大米食味品質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型的建立及應(yīng)用

周曉晴，付桂明，劉成梅，鐘業(yè)俊，羅舜菁，劉桃英，徐欣源，吳建永

（南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047）

大米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)最直接的方法是感官評(píng)價(jià)，通過(guò)品嘗人員的感覺(jué)器官與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)米飯的色澤、外觀、氣味、適口性、滋味等進(jìn)行評(píng)價(jià)鑒定[1]。但是感官品評(píng)主觀性較強(qiáng)，通常需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，且耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力，難以進(jìn)行快捷有效的大米食味品質(zhì)鑒定。近年來(lái)通過(guò)食味計(jì)等檢測(cè)儀器分析蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉和水分等大米主要化學(xué)成分含量，成為快速評(píng)價(jià)大米的食用品質(zhì)的重要手段。但是影響大米食味品質(zhì)的因素很多，單單用大米主要化學(xué)成分含量指標(biāo)作為食味品質(zhì)評(píng)價(jià)，往往不能全面反映不同品種大米的食味品質(zhì)[2]。此外利用食味計(jì)等檢測(cè)儀器需要進(jìn)行樣品設(shè)計(jì)，并建立龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，需要建立一套全面、客觀、科學(xué)的大米食味評(píng)價(jià)方法。國(guó)標(biāo)中食用品質(zhì)包括直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度三項(xiàng)指標(biāo)，但僅靠這三個(gè)指標(biāo)并不能全面反映大米品質(zhì)特性，且指標(biāo)接近的品種其食味品質(zhì)也可能相差甚遠(yuǎn)。實(shí)際上，影響大米食味品質(zhì)的因素還包括蛋白質(zhì)含量、質(zhì)構(gòu)特性、淀粉碘藍(lán)值、大米糊化特性等[3-4]。此外，米飯質(zhì)構(gòu)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(biāo)中，膠稠度的測(cè)定易受堿液濃度、加熱時(shí)間、放置溫度等外界因素影響，測(cè)定結(jié)果精密度不高?？焖僬扯确治鰞xRVA是新近開(kāi)發(fā)的一種模擬大米蒸煮的設(shè)備，測(cè)定操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，其特征值與膠稠度顯著相關(guān)，并能直接測(cè)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(zhì)的差異相似；因此，RVA譜特征值可用于表征大米食味品質(zhì)，也是大米蒸煮食味評(píng)價(jià)體系的重要組成部分。本研究選取與食味品質(zhì)相關(guān)性高的理化指標(biāo)進(jìn)行客觀的統(tǒng)計(jì)分析，利用主成分分析法[7]構(gòu)建大米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)粳米、秈米進(jìn)行客觀食味品質(zhì)評(píng)價(jià)，這對(duì)豐富和完善大米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)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(nóng)108）、晚秈米（外引7號(hào)）中糧（江西）米業(yè)有限公司。

JLGJ2.5型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī) 浙江展誠(chéng)機(jī)械有限公司；SATAKE TM05C型精米機(jī) 佐竹機(jī)械有限公司；T6型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；CT3型質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)Brookfield公司；RVATec Master型快速粘度儀 瑞典波通儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大米樣品的制備 稻谷經(jīng)JLGJ2.5型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī)礱谷后得到糙米，谷糙分離，去除雜質(zhì)、不完全粒、病害谷粒及碎粒，經(jīng)篩選器選篩，選取顆粒均勻的糙米進(jìn)行碾磨實(shí)驗(yàn)。稱(chēng)取100g糙米樣品通過(guò)SATAKE TM05C精米機(jī)進(jìn)行碾磨，得到標(biāo)一米[8]，去除碎米的米樣真空包裝后置于4℃冰箱內(nèi)保藏以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

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

1.2.3 蒸煮特性的測(cè)定 參照Z(yǔ)hao等[9]的方法測(cè)定米湯碘藍(lán)值，參照Z(yǔ)hou等[10]的方法測(cè)定加熱吸水率、米湯干物質(zhì)等蒸煮特性。

1.2.4 糊化特性的測(cè)定 按AACC規(guī)程（2000.61-02）的方法[11]測(cè)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(shù)。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定 按GB/T 15682-2008的方法制備實(shí)驗(yàn)米飯，根據(jù)Zhang等[12]的方法修改如下：測(cè)試速度是1mm/s，目標(biāo)值是壓縮85%，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載2g，二次壓縮間隔5s；根據(jù)測(cè)試曲線記錄下硬度、粘性、彈性、咀嚼性等指標(biāo)。

