米飯外觀儀器評價與其感官評價的關(guān)聯(lián)性研究

張玉榮，邢曉麗，周顯青*，王學(xué)鋒，于素平，郝 偉

（1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.國家糧食局科學(xué)研究院 北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心，北京 100037）

0 前言

稻谷是人類最主要的糧食作物之一，且是世界上約1/2 人口的主要食糧[1].隨著人們生活水平的提高，對大米食用品質(zhì)的要求也越來越高，因此，如何準(zhǔn)確、快速地評價米飯食味顯得尤為重要[2-4].目前，對米飯食用品質(zhì)評價主要是依據(jù)GB/T 15682—2008[5]，其評價內(nèi)容包括米飯氣味、外觀、結(jié)構(gòu)、適口性、冷飯質(zhì)地等5 項.目前，關(guān)于米飯食味評價的研究主要集中在感官與儀器評價，如嚴(yán)文潮等[6]通對粳型米飯的感官評價指標(biāo)研究發(fā)現(xiàn)，各感官指標(biāo)與米飯食味評價總分值關(guān)聯(lián)度高低的順序依次為：外觀＞滋味＞黏性＞香味＞硬度.呂慶云等[7]研究認(rèn)為評價項目可只選擇香氣、外觀、味道和黏度4 項，以簡化評價方法.三上隆司等[8]研究得出，米飯感官評價外觀評分與香味、滋味、黏聚性、總體風(fēng)味呈極顯著相關(guān).總之，米飯外觀對其食味品質(zhì)評價具有重要的影響.關(guān)于儀器對米飯的評價研究主要集中在對米飯色澤和食味的相關(guān)性，如日本開發(fā)的米飯食味計是根據(jù)米飯的光澤（外觀）與食味綜合評分之間相關(guān)性高的原理制作而成[3].Bhattacharya[9]應(yīng)用色差儀研究大米在蒸煮過程中顏色的動力學(xué)變化.但關(guān)于利用儀器對米飯的外觀進行整體評價的研究鮮有報道，因此，作者采用圖像處理方法測定大米煮熟前后的粒長、粒寬之差，得出大米長度延伸率及寬度延伸率，結(jié)合色差計對米飯色澤進行測定，并與外觀感官評價進行關(guān)聯(lián)性及回歸分析，由此來預(yù)測米飯的外觀，以期找出一種更簡單、快捷的米飯外觀評價方法來代替其外觀感官評價.

1 材料與方法

1.1 材料

采集黑龍江（8 個）、河南（6 個）、河北（6 個）、江蘇（6 個）、福建（8 個）、廣東（6 個）、江西（6 個）、湖北（6 個）等8 個稻谷產(chǎn)區(qū)的樣品52 種，其中25種用來驗證.用礱谷機去殼得到糙米，將糙米在碾米機上制備成GB 1354—2009 中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)三等精度大米，置于4 ℃冰柜中保存.

1.2 儀器及設(shè)備

SY88-TH 礱谷機、NSART100 型碾米機：雙龍機械產(chǎn)業(yè)株式會社；SMY-2000ST 型色差計：北京盛名揚科技開發(fā)有限責(zé)任公司；JYC-19BE2 型電磁爐：山東九陽小家電有限公司.

1.3 方法

1.3.1 米飯的制備

參照GB/T 15682—2008 中小量樣制備米飯，并做適當(dāng)改進：稱取大米樣品10.00 g 置于直徑為45 mm、體積為40 mL 的自制鋁盒中，加入適量蒸餾水淘洗，按水米比1.3∶1 往鋁盒中加入蒸餾水，在25 ℃下浸泡30 min，浸泡完成后上籠蒸煮40 min，然后按動保溫按鈕，燜制20 min.

1.3.2 米飯色澤測定

采用SMY-2000 色差計測定米飯的顏色及色澤.用CIE-L*、a*、b*色空間方法表示，其中L*值描述亮度（色澤）的變化，0 代表黑色，100 代表白色；a*值描述從紅色至綠色的變化，正數(shù)代表紅色，負(fù)數(shù)代表綠色；b*值代表黃色至藍色的變化，正數(shù)代表黃色，負(fù)數(shù)代表藍色[10].

