشده و فاقد ارزش خوراکی می‌باشند. برای تشخیص برنج واکسی از غیرواکسی روش ساده و
آسانی رواج یافته است که در آن پس از خراشیدن سطح دانه و افزودن یک قطره محلول ید،
واکنش یدی نشاسته انجام می‌شود. اگر برنج از نوع واکسی باشد، رنگ قرمز و در صورتی
که غیرواکسی باشد، رنگ آبی ظاهر می‌گردد.
اگرچه در بعضی مناطق محدودی برنج‌های واکسی را ترجیح می‌دهند اما اغلب نواحی جهان
برنج‌های غیرواکسی از نوع آمیلوز متوسط را تولید و مصرف می‌نمایند و قیمت آن‌ها
دائماً رو به افزایش است. در حال حاضر همه‌ی ارقام محلی ایرانی به استثنای گیل چمپا
دارای آمیلوز متوسط هستند. کشت گیل‌چمپا که از ارقام آمیلوز بالاست کشت آن تقریباً
منسوخ گشته است. رقم دم‌سیاه که در بعضی از نواحی لاهیجان، آستانه، صومعه‌سرا و
رودسر به ندرت کشت می‌شود با 22% آمیلوز و کیفیت پخت و خوراکی بسیار عالی از
برنج‌های نادر جهان است که به دلیل پایین بودن میزان محصول در واحد سطح، حساسیت به
آفات و بیماری‌ها، دیررسی و ورس شدید به کشت آن توجهی نمی‌شود. بعضی از خانوارهای
روستایی برنج دم‌سیاه را برای مصرف خودشان تولید و معمولاً به بازار عرضه نمی‌کنند.
کشاورزان کنجکاو، برای دسترسی به ارقام مشابه دم‌سیاه از روش انتخاب توده‌های محلی
بهره‌ می‌گیرند. ارقام جدید هاشمی و علی‌کاظمی از این طریق اصلاح شده‌اند و هر دو
آمیلوز متوسط هستند و کیفیت رقم هاشمی به دم‌سیاه نزدیکتر است.
کشت پروره‌های با نشاسته واکسی و غیرواکسی هر دو در نقاط مختلف جهان انجام می‌شود
اما در ایران تاکنون به دلیل عدم تقاضای مصرف کننده ارقام واکسی کشت نشده است.
بهترین نمونه برنج واکسی 29IR است. مطالعه‌ی وراثت آمیلوز، درگیری یک ژن اصلی و
چندین ژن تغییر دهنده غالب ناقص را به سمت آمیلوز پایین نشان می‌دهد. اما تلاقی
زادمون‌های با مقادیر مختلف آمیلوز، الگوی متفاوت وراثت را بهتر نشان‌‌داده است.
هدایت تک ژنی محتویات آمیلوز در تلاقی بین زادمون‌های آمیلوز پایین و بالا و بررسی
وراثت آمیلوز در جمعیت‌های BCF1 , F3 , F2 , F1 وBCF2 نشان داد که ژن آمیلوز بالا
دارای غالبیت ناقص است و علاوه بر این تغییردهنده‌های دیگری نیز در این تلاقی‌ها
دخالت دارند(شانگ،1981).ارقام اصلاح شده ایرانی‌مانند سپیدرود، نعمت، ندا، گیل‌1،
هراز، آمل‌2، آمل3 همه آمیلوز بالا، GT پایین و فاقد عطرند، زیرا در تلاقی‌های منجر
به تولیدشان یکی از والدین آمیلوز بالا بوده است.
اطلاعات مربوط به تأثیر محیط، خاک، کود و عملیات زراعی در محتویات آمیلوز بیشتر
ناشی از تجارب کشاورزان و دانشمندان است و هر دو قشر به این امر آگاهی کامل دارند.
عموماً درجه حرارت هوا با مقدار آمیلوز دارای همبستگی منفی است و با افزایش درجه
حرارت هوا آمیلوز کاهش می‌یابد و از شفافیت ظاهری دانه کاسته می‌شود. استفاده از
کودهای نیتروژنی اضافی در ارقام باسماتی پاکستانی و باسماتی 370 محتویات آمیلوز را
9/9-3 درصد افزایش داده است. بنابراین استفاده از کود نیتروژنی اثر معکوسی در کیفیت
پخت و خوراکی بر جای می‌‌گذارد. در باره‌ی تأثیر پتاسیم، منیزیم، گوگرد، فسفر و روی
در محتویات آمیلوز نظرات متفاوتی وجود دارد. اگرچه شن (1997) افزایش محتویات آمیلوز
در اثر استفاده از کود Zn و ویل جت (1986) تأثیر پتاسیم در این عمل را گزارش
داده‌اند، اما دلایل موجود در آن‌ها کافی نیست.
2-1- درجه حرارت ژلاتینی (Gelatinization Temperature)
درجه حرارت ژلاتینی یکی از خواص فیزیکی بسیار مهم نشاسته برنج می باشد
که عبارت از درجه حرارتی است که دانه‌های نشاسته در داخل آب به طور غیرقابل برگشتی
متورم می‌شوند. وقتی مخلوط آب و برنج به تدریج گرم می‌شود تا پیش از رسیدن به درجه
حرارت ژلاتینی تغییر اندکی را متحمل می‌گردد، ولی پس از آن دانه‌های نشاسته آب را
به مقدار بیشتری جذب کرده و سبب افزایش طول دانه و انبساط حجمی آن می‌گردند.
بنابراین، GT تعیین کننده‌ی مدت زمان لازم برای پخت بوده و تغییر در آن منجر به
تغییر در زمان پخت است و هرچه مقدار آن بیشتر باشد، مدت زمان لازم برای پختن بیشتر
خواهد بود. در درجه حرارت ژلاتینی دانه‌های نشاسته خاصیت پیوند قطبی خود را از دست
داده و ژل به تدریج شفافیت بیشتری یافته و آمیلوز محلول می‌گردد. در این هنگام
نشاسته را ژلاتینی شده می‌نامند. GT برنج کاملاً از زادمونی به زادمون دیگر تفاوت
دارد.
