糯玉米食味品質(zhì)評價模型的建立

程玉靜，王小秋，葛禮姣，仇亮，翟彩嬌，宋旭東，張振良，王系艨

（江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇南通 226012）

0 引言

糯玉米(ZeamaysL.certainaKulesh)是Wx基因隱性突變(wx)后經(jīng)人工選擇形成的9 個玉米屬亞種之一，其胚乳支鏈淀粉含量在95%以上，消化吸收率高，也稱蠟質(zhì)玉米、黏玉米等[1]。糯玉米蒸煮后軟糯可口、清甜香郁，風(fēng)味獨(dú)特，富含膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和氨基酸[2]，經(jīng)常食用有助于降三高、調(diào)理腸胃、延緩衰老、護(hù)膚養(yǎng)顏[3]，符合當(dāng)今大眾消費(fèi)者“粗糧細(xì)吃、營養(yǎng)均衡”的健康膳食理念，深受中國廣大民眾的青睞，種植效益高，發(fā)展前景廣闊[4-5]。從目前消費(fèi)形式和消費(fèi)數(shù)量來看，中國糯玉米在一定時期內(nèi)的發(fā)展趨勢仍將以消費(fèi)鮮穗為主，因而食味品質(zhì)成為衡量鮮食糯玉米品種優(yōu)劣的首要因素[6]，在品種審定中有一票否決權(quán)[7]，鑒于此，篩選具有優(yōu)異食味品質(zhì)的糯玉米品種是當(dāng)前糯玉米育種的重要目標(biāo)。

糯玉米的食味品質(zhì)受糯性、果皮厚度、皮渣率、柔嫩性、甜度、風(fēng)味等多種因素影響[8-9]。目前對糯玉米的食味評價主要采用“品嘗法”，但“品嘗法”受人的年齡、性別、喜好、地區(qū)的影響較大，其科學(xué)性、準(zhǔn)確性和便捷性難以保證，人們對鮮食糯玉米食味品質(zhì)的評價仍缺乏明確、客觀、科學(xué)的量化標(biāo)準(zhǔn)。利用客觀的食味品質(zhì)理化指標(biāo)評價來代替品嘗評價法，篩選精準(zhǔn)、高效和便捷的理化指標(biāo)對糯玉米食味品質(zhì)評價具有重要意義。為此，研究者們利用主成分分析法將多個初始指標(biāo)有效整合成新的綜合成分，用于揭示性狀間的關(guān)系，現(xiàn)已在作物品質(zhì)評價中廣泛應(yīng)用[4,10-11]。如劉孟宜等[12]采用相關(guān)性分析和主成分分析方法分析小麥品種品質(zhì)特性對韌性餅干品質(zhì)的影響，選出‘中麥155’‘嬰泊700’和‘京花11’作為最適小麥品種；BHAT 等[13]對水稻品種理化性質(zhì)、蒸煮特性和質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行研究，利用主成分分析闡述各特性之間的關(guān)系并篩選出具備較好加工特性的品種。張敏等[11]對小米的化學(xué)組成及糊化特性進(jìn)行測定，利用主成分分析和回歸分析研究小米食味品質(zhì)與感官品質(zhì)間的關(guān)系，建立小米食味品質(zhì)評價的數(shù)學(xué)模型，對不同小米食味品質(zhì)進(jìn)行綜合評價。當(dāng)前，利用多元統(tǒng)計方法進(jìn)行糯玉米品種篩選與鑒定的研究主要集中在產(chǎn)量[14]、適應(yīng)性[15]和抗性[16]等方面，而食味品質(zhì)評價相關(guān)研究鮮見報道。鑒于此，本研究以19 個糯玉米品種為材料，綜合其果皮性狀、籽粒含水量、可溶性糖含量、淀粉黏度RVA 特征值和淀粉含量等17 個食味品質(zhì)指標(biāo)，構(gòu)建糯玉米食味品質(zhì)評價模型，旨在為糯玉米品質(zhì)育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取不同來源的19個糯玉米品種，試驗材料見表1。