操作方法：開機預(yù)熱5～10 min，測試前用黑板調(diào)0，白板調(diào)100，校準(zhǔn)儀器，然后取煮熟燜制后的米飯8.00 g 放入樣品池內(nèi)，填實、壓緊，接著將樣品池置于保護盒套里，放到傳感器下面測定，記錄L*值、a*值和b*值，每個樣品重復(fù)測定10 次，去掉最大值和最小值，取平均值作為最后結(jié)果.

1.3.3 米飯粒延伸率測定[11]

從樣品中隨機選取煮熟前完整無損的大米50粒，置于掃描儀上，粒與粒之間分開而不接觸，以自制黑色紙板作為背景獲取像素為300 dpi 的RGB 圖像[12].文件命名為“米飯粒型測定”，保存為Tif 格式，運行matlab 7.10.0，在Command Window面板中輸入自編程序，得出米粒的長度和寬度值，計算出50 粒米粒的長度及寬度的平均值.按照同樣的方法得到煮熟后大米米粒長度和寬度值，則米粒長度延伸率=（煮熟后長度-煮熟前長度）/煮熟前長度；米粒寬度延伸率=（煮熟后寬度-煮熟前寬度）/煮熟前寬度.

1.3.4 米飯外觀感官評價

按照1.3.1 制備米飯，感官評價采用GB/T 15682—2008 糧油食品檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法中的評價方法（綜合評分法）對米飯樣品進行，評價員的選擇依據(jù)GB/T 16291.1—2012 感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評價員一般導(dǎo)則[13]進行，不同之處是只應(yīng)用其外觀評分值，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1.每個樣品制作5 個平行樣，去掉最大值和最小值，取平均值.

表1 米飯外觀評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進行描述分析，得出最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后用SPSS 17.0 軟件進行相關(guān)分析、回歸分析.回歸分析模型為：Y=b0+b1X1+b2X2+……+b5X5，其中Y 是獨立的感官評定指標(biāo)，X1、X2、……、X5分別是米飯外觀測定指標(biāo)，b0是當(dāng)X1=X2=……=X5=0 時的截距常數(shù)，b1、b2、……、b5分別是X1、X2、……、X5的參數(shù)估計，應(yīng)用逐步回歸方法建立多元線性回歸方程，其中引入和剔除變量顯著性水平分別為0.05、0.10，得到每個獨立的外觀感官評價指標(biāo)關(guān)于米飯外觀測定指標(biāo)的預(yù)測模型.

2 結(jié)果與分析

2.1 米飯外觀分析

米飯的外觀指標(biāo)儀器測定值和感官評價值見表2.

表2 米飯外觀測定結(jié)果（n=25）

由表2 可知，米飯的L*值的變異系數(shù)絕對值最小，為7.75%，說明米飯樣品間色澤差異性最??；a*值的最大值、最小值、平均值和變異系數(shù)分別為-4.39、-0.33、-2.34 和-51.28%，均為負(fù)數(shù)，變異系數(shù)絕對值最大，說明米飯在紅-綠色調(diào)上偏綠，且不同米飯樣品間在紅-綠色調(diào)上差異最大；b*值的最大值和最小值均為正數(shù)，變異系數(shù)為25.24%，說明米飯在黃-藍色調(diào)上偏黃（可能是因為加工精度不均勻，大米表面留有皮層或糠粉所致），差異較大；米飯粒長度延伸率和寬度延伸率的最小值、最大值和變異系數(shù)分別為31.09%、47.89%和10.71%與21.86%、38.01%和11.13%，差異較大.米飯的感官評價中飯粒完整性和顏色的評分差異最大，變異系數(shù)分別達到了33.33%和34.11%，差異較小的是光澤和外觀總分.

2.2 外觀的感官評價值與其測定值的相關(guān)性分析

米飯樣品的外觀儀器測定指標(biāo)與外觀感官指標(biāo)評分的相關(guān)系數(shù)見表3，不同延伸率的大米外觀見圖1.