GT درجه نظم سازمانی ذرات نشاسته را نشان می‌دهد و به همین دلیل درجه حرارت ژلاتینی
نشاسته، درجه سازمان مولکولی آن را در نواحی بین ذرات نسبتاً بی‌شکل مجسم می‌سازد.
از این‌جا برای این سؤال که چرا در ارقام واکسی و غیرواکسی امکان یکسان بودن GT
وجود دارد می‌توان پاسخی یافت. به نظر می‌رسد، GT با درجه تبلور نشاسته، اندازه یا
درجه مولکولی آن، تعداد زنجیرهای انشعابی آمیلوپکتین برنج ارتباط داشته باشد. کمیت
و کیفیت نشاسته و GT تأثیر شدیدی در کیفیت پخت دارد. جالب توجه است که با این همه
توضیحات، اندازه دانه‌ی برنج و شکل آن در مقدار جذب آب و زمان پخت هیچ‌گونه تأثیری
نداشته بلکه فقط GT آن را مشخص می‌کند.
درجه حرارت ژلاتینی دانه‌های برنج به طور وسیعی تحت تأثیر عوامل محیطی و مواد غذایی
خاک قرار دارد. از عوامل مؤثر در GT برنج می‌توان درجه حرارت زمان پرپار شدن نشاسته
و میزان تابش نور خورشید را نام برد که مقدار آن را حداکثر شش درجه سانتی‌گراد
تغییر می‌دهد. دلا کروز (1991) در مطالعه GT رقم برنج باسماتی پاکستان در درجه
حرارت‌های مختلف دستگاة فیتوترون نتیجه گرفت که GT از درجه حرارت تأثیر نمی‌پذیرد.
شاید علت این مشاهده عدم هماهنگی بین شرایط ایجاد شده در فیتوترون و محیط آزاد به
ویژه نور و تشعشعات دیگر خورشیدی و غیره باشد. تغییرات حرارتی در زمان تشکیل
پرپارهای آمیلوز و آمیلوپکتین سبب تغییر در ساختار مولکولی و تغییر در انشعاب سازی
و حتی ایجاد پیوندهای عرضی می‌گردد. حدود 20 روز پس از گلدهی و نیز در زمان رسیدگی
دانه اثر افزایشی درجه حرارت محیط در بالا بردن GT محسوس است. با این حال، در مورد
تأثیر مواد معدنی خاک مانند ازت، پتاسیم و فسفر در میزان درجه حرارت ژلاتینی نشاسته
برنج گزارش قابل قبولی وجود ندارد.
GT ارقام برنج عموماً بین cْ55 تا cْ79 متغیر است وشاملGT پایین
( cْ69ـ55)، GT متوسط (cْ74ـ 70) و GT بالا (cْ79 ـ 75) می‌باشد (جولیانو، 1972).
بیش از 90% ارقام محلی خوش کیفیت ایرانی از نوع GT متوسط هستند و زادمون‌های معطر
عنبربو، هاشمی، علی‌کاظمی، دم‌سیاه و باسماتی پاکستان در این گروه قرار دارند، به
استثنای حسنی که دارای GT پایین بوده اما کیفیت پخت آن بسیار تحسین برانگیز است.
اهالی طالش در نواحی هشتپر، ماسال، شاندرمن و فومن و بعضی نواحی دیگر که اغلب
مردمانی کوشا و با اراده‌ا‌ی قوی هستند به مصرف این نوع برنج تمایل زیادی نشان
می‌دهند. بسیاری از کشاورزان گیلانی که بایستی روزهای طولانی به کار طاقت فرسای روی
زمین زراعی بپردازند، معتقدند که برنج حسنی نسبت به سایر برنج‌ها، انرژی بیشتری را
آزاد می‌سازد و توانایی انجام کار را در آن‌ها زیادتر می‌کند. این یک اظهار نظر
ساده لوحانه و احساساتی نیست بلکه به احتمال قوی GT پایین همراه با آمیلوز متوسط و
پروتئین بالای این رقم ممکن است منجر به چنین خواصی در آن شده باشد. حسنی از ارقام
برنج دانه بلند محسوب نمی‌گردد، بنابراین بازار پسندی آن پایین است و با این که
معطر نیز می‌باشد به قیمت ارزان‌تر معامله می‌شود، اما به علت GT پایین و GC نرم
هنگامی که به صورت آرد مصرف می‌شود از کیفیت خوراکی و نگه‌داری بسیار عالی برخوردار
است و بعضی از محصولات غذایی مانند نان برنجی، کیک، کاکا و خشکار فقط از آرد برنج
حسنی قابل تهیه است که پس از پخت در حال سرد، نرم باقی می‌مانند و علاوه بر این از
آن در تهیه غذاهایی از قبیل آش‌شیربرنج، فرنی و کویی‌آش (نوعی غذا که از مخلوط
برنج، شیر، کدو قرمز و شکر تهیه می‌کنند) نیز استفاده می‌شود. این نوع غذاها اگر پس
از سرد شدن خشک و سخت گردند فاقد ارزش مصرفی خواهند بود و رقم حسنی چنین مشکلی را
برطرف ساخته است.تاکنون روش‌های متعددی برای اندازه‌گیری GT رواج یافته که عبارتند
از : روش تأثیر محلول هیدروکسید پتاسیم 7/1% و روش‌های نورسنجی، میکروسکوپی و
پلاروگرافی. روش KOH خیلی ساده و سریع است. تعداد شش دانه برنج سفید سالم را در یک
پتریدیش قرار داده و 10 میلی‌لیتر محلول هیدروکسید پتاسیم 7/1 % به آن افزوده و
مــدت 24 ساعت در درجه حرارت ثابت C30 نگهداری می‌کنند و سپس میزان تأثیر یا هضم
محلول KOH را بر روی دانه‌ها




شکل1 –نمودار درجه حرارت ژلاتینی نسبت به درجه‌ی تأثیر محلول پتاس7/1%

براساس نمرات 1 تا 7 درجه یادداشت می‌نمایند. این درجات با مقدار GT نسبت غیر
مستقیم دارد. مقدار GT در این روش با استفاده از منحنی نمایش شکل 1 تعیین می‌شود.
