基于雷達(dá)圖分析法初步評(píng)價(jià)稻米食味品質(zhì)的研究

方長(zhǎng)云 胡賢巧 邵雅芳 扈戰(zhàn)強(qiáng) 盧林 段彬伍

（中國(guó)水稻研究所，杭州310006）

基于雷達(dá)圖分析法初步評(píng)價(jià)稻米食味品質(zhì)的研究

方長(zhǎng)云 胡賢巧 邵雅芳 扈戰(zhàn)強(qiáng) 盧林 段彬伍

（中國(guó)水稻研究所，杭州310006）

本研究建立了一種基于雷達(dá)圖分析稻米食味評(píng)價(jià)的新方法。該方法選擇膠稠度、堿消值、粒型、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量等5個(gè)對(duì)稻米食味品質(zhì)影響較大的理化指標(biāo)作為雷達(dá)圖分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)。各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)無(wú)量綱化處理后用于繪制雷達(dá)圖。為消除指標(biāo)排列順序不同引起的差異，本文采用雷達(dá)圖的平均周長(zhǎng)和平均面積作為特征向量構(gòu)建評(píng)價(jià)參數(shù)，并對(duì)10個(gè)參試樣品的食味品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，采用本文建立的雷達(dá)圖分析法得到的食味評(píng)價(jià)排序與常規(guī)感官評(píng)價(jià)法的排序基本一致，表明本文建立的雷達(dá)圖分析法適用于稻米食味品質(zhì)的初步評(píng)價(jià)。

水稻；雷達(dá)圖；稻米食味；評(píng)價(jià)指標(biāo)；綜合評(píng)價(jià)

水稻作為我國(guó)主要的糧食作物，為大多數(shù)人提供主要能量來(lái)源。隨著生活水平的提高，稻米食味品質(zhì)不僅越來(lái)越受到消費(fèi)者的關(guān)注，也越來(lái)越受到育種家的注重[1]。目前，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)稻米食味品質(zhì)主要依據(jù)人對(duì)米飯食味的品嘗進(jìn)行感官評(píng)價(jià)[2]，因此存在主觀性強(qiáng)、操作繁瑣和耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)[3]。近年來(lái)，國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)出稻米食味品質(zhì)分析儀，比如日本生產(chǎn)的米飯食味計(jì)（STA1A、STA1B）、大米食味計(jì)（JSWL）、圖像解析儀以及味度儀（TOYOMATA-90B）等[4-6]。雖然它們可以對(duì)稻米或者米飯進(jìn)行食味分析，但價(jià)格昂貴，且我國(guó)稻米品種繁雜，其結(jié)果的可靠性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，只能作為食味品質(zhì)評(píng)價(jià)的輔助工具。綜上所述，建立一種可靠的稻米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，可以為新品種選育提供支持，也可以為實(shí)現(xiàn)稻米食味品質(zhì)快速評(píng)判奠定基礎(chǔ)。

雷達(dá)圖分析法亦稱綜合財(cái)務(wù)比率分析圖法，是一種數(shù)據(jù)表征技術(shù)，適合于在二維平面上直觀、形象地反映多個(gè)指標(biāo)的變動(dòng)規(guī)律，能夠?qū)Χ鄠€(gè)變量指標(biāo)進(jìn)行綜合處理與統(tǒng)計(jì)分析[7]。目前，此方法已被許多研究者應(yīng)用于農(nóng)作物的綜合評(píng)價(jià)上。魏春陽(yáng)等[8]利用雷達(dá)圖分析法對(duì)煙草外觀質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；劉魁等[9]采用雷達(dá)圖分析法對(duì)區(qū)域試驗(yàn)烤煙品種進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；吳成春等[10]利用雷達(dá)圖分析法對(duì)卷煙感官質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；鄧祿軍等[11]利用利用雷達(dá)圖分析法對(duì)馬鈴薯品種特征進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。但尚未見(jiàn)此方法在稻米食味品質(zhì)上的應(yīng)用與研究。本研究是根據(jù)稻米品質(zhì)各個(gè)性狀指標(biāo)的重要程度，利用雷達(dá)圖分析方法建立的一種稻米食味品質(zhì)初步評(píng)價(jià)方法，可為稻米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料共10份。其中，秈稻5份，分別是淦鑫203、川豐2號(hào)、德優(yōu)16號(hào)、湘早秈45和Y兩優(yōu)1號(hào)；粳稻5份，分別是新稻18號(hào)、連粳7號(hào)、南粳9108、鄂晚17和長(zhǎng)白9號(hào)。所用稻米樣品均為當(dāng)年生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

