基于主成分分析和聚類分析綜合評價(jià)蒸谷米的品質(zhì)特性

雷 月，宮彥龍，鄧茹月，張大雙，朱速松，唐會會，陳重遠(yuǎn)，張志斌

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，貴州貴陽 550006）

蒸谷米也稱半熟米或半煮米，是以稻谷為原料，經(jīng)清理、浸泡和蒸煮等水熱處理后，再按照常規(guī)稻谷加工方法生產(chǎn)出來的大米產(chǎn)品[1-2]。稻谷經(jīng)水熱處理后，其皮層和胚中大量水溶性營養(yǎng)物質(zhì)會滲透到胚乳內(nèi)部，使得蒸谷米營養(yǎng)價(jià)值極大提升，是一種純天然、無添加的營養(yǎng)強(qiáng)化米[3-5]。蒸谷米具有易于消化吸收、籽粒結(jié)構(gòu)緊實(shí)、糙米率高、碎米率低、出飯率高和耐儲存等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。

近幾年，關(guān)于蒸谷米的研究主要集中在不同浸泡方式[8-9]、干燥條件[10-11]和工藝技術(shù)優(yōu)化[12-13]等對蒸谷米品質(zhì)變化的影響。周顯青等[14]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)檸檬酸浸泡會改變蒸谷糙米的顏色，提高蒸谷米單位時(shí)間的碾減率，同時(shí)對蒸谷米的營養(yǎng)物質(zhì)以及蒸煮特性和食味品質(zhì)均有顯著性影響。高雅文等[15]比較分析不同干燥方式對蒸谷米品質(zhì)的影響，結(jié)果得出微波干燥蒸谷米的品質(zhì)相對較優(yōu)。劉園等[16]通過考察不同工藝條件對蒸谷米營養(yǎng)品質(zhì)和食用品質(zhì)的影響，從而確定制備蒸谷米的最佳工藝條件。Chanakan等[17-19]將稻谷經(jīng)鐵離子浸泡液處理后制備成蒸谷米，實(shí)現(xiàn)了鐵強(qiáng)化蒸谷米，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)其生物利用率提高。但是，針對不同品種稻谷制備蒸谷米并對其品質(zhì)性狀和糊化特性進(jìn)行系統(tǒng)分析評價(jià)的研究鮮有報(bào)道，因此探討不同品種稻谷制備蒸谷米并評價(jià)分析其品質(zhì)特性對蒸谷米專用稻篩選及稻米制品深加工具有重要意義。

目前，主成分和聚類分析方法已廣泛應(yīng)用于果蔬原料篩選及各類食品加工品質(zhì)評價(jià)分析[20-21]。有學(xué)者運(yùn)用主成分和聚類分析法對62種裸燕麥進(jìn)行分類并測定其脂肪酸含量，建立了燕麥的脂肪酸標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜[22]；孟慶虹[23]、扶定等[24]分別以粳稻品種和秈型雜交稻品種為試材，應(yīng)用主成分和聚類分析方法考察相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的變化趨勢，確定了代表性品質(zhì)指標(biāo)并對其稻米品質(zhì)特性進(jìn)行了綜合評價(jià)及分類。本文選取12個(gè)不同品種的稻谷原料并將其制備成蒸谷米，采用主成分分析和聚類分析方法對蒸谷米品質(zhì)性狀及糊化特性進(jìn)行系統(tǒng)分析，探索不同品種稻谷制得的蒸谷米品質(zhì)特性的差異性和關(guān)聯(lián)性，篩選出最適制備蒸谷米的專用稻品種及影響蒸谷米品質(zhì)的關(guān)鍵性指標(biāo)，旨在為蒸谷米專用稻的選育和蒸谷米制品的研發(fā)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用12種稻谷原料（大粒香、玉針香、金麻粘、天豐B、粵豐B、紅香米、津原香98、SN16-236、15L-Z156、貴豐優(yōu)785、兩優(yōu)68、徽兩優(yōu)1898） 均于2018年初種植于貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所實(shí)驗(yàn)田中，并于當(dāng)年正季進(jìn)行收獲。對受試材料進(jìn)行清理篩選，去除沙石雜質(zhì)和病蟲霉變粒，篩選出籽粒飽滿、粒型完整均勻的谷粒，抽真空包裝并存貯于4 ℃冰箱中備用。