برای اطلاعات بیشتر لازم به توضیح است که غلظت KOH در دو زیرگونه‌ی هندی و ژاپنی
متفاوت می‌باشد. برای پروه‌های زیرگونه‌ی هندی غلظت 8/1ـ7/1 درصد KOH و ارقامی که
در مقابل KOH مقاومند مناسب است و اما برای پروه‌های زیرگونه ژاپنی و پروه‌هایی که
در KOH به سهولت تجریه می‌شوند، غلطت 5/1ـ4/1 درصد KOH کافی به نظر می‌رسد. اندازه
گـــــیری GT به روش نورسنجی نیز تا اندازه ای ساده است اما‌‌ به آسیاب برای تهیه
آرد و دستگاه طیف سنج نوری برای تعیین در صد عبور نور نیاز‌دارد که صرف هزینه
بیشتری را موجب می‌شود. در این روش مقدار 50 میلی‌گرم آرد برنج را با افزودن 10
میلی‌لیتر محلول 7/1 درصد پتاس به مدت 24 ساعت در cْ30 قرار می‌دهند و سپس درصد
عبور نور آن را با استفاده از سل (Cell) کوآرتز 8 میلی‌متری در طول موج 620 نانومتر
تعیین می‌کنند. در نمونه‌های با GT بالا درصد عبور نور کوچکتر از 10 درصد و GT
متوسط 50 –21 درصد و GT پایین عبور نور بیشتر از 60 درصد خواهد بود. شکل 2 منحنی
نمایش درجه حرارت ژلاتینی برنج را نسبت به درصد عبور نور نشان‌می‌دهد.


شکل2 –نمودار درجه حرارت ژلاتینی نسبت به درصد عبور نوردر طول موج 620 نانومتر
در آزمایش تعیین درجه اثر KOH ، برنج‌های GT پایین به طور کامل و GT متوسط به
آهستگی تجزیه و پخش می‌شود، در حالی که GT بالا دانه‌ها را سالم و بدون تأثیر برجای
می‌گذارد.
در حال حاضر بسیاری از محققین با تجربه معتقدند که GT می‌تواند بعضی از مسائل مجهول
مربوط به کیفیت برنج را پاسخ‌گو باشد. اعتقاد براین است که بدون درنظر گرفتن GT در
انتخاب لاین‌های پیشرفته و در حال تفکیک بهبودی حاصل نخواهد شد و چندین سال تلاش
برای معرفی یک رقم برنج اصلاح شده جدید که از نظر کیفیت مناسب و مورد پذیرش مصرف
کننده باشد ممکن است با ناکامی مواجه گردد. از آن‌جا که محصول نهایی گیاهان دورگه
دانه‌های F2 است، تفرقه GT در طول خوشه وجود دارد اما برداشت توده‌ای آن از نظر
نشانویژگی‌های پخت و خوراکی مشاهده نشده است (ویرمانی، 1994). برعکس، ارقامی که به
روش دورگ‌گیری تهیه می‌شوند و به کشاورزان معرفی می‌گردند بایستی از لحاظ GT نیز
جور تخم و خالص باشند.
الگوی تفرقه GT بستگی به میزان آن در والدین ازیک تلاقی به تلاقی دیگر متفاوت است.
وانگ (1988) وراثت و تغییرات GT را در تلاقی‌ها مشاهده و نتیجه گرفته بود که GT به
‌وسیله ژن‌های غالب و افزایشی هدایت می‌شود. پیش از این نیز سومریت (1974) نقش اثر
افزایشی ژن را در بعضی از تلاقی‌های مورد مطالعه خود گزارش کرده بود. وراثت GT در
تلاقی‌ها پیوسته و چند ژنی است.
از آن‌جا که ژلاتینی شدن نشاسته به عمل تجزیه شیمیایی درشت مولکول‌های نشاسته بستگی
داشته و با مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین رابطه‌ای ندارد، اغلب دیده می‌شود که ارقام
GT بالا، آمیلوز پایینند و عملاً هیچ رقمی با GT بالا و آمیلوز بالا دیده نشده است.
برنج‌های GT متوسط اکثراً با آمیلوز متوسط و بالا، GT پایین در همه‌ی ارقام برنج
قابل مشاهده است. اگرچه مصرف کنندگان برنج به ویژه زنان خانه‌دار با اصطلاح فنی GT
آشنایی ندارند، اما وجود چنین خواصی را در مدت زمان پخت، یکنواختی و تفرقه دانه‌های
در حال پخت و جدا ماندن دانه‌ها پس از پخت را به خوبی احساس می‌کنند.هنگامی که برنج
به صورت کته پخت می شود، تفرقه‌ی GT در دانه ها قابل تشخیص نیست زیرا در پوش باعث
می شود تا گرما و بخار آب مدّتی پس از پخت در داخل دیگ باقی بماند و سبب پختن دانه
هایی شود که به علت GT بالا هنوز ژلاتینی نشده اند.اما در پخت برنج به صورت آبکش،
پس از خارج کردن آب دانه های GT بالا که هنوز نپخته اند به خوبی قابل تشخیص است.

3-1- پیوستگی ژل (Gel consistency)
پیوستگی یا چسبندگی ژل یکی از خواص نشاسته برنج است که از نشانویژگی‌های
مهم کیفی محسوب می‌گردد و در به‌نژادی برنج مورد استفاده زادگیران (Breeders) قرار
می‌گیرد. پیوستگی ژل را می‌توان با روان شدن یا جاری شدن در سطح افقی بهتر درک کرد
و به این ترتیبGC متناسب خواهد بود با مسافت طی شده‌ی ژل حاصل از مخلوط 100
میلی‌گرم آرد برنج سفید با 2 میلی‌لیتر محلول 2/0 نرمال KOH در داخل لوله آزمایش
11×100 برحسب میلی‌متر، هنگامی که در سطح افقی به مدت یک ساعت ساکت نگه داشته شود.