收集的稻谷樣品經(jīng)脫殼、磨精等處理后，參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 147-88《米質(zhì)測(cè)定方法》進(jìn)行堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量測(cè)定[12]；依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2334-2013《稻米整精米率、粒型、堊白粒率、堊白度及透明度的測(cè)定圖像法》進(jìn)行粒長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比測(cè)定[13]；參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15682-2008《糧油檢驗(yàn)、稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行感官食味評(píng)價(jià)[14]。每個(gè)樣品測(cè)定2次，取其平均值。

1.2.2 雷達(dá)圖分析方法

對(duì)于每個(gè)參試樣品，由其各評(píng)價(jià)指標(biāo)形成的數(shù)軸分布在中心圓點(diǎn)周?chē)?，并將各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重轉(zhuǎn)化為相鄰指標(biāo)數(shù)軸的夾角，不同的指標(biāo)數(shù)值體現(xiàn)在對(duì)應(yīng)指標(biāo)的數(shù)軸上，將相鄰的不同數(shù)軸上的指標(biāo)數(shù)值用折線連接成多邊形即形成雷達(dá)圖，用來(lái)反映參試樣品的總體情況。為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀，通過(guò)選取雷達(dá)圖的特征向量面積（S）和周長(zhǎng)（L）來(lái)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 參試樣品5項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果

表2 各參試樣品的無(wú)量綱化處理結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇與處理

2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

影響稻米食味的指標(biāo)主要有直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、膠稠度、糊化溫度等[15]。直鏈淀粉含量與稻米食味品質(zhì)呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)[16]。直鏈淀粉含量低的米飯膠稠度較軟，米粒拉伸性越好[17]。但也有研究認(rèn)為，直鏈淀粉含量并非越低越好，而是在一定范圍內(nèi)具備更佳食味品質(zhì)[2，17-18]。堿消值是評(píng)定稻米糊化溫度的常用指標(biāo)，堿消值等級(jí)高的，糊化溫度則低[19-20]。有研究認(rèn)為，糊化溫度與米飯食味呈極顯著負(fù)相關(guān)，糊化溫度低的，米飯食味較好，高的則較差[16]。蛋白質(zhì)含量與米飯食味呈負(fù)相關(guān)[21]。蛋白質(zhì)含量低的大米做成的米飯更具香味、柔軟性和黏性[3]。但也有研究認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量高不一定是降低米飯食味的主要原因[22]。稻米膠稠度的長(zhǎng)短與米飯的硬度和粘度有關(guān)，與米飯食味呈正相關(guān)，膠稠度長(zhǎng)的米飯較軟，短的則較硬[2，15-16]。稻米的粒長(zhǎng)和粒型與米飯食味呈正相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)均較小[2，17]。對(duì)于堊白性狀，有研究認(rèn)為，其對(duì)于稻米食味影響較小且品種間差異較大[23-24]；也有研究認(rèn)為，堊白對(duì)稻米食味沒(méi)有影響[25-26]。目前，關(guān)于透明度對(duì)稻米食味品質(zhì)的影響研究較少。因此，本文選擇了長(zhǎng)寬比、膠稠度、堿消值、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量5個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并研究它們對(duì)食味品質(zhì)的影響。

