不同粒型吉林粳稻食味品質及質構特性比較分析

劉姣 王婧 李妍依 丁華 張珣 周有祥 楊潔*

（1 湖北省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質量標準與檢測技術研究所，武漢 430064；2 湖北省農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)質量安全重點實驗室，武漢 430064；第一作者：BABOjiao@126.com；*通訊作者：yangjie1127@163.com）

水稻是世界上一半以上人口的主食。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，對優(yōu)質稻米的需求逐年增加。稻米品質作為一個綜合性狀，需從加工品質、外觀品質、蒸煮品質、營養(yǎng)品質和食味品質等多方面衡量[1-3]。其中，食味品質是決定大米市場價格和消費者滿意度的重要評價指標[4]。食味品質可以通過感官評價方法分析，并給出食味值作為分級指標，也可借助米飯食味計、質構儀等儀器設備輔助分析[5-6]。然而，感官評價法主觀性較強，培訓專業(yè)的品評員和評價大量稻米樣品費時費力[7-8]；依靠米飯食味計、質構儀等儀器設備，可以快速有效評價不同稻米樣品的食味品質差異[9-10]。

研究表明，稻米品種及理化成分對稻米食味品質及質構特性有顯著影響[4，11]。為滿足人們對高品質食味稻米的需求，許多研究者都致力于研究稻米食味品質與理化特性的相關性，用以指導優(yōu)質稻的育種、評價和消費[12-14]。然而，水稻粒型（粒長、粒寬和長寬比）作為水稻育種的重要農(nóng)藝性狀[15-16]，是決定水稻最終產(chǎn)量的關鍵因素之一[17]，但粒型對稻米食味品質的影響及其變化規(guī)律還鮮有研究。本研究選取22個不同品種粒形吉林粳稻稻米樣品，比較分析其稻米理化性質及食味品質和質構特性差異。并利用相關性分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）和正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least square-discriminate analysis，OPLS-DA）等多元統(tǒng)計方法，進一步分析不同品種稻米品質指標間的內(nèi)在關系，探究粒型對稻米食味品質的影響，以期為構建基于稻米粒型快速評價稻米食用特性的方法提供數(shù)據(jù)支撐，為高品質食味稻米品種選育和消費提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試22個粳稻品種樣品由吉林省種子管理站提供，分別為宏科537、吉農(nóng)大219、通育271、瀅科101、通禾 868、吉粳 823、通院 535、通粳 522、郅禾 168、吉粳322、吉粳 830、月光 1 號、吉粳 127、通科 77、吉農(nóng)大593、吉粳 536、北作 132、吉大 177、吉大 313、沅粳 6、長樂 520 和龍墾 2208，編號為 S1～S22。2019 年種植于同一田塊，收獲后將谷粒曬干至水分含量接近12%后于4 ℃保存?zhèn)溆?。所有試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

參試的儀器和設備有JNMJ7 稻谷碾米機（浙江托普云公司）、SC-E 大米外觀品質分析儀（杭州萬深公司）、FIA Star5000 流動注射儀（丹麥福斯公司）、Kjeltec8400 全自動凱氏定氮儀（丹麥福斯公司）、STA1A 型米飯食味計（日本佐竹公司）、Tensipresser My Boy II 食品物性分析儀（日本竹友電機公司）。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 稻米加工品質

取300 g 凈稻谷，利用碾米機碾磨至除去80%以上的水稻胚和谷粒皮層，根據(jù)NY/T 83-2017《米質測定方法》的要求測定糙米率、精米率和整精米率。

1.3.2 稻米外觀品質

根據(jù)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定圖像法》，利用杭州萬深SC-E 大米外觀品質分析儀測定稻米的粒長、粒寬、長寬比和堊白度。取20 g 整精米鋪在分析儀面板上，調(diào)整米粒，使其完全展開而不重疊。利用配套軟件自動計算稻米粒長、粒寬、長寬比和堊白度的平均值。堊白度表示為堊白面積總和占試樣整精米面積總和的百分率。

