不同品種小米蒸煮食味品質評價及比較

張 凡，李書田，王顯瑞，沈 群,*

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，植物蛋白與谷物加工北京市重點實驗室，國家果蔬加工工程技術研究中心，北京 100083;2.赤峰市農牧科學研究院谷子研究所，內蒙古 赤峰 024031）

小米是禾本科、狗尾草屬的一年生草本植物，營養豐富，各種營養素比例適宜。數據顯示，小米是我國居民攝入量第二多的雜糧，食用形式包含小米粥、小米飯、小米干面等[1]。隨著消費水平的提升，大眾的消費觀已從“吃得飽”轉變為“吃得好”，對小米的食用品質有了更高的要求，因而對不同品種的小米蒸煮食味品質進行評價十分重要。

谷物的蒸煮品質包括谷物在蒸煮過程中表現的各種理化性質，而食味品質則為谷物蒸煮后的感官評定[2]。普通的感官評價主觀因素影響大，評價結果不具有一定的穩定性和確定性。而模糊感官綜合評價可將感官評價中的定性評價轉化為定量評價，借助數學工具將復雜不確定的感官指標轉化為準確的數字，從而得到更加科學和客觀的評價結果，因此被廣泛應用于食品領域[3-6]。除此之外，借助諸如電子鼻、電子舌等儀器與感官評價的聯合應用進行研究，可獲得較為全面、準確的樣品品質分析結果[7-8]。

本研究以10 種小米為對象，先分析其蒸煮品質的差異，再通過感官模糊綜合評價聯合質構儀，對不同品種的小米的食味品質進行分析，最后利用偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）分析、電子舌對不同品種小米粥的滋味信號響應值和感官評價中小米粥滋味得分，建立一種小米粥的食味品質評價方法。將10 種小米的蒸煮品質與食味品質間建立相關性分析，找到影響小米蒸煮食味品質的因素，為品種改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗中共選取10 種小米進行品質評價，其中‘紅苗壓破車’、‘黃金谷’、‘峰紅谷’、‘赤谷6號’、‘赤谷8號’、‘赤谷17號’、‘張雜谷10號’、‘昭農21號’小米由赤峰市農牧科學研究院提供，‘中谷2號’、‘豫谷18號’小米由中國農業科學院作物科學研究所提供。實驗中所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

碾米機 韓國雙龍公司;電熱鍋 中山市海馬電器有限公司;BD(E2)型熱風循環箱 德國Binder儀器公司;TA.XT.plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司;ASTREE電子舌 法國Alpha M.O.S公司。

1.3 方法

實驗前使用碾米機碾米兩次去掉小米的皮層。

1.3.1 小米物理性質的測定

10 種小米的顆粒硬度、籽粒大小參照李星[9]的方法進行測定。千粒重參照GB/T 5519—2008《谷物與豆類千粒重的測定》進行測定。

1.3.2 小米化學性質的測定

小米水分、粗淀粉、蛋白、脂肪、灰分及粗纖維素質量分數的測定分別參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》、GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》、GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》、GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》、GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》、GB 5009.88—2014《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》進行。

1.3.3 小米蒸煮品質的測定

1.3.3.1 小米粥的制備

稱取40 g小米，蒸餾水清洗5 次，放入盛有1 000 mL蒸餾水的電熱鍋中，100 ℃煮沸20 min，即得小米粥。

1.3.3.2 蒸煮特性的測定

10 種小米粥的吸水率、膨脹率、米湯pH值、米湯固形物含量按照李星[9]的方法進行測定。

1.3.3.3 米粥稠度測定

使用質構儀中的反擠壓稠度測試裝置對10 種小米粥進行稠度測定。將煮好的小米粥晾置10 min后盛裝在圓柱體樣品杯中，樣品高度為杯高度的75%，選用直徑為45 mm的盤型擠壓部件，盤型部件中心和樣品杯中心對齊。質構參數設定：選用A/BE探頭，測試前、中、后速率分別為1、1、10 mm/s，下壓距離20 mm，觸發力5.0 g。