表1 糯玉米試驗材料

1.2 試驗方法

19 份糯玉米試驗材料于2021 年種植于江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地，4 月5 日播種，品種間按照隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)；每品種套袋自交20 穗，套袋隔離直至采收，田間管理同一般生產(chǎn)田，在最佳采收期取套袋果穗進(jìn)行各項指標(biāo)測定。

1.2.1 果皮厚度測定選取最佳采收期的鮮食糯玉米果穗，速凍于-80℃冰箱內(nèi)，完全凍結(jié)后在待測前取出果穗，用鑷子和解剖刀剝下糯玉米籽粒的果皮，用Mitutoyo測微計進(jìn)行果皮厚度的測量。

1.2.2 皮渣率測定按照1.2.1的方法剝出糯玉米果皮，將果皮和果實放入烘箱，烘至恒重后測定皮渣率。

1.2.3 籽粒含水量測定選取最佳采收的鮮食糯玉米果穗，剝出籽粒，用烘箱烘至恒重，測定籽粒水分含量。

1.2.4 糖分含量測定參照毛善巧等[17]的方法，采用高效液相色譜法測定鮮食糯玉米中的葡萄糖、蔗糖和果糖的含量。

1.2.5 淀粉含量測定直、支鏈淀粉含量采用雙波長法測定[18]。

1.2.6 淀粉黏度RVA 特征值測定 采用澳大利亞Newport Scientific 儀器公司生產(chǎn)的32D 型RVA 儀，按照ST201（食用糯性淀粉的RVA 黏度）方法測定淀粉黏度RVA特征值。

1.2.7 食味品嘗評分對糯玉米蒸煮食味品質(zhì)進(jìn)行品嘗評價，選取影響糯玉米蒸煮食味品質(zhì)的5 個關(guān)鍵因子（糯性、果皮厚度、甜度、柔嫩性和風(fēng)味）為評價指標(biāo)。各指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)為：糯性滿分為20 分，糯性好的得20 分，不糯者得8 分，每3 分一個級別逐級遞減；果皮厚度滿分為20分，皮薄無渣的得20分，皮渣明顯有感者得8 分，每3 分一個級別逐級遞減；甜度滿分為20分，不甜者得8分，每3分一個級別逐級遞減；柔嫩性滿分為20分，口感柔軟細(xì)膩的得20分，口感硬的得8分，每3分一個級別逐級遞減；風(fēng)味滿分為20分，有良好風(fēng)味的得20分，有特殊怪味的得8分，每3分一個級別逐級遞減；各指標(biāo)的得分相加得綜合評分。

1.2.8 鮮食糯玉米品質(zhì)模型建立由19 個不同鮮食糯玉米品種的果皮性狀、籽粒含水量、可溶性糖含量、淀粉黏度RVA 特征值和淀粉含量等17 個食味品質(zhì)指標(biāo)構(gòu)成主成分分析相關(guān)矩陣。按設(shè)計的累計方差貢獻(xiàn)率選取少數(shù)成分對糯玉米食味品質(zhì)進(jìn)行綜合評定。計算出鮮食糯玉米的食味品質(zhì)綜合指標(biāo)結(jié)果，與感官評定得分相驗證。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel軟件統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差。采用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮食糯玉米理化性質(zhì)的基本統(tǒng)計分析

對鮮食糯玉米的果皮厚度、皮渣率、籽粒含水量、可溶性糖含量、糊化特性和淀粉含量進(jìn)行評定發(fā)現(xiàn)，19個糯玉米材料的果皮厚度、皮渣率、籽粒含水量指標(biāo)的變幅分別為43.11～116.44 μm、7.34%～15.99%、52.92%～69.98%，平均值分別為62.02 μm、9.82%、60.05%，變異系數(shù)分別是0.28%、0.23%、0.07%，籽粒含水量的變幅較小。19個糯玉米材料的葡萄糖、蔗糖和果糖含量變幅分別為3.10～10.71 μg/mg、13.03～53.81 μg/mg、8.12～22.35 μg/mg，平均值分別為5.69 μg/mg、29.69 μg/mg、13.63 μg/mg，變異系數(shù)分別是0.42%、0.44%、0.33%（表2）。