BS600L型電子分析天平 北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；THZ-82型水浴恒溫振蕩器 上海科榕實(shí)業(yè)有限公司；FC2K型糙米機(jī)、VP-32型精米機(jī)

日本YAMAMOTO公司；蘇泊爾壓力鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司；GZX-9240MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；ES-1000型大米外觀品質(zhì)判別儀 日本 SHIZUOKA 公司；INFRATEC Nova型近紅外谷物分析儀 日本靜岡制機(jī)株式會社；STA-1B型米飯食味計(jì) 日本廣島市中竹株式會社；RVA Super 4型快速粘度分析儀 澳大利亞New-port Scientific儀器公司；HF-500A型高速多功能粉碎機(jī) 辰禾盛豐工貿(mào)有限公司；BCD-21SDN型冰箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蒸谷米的制備 參考付桂明等[13]、謝健等[9]方法略作改動。分別準(zhǔn)確稱取不同品種稻谷原料300 g，置于500 mL沸水中浸泡，待水溫降至70 ℃時(shí)，用保鮮膜封口并移入溫度為70 ℃，轉(zhuǎn)速為180 r/min的水浴恒溫振蕩器中進(jìn)行振蕩，處理2.5 h后取出，用濾網(wǎng)濾去浸泡水，置于100 ℃的壓力鍋中汽蒸15 min，將汽蒸后的稻谷進(jìn)行熱風(fēng)干燥，首先在熱風(fēng)溫度150 ℃下快速干燥20 min后，取出稻谷在常溫通風(fēng)條件下緩蘇1 h，再進(jìn)行慢速干燥，包括熱風(fēng)溫度60 ℃，干燥1 h，期間通風(fēng)緩蘇30 min，直至蒸谷米水分含量降至16%～18%，接著在熱風(fēng)溫度50 ℃條件下，干燥5 h，直至蒸谷米水分含量降至14%左右。將制得的蒸谷米試樣進(jìn)行真空包裝并置于4 ℃避光條件下保存，備用。

1.2.2 蒸谷米碾磨品質(zhì)的測定 取出真空包裝的受試材料平衡至室溫，利用糙米機(jī)和精米機(jī)處理并測定其碾磨品質(zhì)。其中，爆腰率的測定參考李逸鶴等[7]的方法，糙米率和脫殼率均按照GB 1350-2009《稻谷》[25]所述方法進(jìn)行測定。

1.2.3 蒸谷米外觀品質(zhì)的測定 蒸谷米碎米總量、整精米率、黃米粒和長寬比等外觀品質(zhì)指標(biāo)的測定均參考GB-17891-1999《優(yōu)質(zhì)稻谷》[26]并利用ES-1000型大米外觀品質(zhì)判別儀進(jìn)行測定。

1.2.4 蒸谷米營養(yǎng)品質(zhì)的測定 蒸谷米水分含量、蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量利用INFRATEC Nova型近紅外谷物分析儀測定，蒸谷米維生素B1和維生素B2含量分別參考GB 5009.84-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中維生素 B1的測定》[27]和GB 5009.85-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中維生素B2的測定》[28]所述方法進(jìn)行。

1.2.5 蒸谷米食味品質(zhì)的測定 參考Fan等[29]的方法測定蒸谷米食味品質(zhì)。分別準(zhǔn)確稱取碾磨成精米的蒸谷米受試樣品30 g，置于有孔蓋的鋁制杯中（蒸谷米不能通過此孔），蓋上杯蓋后用流動水沖洗杯中蒸谷米，至淘米水渾濁度較低為止，然后擦干鋁制杯外表面的水分并加水稱重，使得蒸谷米和水的總重量為72 g，將其靜置于室溫條件下浸泡30 min后，再將鋁制杯放入電飯煲中進(jìn)行蒸煮，樣品蒸煮30 min后再保溫燜10 min，然后將煮好的米飯用塑料飯勺混合攪拌均勻后，先用紙蓋蓋住置于通風(fēng)櫥內(nèi)冷卻20 min，然后換成鐵蓋并轉(zhuǎn)移至室溫條件下冷卻90 min，從煮好的米飯中隨機(jī)稱取8 g壓成米餅，采用STA-1B型米飯食味計(jì)測定蒸谷米的外觀、硬度、黏度和食味值等指標(biāo)來評價(jià)其食味品質(zhì)。每個(gè)指標(biāo)分別測定3次，取其平均值。