اما در عمل برای جلوگیری از خطاهای احتمالی به اندازه‌گیری فاصله ژل تا ته لوله
مبادرت می‌ورزند یا به عبارت دیگر طولی از لوله که ژل رنگی در آن مشاهده می‌شود
تعیین می‌کنند. اختلاف سلیقه مصرف کنندگان وقتی که مجبور به استفاده از برنج‌های
آمیلوز بالا (بیش‌از26%) بودند، سبب شد تا تفاوت ارقام آمیلوز بالایی که محتویاتشان
یکسان بود بررسی شود. به این ترتیب معلوم شد که برنج‌های‌ آمیلوز بالا از لحاظ GC
در سه گروه سخت، متوسط و نرم می‌توانند طبقه‌بندی گردند. برای نمونه دو رقم نعمت و
سپیدرود با GT و محتویات آمیلوز یکسان و فاقد عطر، نعمت به دلیل GC نرم بیشتر از
سپیدرود مورد پسند مصرف کنندگان است. از مقایسه ارقام خزر و دم‌سیاه نیز می‌توان به
نقش با اهمیت این صفت پی‌برد. خزر و دم‌سیاه هر دو آمیلوز متوسط، GT متوسط و
پروتئین یکسان (8/7%)دارند اما از نظر GC و عطر از هم متمایزند و چون ترکیبات عطری
در کیفیت پخت و خشک شدن پس از آن تأثیری ندارد و فقط در کیفیت خوراکی نمایان
می‌شود، از این رو GC ویژگی‌های نامطلوب خزر و کیفیت بسیار عالی دم‌سیاه را موجب
شده است. در حال حاضر از GC برای تشخیص کیفی همه‌ی ارقام و خط‌های در حال تفکیک
برنج توسط زادگیران (Breeders) استفاده می‌شود. طول ژل برای GC سخت mm40-26 ، متوسط
mm60-41 و نرم mm100-61 در نظر گرفته شده است. اندازه بهینه آن نیز مانند آمیلوز و
GT، متوسط است و بسیاری از ارقام محلی ایرانی GC متوسطند.
پیش از تعیین GC لازم است همه‌ی نمونه‌های برنج سفید مورد آزمایش و
برنج‌های شاهد با GC نرم 32IR ، متوسط 36IR و سخت 42IR حداقل به مدت 48 ساعت در یک
اتاق نگه‌داری شوند تا رطوبت همه‌ی نمونه‌ها یکسان گردد. تعداد 12 دانه برنج سالم
را با آسیاب آزمایشگاهی به آرد ریز 100 مش تبدیل و مقدار 1 ±100 میلی‌گرم آن را
توزین و وارد لوله آزمایش mm 11×100 می‌نمایند. 2/0 میلی‌لیتر الکل 95% محتوی 025/0
درصد معرف تیمول آبی تازه تهیه شده را به آن اضافه می‌کنند(اتانول مانع لخته شدن
آرد در طول مدت ژلاتینی شدن قلیایی می‌گردد و تیمول آبی ژل را به رنگ آبی در
می‌آورد تا انتهای ژل به خوبی تشخیص داده شود). حال 2 میلی‌لیتر محلول 2/0 نرمال
KOH افزوده می‌شود و با استفاده از مخلوط‌کن ورتکس بهم زده می‌شود. یک عدد گلوله
شیشه‌ای در دهانه‌ی لوله قرار داده و آن را در حمام آب در حال جوش فرو می‌برند تا
پس از 10 دقیقه کاملاً ژلاتینی شود. سپس لوله‌ها را بیرون آورده و مدت 5 دقیقه در
دمای اتاق نگه داشته تا خنک شود و آن‌گاه به مدت 20 دقیقه در مخلوط آب و یخ قرار می
دهند تا ژل به حالت نیمه جامد درآید. لوله‌هارا مدت یکساعت بر روی کاغذ میلی‌متری
در سطح افقی می‌خوابانند تا ژل حرکت نماید و فاصله انتهای حرکت ژل تا ته لوله
آزمایش را یادداشت می‌کنند. آزمایش تعیین GC خیلی حساس می‌باشد و بایستی درجه حرارت
اتاق آزمایشگاه cْ25 و علاوه بر آن، ارقام شاهد در دامنه GC مورد نظر قرار داشته
باشند (دلا، 2000).
یکی از عوامل بسیار مؤثر در اندازه‌گیری GC حضور لیپیدها و درجه تبدیل
برنج است. بنابراین به روشنی مشاهده می‌شود که چرا نمونه‌های یک رقم یا یک خط اصلاح
شده برنج می‌تواند اندازه‌‌های GC متفاوتی را نشان دهد. تمام نمونه‌های برنج
قهوه‌ای غیرواکسی به علت وجود لیپیدها دارای GC سخت هستند، و پس از تبدیل به برنج
سفید ممکن است GC نرم یا متوسطی را حایز گردند. از این گذشته پس از خارج کردن
ترکیبات لیپیدی آردشان با الکل اتیلیک 95 درصد غالباً دارای GC نرم خواهد شد. برای
مثال نمونه‌ای از برنج قهوه‌ای 8IR با GC سخت (30 میلی‌متر) پس از چربی‌گیری با
اتر نفت به 50 میلی‌متر یا GC متوسط رسید و پس از چربی‌گیری با اتانول 95% در
دستگاه تقطیر برگشتی مقدار 84 میلی‌متر یا GC نرم به دست آمد. یعنی هر سه حالت
پیوستگی ژل سخت، نرم و متوسط برحسب وجود مقادیر متفاوتی از لیپیدها در رقم برنج 8IR
دیده شد. درون دانه‌ی نشاسته‌ای برنج محتوی 7/0 درصد لیپید است که دارای نسبت
لیپید خنثی : گلیکولیپید : فسفولیپید، 20 : 15 : 65 بود. حال برای مطالعه بیشتر،
به این برنج چربی‌گیری شده مقدار 7/0-4/0 درصد اسید پالمتیک اضافه گردید و به دنبال
آن آزمایش اندازه‌گیری پیوستگی ژل انجام شد که GC سخت (30 میلی‌متر) را نشان داد.
