大米食味品質預測評價模型的建立及應用

周曉晴，付桂明，劉成梅，鐘業俊，羅舜菁，劉桃英，徐欣源，吳建永

（南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047）

大米食味品質評價最直接的方法是感官評價，通過品嘗人員的感覺器官與實踐經驗對米飯的色澤、外觀、氣味、適口性、滋味等進行評價鑒定[1]。但是感官品評主觀性較強，通常需專業技術人員，且耗費大量的時間、人力、物力，難以進行快捷有效的大米食味品質鑒定。近年來通過食味計等檢測儀器分析蛋白質含量、直鏈淀粉和水分等大米主要化學成分含量，成為快速評價大米的食用品質的重要手段。但是影響大米食味品質的因素很多，單單用大米主要化學成分含量指標作為食味品質評價，往往不能全面反映不同品種大米的食味品質[2]。此外利用食味計等檢測儀器需要進行樣品設計，并建立龐大的數據庫。因此，需要建立一套全面、客觀、科學的大米食味評價方法。國標中食用品質包括直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度三項指標，但僅靠這三個指標并不能全面反映大米品質特性，且指標接近的品種其食味品質也可能相差甚遠。實際上，影響大米食味品質的因素還包括蛋白質含量、質構特性、淀粉碘藍值、大米糊化特性等[3-4]。此外，米飯質構特性和糊化特性中的淀粉粘滯特性也是影響大米食味的重要因素[5]。在這些指標中，膠稠度的測定易受堿液濃度、加熱時間、放置溫度等外界因素影響，測定結果精密度不高。快速粘度分析儀RVA是新近開發的一種模擬大米蒸煮的設備，測定操作簡單，重復性高，其特征值與膠稠度顯著相關，并能直接測定大米糊化溫度[6]；直鏈淀粉含量相近的品種，其RVA譜差異也較大，并與品種間食味品質的差異相似；因此，RVA譜特征值可用于表征大米食味品質，也是大米蒸煮食味評價體系的重要組成部分。本研究選取與食味品質相關性高的理化指標進行客觀的統計分析，利用主成分分析法[7]構建大米食味品質評價模型，對粳米、秈米進行客觀食味品質評價，這對豐富和完善大米食味品質評價體系具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粳米（空育131）、早秈米（德農108）、晚秈米（外引7號）中糧（江西）米業有限公司。

JLGJ2.5型實驗礱谷機 浙江展誠機械有限公司；SATAKE TM05C型精米機 佐竹機械有限公司；T6型紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；CT3型質構儀 美國Brookfield公司；RVATec Master型快速粘度儀 瑞典波通儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大米樣品的制備 稻谷經JLGJ2.5型實驗礱谷機礱谷后得到糙米，谷糙分離，去除雜質、不完全粒、病害谷粒及碎粒，經篩選器選篩，選取顆粒均勻的糙米進行碾磨實驗。稱取100g糙米樣品通過SATAKE TM05C精米機進行碾磨，得到標一米[8]，去除碎米的米樣真空包裝后置于4℃冰箱內保藏以備后續實驗使用。

1.2.2 主要化學成分含量的測定 水分的測定：按GB 5009.3-2010的直接干燥法；粗脂肪的測定：按GB/T 5009.6-2003的索氏抽提法；粗蛋白的測定：按GB 5009.5-2010的凱氏定氮法；直鏈淀粉含量的測定：按GB/T 15683-2008的方法。

1.2.3 蒸煮特性的測定 參照Zhao等[9]的方法測定米湯碘藍值，參照Zhou等[10]的方法測定加熱吸水率、米湯干物質等蒸煮特性。

1.2.4 糊化特性的測定 按AACC規程（2000.61-02）的方法[11]測定樣品的峰值粘度、最低粘度、最終粘度、糊化溫度等RVA特征參數。

1.2.5 質構特性的測定 按GB/T 15682-2008的方法制備實驗米飯，根據Zhang等[12]的方法修改如下：測試速度是1mm/s，目標值是壓縮85%，觸發點負載2g，二次壓縮間隔5s；根據測試曲線記錄下硬度、粘性、彈性、咀嚼性等指標。

1.2.6 大米食味值的測定 按GB/T 15682-2008的方法對米飯氣味、外觀、適口性、滋味等進行感官評價。

1.2.7 大米食味品質評價模型的建立 SPSS軟件在主成分分析之前先對所測得的粳米，早、晚秈米這三個品種測定的所得的主要化學成分含量、蒸煮特性、糊化特性、質構特性的數據自動進行標準化處理，以消除各測定指標不同的量綱、數量級的差異。由標準化后的數據構成主成分分析的相關矩陣，根據主成分分析后所確定的不同主分量的線性組合與貢獻率乘積的和來排序不同的樣本，進行綜合品質評價[13]，利用軟件進行主成分分析計算；建立米飯食味評價模型，與食味感官評價結果進行驗證。