1.2.6 蒸谷米糊化特性（RVA值）測定 將碾磨處理后的蒸谷米試樣用高速多功能粉碎機(jī)粉碎、過篩并稱重，備用。蒸谷米糊化特性的測定依據(jù)GB 24852-2010《大米及米粉糊化特性測定 快速粘度儀法》[30]并參考李棒棒等[31]、王曉菁[32]的方法進(jìn)行。通過RVA快速粘度分析儀可測得蒸谷米的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度、回生值、糊化溫度和峰值時(shí)間等糊化特性指標(biāo)。每個(gè)指標(biāo)分別測定3次，取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2007整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，其中聚類分析采用系統(tǒng)聚類，樣本之間的距離采用平方歐式距離，同時(shí)運(yùn)用Ducan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較分析，顯著性水平為P＜0.05，極顯著性水平為P＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)描述性分析

對12個(gè)不同品種稻谷制得的蒸谷米的碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)各指標(biāo)進(jìn)行描述性分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，“大粒香”具有最低的碎米總量、長寬比、水分含量、VB2、外觀、黏度和食味值；“玉針香”的長寬比、外觀、黏度和食味值最高，而其爆腰率和硬度最低；“金麻粘”具有最高的脫殼率和硬度；“天豐B”直鏈淀粉含量最高；“粵豐B”具有最高的碎米總量和VB1含量以及最低的整精米率；“紅香米”具有最高的VB2含量和最低的糙米率；“津原香98”的糙米率最高，其黃米粒最低；“SN16-236”具有最高的整精米率和蛋白質(zhì)含量；“15L-Z156”具有最高的爆腰率以及最低的脫殼率和蛋白質(zhì)含量；“貴豐優(yōu)785”的水分含量最高，其直鏈淀粉含量最低；“徽兩優(yōu)1898”具有最高的黃米粒和最低的VB1含量。上述結(jié)果表明，不同品種稻谷制得的蒸谷米各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)之間均存在差異性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)間變異系數(shù)各不相同，說明不同品種稻谷制得的蒸谷米在不同品質(zhì)性狀之間呈現(xiàn)不同程度的變化。其中，在碾磨品質(zhì)中，蒸谷米糙米率和脫殼率的變異系數(shù)均＜10%，分別為4.84%和6.29%，而爆腰率的變異系數(shù)＞10%，為121.43%，表明爆腰率對蒸谷米碾磨品質(zhì)的影響較大，而糙米率和脫殼率這2個(gè)指標(biāo)相對較穩(wěn)定；在外觀品質(zhì)中，蒸谷米各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)均＞10%，變異系數(shù)從高到低依次為：黃米粒、碎米總量、整精米率、長寬比，說明不同品種稻谷制得的蒸谷米外觀品質(zhì)指標(biāo)差異較大；在營養(yǎng)品質(zhì)中，蒸谷米水分和蛋白質(zhì)含量的變異系數(shù)均＜10%，分別為2.47%和8.05%，而VB1、VB2和直鏈淀粉含量的變異系數(shù)均＞10%，分別為13.45%、28.99%和15.65%，表明不同品種稻谷對蒸谷米VB2、直鏈淀粉和VB1含量的影響相對較大，其次為蛋白質(zhì)和水分含量；在食味品質(zhì)中，蒸谷米外觀、黏度和食味值的變異系數(shù)均＞10%，分別為23.44%、34.48%和10.52%，而硬度的變異系數(shù)＜10%，僅為2.96%，表明外觀、黏度和食味值對蒸谷米食味品質(zhì)的影響較大，而硬度對蒸谷米食味品質(zhì)的影響相對較小。通過比較均值和中位數(shù)發(fā)現(xiàn)，除蒸谷米爆腰率和黃粒米外，其余各項(xiàng)指標(biāo)的中位數(shù)均接近平均數(shù)，說明這些指標(biāo)測定值的離群點(diǎn)較少。綜合蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)描述性分析結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)所選蒸谷米受試材料各項(xiàng)指標(biāo)測定值均在可接受范圍內(nèi)，其品質(zhì)特性差異較大，具有一定的廣泛性和代表性。

表1 不同品種蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)描述性分析Table 1 Descriptive statistics of quality indexes of parboiled rice by different rice cultivars