表2 19份糯玉米材料果皮性狀、籽粒含水量及糖分含量的基本統(tǒng)計分析

19 個糯玉米材料的淀粉黏度RVA 特征值的變幅分別是峰值黏度221.33～1190.00、谷值黏度198.33～916.33、終值黏度366.33～1348.67、崩解值1.00～419.33、消減值77.67～253.67、回復(fù)值166.67～578.00、峰值時間4.31～7.00、糊化溫度75.92～80.00，平均值分別為645.67、564.95、820.26、80.72、174.60、255.32、5.62、77.93，變異系數(shù)分別為0.45%、0.36%、0.35%、1.48%、0.25%、0.42%、0.20%、0.02%（表3）。其中，崩解值的變幅較大，糊化溫度的變幅較小。

表3 19份糯玉米材料淀粉黏度RVA特征值的基本統(tǒng)計分析

19 個糯玉米材料的總淀粉含量變幅為46.54%～61.06%，支鏈淀粉含量變幅為99.79%～100%，直鏈淀粉含量變幅為0.09%～13.05%；總淀粉含量、支鏈淀粉含量和直鏈淀粉含量的平均值分別為54.74%、99.96%和2.20%，變異系數(shù)分別為0.08%、0.00%和1.60%（表4），總淀粉含量和直鏈淀粉含量的變幅較小，而直鏈淀粉含量的變幅較大。

表4 19份糯玉米材料淀粉含量的基本統(tǒng)計分析

2.2 食味品嘗評分

根據(jù)專家品嘗評分分析（表5），‘291’‘5 號’‘YN811’和‘京糯832’等4 個糯玉米品種評分值均高于81 分，評分范圍為81.4～85.6，為食味品嘗結(jié)果優(yōu)良的糯玉米品種；‘908’‘101’‘308’和‘京科糯928’等4個糯玉米品種的評分值均低于65 分，評分范圍為50.2～63.8，食味品嘗結(jié)果不佳。

表5 19份糯玉米材料品嘗評分排序

2.3 鮮食糯玉米理化性狀的相關(guān)分析

對鮮食糯玉米各食味品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果如表6所示，皮渣率與葡萄糖和果糖含量呈顯著正相關(guān)；籽粒含水量與果糖含量呈顯著正相關(guān)，與總淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)；葡萄糖含量與蔗糖含量和果糖含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與總淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)；蔗糖含量與果糖含量呈極顯著正相關(guān)，與總淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；果糖含量與總淀粉含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；支鏈淀粉含量與直鏈淀粉含量、峰值粘度、終值黏度、崩解值、回復(fù)值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；直鏈淀粉含量與峰值粘度、終值黏度、崩解值、回復(fù)值呈顯著或極顯著正相關(guān)；峰值粘度與谷值黏度、終值黏度、崩解值、回復(fù)值呈極顯著正相關(guān)，與峰值時間和糊化溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)；谷值黏度與終值黏度、崩解值、回復(fù)值呈極顯著正相關(guān)，與峰值時間和糊化溫度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；終值黏度與崩解值和回復(fù)值呈極顯著正相關(guān)，與峰值時間和糊化溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)；崩解值與回復(fù)值呈極顯著正相關(guān)，與峰值時間和糊化溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)；回復(fù)值與峰值時間和糊化溫度呈顯著負(fù)相關(guān)；峰值時間與糊化溫度呈極顯著正相關(guān)。

