基于PLSR的不同品種糯米粽子感官品質(zhì)的預(yù)測(cè)模型分析

俞奕梓 田家春 陳 通 吳峰華

(浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院1，杭州 311300)(嘉興市南湖齋食品有限公司2，嘉興 314000)(浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院3，杭州 311300)

目前，關(guān)于原料對(duì)粽子質(zhì)構(gòu)特性的影響已有少量研究報(bào)導(dǎo)。梁銳鴻[1]研究了大米復(fù)配對(duì)粽子品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著東北珍珠米比例的升高，粽子口感逐漸變硬，黏度和彈性呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)。陳云輝[2]在研究糯米粒度對(duì)粽子質(zhì)構(gòu)屬性的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著糯米粒度的減小，粽子硬度、咀嚼性增加，而黏性和彈性有所降低，并且粽子的米香味越來越淡，口味也不協(xié)調(diào)。

感官評(píng)價(jià)是最能直接體現(xiàn)質(zhì)地品質(zhì)的方法，感官評(píng)價(jià)往往通過描述詞及強(qiáng)度標(biāo)度實(shí)現(xiàn)樣品間差異的比較[3]。由于感官評(píng)定存在主觀性強(qiáng)，耗時(shí)耗力等缺點(diǎn)，難以快速有效地對(duì)食味品質(zhì)進(jìn)行鑒定[4]。因此，近年來較多研究利用食味指標(biāo)和儀器測(cè)定來代替人體感官評(píng)價(jià)。本文通過PLSR分別建立了全質(zhì)構(gòu)分析(TPA)和理化特性對(duì)粽子感官品質(zhì)的預(yù)測(cè)模型，系統(tǒng)地探究了糯米品種對(duì)粽子感官品質(zhì)的影響，為構(gòu)建粽子感官品質(zhì)的預(yù)測(cè)方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

20種糯米樣品見表1，委托嘉興市南湖齋食品有限公司按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝包制得白米粽子。硫酸銅、溴甲酚綠，均為分析純；D-無(wú)水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品(>98%，HPLC)。

表1 糯米品種及編號(hào)

1.2 儀器與設(shè)備

PSC30U-120分析天平，Eppendorf臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，TA-XT質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 方法

1.3.1 糯米基本成分的測(cè)定

水分、蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉分別參照GB/T 5009.3—2010、GB/T 5009.5—2010、GB/T 5009.6—2003和GB/T 5009.9—2008。

1.3.2 糯米支鏈淀粉含量的測(cè)定

采用雙波長(zhǎng)法測(cè)定[5]。

1.3.3 粽子質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

粽子水煮30 min，30 ℃恒溫水浴20 min，去除粽葉將粽子切成厚度為2 cm的三棱錐臺(tái)型。TPA條件[6]：SMS P/100探頭，測(cè)前中后速度分別為2、1、5 mm/s，壓縮形變40%，出發(fā)力5 g，壓縮間隔5 s。

1.3.4 糯米糊化特性的測(cè)定

參考李玥[7]的方法。

1.3.5 不同糯米粽子的感官評(píng)價(jià)

粽子蒸30 min，35 ℃恒溫水浴20 min，由10名專業(yè)人員經(jīng)過統(tǒng)一培訓(xùn)組成感官評(píng)價(jià)小組，按照表2評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分。

表2 粽子的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS軟件處理糯米理化特性和粽子質(zhì)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，采用LSD法進(jìn)行單因素方差分析(P<0.05)；PLSR預(yù)測(cè)模型采用SIMCA-P 14.1處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種糯米的理化特性分析

由表3可知，JGN和J65水分較高，灰分較低，TN1灰分和脂肪較高，蛋白質(zhì)最低，HN蛋白質(zhì)和脂肪最高。不同區(qū)域不同品種的糯米基本成分含量差異顯著，秈糯水分和蛋白質(zhì)高于粳糯，淀粉差異不顯著。Lyon等[8]指出直鏈淀粉及蛋白質(zhì)含量是評(píng)價(jià)稻米品質(zhì)的主要指標(biāo)。