表2 不同品種蒸谷米糊化特性分析Table 2 Gelatinization properties of different kinds of parboiled rice

2.2 蒸谷米糊化特性分析

由表2可知，蒸谷米的峰值黏度、崩解值、最終黏度和回生值的變異系數(shù)均＞10%，且崩解值的變異系數(shù)最大，為38.35%，表明崩解值對蒸谷米糊化特性的影響最大，其次為回生值、峰值黏度和最終黏度，谷值黏度、峰值時(shí)間和糊化溫度的變異系數(shù)均＜10%，說明不同品種稻谷制得的蒸谷米這3個(gè)糊化特性指標(biāo)相對較為穩(wěn)定；通過比較分析12個(gè)稻谷品種制得的蒸谷米糊化特性指標(biāo)的最值發(fā)現(xiàn)，“大粒香”具有最高的峰值時(shí)間和最低的崩解值，“玉針香”的峰值黏度和回生值最高，“金麻粘”和“天豐B”分別具有最高的最終黏度和谷值黏度，“粵豐B”具有最高的糊化溫度和最低的峰值黏度、最終黏度以及回生值，“津原香98”的谷值黏度最低，“貴豐優(yōu)785”具有最高的崩解值和最低的峰值時(shí)間及糊化溫度；同時(shí)，對比均值和中位數(shù)發(fā)現(xiàn)，蒸谷米糊化特性各指標(biāo)的中位數(shù)接近均值，表明蒸谷米糊化特性測定值均在可接受范圍內(nèi)，離群點(diǎn)較少，其糊化特性具有較大的差異性。

2.3 蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表3可知，對12個(gè)不同品種稻谷原料制得的蒸谷米品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，不同品種稻谷制得的蒸谷米各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)之間存在不同程度的相關(guān)性，且部分品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性呈顯著或極顯著狀態(tài)。糙米率與整精米率呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與碎米總量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），而碎米總量與整精米率呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；脫殼率與長寬比呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與爆腰率呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），而爆腰率與長寬比呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；水分含量與外觀、黏度、崩解值、最終黏度和回生值均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與峰值黏度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與峰值時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與糊化溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；直鏈淀粉含量與峰值時(shí)間呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與崩解值和回生值均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。外觀與黏度和食味值均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），而硬度與黏度和食味值均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；黏度與峰值黏度和回生值均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與食味值呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與峰值時(shí)間和糊化溫度均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；峰值黏度與崩解值、最終黏度和回生值均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與峰值時(shí)間和糊化溫度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；崩解值與最終黏度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與回生值呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與峰值時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；最終黏度與回生值和谷值黏度均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與峰值時(shí)間和糊化溫度均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；回生值與糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與峰值時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），而峰值時(shí)間和糊化溫度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。上述相關(guān)性分析結(jié)果表明，蒸谷米碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)及其糊化特性各指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，且各指標(biāo)測定值所呈現(xiàn)的信息出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，因此可應(yīng)用主成分分析和聚類分析的方法對蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)通過降維來簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高不同品種稻谷制備蒸谷米品質(zhì)特性綜合評價(jià)的精準(zhǔn)性。

表3 蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between quality indexes of parboiled rice

2.4 蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

2.4.1 主成分提取及成分荷載矩陣 圖1和表4反映了不同品種稻谷制得的蒸谷米品質(zhì)性狀的主成分分析結(jié)果。一般認(rèn)為當(dāng)主成分特征值大于1且累積方差貢獻(xiàn)率大于85%時(shí)，就可利用所提取的主成分表示原始變量大部分主要信息[33-34]。圖1為主成分特征值的碎石圖，根據(jù)碎石圖中曲線坡度的陡峭程度，可以直觀的反映各成分的變化趨勢，進(jìn)而明確主成分的提取數(shù)量[35]。由圖1可知，前6個(gè)主成分的特征值呈快速下降的趨勢，但從第7個(gè)主成分特征值開始，碎石圖曲線緩慢下降并趨于平穩(wěn)狀態(tài)；同時(shí)由表4可知，前6個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為91.083%，即這6個(gè)主成分包含了原始變量91.083%的信息，具有較高的代表性，且其特征值分別為8.826、4.516、2.747、1.919、1.539和1.403，均大于1，表明這6個(gè)主成分已經(jīng)基本涵蓋了蒸谷米品質(zhì)性狀的所有信息。結(jié)合圖1和表4的分析結(jié)果，應(yīng)選取前6個(gè)主成分作為受試材料品質(zhì)評價(jià)分析的指標(biāo)。