表6 不同糯玉米品種17個食味品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

續(xù)表6

2.4 鮮食糯玉米理化性狀的主成分分析

利用SPSS 16.0軟件對19個糯玉米品種的17個食味品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表7），按照各主成分特征值大于1，累計貢獻(xiàn)率大于85%的原則，共提取了5個主成分，分別記為Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，其構(gòu)成的信息量占總信息量的87.526%，基本保留了原變量的信息（Kaiser-Meyer-Olkin 抽樣適度檢測值＞0.6；Bartlett 檢驗，Sig<0.05）。各主成分向量特征的函數(shù)表達(dá)式為(1)～(5)。

表7 各因子載荷矩陣

續(xù)表7

由表7可知，主成分Y1的貢獻(xiàn)率最大，為38.525%，其特征向量絕對值較大的有X10、X11、X12、X13、X15，說明第Y1主成分主要反映的是糯玉米的淀粉黏度RVA 特征值。主成分Y2的貢獻(xiàn)率為24.511%，其特征向量絕對值較大的有X4、X5、X6、X7，說明第Y2主成分主要反映的是糯玉米的可溶性糖含量。主成分Y3的貢獻(xiàn)率為10.356%，其特征向量絕對值較大的有X2、X8、X9，說明第Y3主成分主要反映的是糯玉米的淀粉含量。主成分Y4的貢獻(xiàn)率為8.448%，其特征向量絕對值較大的有X1、X14、X15、X16、X17，說明第Y4主成分主要反映的是糯玉米的淀粉黏度RVA 特征值。主成分Y5的貢獻(xiàn)率為5.685%，其特征向量絕對值較大的有X1、X4、X14，主要反映的是糯玉米的果皮厚度、葡萄糖含量和消減值信息。

2.5 不同糯玉米品種食味品質(zhì)的綜合評價

以5 個主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合評價模型公式(6)。得到19 個糯玉米品種食味品質(zhì)的主成分綜合得分值（表8）。其中，‘YN811’‘291’‘京糯832’和‘178’排在前四位，‘京科糯928’‘308’‘908’和‘101’排在最后四位。19個糯玉米品種的主成分綜合得分排序和品嘗評分排序中的順序具有類似的趨勢，說明由主成分分析建立的糯玉米食味品質(zhì)評價模型可以作為預(yù)測糯玉米食味品質(zhì)的一種方式。

表8 不同糯玉米品種食味品質(zhì)主成分綜合得分表

3 討論與結(jié)論

不同作物品種的主要營養(yǎng)成分及化學(xué)組成不同，其食味品質(zhì)也存在一定差異，因此，篩選具有良好口感和品質(zhì)的作物品種是重要的作物育種目標(biāo)。本研究中，19個糯玉米品種的17個食味品質(zhì)指標(biāo)具有較大變異系數(shù)，說明參試糯玉米品種間食味品質(zhì)差異顯著，可依據(jù)參試品種進(jìn)行食味品質(zhì)評價模型的建立，試驗結(jié)果具有參考意義。