表3 不同品種糯米的理化特性及糊化特性

由表4可知，不同品種糯米糊化特性差異顯著，可能與糯米粒徑大小、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量等因素有關(guān)[9]。峰值黏度、保持黏度、最終黏度變異系數(shù)大，

表4 不同品種糯米的理化特性及糊化特性

說明糯米品種對(duì)黏度影響較大；降落值1 026.62～1 375.05 cP，回生值231.92～421.12 cP，糯米質(zhì)構(gòu)與消化特性因品種不同而存在較大差異；糊化時(shí)間和糊化溫度結(jié)果說明各品種間糯米糊化時(shí)需要的能量差異較大。

由圖1可知，F(xiàn)1主要解釋了脂肪、糊化時(shí)間、灰分、黏度，F(xiàn)2主要解釋了蛋白質(zhì)、回生值、淀粉、支鏈淀粉、糊化溫度。F1可將樣品分成兩類，THN、TN1、LJ和J65為一類，水分、黏度等屬性強(qiáng)度較大；HN、JN、SN和LN3為一類，離脂肪、降落值、灰分等屬性較近。而HN3距離各屬性較遠(yuǎn)，其理化成分與糊化特征無(wú)顯著性關(guān)系。

圖1 不同品種糯米理化特性的PCA雙標(biāo)圖

2.2 粽子的質(zhì)構(gòu)特性分析

由表5可知，HN2和TN1硬度較大，THN3和J65硬度較小；JGN的黏附性最大，JN最小；THN3彈性最大，WYN彈性較小；NLN、WN1、THN和LN3黏聚性較大；LJ和HN12膠著性較大，THN3和J65較小；LJ咀嚼性顯著高于其他品種。不同區(qū)域的糯米粽子質(zhì)構(gòu)特性差異顯著，其中粳糯粽子硬度、黏性、彈性、膠著性和咀嚼性高于秈糯粽子，糯米品種對(duì)粽子質(zhì)構(gòu)的影響大于糯米所產(chǎn)區(qū)域?qū)︳兆淤|(zhì)構(gòu)的影響。

表5 不同品種糯米粽子的質(zhì)構(gòu)屬性

2.3 全質(zhì)構(gòu)屬性與粽子感官品質(zhì)的PLSR模型

由表6可知，感官評(píng)分中JGN黏性最高；LJ、TN1、ZN1、TGXN和LN3光澤較高；LJ、THN3、TN1、JGN和HN2的米香氣濃郁；HN2的彈性顯著高于其他品種糯米；HN2米味濃郁醇厚；SN疏松度最高，比ZN19、HN12和THN高5.5分。粳糯粽子感官品質(zhì)優(yōu)于秈糯粽子，其中LJ粽子得分最高，而JN粽子得分最低。

表6 不同品種糯米粽子的感官評(píng)分

對(duì)20種糯米粽子的TPA參數(shù)和感官評(píng)分進(jìn)行PCA分析，結(jié)果見圖2。質(zhì)構(gòu)參數(shù)中黏附性、硬度、咀嚼性和彈性與感官品質(zhì)中黏性、硬度、咀嚼性和彈性分布較近，說明這幾個(gè)質(zhì)構(gòu)參數(shù)與感官指標(biāo)之間相關(guān)性較強(qiáng)，而凝聚性和回復(fù)性與各感官指標(biāo)相距較遠(yuǎn)，無(wú)顯著相關(guān)。