1.3.3 稻米理化性質

取整精米磨成粉末后用于直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質含量測定。直鏈淀粉含量根據(jù)NY/T 2639-2014《稻米直鏈淀粉的測定 分光光度法》，采用Fiastar 5000 流動注射儀于620 nm 處測定[18]；膠稠度采用NY/T 83-2017《米質測定方法》規(guī)定的方法測定[19]；粗蛋白質含量根據(jù)GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》，采用Kjeltec-Foss 8400 全自動凱氏定氮儀測定。

1.3.4 稻米食味品質

基于近紅外透射法采用米飯食味計測定大米食味值。米飯樣品根據(jù)GB/T 15682-2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》制備，略有改動。取50 g 整精米加入去離子水（1∶1.2，w/w）浸泡 30 min，蒸煮40 min，然后在室溫下冷卻20 min。取8.0±0.1 g 米飯樣品壓制成飯團后測定食味值。每個稻米樣品重復3 次，每個重復測定6 次（飯團正反面各測量3 次）。

利用Tensipresser My Boy II 食品物性分析儀對22個米飯樣品的硬度、韌性、黏度和黏性等質構特性進行分析。稱取10.0±0.1 g 米飯，壓制成飯團后測定質構特性。使用直徑2.5 cm 的扁平圓柱探頭，基線設定為4，變形量為23%，測試速率為2.0 mm/s，上升高度為30 mm。每個稻米樣品重復測定5 次[20-21]。依據(jù)測得的黏度和硬度結果計算黏度硬度比（下簡稱黏硬比），作為評價稻米質構特性的綜合參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0 統(tǒng)計軟件進行Pearson 相關性分析。采用SIMCA 13.0 多變量統(tǒng)計分析軟件進行PCA和OPLS-DA 分析，通過數(shù)據(jù)的擬合能力（R2）和預測能力（Q2）方差評估 OPLS-DA 模型，采用 200 次模型置換檢驗評價R2和Q2的顯著性。

2 結果與分析

2.1 稻米及米飯樣品外觀品質差異分析

由表1 可見，22個粳稻品種稻米樣品的粒型差異較大，粒長變幅為4.2～6.6 mm，長寬比在1.5～2.9 之間。參試品種稻米粒長的變異大于粒寬。米飯樣品的粒型差異較小，長寬比2.8～3.3，變異系數(shù)4.9%。22個水稻品種堊白度均較低，除宏科537（S1）、吉農(nóng)大219（S2）、通育 271（S3）的堊白度大于 5.0%外，余下 19個粳稻品種堊白度均達國標3 級及以上標準，堊白度變異系數(shù)高達39.4%。

表1 不同粒型粳稻品種稻米及米飯樣品的粒型及堊白度分析

2.2 稻米加工品質及理化性質差異

由表2 可見，參試22個粳稻品種稻米樣品的加工品質及理化性質無顯著差異，糙米率、精米率和整精米率平均值分別為83.2%、74.7%和70.6%，變異系數(shù)均低于5.0%。直鏈淀粉含量和膠稠度平均值分別為16.5%和71 mm。蛋白質含量差異程度高于直鏈淀粉含量，變異系數(shù)為10.6%，其中，吉大313（S19）的蛋白質含量最高，達9.27%。根據(jù)NY/T 593-2013《食用稻品種品質》，12個稻米樣品（S4、S5、S6、S7、S8、S10、S11、S13、S14、S16、S17 和 S19）可達優(yōu) 2 級優(yōu)質大米標準、7個稻米樣品（S9、S12、S15、S18、S20、S21 和 S22）可達 3 級優(yōu)質大米標準、3個稻米樣品（S1、S2 和 S3）為普通級大米。