2.1.2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)無(wú)量綱化處理

依據(jù)上述的已有研究成果，將堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和粒型進(jìn)行分類(lèi)，其中，堿消值、膠稠度指標(biāo)的值越大越好屬于正向指標(biāo)，而蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和長(zhǎng)寬比等指標(biāo)在某一范圍內(nèi)最適合，為固定性指標(biāo)，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1354-2009《大米》[27]和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 594-2013《食用粳米》[28]、NY/T 595-2013《食用秈米》[29]中優(yōu)質(zhì)大米和一級(jí)大米質(zhì)量等級(jí)要求設(shè)定蛋白質(zhì)含量合適值為2.0%，直鏈淀粉含量合適值為15.5%，長(zhǎng)寬比依據(jù)不同的品系設(shè)定合適值：粳稻米1.78，秈稻米3.20。然后按照公式（1）對(duì)兩類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，將值約束在[0，1]范圍內(nèi)，值越接近1表明性狀越好[9，11]。各參試樣品評(píng)價(jià)指標(biāo)平均值及轉(zhuǎn)化結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

圖1 10個(gè)參試樣品綜合評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

其中，rij為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值，r0為評(píng)價(jià)指標(biāo)的合適值。

2.2 雷達(dá)圖的繪制

在雷達(dá)圖分析方法中，有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則在雷達(dá)圖中繪制m條數(shù)軸，而數(shù)軸與數(shù)軸之間的夾角則根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重來(lái)計(jì)算。具體步驟：首先通過(guò)變異系數(shù)法[30-31]（見(jiàn)公式（2）、（3））來(lái)確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重（堿消值0.181，膠稠度0.322，長(zhǎng)寬比0.063，直鏈淀粉含量0.239，蛋白質(zhì)含量0.195），再通過(guò)公式（4）將權(quán)重轉(zhuǎn)化為角度，然后將無(wú)量綱化處理數(shù)據(jù)投影在對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)軸上連線形成雷達(dá)圖，對(duì)其直接評(píng)價(jià)。通過(guò)Excel 2013繪制各參試樣品的雷達(dá)圖，結(jié)果如圖1。從圖1可以看出，各參試樣品的蛋白質(zhì)性狀表現(xiàn)都較差；連粳7號(hào)、長(zhǎng)白9號(hào)和川豐2號(hào)除蛋白質(zhì)指標(biāo)外，其他指標(biāo)都較好；南粳9108和淦鑫203的直鏈淀粉性狀指標(biāo)表現(xiàn)一般；新稻18號(hào)、鄂晚17、德優(yōu)16號(hào)、湘早秈45和Y兩優(yōu)1號(hào)蛋白質(zhì)和膠稠度性狀都較差。

2.3 雷達(dá)圖的綜合評(píng)價(jià)

為了全面反應(yīng)參試樣品的綜合水平及各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的協(xié)調(diào)性，選取雷達(dá)圖的面積S和周長(zhǎng)L作為特征向量，構(gòu)建一個(gè)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但在繪制雷達(dá)圖時(shí)，會(huì)因指標(biāo)的排列順序不同，其性狀、周長(zhǎng)、面積也隨之變化，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化，而平均周長(zhǎng)和平均面積是固定不變的[9]。故采取雷達(dá)圖的平均周長(zhǎng)和平均面積作為特征向量構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)參試樣品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.3.1 特征量的計(jì)算

由m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)形成的雷達(dá)圖中，其面積有m個(gè)三角形構(gòu)成，而三角形的兩條邊是由m條數(shù)軸中任意兩條組成，其中兩條數(shù)軸的夾角由各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算得到。根據(jù)公式（5）、（6）計(jì)算得出各參試樣品雷達(dá)圖的平均面積和平均周長(zhǎng)，

2.3.2 評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)建及評(píng)價(jià)