圖1 主成分分析碎石圖Fig.1 Screen plot of PCA

成分荷載是主成分與變量的相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值大小表示原有變量在降維后所構(gòu)成的綜合變量中的貢獻(xiàn)率高低，同時(shí)相對于一個(gè)變量而言，荷載絕對值越大的主成分與其關(guān)系越密切，也更能代表這個(gè)變量[21,36]。結(jié)合表4和表5可知，主成分1的特征值和累積方差貢獻(xiàn)率分別為8.826和38.373%，與崩解值、回生值、峰值黏度和峰值時(shí)間等指標(biāo)荷載絕對值相對較高，表明主成分1主要代表的是蒸谷米糊化特性指標(biāo)的相關(guān)信息；主成分2的特征值是4.516，累積方差貢獻(xiàn)率為58.008%，與外觀、食味值、黏度和硬度等指標(biāo)荷載絕對值較高，表明主成分2主要反映的是蒸谷米食味品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)信息；主成分3的特征值為2.747，累積方差貢獻(xiàn)率為69.951%，與爆腰率、脫殼率、長寬比和整精米率等指標(biāo)具有較高的荷載絕對值，表明主成分3主要代表的是蒸谷米加工品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)信息；主成分4的特征值為1.919，累積方差貢獻(xiàn)率為78.294%，與谷值黏度的荷載絕對值相對較高，其次是最終黏度，表明主成分4主要反映的是蒸谷米糊化特性指標(biāo)中黏度的相關(guān)信息；主成分5的特征值和累積方差貢獻(xiàn)率分別為1.539和84.984%，與黃米粒和VB1具有相對較高的荷載絕對值；主成分6的特征值是1.403，累積方差貢獻(xiàn)率為91.083%，與蛋白質(zhì)的荷載絕對值相對較高，表明主成分6主要代表蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)中蛋白質(zhì)的相關(guān)信息。

2.4.2 主成分得分及綜合得分評價(jià) 由表6可知，根據(jù)表6的因子得分系數(shù)矩陣及其所對應(yīng)的主成分，可以計(jì)算出個(gè)主成分因子得分，公式如下所示：

式中：X1～X23分別表示糙米率、脫殼率、爆腰率、碎米總量、黃米粒、長寬比、整精米率、水分、蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、VB1、VB2、外觀、硬度、黏度、食味值、峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度、回生值、峰值時(shí)間、糊化溫度23個(gè)品質(zhì)指標(biāo)；F1～F6分別表示各主成分得分。

結(jié)合主成分因子得分公式并以各主成分方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建蒸谷米品質(zhì)綜合評價(jià)得分函數(shù)，公式如下所示：

表4 主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalues, variance contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

表5 旋轉(zhuǎn)后成分荷載矩陣Table 5 Component loading matrix after rotation

表6 因子得分系數(shù)矩陣表Table 6 Rotated factor loading matrix

表7 因子得分與綜合得分Table 7 Factor scores and comprehensive scores

式中：F為不同品種稻谷制得的蒸谷米品質(zhì)的綜合評價(jià)得分。

根據(jù)綜合評價(jià)得分函數(shù)可計(jì)算出不同品種稻谷制得的蒸谷米品質(zhì)的綜合得分及其排序，其中F值越大，表明該品種稻谷制得的蒸谷米的綜合品質(zhì)越好，結(jié)果如表7所示。針對12個(gè)不同品種稻谷制得的蒸谷米綜合品質(zhì)排名的順序而言，“玉針香”的綜合品質(zhì)得分最高，即其綜合品質(zhì)最佳，其次為“貴豐優(yōu)785”；“津原香98”、“兩優(yōu)68”、“紅香米”、“15LZ156”、“粵豐B”和“大粒香”的綜合得分均為負(fù)值，其得分在-0.0972～-0.8772范圍內(nèi)，且排名靠后，表明這6個(gè)品種的稻谷制得的蒸谷米品質(zhì)特性較差，其中“大粒香”的綜合品質(zhì)得分最低，故品質(zhì)最差。