圖2 不同品種糯米粽子的質(zhì)構(gòu)特性與感官品質(zhì)的PCA雙標(biāo)圖

TPA能預(yù)測(cè)5個(gè)感官指標(biāo)(表7)，其中對(duì)咀嚼黏性和目測(cè)黏性的預(yù)測(cè)效果最佳，R2>0.9，且RMSEE較小。其次是硬度(R2=0.89，RMSEE=0.33)和咀嚼性(R2=0.80，RMSEE=0.67)。而對(duì)米味的預(yù)測(cè)效果較差，可能是因?yàn)槊孜对诮M間樣品中數(shù)值相對(duì)集中，差異較小。此前也有學(xué)者提出TPA難以預(yù)測(cè)差異較小的質(zhì)構(gòu)屬性[8]。

表7 TPA與粽子感官品質(zhì)的PLSR模型參數(shù)

黏性和咀嚼黏性與黏附性和膠著性成顯著性正相關(guān)，與咀嚼性和回復(fù)性成負(fù)相關(guān)；硬度與黏附性、彈性、膠著性、咀嚼性成正相關(guān)，也有研究者發(fā)現(xiàn)硬度和黏附性與感官綜合評(píng)分呈顯著正相關(guān)[10]。米味與硬度、彈性、膠著性和咀嚼性成顯著正相關(guān)；咀嚼性與硬度、彈性、膠著性和回復(fù)性成正相關(guān)。硬度、彈性、咀嚼性分別代表牙齒擠壓樣品的力量[11]、樣品恢復(fù)形變的比率、咀嚼樣品所需能量[12]。咀嚼性增加是食味品質(zhì)提高標(biāo)志之一[13]，綜合各項(xiàng)指標(biāo)得TPA可作為一種預(yù)測(cè)粽子感官品質(zhì)的方法。有研究表明食品硬度、彈性、咀嚼性之間往往成顯著正相關(guān)[14-16]。

2.4 糯米理化特性與粽子感官品質(zhì)的PLSR模型

對(duì)20種糯米的理化特性和粽子的感官評(píng)分進(jìn)行PCA分析，結(jié)果見圖3。最終黏度、峰值黏度和保持黏度與目測(cè)黏性、咀嚼黏性成顯著正相關(guān)；糊化時(shí)間、淀粉和支鏈淀粉與咀嚼性和硬度顯著相關(guān)。通常將直鏈淀粉含量作為口感評(píng)估的標(biāo)志，直鏈淀粉含量低的糯米則軟糯、黏度大[17]。可能是直、支鏈淀粉之間形成結(jié)晶，并增強(qiáng)了晶體結(jié)構(gòu)耐熱性，限制蒸煮過程中淀粉膨脹和熱溶出，導(dǎo)致硬度增加[18]。此外在淀粉冷卻膠凝過程中，大量淀粉分子通過氫鍵交聯(lián)聚合，導(dǎo)致硬度和彈性增大[19]。

圖3 不同品種糯米的理化特性與粽子感官品質(zhì)的PCA雙標(biāo)圖

食品中淀粉含量與感官特征之間往往顯著相關(guān)，小米粥黏度與直鏈淀粉含量顯著正相關(guān)，與支鏈淀粉含量顯著負(fù)相關(guān)[20]。蛋白質(zhì)、脂肪、降落值和回生值與感官指標(biāo)距離較遠(yuǎn)，與黏性和硬度成負(fù)相關(guān)。周顯青等[21]研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量越高，米飯適口性越差。因此Nawaz等[22]通過去除表面蛋白顯著提高了米飯黏度。另外脂肪含量會(huì)顯著降低黏性[23]，與Ohishi添加脂肪酸能夠降低黏性的結(jié)論一致[24]。研究表明淀粉脂肪體中的脂肪酸能夠與直鏈淀粉相互作用生成螺旋狀絡(luò)合物，在膨脹糊化時(shí)吸收大量熱量，抑制淀粉膨潤(rùn)糊化，降低黏性[25]。

糯米理化特性能預(yù)測(cè)粽子6個(gè)感官指標(biāo)(表8)，其中目測(cè)黏性的預(yù)測(cè)效果最佳，R2=0.98，且RMSEE較小。其次是硬度(R2=0.71，RMSEE=0.54)、米香(R2=0.65，RMSEE=1.31)和光澤(R2=0.61，RMSEE=1.05)，而對(duì)米味和咀嚼性的預(yù)測(cè)效果較差。