از طرف دیگر در ارقام برنج سفید واکسی (فاقد آمیلوز) نه عمل چربی‌گیری و نه افزایش
اسیدپالمتیک هیچ کدام تأثیری در مقدار GC نداشت. به این ترتیب می‌توان چنین استنباط
کرد که دخالت لیپیدها در GC مربوط به همتافت آمیلوز – لیپید برنج است. این بهترین
راه پاسخ به این سؤال است که چرا GC در ارقام آمیلوز بالا اهمیت دارد. از این
گذشته، تأثیر درجه‌ی تبدیل در پیوستگی ژل اصولاً از تغییر مقدار لیپیدهای موجود در
آن ناشی می‌شود و به همین علت نمونه‌های شاهد بایستی هم زمان با نمونه‌های آزمایشی
به برنج سفید تبدیل گردند تا درجه تبدیل یکسانی داشته باشند (جولیانو، 1984).
شانگ ولی (1981) وراثت پیوستگی ژل در برنج‌های اصلاح شده زیرگونه هندی
و همچنین جمعیت‌های BCF1 , F3 , F2 , F1 و BCF2 تلاقی بین والدین با پیوستگی ژل سخت
و نرم را مطالعه کردند و نتایج به دست آمده نشان‌دادکه GC توسط‌یک ژن کنتر ل می‌شود
و پیوستگی ژل سخت غالب و نرم مغلوب است. پیش از این نیز تصور می‌شد، اختلافات حاصل
از این تلاقی‌های دو طرفه به دلیل اثر سیتوپلاسمی در پیوستگی ژل باشد (سنیق 2000).
محتویات آمیلوز به نسبت زیادی با پیوستگی ژل دارای همبستگی معنی‌دار منفی است و
نشان دهنده‌ی این است که اصلاح هر کدام بایستی به طور مجزا انجام شود و نه هر دوی
آنها با هم در یک تلاقی (سنیق 2000). از آن‌جا که غلظت لیپیدها تفوق کامل دارد،
برای دست‌یابی به GC نرم در آمیلوز بالا، کاهش غلظت لیپیدهای درون دانه ضروری به
نظر می‌رسد. تونگ (1989) با استفاده از تحلیل تلاقی دی‌آلل و قابلیت ترکیب کنندگی،
دخالت یک ژن اصلی و چندین ژن کهاد (minor) یا تغییر دهنده را در هدایت بروز پیوستگی
ژل و غالبیت متوسط در دامنه غالبیت ناقص گزارش کردند. این قابلیت ترکیب کنندگی نشان
داد که اثرات ژن افزایشی و غیرافزایشی هر دو مهم می‌باشند. نتایج حاصل اهمیت
انتخاب والدین مادری مناسب را در تلاقی‌ها پیشنهاد می‌کرد، به طوری که انتخاب GC
متوسط از تلاقی‌های والدین GC سخت × GC نرم به دلیل هدایت ژن اصلی این صفت غیر
مؤثر دانسته شد (سنیق و کوش، 2000).
4-1- پـروتئیــن
پروتئین پس از نشاسته عمده‌ترین جزء تشکیل دهنده‌ی دانه‌ی برنج می‌باشد
و محتویات آن دارای تفاوت پروره‌ای بوده و در برنج سفید از 5 تا 4/15درصد متغیر
گزارش شده است. در مؤسسة بین‌المللی برنج از تجزیه 17587 رقم برنج، میزان پروتئین
برنج قهوه‌ای بین 3/ 4 تا 2/18 درصد با میانگین 5/9 درصد به دست آمد (گومز، 1979 )
برنج در میان غلات دارای پائین‌ترین میزان پروتئین است، اما علاوه بر آمینواسید
لیزین از نظر آمینواسیدهای گوگرددار سیستین و میتیونین غنی می‌باشد. مهمترین جزء
پروتئین مورد نیاز غذای انسان اسیدآمینه لیزین است که در برنج، جو صحرایی و چاودار
بیشتر از غلات دیگر وجود دارد. برتری پروتئین برنج نسبت به سایر غلات مربوط به
ترکیب همین آمینواسیدهاست.
مقادیر محتویات پروتئین مطابق روش‌های تجزیه، تأثیر شرایط انباری،
زراعت، عوامل زاد شناختی، شرایط محیطی رشد و نمو (درجه حرارت، شدت نور خورشید و طول
روز) و طول دوره‌ی رشد به طور قابل توجه‌ای متغیر است. اما هیچ کدام به اندازه عامل
زاد شناختی در آن مؤثر نیست.
پروتئین در لایه آلورن تغلیظ می‌شود ولی قسمت اصلی آن در درون دانه‌ی
نشاسته‌ای ذخیره می‌گردد. غلظت پروتئین در لایه‌های خارجی‌تر بیشتر از لایه‌های
داخلی درون دانه‌ی نشاسته‌ای است. پروتئین فضای بین دانه‌های نشاسته‌ای را اشغال
می‌کند و از آن‌جا که دانه‌های نشاسته‌ای در نواحی گچی مانند نواحی غیرگچی شفاف
دانه محکم به هم بسته نشده‌اند، تصور می‌شود که مولکول‌های پروتئین به عنوان متصل
کننده باشند. بنابراین هر چیزی که غلظت پروتئین را افزایش دهد (مانند کودهای
ازت‌دار) استحکام دانه را مخصوصاً در نواحی گچی، در اثر اتصال ذرات به هم زیاد
می‌کند (بورل و همکاران، 1990). پروتئین برنج براساس محلولیت اجزای آن طبقه‌بندی
می‌شود:
1- آلبومیــــن : این پروتئین در آب خالص یا اندکی اسیدی حل می‌شود و در
صورت گرم کردن تا اندازه‌ای انعقاد می‌یابد.