表3 外觀測定指標(biāo)與感官指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

圖1 不同延伸率的大米外觀

由表3 可知，各外觀指標(biāo)儀器測定值均與其感官指標(biāo)評分值具有顯著相關(guān)性，其中長度延伸率與感官評價各指標(biāo)除顏色達到顯著相關(guān)性外，與其他指標(biāo)均達到極顯著負(fù)相關(guān)水平，說明大米粒長度延伸率越大，米飯的顏色、光澤度、完整率、外觀總分評分越低，這是因為長度延伸率大的大米，在蒸煮過程中吸水較多，在米飯蒸煮過程中容易破裂，導(dǎo)致完整率低，進而影響外觀和色澤，使其評分降低，從而證實了張玉榮[3]關(guān)于大米蒸煮條件及蒸煮過程中米粒形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的研究結(jié)論.如表3、圖1 所示，寬度延伸率與米飯各外觀指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)，但只與外觀總分達到顯著水平，這可能是因為寬度延伸率沒有長度延伸率測定值大，對米飯外觀的影響沒有長度延伸率大，但也具有長度延伸率類似的作用，使外觀評分降低；色澤L*值與米飯外觀感官評價各指標(biāo)均呈正相關(guān)，且與光澤和外觀總分達到極顯著水平，說明米飯越亮，外觀光澤性評分和外觀總評分越高；a*值與感官評價各指標(biāo)評分呈負(fù)相關(guān)，且與完整性和總分達到顯著水平，說明米飯顏色紅度值越低，完整性和外觀總評分越高，外觀越好；b*值只與感官評價顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明黃色值越低，顏色越好，評分越高，這可能是因為黃色值越高，大米的加工精度越低，進而影響了米飯的食味品質(zhì)[14-15].前述分析可知，外觀各指標(biāo)與感官評價各指標(biāo)具有顯著的相關(guān)性，這為用外觀測定指標(biāo)代替感官評價提供了可能.

2.3 外觀評價預(yù)測模型的建立

由相關(guān)性分析可知外觀測定的幾個指標(biāo)與外觀感官評價各指標(biāo)相關(guān)性較好，因此分別以外觀感官指標(biāo)為因變量，外觀測定指標(biāo)大米粒長度延伸率（X1）、寬度延伸率（X2）、L*值（X3）、a*值（X4）和b*值（X5）5 個指標(biāo)為自變量進行多元線性回歸分析，建立評價模型，結(jié)果見表4 和表5.

表4 以外觀感官評價指標(biāo)為自變量的線性回歸方程

由表4 可看出，以感官評價指標(biāo)光澤為因變量所建立的多元線性回歸方程決定系數(shù)R2最大，為0.907，說明該方程可解釋感官評價光澤變異的90.7%，調(diào)整R2為0.903，說明擬合度較高；決定系數(shù)最小的是以感官評價完整性為因變量所建的回歸模型，其決定系數(shù)R2為0.325，說明該方程可解釋外觀感官評價完整度的32.5%，方差解釋率最低；外觀總分的回歸方程決定系數(shù)較高，其值R2為0.778，調(diào)整R2為0.733，說明所建回歸方程擬合度較好.對方程的顯著性進行了檢驗，各方程F 檢驗都達到了極顯著水平（sig.＜0.05），說明所建立的回歸方程有效.

表5 回歸方程的系數(shù)檢驗

由表5 可知，以外觀感官評價指標(biāo)為因變量所建立的回歸方程中，感官評價顏色評分受a*值、b*值的影響較大，其值分別變化1 個單位，則顏色評分變化-0.621 和-0.710 個單位，a*值和b*值的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分別為-0.567 和-0.847，說明b*值對米飯外觀感官評價顏色評分值影響程度較a*值大；對外觀感官評價光澤指標(biāo)影響較大的指標(biāo)為L*值，其值變化1 個單位，則光澤評分值變化0.203 個單位；對外觀感官評價完整性指標(biāo)影響較大的指標(biāo)是大米長度延伸率，其值變化1 個單位，外觀感官評價完整性評分變化-0.157 個單位；對外觀感官評價總分影響較大的指標(biāo)分別為大米長度延伸率、L*值、a*值和b*值，其值各變化1 個單位，則總評分分別變化-0.157、0.178、-1.166 和-1.133 個單位，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)絕對值最大的和最小的分別為b*值的-0.620 和長度延伸率-0.230，說明b*值對米飯的外觀總分影響程度最大，大米粒長度延伸率對其影響程度最小.

回歸系數(shù)的顯著性檢驗是反映自變量和因變量之間的線性關(guān)系是否顯著，回歸方程顯著，回歸系數(shù)不一定顯著，為此，對各個模型的回歸方程的回歸系數(shù)進行了顯著性檢驗，從表5 可看出，偏回歸系數(shù)假設(shè)檢驗（T 檢驗）表明，除總分回歸模型的常數(shù)和長度延伸率T 檢驗概率P 值接近顯著水平外，其他各回歸方程的偏回歸系數(shù)均達到0.05 顯著水平，說明各模型中偏回歸系數(shù)可引入到回歸方程中.