1.3.3.4 米粥色澤測定

用攪拌機將蒸煮后的小米粥進行勻漿，隨后倒入石英皿中，使用色差儀測定不同品種小米粥的色澤[8]。

1.3.3.5 小米凝膠的制備及質構測定

將小米通過高速萬能粉碎機進行粉粹，隨后過40 目篩得到小米粉，測定不同品種小米粉水分質量分數。將蒸餾水加入小米粉中，配制成質量分數（干基）為20%的淀粉乳，并與80 ℃水浴中加熱攪拌30 s成懸濁液，攪拌均勻后倒入玻璃培養皿中并用保鮮膜進行覆蓋，蒸制15 min，取出冷卻至室溫，于4 ℃冰箱中放置24 h，即獲得小米凝膠。

用刀片將制備好的凝膠切割成20 mm×20 mm×10 mm的長方體進行質構測試。選用TPA模式，探頭為選用P36/R，變形量45%，操作類型為壓縮，測定循環次數2 次，實驗前、中、后速率分別為2、1、10 mm/s。測定參數指標：硬度和彈性。

1.3.4 小米食味品質的測定

1.3.4.1 小米粥感官模糊綜合評價

結合模糊綜合評價方法，選擇色澤、氣味、外觀、黏性、彈性、硬度，滋味及分層共7 個因素對10 種小米粥的口感進行評價，具體評價標準見表1[10]。邀請30 名感官靈敏的食品專業研究生組成評定小組，按照表1對以上10 種小米粥感官的各項指標進行等級評定并統計評價結果。

表 1 小米粥感官評價標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of foxtail millet porridge

1.3.4.2 電子舌滋味測定

按1.3.3.1節方法制備不同品種小米粥，冷卻10 min后于4 000 r/min下離心20 min，并用普通濾紙進行抽濾，取濾液備用。

本實驗采用ASTREE電子舌系統，共配有7 根傳感器。具體參照Feng Lei等[11]的方法并略作改動。測定前用相應溶液對傳感器進行活化、校準及診斷，隨后取100 mL小米粥濾液放入電子舌專用燒杯中。實驗設置參數：采樣時間120 s，清洗時間60 s，攪拌速率3 r/s，平行測定6 次。

1.4 數據處理與分析

所有實驗均重復3 次，使用SPSS Statistics 25軟件進行數據分析，采用Origin Pro 2015軟件進行繪圖。電子舌測試數據用系統自帶軟件進行處理。采用電子舌判別因子分析（discriminant factorial analysis，DFA）法對樣品進行定性的判別分析，并使用PLSR分析對原始數據進行采集分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種小米食味品質分析結果

2.1.1 10 種小米粥的感官模糊綜合評價

目前谷物食味品質大多采用感官分析。本實驗將模糊數學分析法同感官分析相結合，將感官評價中存在的各種不確定性以精確的數字形式表現出來，從而得到更為準確的感官評價結果。

確定評價對象集A：評價對象集A，即在本次研究中需要進行感官評價的小米粥集合，A={a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10}，其中a1...a10分別代表本次研究中的10 種小米粥（排序如表2所示），Aj代表對10 種小米粥感官的綜合評價，其中j=1, 2, 3... 10。具體編號情況見表3。

確定評價因素X：評價因素集X即對小米粥評價指標構成的因素集合。X={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7}，其中x1…x7分別代表本次實驗中在評價小米粥時需要評價的指標，故X={色澤，氣味，外觀，黏性，彈性，硬度，滋味及分層}。

確定評價得分集U：評價得分集U，即為對各項評價結果的等級組成的集合。U={u1,u2,u3}，其中u1、u2、u3分別是好、中、差3 個等級，本實驗中3 個等級分別對應90、70、50。即U={好，中，差}={90, 70, 50}。

確定感官模糊綜合評價中各項指標的權重集Y：對食品的感官進行模糊綜合評價時，評價因素的權重分配對整體評判結果具有很重要的影響[12]。權重集Y，即各評價因素的權重系數組成的集合。Y={y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7}，y1…y7分別代表色澤、氣味、外觀、黏性、彈性、硬度、滋味及分層的權重系數。采用二元對比決定法確定色澤、氣味、外觀、黏性、彈性、硬度、滋味及分層7 項指標的權重。由表2可知，小米粥感官評價指標的權重Y={0.16,0.18, 0.13, 0.13, 0.06, 0.11, 0.23}。從評價員給出的最終感官評價指標權重可知，小米粥的滋味及分層最影響小米粥的整體感官評價，其次分別是氣味和色澤。