2.5 蒸谷米品質(zhì)的聚類分析

系統(tǒng)聚類分析法可將受試樣本劃分為不同類群進(jìn)行評價(jià)分析，其結(jié)果具有綜合性、客觀性和科學(xué)性[37-38]。在聚類分析中，對樣品的聚類稱為Q型聚類，對變量的聚類稱為R型聚類[39]。本試驗(yàn)是在主成分分析的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)聚類分析法對蒸谷米的23個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行R型聚類，同時(shí)對制備蒸谷米的12個(gè)稻谷品種進(jìn)行Q型聚類。其中，聚類方法采用組間聯(lián)接法，聚類區(qū)間為平方Euclidean距離，聚類結(jié)果如圖2和圖3所示。

由圖2可知，在歐氏距離為2.5處時(shí)，可將蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)劃分為5大類，第1類為外觀、黏度、長寬比、VB1、VB2、蛋白質(zhì)、硬度、爆腰率、水分含量、脫殼率、直鏈淀粉含量、黃米粒、碎米總量、食味值、糙米率、整精米率和峰值時(shí)間、糊化溫度；崩解值單獨(dú)聚為第2類；第3類為谷值黏度和回生值；峰值黏度和最終黏度分別聚為第4類和第5類。同時(shí)，結(jié)合主成分荷載分析結(jié)果，最終確定選用爆腰率、黃米粒、外觀、蛋白質(zhì)、崩解值、峰值黏度、最終黏度和回生值作為綜合評價(jià)蒸谷米品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)。

由圖3可知，在歐氏距離為5時(shí)，制備蒸谷米的12個(gè)稻谷品種可劃分為4類，第1類為“天豐B”、“紅香米”、“津原香98”、“兩優(yōu)68”、“15L-Z156”；第2類為“SN16-236”、“徽兩優(yōu)1898”、“玉針香”、“貴豐優(yōu)785”、“金麻粘”；“大粒香”和“粵豐B”分別單獨(dú)聚為第3類和第4類。同時(shí)，結(jié)合主成分分析中因子得分與綜合得分結(jié)果可知，由“玉針香”制得的蒸谷米的綜合得分最高，即蒸谷米品質(zhì)最佳，“貴豐優(yōu)785”和“金麻粘”的綜合得分次之，且其與“玉針香”同聚為一類，故這3個(gè)稻谷品種制得的蒸谷米品質(zhì)之間存在密切的相關(guān)性，結(jié)果表明“玉針香”、“貴豐優(yōu)785”和“金麻粘”均屬于品質(zhì)較優(yōu)的一類，而“大粒香”的品質(zhì)最差，其次為“粵豐B”。

圖2 蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)的R型聚類Fig.2 R-type cluster analysis of quality indexes of parboiled rice

3 結(jié)論

通過對12個(gè)不同品種稻谷制得的蒸谷米的碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、食味品質(zhì)和糊化特性各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行描述性分析和相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)蒸谷米各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)之間均存在差異性（P＜0.05），且蒸谷米在不同品質(zhì)性狀之間呈現(xiàn)不同程度的變化。同時(shí)，采用主成分分析和聚類分析法對12個(gè)不同品種稻谷制得的蒸谷米的23個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，最終確定爆腰率、黃米粒、外觀、蛋白質(zhì)、崩解值、峰值黏度、最終黏度和回生值8個(gè)指標(biāo)作為評價(jià)蒸谷米品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)。通過主成分分析，提取了6個(gè)主成分，累積方差貢獻(xiàn)率為91.083%；結(jié)合蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)的評價(jià)函數(shù)和聚類分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)“玉針香”的綜合得分最高，即品質(zhì)最佳，“貴豐優(yōu)785”和“金麻粘”的綜合得分次之且與“玉針香”同聚為一類，說明這3個(gè)品種的蒸谷米品質(zhì)之間相關(guān)性密切，均屬于品質(zhì)較優(yōu)的一類，而“大粒香”的品質(zhì)最差，其次為“粵豐B”，采用主成分分析和聚類分析綜合評價(jià)方法獲得的試驗(yàn)研究結(jié)果對蒸谷米專用稻的選育及稻米制品的精深加工具有重要的指導(dǎo)意義。

圖3 蒸谷米品質(zhì)指標(biāo)的Q型聚類Fig.3 Q-type cluster analysis of quality indexes of parboiled rice