2- گلوبولیــن : این پروتئین در آب خالص حل نمی‌شود، اما در آب نمک (4/0
مولار NaCl ) حل می‌گردد و در اثر گرم کردن منعقد نمی‌شود.
3- گلوتلیــن : این پروتئین در آب خالص، نمک و اتانول نا محلول بوده، اما
در آب با pH اسیدی یا قلیایی (1/0 مولار HCl یا NaOH )محلول است. این پروتئین در
دانه گیاهان تک لپه‌ای مانند برنج وجود دارد. گلوتلین برنج اورزیین نامیده می‌شود.
4- پرولامیــن : این پروتئین در آب نامحلول، ولی در اتانول 80-70 درصد
محلول است. پرولامین برنج با اتانول به سختی استخراج می‌شود. به همین دلیل مقادیر
گزارش شده آن ممکن است صحیح نباشد و استخراج آن با اتانول 70% فقط مقادیر اندکی از
مولکول‌های پرولامین پروتئین برنج را جدا می‌کند.
مقادیر پروتئین برنج مطابق روش‌های مورد استفاده در اندازه‌گیری متفاوت است، با
این حال زمان نمونه‌برداری ، شرایط نگه‌داری در انبار، شرایط محیطی رشد (درجه
حرارت، رطوبت هوا و تشعشعات خورشیدی، طول دوره‌ی رشد و نوع زراعت دیم، آبی، کوددهی
و وجین علف‌های هرز) در نتایج اندازه‌گیری پروتئین تأثیر دارد. علاوه بر این ممکن
است هر زادمونی در پاسخ به اثر شرایط بالا در طیف نسبتاً وسیعی متفاوت باشد. بررسی
بورل (1990) در باره‌ی اثر کود ازتی در سه زادمون برنج لمون، نیوبونیت و استاربونیت
نشان داد که با افزایش کود ازتی پروتئین دانه نیز زیاد می‌شود، اما این افزایش در
زادمون استاربونیت بیشتر از دوزادمون دیگر بود، علاوه بر این اگر کودپاشی در مرحله
خوشه دهی انجام شود، پروتئین دانه را بیشتر افزایش خواهد داد. برای درجه حرارت‌های
بالاتر از 22 معلوم شد که با افزایش درجه حرارت محیط در دوره‌ی رسیدگی دانه مقدار
پروتین‌کاهش می‌یابد، علت این است که درجه حرارت در میزان اندوختگی ترکیبات
غیرپروتئینی به ویژه نشاسته بیشتر از ذخیره شدن پروتئین تأثیر می‌گذارد. رطوبت هوا
در افزایش محتویات پروتئین تأثیر قابل توجه‌ای دارد. عملیات کشت و مراقبت در مزرعه
مانند فاصله نشاءکاری، وجین علف‌های هرز به علت این که کودهای نیتروژنی را بیشتر در
اختیار گیاه قرار می‌دهد یا ممکن است نور بیشتری به گیاه برسد، در میزان پروتئین
اثر می‌گذارد. از این گذشته، در یک بوته شاخه‌های کوتاه‌تر دارای مقدار پروتئین
بیشتری نسبت به شاخه‌های بلندتر هستند و از طرف دیگر در هر خوشه دانه‌های پایین‌تر
نسبت به دانه‌های بالاتر آن محتویات پروتئین بیشتری دارند و به کار بردن کودهای
نیتروژنی این اختلاف را تشدید می‌نماید.
در حال حاضر محققان اصلاح برنج برای بالا بردن محتویات پروتئینی خطوط
امید‌بخش خود در تلاشند. اگرچه تا این تاریخ بهبود محتویات پروتئین برنج به دلیل
توارث پیچیده این صفت و تأثیر شدید شرایط محیطی در آن موفقیت آمیز نبوده است، اما
اصلاح ارقام پرمحصول و زودرس وسیله مؤثری در پیش برد چنین برنامه‌ای می‌تواند باشد.
بعضی از مصرف کنندگان گیلانی در رژیم غذایی خود مقدار پروتئین برنج را در
نظر می‌گیرند و برنج‌هایی را انتخاب می‌کنند که محتویات پروتئین لازم برای رژیم
غذایی‌شان را تأمین کند. برای مثال زادمون‌های وووو (Vovo)‌، حسنی و غریب که مقدار
پروتئین آن‌ها 8/9 تا 6/12 درصد است، برای مواردی که نیاز به پروتئین زیاد باشد و
دم‌سیاه، هاشمی و علی کاظمی برای مواقعی که غذای سبک یا متوسط پروتئین مورد نظر
باشد. مورد استفاده قرار می‌گیرند و از ارقام خارجی وارداتی به عنوان غذای کم
پروتئین مصرف می‌گردد. مرکز رایانه‌ای مؤسسه‌ی تحقیقات بین‌المللی برنج (1990)
محتویات پروتئین ارقام محلی و اصلاح شده ایرانی را به این صورت ارسال نموده است‌ :
بی‌نام 9/7، دم‌سیاه 6/8، حسنی 6/9، خزر 8/8، هراز 1/7، گیل یک 8/7، آمل دو 1/7،
اعلمی ـ طارم 1/8، سپیدرود 1/7 و غریب 12 درصد (نامة جولیانو، 1990).