2.4 預(yù)測模型的驗證

為了更好地評價所建回歸方程擬合程度的好壞，對回歸方程進行了驗證，結(jié)果見圖2.

圖2 外觀各指標(biāo)評分值與其評分預(yù)測值的相關(guān)關(guān)系

從圖2 可以看出，本試驗得出的感官評定預(yù)測方程是基本符合實際數(shù)值的，各外觀感官指標(biāo)評分值與其預(yù)測值之間相關(guān)性較好，說明預(yù)測回歸方程對于米飯外觀食味評分具有普遍適用性.外觀各指標(biāo)評分值與其預(yù)測值相關(guān)性最好的是光澤，其擬合直線的決定系數(shù)R2達到0.944，其次是顏色和外觀總分，擬合最差的是完整性，R2為0.606.用建立的回歸方程對適口性各指標(biāo)進行預(yù)測，將結(jié)果與實際測定值分別進行T 檢驗，根據(jù)T檢驗的雙邊檢測結(jié)果，外觀感官評價顏色、光澤、完整性和總分的p 值分別為0.969 0、0.950 6、0.717 8 和0.991 6，均大于0.05，表明在0.05 的顯著性水平內(nèi)兩種結(jié)果的差異不顯著，說明應(yīng)用外觀指標(biāo)建立的外觀感官評價方程來預(yù)測米飯適口性的方法是可行的.

3 結(jié)論

米飯外觀測定值與外觀感官指標(biāo)評價值均具有顯著相關(guān)性.以米飯外觀感官評價指標(biāo)為因變量、外觀指標(biāo)測定值為自變量所建立的線性回歸方程，方程回歸系數(shù)達到了顯著水平，回歸模型預(yù)測效果較好，為儀器代替外觀感官評價提供了依據(jù).

［1］周顯青.稻谷加工工藝與設(shè)備［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2011:1-7.

［2］張玉榮，周顯青，楊蘭蘭.大米食味品質(zhì)評價方法的研究現(xiàn)狀與展望［J］.中國糧油學(xué)報，2009，24（8）:155-160.

［3］張玉榮，周顯青，張秀華，等.大米蒸煮條件及蒸煮過程中米粒形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的研究［J］.糧食與飼料工業(yè)，2008（10）：1-4.

［4］周曉晴，付桂明，劉成梅，等，大米食味品質(zhì)預(yù)測評價模型的建立及應(yīng)用［J］.食品工業(yè)科技，2013，34（2）：94-96.

［5］GB/T 15682—2008，稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法［S］.

［6］嚴(yán)文潮，鮑根良.米飯質(zhì)地特性及其與食味的關(guān)系［J］.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2002，14（4）:187-191.

［7］呂慶云，三上隆司，河野元信，等.適合中國南方產(chǎn)秈米米飯食味評價方法的研究［J］.中國糧油學(xué)報，2006，21（5）:13-16.

［8］三上隆司，柏村崇，土屋義義信.可視光および近赤外光による米飯の官能値評価［J］.日本食品科學(xué)工學(xué)會志，2000，47（10）:787-792.

［9］Bhattacharya S.Kinetics on Color Changes in Rice due to Parboiling ［J］.Journal of Food Engineering，1996，29（1）:99-106.

［10］Lamberts L，De Bie E，Vandeputte G E，et al.Effect of milling on color and nutritional properties of rice［J］.Food Chemistry，2007，100（4）:1496-1503.

［11］李睿，彭新德，閔軍，等.數(shù)字圖像處理技術(shù)在大米外觀品質(zhì)分析中的應(yīng)用［J］.計算機體系應(yīng)用，2011，20（4）：194-198.

［12］任洪玲.大米原產(chǎn)地品質(zhì)分析與鑒別［D］.鄭州:河南工業(yè)大學(xué)，2012.

［13］GB/T 16291.1—2012，感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評價員一般導(dǎo)則［S］.

［14］鄧靈珠.大米蒸煮與米飯物性及食味形成機理［D］.鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2012.

［15］周顯青，鄧靈珠，張玉榮.米飯物性與食味形成機理研究進展［J］.糧油食品科技，2012，20（4）:1-6.