表3 各參試樣品綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

從表3可以看出，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)得到的各參試樣品的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果排序?yàn)椋壕局?，長(zhǎng)白9號(hào)＞連粳7號(hào)＞鄂晚17＞新稻18號(hào)＞南粳9108；秈稻中，川豐2號(hào)＞湘早秈45號(hào)＞德優(yōu)16號(hào)＞淦鑫203＞Y兩優(yōu)1號(hào)。長(zhǎng)白9號(hào)和川豐2號(hào)的Sx和Vx都較大，說(shuō)明其綜合性狀較為突出，性狀協(xié)調(diào)性也較好。利用雷達(dá)圖構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型排序與食味感官評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。據(jù)此，在以后的實(shí)際應(yīng)用中，我們可以以多個(gè)已知食味值及理化指標(biāo)的稻米樣品作為參比樣，采用建立雷達(dá)圖的分析方法，計(jì)算未知稻米樣品的食味值區(qū)間，實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)單的初步預(yù)測(cè)稻米食味值。

3 結(jié)論與討論

稻米食味品質(zhì)是指米飯的外觀、氣味、味道、粘性和硬度等綜合特性。本文研究了雷達(dá)圖分析法在稻米食味品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。通過(guò)稻米樣品的5個(gè)特征指標(biāo)構(gòu)建雷達(dá)圖，其平均面積、平均周長(zhǎng)可綜合評(píng)價(jià)樣品的食味特征，評(píng)價(jià)結(jié)果可較好反映出稻米食味感官品質(zhì)。

本研究以膠稠度、堿消值、粒型、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量5個(gè)性狀指標(biāo)構(gòu)建的雷達(dá)圖評(píng)價(jià)模型結(jié)果表明，10個(gè)參試樣品的蛋白質(zhì)性狀表現(xiàn)都較差，這可能是選取的蛋白質(zhì)指標(biāo)合適值有關(guān)，需要進(jìn)一步優(yōu)化；連粳7號(hào)、長(zhǎng)白9號(hào)和川豐2號(hào)除蛋白質(zhì)指標(biāo)外，其他指標(biāo)都較好；10個(gè)供試樣品評(píng)價(jià)結(jié)果排序與食味感官評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。據(jù)此，在以后的實(shí)際應(yīng)用中，我們可以利用計(jì)算機(jī)軟件編程簡(jiǎn)化計(jì)算方法，以多個(gè)已知食味值及理化指標(biāo)的稻米樣品作為參比樣，并以此參比樣計(jì)算出的權(quán)重值為預(yù)測(cè)模型的權(quán)重值，采用建立雷達(dá)圖的分析方法，計(jì)算未知稻米樣品的食味值，實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)單的初步預(yù)測(cè)稻米食味值。并且從雷達(dá)圖可以看出該樣品的性狀優(yōu)良情況，為育種家提供參考。

本試驗(yàn)還表明，該研究以稻米品質(zhì)5項(xiàng)理化指標(biāo)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)變異系數(shù)法確定各指標(biāo)的權(quán)重，建立基于雷達(dá)圖分析方法來(lái)判定稻米食味感官品質(zhì)，其結(jié)果更具有客觀性。要提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，增加方法的通用性，還需對(duì)稻米品質(zhì)特征參數(shù)的選取及處理計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化。

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Study on Rice Sensory Quality Evaluation Based on Radar Chart Analysis Method

FANG Changyun,HU Xianqiao,SHAO Yafang,HU Zhanqiang,LU Lin,DUAN Binwu
（China national Rice Research Institute,Hangzhou 310006,China）

A new method for rice sensory quality assessment was developed by using radar chart analysis method in this paper.Gel consistency,alkali spreading value,aspect ratio,amylose content and protein content were selected as evaluating indicators in the radar chart analysis due to their relatively important influence on rice sensory quality.The radar chart was drawn with the five evaluating indicators after dimensionless processed.In order to eliminate the differences caused by the arrangement of evaluating indicators, average area and average perimeter of radar map were chosen as the feature vectors for constructing final evaluation function.The developed method was applied to assess sensory quality of 10 rice samples and compared to traditional sensory evaluation.The sensory quality ranking obtained with developed method was consistent with the traditional sensory evaluation,which indicated that the developed method is a useful method for preliminary assessment of rice sensory quality.

rice;radar chart;rice sensory quality;evaluating indicators;comprehensive evaluation

S511

A

1006-8082（2017）02-0013-05

2016－11－01