1.2.6 大米食味值的測(cè)定 按GB/T 15682-2008的方法對(duì)米飯氣味、外觀、適口性、滋味等進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.7 大米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)模型的建立 SPSS軟件在主成分分析之前先對(duì)所測(cè)得的粳米，早、晚秈米這三個(gè)品種測(cè)定的所得的主要化學(xué)成分含量、蒸煮特性、糊化特性、質(zhì)構(gòu)特性的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除各測(cè)定指標(biāo)不同的量綱、數(shù)量級(jí)的差異。由標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)構(gòu)成主成分分析的相關(guān)矩陣，根據(jù)主成分分析后所確定的不同主分量的線性組合與貢獻(xiàn)率乘積的和來(lái)排序不同的樣本，進(jìn)行綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)[13]，利用軟件進(jìn)行主成分分析計(jì)算；建立米飯食味評(píng)價(jià)模型，與食味感官評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大米食味品質(zhì)特性分析

大米食味品質(zhì)相關(guān)理化指標(biāo)與感官評(píng)價(jià)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，粳米的直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、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(zhì)好。晚秈米直鏈淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)含量，體積膨脹率、糊化溫度等指標(biāo)均高于粳米，蒸出的米飯粘性偏低、硬度較大，米飯食味品質(zhì)較佳。與粳米和晚秈米相比，早秈米脂肪、蛋白質(zhì)、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(zhì)、脂肪這些成分含量的不同，導(dǎo)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(biāo)與感官評(píng)價(jià)Table 1 Physicochemical properties and sensory evaluation of rice

2.2 食味品質(zhì)數(shù)據(jù)的主成分分析

選取實(shí)驗(yàn)測(cè)得大米的各個(gè)指標(biāo)構(gòu)成矩陣進(jìn)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(zhì)（mg/g）、米湯碘藍(lán)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(nèi)聚性、米飯咀嚼性（mJ）。計(jì)算相關(guān)距陣的特征值λ與相應(yīng)的特征向量a，根據(jù)軟件篩選主成分?jǐn)?shù)目的原則，選取特征值大于1的前2個(gè)特征值，作為大米蒸煮食味品質(zhì)的主成分，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 大米食味品質(zhì)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(lán)值、糊化溫度、米飯硬度、粘度、咀嚼性等，其單獨(dú)的方差貢獻(xiàn)率為65.8985%。第一主成分大的品種，其水分含量、內(nèi)聚性小，米湯碘藍(lán)值、米飯硬度、咀嚼性高。

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

以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重構(gòu)建出米飯食味品質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型F的函數(shù)，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(jù)上述米飯食味品質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型可計(jì)算綜合主成分值，按綜合主成分值進(jìn)行排序?qū)Υ竺走M(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3所示。這與表1中的大米食味感官評(píng)價(jià)所得的結(jié)果相一致。

表3 大米食味評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)表Table 3 Quality model evaluation of rice

3 結(jié)論

近年來(lái)通過(guò)測(cè)定與大米食味品質(zhì)相關(guān)的特征性指標(biāo)，利用數(shù)學(xué)方法建立評(píng)價(jià)模型進(jìn)行大米食味評(píng)定，已成為研究的熱點(diǎn)。Zhu等[14]對(duì)大米直鏈淀粉含量、碘藍(lán)值、水分含量、質(zhì)構(gòu)特性等進(jìn)行研究，利用主成分分析建立了與米飯質(zhì)構(gòu)特性有關(guān)的預(yù)測(cè)模型。劉建偉等[15]通過(guò)大米理化指標(biāo)測(cè)定、感官評(píng)價(jià)與食味分析，分析理化特性與食味的關(guān)系，建立了大米食味推測(cè)式。熊善柏等[16]對(duì)大米蒸煮特性、米飯彈性模量、米飯?zhí)崛∫和腹饴?、淀粉體外酶水解率等理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，利用主成分分析與回歸分析對(duì)米飯的理化性質(zhì)和感官品質(zhì)間的關(guān)系進(jìn)行研究，建立了感官指標(biāo)的表達(dá)參數(shù)與回歸方程。Yokoe等[17]對(duì)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(biāo)進(jìn)行測(cè)定，利用回歸分析構(gòu)建了適合于市售白米的食味品質(zhì)預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。

本文選取與大米食味品質(zhì)相關(guān)性高的主要化學(xué)成分含量、蒸煮特性、糊化特性、質(zhì)構(gòu)特性等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，利用主成分分析法對(duì)所得到的指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建了大米食味品質(zhì)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型。用該模型對(duì)所選粳米、秈米進(jìn)行評(píng)分，與感官評(píng)價(jià)結(jié)果一致，表明這種利用數(shù)學(xué)分析方法將理化指標(biāo)信息量化的食味品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，能夠克服大米食味值的感官評(píng)價(jià)的主觀性和簡(jiǎn)單利用主成分分析法的不全面性，從而準(zhǔn)確客觀地評(píng)價(jià)不同品種大米的食味品質(zhì)。

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