5-1- عطر برنــج
عطر یکی از مهم‌ترین نشانویژگی‌های کیفیت در برنج‌های خوش‌کیفیت است که علاوه بر
عام‌پسند بودن آن درآسیا و آفریقا، در اروپا و آمریکا نیز مورد پذیرش قرار گرفته
است. در بیشتر کشورها، برنج‌های معطر بالاترین قیمت را دارند و در تجارت جهانی
ارقام معطر جاسمین و باسماتی از قیمت‌های تضمینی برخوردارند. مردم آسیا که عمده
تولید و مصرف کنندگان برنج می‌باشند، برنج‌های دانه بلند و خوب سفید شده با عطر قوی
را ترجیح می‌دهند. اگرچه برنج معمولاً به تنهایی مصرف نمی‌شود و همراه با غذاهای
معطر دیگری میل می‌گردد، اما عطر آن نمی‌تواند جبران عطر برنج را بنماید. با این
حال، برای این دسته از مصرف کنندگان، برنج فاقد عطر مانند غذای بی‌نمک احساس
می‌شود. در حال حاضر همه‌ی ارقام محلی ایرانی که بیشتر در استان‌های شمالی کشور کشت
می‌شوند مانند بی‌نام، حسنی، هاشمی، علی‌کاظمی، حسن‌سرایی، سالاری، دم‌سیاه، غریب،
وووو، طارم و عنبربو عطر و طعم بسیار عالی دارند و به ویژه رقم برنج عنبربو دارای
عطر شدیدتری می‌باشد. ازاین گذشته همه‌ی ارقام اصلاح شده که غالباً از دورگ گیری
ارقام محلی ایرانی با ارقام پرمحصول غیر عطری خارجی حاصل گردیده‌اند فاقد عطر
می‌باشند. بنابر این واضح است که ژن کنترل کننده‌ی صفت عطری با روش‌های رایج دورگ
گیری پوشانیده می شود و امکان بروز نمی یابد.
نویسنده این مقاله درمزرعه خود یا در کمک به کشاورزان دیگری که مشغول برداشت بوده
اند، تفاوت این دو نوع برنج عطری وغیرعطری را در تمام مراحل از قبیل بریدن ساقه،
جمع‌آوری و خرمنکوبی و تبدیل احساس کرده است. پس برنج‌های معطر درتمام مراحل برداشت
و نگه‌داری در انبار عطر خاصی را آ زاد می‌کنند که با برنج‌های غیرمعطر مانند ارقام
اصلاح شده ایرانی تفاوت دارد. برنج‌های سفید معطر را در صورتی که باران خورده نباشد
و در انبار خوب نگه‌داری شده باشد، از طریق بوییدن نیز می‌توان تشخیص داد. اگر در
یک دست برنج معطر ایرانی و در دست دیگر رقم اصلاح شده بدون عطر را داشته باشید و
با نزدیک کردن جداگانه‌ی هر یک از دست‌ها به بینی و با استشمام به سهولت تفاوتی
راحس خواهید کرد. این روش از دقت عمل خاصی برخوردار نیست وبه مقدار زیاد نمونه
نیاز دارد. اما یک روش ساده‌تر با دقت بیشتر از آن نیز توسط محققان به نژادی مورد
استفاده قرار می‌گیرد که عبارت است از: افزودن محلول 7/1 درصد پتاس به دوگرم برنج
قهوه‌ای وجوشانیدن آن به مدت 10 دقیقه و سپس بوییدن بخاری که از دهانه لوله خارج
می‌شود و مقایسه با شاهدهای عطری و غیرعطری. از دم‌سیاه و عنبربو که ارقام عطریند و
خزر و سپیدرود که فاقد عطرند می‌توان به عنوان شاهد استفاده کرد. مدت زمان جوشانیدن
از 10 تا 20 دقیقه متغیر است. بعضی از آزمایشگاهها پیش از تخمین عطر برنج، این
مخلوط را به مدت 5 دقیقه در 40 تا 50 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند و سپس مدت 10
دقیقه می‌جوشانند. ارقام مختلف برنج از نظر عطر به صورت فاقد عطر، ضعیف، معمولی و
قوی طبقه‌بندی می‌شوند.
تاکنون کوشش‌های زیادی در بارة شناخت ماهیت شیمیایی عطر انجام یافته
است و ترکیباتی که در آن به طور مثبت یا منفی دخالت دارند مورد ارزیابی قرار گرفته
است. مواد قابل تبخیر برنج شامل هیدروکربن‌ها، الکل‌ها، آلدئیدها، ستن‌ها، اسیدهای
آلی، استرها، فنل‌ها، پیریدین‌ها و پیرازین‌ها هستند که 2-استیل -1- پرولین به
عنوان ترکیب اصلی تعیین کننده عطر برنج شناخته شده است. در واقع تعداد زیادی از
ترکیبات شیمیایی باعث بروز عطر برنج می‌شوند. با جمع‌آوری بخارات برنج و جدا کردن و
شناسایی ترکیبات آن به روش طیف سنجی جرمی ـ کروماتوگرافی گازی (GC–MS) بیش از 114
ترکیب معرفی شده است. بنابراین عطر برنج از تعداد زیادی ترکیبات قابل تبخیری‌تشکیل
شده است که مخلوط پیچیده‌ای را برای صفت عطری به جودآورده‌اند. حال، به دلیل این که
2- استیل 1- پیرولین عطر خاصی را آزاد می‌کند که مشابه عطر برنج پخته در ارقام برنج
معطر است و حتی با افزودن برگ گیاه پاندن (پاندانوس اماریلی فولیوس روکسب) به
برنج‌های غیرمعطر می‌توان کیفیت عطر آن‌ها را بهبود بخشید. باتری و همکاران (1983)
برگ گیاه پاندن و رقم برنج باسماتی را تجزیه کردند و دریافتند که ترکیبات تبخیری
اصلی ایجاد کننده عطر در آنها 2- استیل-1- پیرولین است. آن‌ها نشان دادند که
رابطه‌ای بین گیاه پاندن و برنج‌های معطر و غیرمعطر وجود دارد. غلظت این ترکیب در
برگ پاندن 10 برابر برنج معطر و 100 برابر برنج غیرمعطر و در برنج معطر 15-10 برابر
برنج غیرمعطر است. مقدار 2- استیل-1- پیرولین در برنج معطر 14/0 و در برنج غیرمعطر
009/0 و در برگ گیاه پاندن یک میکروگرم برگرم برگ است. اگرچه این ترکیب ناپایدار
است اما محلول آبی آن نسبتاً پایدار می باشد. مواد تبخیری سبوس برنج (لایه‌ی نازکی
که سطح درون دانه را می‌پوشاند) محتوی فنل، گویاکول، ارتو ـ کرزول، پارا ـ کرزول،
3-5- اگزیلول، 4- ونیل فنل است که 4- ونیل فنل یک ترکیب اسیدی بوده و بوی نامطبوعی
را در برنج‌های غیرمعطر ایجاد می‌کند. بوی ناخوشایند سبوس برنج مربوط است به دو
ترکیب اصلی 2- استیل تیازول و بنزوتیازول. 2- استیل-1- پیرولین در لایه‌های سطحی
دانه‌ی برنج بیشتر از مرکز آن حضور دارد و با افزایش درجه‌ی تبدیل برنج قهوه‌ای به
سفید، مقدار آن بشدت کاهش می‌یابد، بنابراین لایه‌های سطحی دانه برنج در تشکیل عطر
آن نقش مهمی برعهده دارد. ترکیباتی که در عطر دخالت دارند ممکن است از یک رقم به
رقم دیگر متفاوت باشد. برای مثال رقم کوشی هیکاری که به زیر گونه‌ی ژاپنی تعلق
دارد. دارای 4- ونیل فنل، 1- هگزانول و 1- هگزانال بیشتری نسبت به رقم کااوریمایی
است. از این گذشته ترکیب
آلفا ـ پیرولیدین در رقم کااوریمایی تشخیص داده شده که کوشی هیکاری فاقد آن است.