在常規(guī)育種中，作物的食味品質(zhì)由專業(yè)的或經(jīng)驗豐富的人員通過品嘗而得出評價。由美千惠等[17]通過選拔黃瓜感官品質(zhì)評價員對24 份黃瓜種質(zhì)資源進(jìn)行感官品質(zhì)評價，篩選出食味品質(zhì)優(yōu)良的歐洲鮮食型黃瓜品種‘C12-30’。朱正梅等[18]邀請10名專業(yè)人士，采用百分制計分的方法對10個鮮食蠶豆品種的甜味、鮮味、質(zhì)地等進(jìn)行綜合評分，篩選出綜合評分高于80 分的優(yōu)質(zhì)品種3個。感官評價是糯玉米食味品質(zhì)評價的經(jīng)典方法，該方法雖能直接反映出消費(fèi)者對食物的接受程度，但糯玉米食味品質(zhì)受到品種的果皮厚度、皮渣率、籽粒含水量、可溶性糖含量、淀粉含量、糊化特性等多種因素影響，即使是專業(yè)人士，仍具有一定的主觀性，且誤差較大，給糯玉米食味品質(zhì)客觀、準(zhǔn)確的評價帶來了很大困難[19-20]。因此，如何快速、準(zhǔn)確鑒定糯玉米的食味品質(zhì)成為了育種者關(guān)注的問題之一，確定食味品質(zhì)評價指標(biāo)并構(gòu)建評價體系可加速鮮食作物的育種進(jìn)展[18]。當(dāng)前，研究者們應(yīng)用多元統(tǒng)計分析的方法已在水稻[10]、大豆[21]和小米[11]等作物中構(gòu)建了相關(guān)食味品質(zhì)評價模型。通過儀器測定相關(guān)指標(biāo)并通過多元統(tǒng)計法綜合評價糯玉米的食味品質(zhì)可消除人為品嘗的主觀性，快速、精準(zhǔn)地篩選出食味品質(zhì)優(yōu)良的糯玉米品種。為此，本研究以不同來源的19個鮮食糯玉米品種的17個食味品質(zhì)相關(guān)性狀為研究對象進(jìn)行變異分析、相關(guān)性分析和主成分分析，構(gòu)建主成分綜合評價模型，得到19 個糯玉米品種食味品質(zhì)的主成分綜合評價排序。結(jié)果顯示，19 個糯玉米品種的峰值黏度、終值黏度、消減值和回復(fù)值等淀粉黏度RVE特征值指標(biāo)具有較大變異系數(shù)并顯著相關(guān)，且在主成分1 中占有較高載荷，可較好地表征品種間的食味品質(zhì)差異，是鑒定糯玉米食味品質(zhì)的良好評價指標(biāo)，這與前人在水稻、小米等谷類作物中的研究結(jié)果相似[11,22-23]。為避免數(shù)據(jù)分析的單一性，本研究在構(gòu)建主成分綜合評價模型的同時設(shè)置了食味品嘗評分。將19 個品種的主成分綜合得分值和品嘗得分值進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，‘YN811’、‘291’和‘京糯832’的主成分綜合得分較高，在主成分綜合評價排序和品嘗評價排序中均排在前四位，具有優(yōu)良的食味品質(zhì)；而‘京科糯928’、‘308’、‘908’和‘101’的食味品質(zhì)相對較差，在主成分綜合評價排序和品嘗評價排序中均排在最后四位。主成分綜合評價模型結(jié)果與食味品嘗評價結(jié)果相似，說明本研究建立的糯玉米食味品質(zhì)綜合評價模型可以用于優(yōu)良食味品質(zhì)糯玉米品種的鑒定和篩選，可為糯玉米食味品質(zhì)育種工作提供重要支持。

綜上所述，本試驗選用了19 個糯玉米品種，建立了主成分評價模型，確定了峰值黏度、終值黏度、消減值和回復(fù)值等淀粉黏度RVE 特征值為鑒定糯玉米食味品質(zhì)的重要評價指標(biāo)，‘YN811’、‘291’和‘京糯832’為食味品質(zhì)優(yōu)良的3個糯玉米品種。與單一品嘗試驗相比，本研究建立的綜合評價模型在糯玉米食味品質(zhì)評價中具有操作簡單、結(jié)果可靠的特點，有廣泛的實用性。然而，在本研究中也有少數(shù)品種的綜合評價排序與品嘗排序不一致，可能是由于不同來源糯玉米品種的食味品質(zhì)受到本研究播種地區(qū)環(huán)境不同的影響，或者是由于人為品嘗誤差導(dǎo)致的。在今后的工作中，將重點細(xì)化糯玉米食味品質(zhì)評價指標(biāo)，盡可能排除環(huán)境因素影響，擴(kuò)大品嘗人群樣本，以期獲得更為精準(zhǔn)的糯玉米食味品質(zhì)綜合評價體系。