表2 不同粒型粳稻品種稻米理化性質分析及等級評定

2.3 稻米食味品質差異

表3 顯示，22個粳稻品種稻米樣品米飯硬度、韌性、黏度和黏性的變異系數(shù)均在10.0%以上，硬度變異系數(shù)最大，瀅科 101（S4）硬度最大，為 97.56 gw/cm2，吉粳830（S11）硬度最小，為51.00 gw/cm2；不同米飯樣品的黏硬比范圍為0.35～0.97，變異系數(shù)為29.2%，表明參試22個樣品的質構特性差異較大。采用食味計測定米飯的食味值，食味值最高的是吉粳830（S11），達77.67分，食味值最低的是瀅科101（S4），僅 59.67 分。

此外，本試驗根據(jù)GB/T 15682-2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》中稻米直鏈淀粉含量與米水比的對應關系，選擇的米水比為1∶1.2，這可能并不適用于所有大米樣品[22]。為此，我們選用粒長最長的龍墾2208（S22）分析不同米水比對米飯食味值的影響。結果表明，當米水比為 1∶1.0 至 1∶1.5 時，其食味值在69～78 分之間變化。對于龍墾2208（S22），適合的米水比為 1∶1.3 或 1∶1.4（食味值均為 78 分）。因此，粳稻食味品質分析在選擇米水比時，除考慮直鏈淀粉的含量外，還要考慮粒型[23]。進一步研究不同粒型粳稻在不同水米比條件下米飯內(nèi)部結構的變化，可為揭示粳稻食味品質的變化規(guī)律提供參考，并有助于促進不同粒型稻米的優(yōu)化利用及分等分級。

2.4 稻米粒型與食味品質的相關性分析

參試22個粳稻品種稻米樣品理化性質接近，但粒型差異較大，因此利用SPSS 軟件進一步分析22個稻米樣品的粒型（包括粒長、粒寬和長寬比）、稻米食味值和質構特性的相關性，結果如表4 所示。從表4 可見，稻米粒寬與米飯硬度呈顯著正相關（p<0.05），相關系數(shù)為0.507，與米飯黏度、黏硬比和食味值呈顯著負相關（p<0.05），與米飯黏性呈極顯著負相關（p<0.01）；稻米長寬比與米飯黏度和黏性呈顯著正相關（p<0.05）。結果表明，稻米粒型等外觀指標除影響大米產(chǎn)量外，對米飯最終口感和質構特性的影響也值得關注。此外，黏硬比與4個質構特性指標均具有極顯著的相關性（p<0.01），且黏硬比與食味值呈極顯著正相關（p<0.01），相關系數(shù)為0.537，表明黏硬比可以有效用于米飯食味及質構特性的綜合評價。

前人研究表明，稻米質構特性主要由水稻米品種、理化成分及其分子結構決定[4，11]。本研究結果顯示，粒型與稻米質構特性間具有較強顯著性關系，其中粒型與米飯黏性間的相關系數(shù)達0.647。后續(xù)研究中，通過增加樣本量并設立驗證樣本進行深入研究，構建二者之間相關性模型，有望為基于稻米粒型建立稻米食用特性的快速評價方法提供參考。

2.5 不同稻米樣品的PCA 分析

從圖1 a 可見，PCA 分析提取的2個主成分中，第一主成分解釋所有變量方差的53.8%，是方差貢獻率最大的主成分，第二主成分解釋所有變量方差的26.7%，2個主成分的累計貢獻為80.5%，表明這2個主成分可以反映參試樣品的主要特征[24]。根據(jù)載荷圖（圖1b），位列于第 1、2、3 和 4 象限的稻米樣品分別因為具有較高硬度（≥80 gw/cm2）、較大長寬比（≥2.4）、較寬粒寬（≥2.6 mm）和較高食味值（≥72 分）而聚集為不同的組。此外，對聚集于第1 和第4 象限稻米樣品的稻米品質進行比較分析發(fā)現(xiàn)，通育271（S3）、通粳522（S8）、吉粳 322（S10）、吉粳 830（S11）、吉粳 127（S13）、北作 132（S17）、吉大 177（S18）、吉大 313（S19）、長樂520（S21）和龍墾 2208（S22）這 10個品種稻米樣品的黏硬比較高，在0.54～0.97 之間，同時也顯示黏硬比和食味值間呈正相關性。