表 2 小米粥的感官模糊綜合評價指標權重Table 2 Weight of quality indicators used for fuzzy sensory evaluation of foxtail millet porridge

小米粥模糊數學綜合評價結果：運用模糊數學原理，由30 名評價員對10 種小米粥進行感官評價。根據評價因素集分別進行等級確定，記錄各個因素在每個等級中的票數分布。模糊評定矩陣根據評價人員的評定結果確定，即將表2中得到的結果除以總人數，得到10 個如Rj的模糊矩陣。

表 3 不同品種小米粥感官評定結果Table 3 Sensory evaluation results of different varieties of foxtail millet porridge

其中j=1, 2, 3…, 10為樣品編號;i=1, 2, 3…7為小米粥的各項評價指標;ri1、ri2、ri3分別表示第i個評價指標分數項所得票數。

以編號為1的‘張雜谷10’為例：

根據模糊變換原理，用權重Y乘以模糊矩陣R1得到綜合評價結果Y1。Y1=Y×R1={0.502, 0.455, 0.043}，同理可得其他組樣品的綜合評價結果，同時將評價中好、中、差對應的分值分別乘以Y1中的各分量并進行加和，最后得到感官模糊綜合評分（表4）。

表 4 不同品種小米粥感官模糊綜合評定結果Table 4 Comprehensive fuzzy sensory evaluation of different varieties of foxtail millet porridge

由表4可知，‘中谷2號’小米粥綜合評分最高，隨后依次是‘黃金谷’和‘峰紅谷’，具體排名順序為小米粥感官綜合評價排序：‘中谷2號’＞‘黃金谷’＞‘峰紅谷’＞‘張雜谷10號’＞‘豫谷18號’＞‘昭農21號’＞‘赤谷8號’＞‘赤谷6號’＞‘赤谷17號’＞‘紅苗壓破車’。這與前期調研消費者對小米品種的接受程度相吻合。

2.1.2 不同品種小米粥DFA結果

圖 1 10 種小米粥樣品的DFA得分圖Fig. 1 DFA score plot for 10 varieties of foxtail millet porridge

由圖1可知，數字1～10依次代表小米粥的感官得分排序，結合感官評價結果，可以看出電子舌可以很好地將10 種小米粥進行區分和歸類。樣品之間的差異性與其代表點間的距離成正比，距離越小，樣品差異性越小[13]。‘中谷2號’作為感官評價得分最高的小米粥，與其他9 個樣品均有一定的距離;排名前三的‘中谷’、‘黃金谷’和‘峰紅谷’分布在第二象限，其余幾種樣品分布在第一、三、四象限;排名第4及第5的‘張雜谷’和‘豫谷’也表現出了一定的聚集性，且與其他品種小米粥存在差異;排名靠后的‘赤谷’系列及‘紅苗壓破車’在圖中明顯聚集，說明電子舌不能很好地區分‘赤谷8號’、‘赤谷6號’、‘赤谷17’，這可能與‘赤谷’系列的育種有關，且‘紅苗壓破車’與‘赤谷8號’區分度不高，但是從整體區分結果來看，電子舌能夠很好地區分并分類出不同口感等級的小米。

2.1.3 不同小米粥PLSR分析結果

由于小米粥成分復雜，而電子舌傳感器又具有選擇性、交互敏感性等特點，因而實驗中7 根傳感器響應值之間存在多重相關性，普通的多元線性回歸無法獲得誤差小且穩定性高的模型[14]。然而PLSR法可通過交互分解篩選數據信息，辨識系統噪聲，克服上述問題，獲得穩定可靠的預測模型。

將10 種小米粥在電子舌實驗中由7 根傳感器得到響應值為自變量，以模糊感官評價得到的綜合評分為因變量進行PLSR預測模型的建立。其中，對PLSR主因子數進行優化，通過對比選取前5 個主因子建立模型，此時5 個主因子包含的方差貢獻率累計為0.99，模型擬合相關系數為0.91，擬合效果良好（圖2）。結果表明電子舌檢測可以實現對食味品質有所差別的小米品種區分，其信號值可以預測小米粥的感官評價得分。

圖 2 10 種小米粥感官評價PLSR擬合結果Fig. 2 PLSR fitting plot for sensory scores of 10 varieties of foxtail millet porridge