1.2.8 數據處理 采用SPSS 19.0軟件對數據進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 大米食味品質特性分析

大米食味品質相關理化指標與感官評價測定結果見表1。

由表1可知，粳米的直鏈淀粉、蛋白質、脂肪含量低，加熱吸水率、體積膨脹率小、糊化溫度不高，煮出的米飯柔軟、粘性較大，食味品質好。晚秈米直鏈淀粉、脂肪、蛋白質含量，體積膨脹率、糊化溫度等指標均高于粳米，蒸出的米飯粘性偏低、硬度較大，米飯食味品質較佳。與粳米和晚秈米相比，早秈米脂肪、蛋白質、直鏈淀粉含量、糊化溫度均較高，蒸煮出的米飯松散、硬度大、咀嚼性高，食味較差。直鏈淀粉、蛋白質、脂肪這些成分含量的不同，導致了粳米與早、晚秈米具有不同的糊化特性。

表1 大米的理化指標與感官評價Table 1 Physicochemical properties and sensory evaluation of rice

2.2 食味品質數據的主成分分析

選取實驗測得大米的各個指標構成矩陣進行主成分分析，其中X1、X2、X3、……X19、X20分別表示水分含量（%）、粗脂肪含量（%）、粗蛋白含量（%）、直鏈淀粉含量（%）、加熱吸水率（%）、體積膨脹（%）、米湯pH、米湯干物質（mg/g）、米湯碘藍值（A）、峰值粘度（cP）、最低粘度（cP）、崩解值（cP）、最終粘度（cP）、消減值（cP）、糊化溫度（℃）、米飯硬度（g）、米飯粘性（mJ）、米飯彈性（mm）、米飯內聚性、米飯咀嚼性（mJ）。計算相關距陣的特征值λ與相應的特征向量a，根據軟件篩選主成分數目的原則，選取特征值大于1的前2個特征值，作為大米蒸煮食味品質的主成分，其結果見表2。

表2 大米食味品質的主成分分析Table 2 Principal component analysis according to eating quality properties of rice

在第一主成分中，因子載荷比較大的有粗蛋白含量、直鏈淀粉含量、米湯碘藍值、糊化溫度、米飯硬度、粘度、咀嚼性等，其單獨的方差貢獻率為65.8985%。第一主成分大的品種，其水分含量、內聚性小，米湯碘藍值、米飯硬度、咀嚼性高。

在第二個主成分中，因子載荷比較大的有粗脂肪含量、米湯干物質、峰值粘度、最低粘度、最終粘度、彈性等，其單獨的方差貢獻率為34.1014%。第二主成分大的品種，其米湯干物質、米飯彈性小，峰值粘度、最低粘度、最終粘度大。

以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重構建出米飯食味品質預測評價模型F的函數，即F=-0.2126X1+0.2234X2+0.2227X3+0.1367X4+0.1527X5+0.1088X6+0.0912X7-0.2168X8+0.1655X9-0.1383X10+0.2206X11+0.0023X12+0.2157X13+0.0124X14-0.0487X15+0.2102X16+0.1344X17+0.012X18-0.2023X19+0.2217X20。

根據上述米飯食味品質預測評價模型可計算綜合主成分值，按綜合主成分值進行排序對大米進行綜合評價，結果如表3所示。這與表1中的大米食味感官評價所得的結果相一致。

表3 大米食味評價模型的評價表Table 3 Quality model evaluation of rice

3 結論

近年來通過測定與大米食味品質相關的特征性指標，利用數學方法建立評價模型進行大米食味評定，已成為研究的熱點。Zhu等[14]對大米直鏈淀粉含量、碘藍值、水分含量、質構特性等進行研究，利用主成分分析建立了與米飯質構特性有關的預測模型。劉建偉等[15]通過大米理化指標測定、感官評價與食味分析，分析理化特性與食味的關系，建立了大米食味推測式。熊善柏等[16]對大米蒸煮特性、米飯彈性模量、米飯提取液透光率、淀粉體外酶水解率等理化指標進行測定，利用主成分分析與回歸分析對米飯的理化性質和感官品質間的關系進行研究，建立了感官指標的表達參數與回歸方程。Yokoe等[17]對市售大米的水分、千粒重、透光度、脂肪酸值、粘彈性等理化指標進行測定，利用回歸分析構建了適合于市售白米的食味品質預測的數學模型。

本文選取與大米食味品質相關性高的主要化學成分含量、蒸煮特性、糊化特性、質構特性等指標進行測定，利用主成分分析法對所得到的指標數據統計分析，構建了大米食味品質預測評價模型。用該模型對所選粳米、秈米進行評分，與感官評價結果一致，表明這種利用數學分析方法將理化指標信息量化的食味品質評價模型，能夠克服大米食味值的感官評價的主觀性和簡單利用主成分分析法的不全面性，從而準確客觀地評價不同品種大米的食味品質。

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