表8 糯米理化特性與粽子感官品質(zhì)的PLSR模型參數(shù)

糯米水分和灰分與光澤和米香成正相關(guān)，灰分越大糊化溫度越高，越難糊化，導(dǎo)致糊化時(shí)間過長(zhǎng)[26]。水分與硬度、米味和咀嚼性成負(fù)相關(guān)，可能是在粽子煮制過程中，過多水分導(dǎo)致淀粉過度糊化，使得硬度下降、米味流失。支鏈淀粉與硬度和咀嚼性成正相關(guān)，與米香成負(fù)相關(guān)，Lee等[27]發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉含量越高食味值越高，支鏈淀粉提高了熱溶出物中可溶性淀粉含量、短鏈比例和分子尺寸，增強(qiáng)了表面淀粉分子間作用力，增大了黏附力和脫附阻力，進(jìn)而提高了黏度[28,29]。糯米淀粉中直、支鏈比與凝膠強(qiáng)度有顯著性關(guān)系[12]。淀粉經(jīng)糊化后形成凝膠，其硬度和彈性對(duì)加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響[30]。蛋白質(zhì)與米味成正相關(guān)，與光澤和米香成負(fù)相關(guān)，高蛋白質(zhì)含量會(huì)降低吸水率[31]，使得米粒暗淡無(wú)光澤，而且還會(huì)降低淀粉膨脹速率和程度，減弱米香散發(fā)[32]。脂肪與光澤、米味顯著相關(guān)。糯米有較多不飽和脂肪酸和淀粉脂肪復(fù)合物，能改善滋味、光澤與適口性[33]。

峰值黏度、保持黏度和最終黏度與粽子黏性和硬度成正相關(guān)，與米味成負(fù)相關(guān)。黏性代表克服表面接觸吸引力所需能量[34]，峰值黏度反映了淀粉糊化升溫過程中淀粉顆粒的膨脹程度[35]，與糯米品質(zhì)存在線性關(guān)系[36]。峰值黏度越高，糊化結(jié)晶膠束中氫鍵越易被破壞，米飯質(zhì)地軟黏、口感佳。回生值反映淀粉冷糊穩(wěn)定性和老化趨勢(shì)，一定程度的回生能提高硬度和韌性[37]，但會(huì)導(dǎo)致粽子光澤暗淡和米香流失。此外，糊化溫度也是衡量品質(zhì)的重要指標(biāo)，溫度高導(dǎo)致淀粉顆粒溶脹、黏度升高，逐漸達(dá)到峰值黏度[38]。本實(shí)驗(yàn)中糊化時(shí)間和糊化溫度與感官指標(biāo)成正相關(guān)，與黃忠民等[39]的研究結(jié)果較為一致。早期有學(xué)者發(fā)現(xiàn)降落值、糊化溫度和峰值黏度對(duì)預(yù)測(cè)模型的貢獻(xiàn)最大[40]。而本實(shí)驗(yàn)中糊化時(shí)間對(duì)粽子感官品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的貢獻(xiàn)最顯著。

3 結(jié)論

利用PLSR模型可將多個(gè)與食味品質(zhì)相關(guān)的理化指標(biāo)量化為粽子的品質(zhì)綜合指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)通過比較TPA和理化特性對(duì)粽子感官品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的優(yōu)劣，發(fā)現(xiàn)TPA更適用于預(yù)測(cè)粽子感官品質(zhì)。感官評(píng)定表明粳糯比秈糯更適于包制粽子，糯米品種對(duì)粽子品質(zhì)的影響大于糯米產(chǎn)地區(qū)域?qū)︳兆悠焚|(zhì)的影響，為預(yù)測(cè)粽子感官品質(zhì)的方法提供新思路，同時(shí)為粽子原料的選擇提供參考。