2.2 不同品種小米蒸煮品質分析結果

谷物在蒸煮的過程中，顆粒內部的淀粉、蛋白、纖維素等物質會發生吸水、膨脹的現象，直鏈淀粉、蛋白質、脂質、礦物質、可溶性糖等物質溶出[15]。研究表明谷物吸水率越高，蒸煮時間越短，口感越好。較高的吸水率使得谷物在蒸煮后也具有較高的膨脹率，而吸水率的大小多與谷物顆粒硬度及所含營養物質有關，且多對蒸煮后谷物顆粒彈性產生影響[16]。前期研究表明，小米吸水率越高，其顆粒硬度小、黏性大，最適宜做粥[9]。

表 5 10 種小米粥的蒸煮特性Table 5 Cooking quality of different varieties of foxtail millet porridge

從表5中可以看出，‘峰紅谷’具有最高的吸水率以及膨脹率，且感官得分較高;而口感品質得分較低的‘赤谷’系列和‘紅苗壓破車’具有低吸水率、低膨脹率的特點。小米在蒸煮過程中的吸水、膨脹、固形物溶出情況均對最終米粥的稠度產生影響，其中米湯固形物含量與稠度呈顯著正相關（P＜0.01）。‘中谷2號’及‘黃金谷’在煮制過程中，米粒吸水膨脹情況雖不及‘峰紅谷’及‘張雜谷10號’，但兩者米湯固形物含量最高，因此，較好的米粒吸水膨脹性及高的米湯固形物含量保證了‘中谷2號’和‘黃金谷’的稠度，進一步影響其食味品質。10 種小米粥的米湯pH值沒有顯著區別。研究認為，米湯pH值主要受到谷物中蛋白質及脂肪酸含量的影響，兩者呈顯著負相關[17]。

圖 3 10 種小米粥色澤L*、a*、b*空間分布Fig. 3 L*, a*, b* spatial distribution of different varieties of foxtail millet porridge

小米粥是否具有金黃的色澤十分影響消費者的接受程度。圖3展示了感官得分不同的小米粥色澤L*a*b*空間分布情況，圖中圓圈的大小及顏色深淺與10 種小米粥的感官得分成正比。可以看出，感官評價得分高的‘中谷2號’、‘黃金谷’、‘峰紅谷’、‘張雜谷10號’具有較高黃度（b*），得分最低的‘紅苗壓破車’小米粥黃色色澤最差。此外，圖3中還反映出米粥亮度在一定程度上也影響了其感官評分，得分高的米粥往往具有更高的亮度（L*）。10 種小米粥的紅綠度（a*）差異不大。

圖 4 10 種小米凝膠硬度及彈性氣泡圖Fig. 4 Bubble chart for hardness and elasticity of different varieties of foxtail millet porridge gels

不同品種小米凝膠硬度及彈性如圖4所示，圓圈邊數字1～10依次代表小米粥的感官得分排序，1號為最受歡迎的‘中谷2號’，10號為口感最差的‘紅苗壓破車’。小米凝膠的蒸煮、食味品質與其凝膠特性密切相關，其中凝膠的質構特性反映了其強度、黏彈性等特征，這對包括小米粥在內的小米制品有一定影響[18-19]。

由圖4可知，‘中谷2號’小米凝膠硬度最大，‘張雜谷10號’小米凝膠硬度最小，硬度大小分布無法體現出小米粥的食味品質;‘中谷2號’、‘黃金谷’凝膠彈性適中，‘峰紅谷’最高，‘赤谷17號’最低，且食味品質靠前的小米品種，其凝膠彈性均大于0.7，排名后3 位小米，其凝膠彈性小于0.7。小米凝膠的硬度主要來源于凝膠網絡結構的強度，硬度越大，凝膠網絡結構越強，說明在糊化過程中有更多的直鏈淀粉溶出。可以看出，食味品質最佳的‘中谷2號’具有最大的凝膠硬度，且‘中谷2號’小米粥具有最大的稠度，這可能都與蒸煮過程中更多的直鏈淀粉分子溶出有關。當然，除加工方式外，谷物本身所含的蛋白質、脂質、纖維素等都會影響其凝膠強度[20-21]。因此對其他小米品種來講，凝膠硬度與其蒸煮品質間的關系規律不明顯，但不能因此否認凝膠硬度對蒸煮品質產生的影響。如大米粉的凝膠硬度被認為是影響面條蒸煮品質的主要因素[22]。