ترکیبات گوگردی قابل تبخیری که از برنج پخته آزاد می‌گردند شامل سولفید هیدروژن،
متیل مرکاپتان، دی‌متیل سولفید، n-بوتیل مرکاپتان (بوتیل –1-تیول)، دی متیل سولفید
و دی‌اکسیدگوگرد می‌باشند. این ترکیبات گوگردی به اضافه‌ی آمونیاک طعم و بوی
نامطبوعی را سبب می‌شوند که در درجه حرارت پخت تبخیر شده و اثر ناخوشایندشان از بین
می‌رود، اما 2- استیل-1- پیرولین که در محیط آبی تا اندازه‌‌ای پایداراست، باقی
می‌ماند و عطر و طعم مطبوعی را در برنج پخته ظاهر می‌سازد. به همین دلیل عطر و طعم
برنج را می‌توان مربوط به مقدار این ترکیب داشت. در سال 1998 هافمن و شیبرل روشی
برای ساخت مصنوعی 2- استیل-1- پیرولین و 2- استیل تتراهیدرو پیریدین ارائه دادند.
این واکنش چهار مرحله‌ای با آلفا ـ آمینواسیدهای حلقوی پیوند یافته با نیتروژن،
ال‌- پرولین و اسید پیپکولینیک شروع می شود و ابتدا مشتقات 2- استیل پیوند یافته با
نیتروژن حاصل می‌گردد. که با خارج شدن گروه‌های پیوند دهنده و سپس اکسیداسیون آنها
ترکیبات 2- استیل –1- پیرولین و 2- استیل تتراهیدرو پیریدین تولید می‌شود (دارل جی
و بر،2000). تفاوت بین برنج‌های عطری و غیرعطری به دلیل حضور یا عدم وجود 2- استیل
–1- پیرولین نیست، بلکه اولاً به دلیل مقدار یا غلظت این ترکیب و ثانیاً انواع
ترکیبات مداخله کننده دیگر که با غلظت‌های متفاوت در بخارات برنج در حال پخت حضور
دارند بستگی دارد و ثالثاً در حین حرارت دادن و پختن محتویات پروتئین و نشاسته در
آزاد شدن ترکیب عطری 2- استیل –1- پیرولین تأثیر می‌گذارد. از این گذشته به نظر
می‌رسد که عدم حضور آیزوزایم استراز معیّنی، نشانویژگی‌ عطر برنج را می تواند
بهبود بخشد (ردی، 1987).
عطر برنج تحت تأثیر عوامل محیطی و زاد شناختی قرار دارد. شدّت عطر
برنج در مناطقی که در زمان رسیدن دانه با درجه حرارت پایین مواجه است، بیشتر بهبود
می‌یابد. در مطالعات مربوط به وراثت صفت عطر نیز نتایج پیچیده‌ای به دست می‌آید که
دلیل این تفاوت نتیجه‌گیری‌ها، نااستوار بودن روش‌های تخمین عطر در نسل‌های در حال
تفکیک نتاج دورگ‌هاست. عموماً نشانویژگی‌ عطر درتلاقی برنج معطر × غیرمعطر مغلوب
است و گیاه F1 برای عطر ناجور تخم خواهد بود، زیرا درون دانه محصول باروری جنسی است
که یک نسل جلوتر از گیاه مولّد خود می‌باشد. بنابراین دانه‌های تولید شده در
خوشه‌های F1 برای عطر تفرقه دارند و تنها گیاه مغلوب جور تخم عطری است. تشخیص این
که در گیاهان در حال تفرقه چه دانه‌هایی برای عطر جور تخمند به دلیل این که تعیین
عطر تک دانه‌ها با روش‌های رایج معمول قابل اطمینان نیست، امکان پذیر نمی‌باشد.
احتمالاً به دلیل دخالت اثر محیط در بروز عطر و فقدان یک روش کمی برای
متمایز ساختن سطوح مختلف عطر موجب شده است تا تفاوت‌های زیادی در گزارش‌های مربوط
به زادشناسی عطر وجود داشته باشد (سینق، 2000). کوش و دلا (1988) گزارش دادند که
عطر یک صفت کمی است و در تلاقی برنج معطر × برنج غیرمعطر به صورت تفکیک یافته‌های
با سطوح گوناگون مشاهده می‌شود. همچنین وجود یک ژن اصلی برای عطر با چندین تغییر
دهنده آن را پیشنهاد کردند.
منابــع :
1- R.K. Singh; U.S. Singhg; G.S. Khush (2000) Aromatic Rices, published by
science publisher. Inc, Enfield, NH, USA. Printed in India.
2- Juliano, B.O. (1985). Rice : chemistry and Technology. International
Rice Research Institute, Philipines.
3- Takane Matsuo, Yuzo futsuhara, Fumio Kikuchi (1997) science of the Rice
plant volume three, Food and Agriculture policy Research center-Tokyo

منبع: فردوس عادلی