圖1 不同粒型粳稻品種稻米樣品的PCA 得分圖（a）和載荷圖（b）

2.6 不同稻米樣品的OPLS-DA 分析

根據(jù)主成分分析結果，選擇黏硬比作為判別標準，進一步進行OPLS-DA 分析（圖3）。如圖3 a 所示，OPLS-DA 分析共得到2個主成分，模型擬合能力R2X（cum）=0.759，預測能力Q2（cum）=0.698，顯示了較高的可靠性和預測性[25]。模型的統(tǒng)計學顯著性（p 值）為0.00026，進一步證明了模型的可靠性。22個粳稻品種樣本除吉大313（S19）外全部處于95%置信區(qū)間內(nèi)，黏硬比（＞0.5）和食味值（＞70 分）較高樣本聚集于右側，區(qū)分顯著，說明黏硬比可用作評價稻米食味品質的指標，但黏硬比用于稻米食味等級分級的對應關系還有待進一步研究。吉大313（S19）是OPLS-DA 模型中的異常值，其原因可能是該樣本具有較高黏硬比（0.62），但食味值較低（60.67 分）。當將大米等級作為模型得分圖的標簽時（圖3b），只有47.3%優(yōu)質稻聚集在右側，且與普通等級稻米樣品不能有效區(qū)分，該結果說明優(yōu)質食味稻與優(yōu)質稻的評價機制還有待完善。同時在后續(xù)研究中，適當增加樣本量有助于進一步提高模型精度和可信度。圖3c 顯示，200 次模型置換檢驗R2和Q2的回歸線與橫坐標交叉或者小于0，且左側的所有藍色Q2值都低于右側的原始點，表明OPLS-DA 模型是可靠的，無過擬合現(xiàn)象，符合樣本數(shù)據(jù)的真實情況。

3 結論與討論

本研究采用多元統(tǒng)計方法對22個理化性質相近、粒型差異較大的粳稻品種稻米樣品食味品質和質構特性進行了分析與評價。結果表明，稻米的粒型尤其是粒寬和長寬比與稻米的食味值及質構特性間具有顯著的相關性，可見，稻米粒型等外觀指標除影響大米產(chǎn)量外，對米飯最終口感和質構特性的影響也值得關注。然而粒型對不同品種稻米食味品質的影響并不完全相同，前人研究表明，稻米粒型主要與品種有關，受產(chǎn)地影響較小，進一步分析不同粒型稻米在不同米水比條件下米飯蒸煮時的變化過程，有助于揭示粒型差異對稻米食味品質的影響機制，為基于稻米外觀特性構建稻米食味品質的快速評價方法提供理論支撐。

由于各地不同的文化習俗和飲食習慣，目前很難對稻米的食用品質做出統(tǒng)一評價。本研究利用OPLSDA 對22個品種稻米樣品食味品質和質構特性進行了初步分析，結果表明，利用黏硬比建立的OPLS-DA 預測模型，可對食味值較高大米進行有效區(qū)分。在后續(xù)研究中，黏硬比可考慮作為優(yōu)質食味稻米評價的特征指標之一。此外，在考慮大米等級的同時，消費者還可以根據(jù)黏硬比和個人喜好來選擇硬度較高或黏度較高大米，有助于推動優(yōu)質食味大米的消費轉型升級。

圖2 22個稻米樣品的OPLA-DA 得分圖（a，按品種名稱區(qū)分；b，按大米等級區(qū)分)和200 次模型置換檢驗圖（c）