2.3 不同品種小米理化特性分析結果

表 6 不同品種小米理化特性Table 6 Physicochemical characteristics of different varieties of foxtail millet

如表6所示，根據不同理化指標的變異系數可知，不同品種間硬度差異最大，脂肪、粗纖維及灰分質量分數也存在較大的差異程度，粗淀粉質量分數差異最小。感官得分最高的‘中谷2號’蛋白質量分數最低，且隨著食味品質的下降，小米中蛋白質量分數呈上升趨勢，‘中谷2號’和‘紅苗壓破車’兩者蛋白質量分數相差3.31%。

從表6中可以看出，小米粒的千粒重和顆粒直徑之間存在一定的正相關性。‘中谷2號’的千粒重及顆粒直徑最小，‘紅苗壓破車’顆粒最大最重。不同小米品種的顆粒硬度存在顯著差異。谷物的硬度主要取決于胚乳具體的結構及成分，其中細胞和細胞壁中的淀粉及蛋白是主要影響因素，而谷物中的淀粉和蛋白質又主導了蒸煮過程中水分、熱量的吸收從而影響后續的糊化過程，由此可見顆粒硬度一定程度上也會影響谷物的蒸煮食味品質[23-24]。

2.4 不同品種小米理化特性與蒸煮食味品質相關性分析結果

由表7可知，顆粒直徑、硬度、千粒重與所有蒸煮品質指標呈負相關，且與感官評分呈顯著負相關（P＜0.05）。感官評分與蛋白質量分數呈極顯著負相關（P＜0.01），與灰分質量分數顯著負相關（P＜0.05），與脂肪質量分數呈負相關。

表 7 小米主要成分與其蒸煮食味品質間的相關系數Table 7 Correlation coefficients between main components of foxtail millet and its cooking and eating quality

以上結果表明，顆粒直徑過大、過硬的小米往往無法獲得較好的蒸煮食味品質。這是因為顆粒直徑越大、硬度越高，越不利于小米在蒸煮過程中的吸水、吸熱、膨脹及糊化過程[23]。通常而言，淀粉含量（尤其是直鏈淀粉含量）、直支鏈淀粉比值、淀粉的精細結構等是影響谷物蒸煮品質的主要因素[25-26]，但是許多研究者也認為，蛋白質含量是影響谷物蒸煮食味品質的另一重要因素，蛋白含量越高，蒸煮品質越差，這與本實驗結論相一致。這是因為在胚乳細胞中，蛋白體與淀粉粒緊密鑲嵌，因而蛋白體的存在會抑制蒸煮過程中淀粉顆粒的糊化過程，淀粉糊化不完全從而影響其蒸煮品質;除蛋白質含量外，蛋白質的組成、分子質量、特性（如水合性質）等也影響谷物的蒸煮性質[27-30]。本實驗中小米蒸煮食味品質與脂肪質量分數呈負相關。王鵬躍等[31]認為脂肪和游離氨基酸含量對米飯食用品質影響較大，當這兩者含量低時，米飯質構特性更優良。然而也有研究認為，稻米中淀粉脂含量的增加可顯著提高其外觀品質及蒸煮品質，研究體系、淀粉脂和非淀粉脂比例以及脂肪酸具體組成的不同可能導致了結果的差異[32-33]。

3 結 論

采用感官模糊綜合評價對10 種小米粥進行食味品質分析，‘中谷2號’為口感最優品種，‘紅苗壓破車’最差。使用電子舌自帶軟件對10 種小米粥進行DFA，結果表明DFA能夠很好地區分并分類出不同口感等級的小米粥。采用PLSR建立小米粥感官評價預測模型，電子舌信號值與小米粥感官評價結果存在相關性，相關系數為0.91，說明電子舌用于評價小米粥的口感評價是可行的。比較10 種小米粥的蒸煮品質可知，‘中谷2號’小米粥具有最高的固形物含量、稠度以及誘人的金黃色澤，同時低蛋白質量分數以及低顆粒硬度、直徑等理化性質，以及高吸水率和膨脹率特點，保證了‘中谷2號’淀粉的充分糊化，使其具有最佳的食味品質。后期還需對小米營養組分如何影響其蒸煮食味品質進行進一步探究。