大米食味品质预测评价模型的建立及应用

周晓晴，付桂明，刘成梅，钟业俊，罗舜菁，刘桃英，徐欣源，吴建永

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

大米食味品质评价最直接的方法是感官评价，通过品尝人员的感觉器官与实践经验对米饭的色泽、外观、气味、适口性、滋味等进行评价鉴定[1]。但是感官品评主观性较强，通常需专业技术人员，且耗费大量的时间、人力、物力，难以进行快捷有效的大米食味品质鉴定。近年来通过食味计等检测仪器分析蛋白质含量、直链淀粉和水分等大米主要化学成分含量，成为快速评价大米的食用品质的重要手段。但是影响大米食味品质的因素很多，单单用大米主要化学成分含量指标作为食味品质评价，往往不能全面反映不同品种大米的食味品质[2]。此外利用食味计等检测仪器需要进行样品设计，并建立庞大的数据库。因此，需要建立一套全面、客观、科学的大米食味评价方法。国标中食用品质包括直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度三项指标，但仅靠这三个指标并不能全面反映大米品质特性，且指标接近的品种其食味品质也可能相差甚远。实际上，影响大米食味品质的因素还包括蛋白质含量、质构特性、淀粉碘蓝值、大米糊化特性等[3-4]。此外，米饭质构特性和糊化特性中的淀粉粘滞特性也是影响大米食味的重要因素[5]。在这些指标中，胶稠度的测定易受碱液浓度、加热时间、放置温度等外界因素影响，测定结果精密度不高。快速粘度分析仪RVA是新近开发的一种模拟大米蒸煮的设备，测定操作简单，重复性高，其特征值与胶稠度显著相关，并能直接测定大米糊化温度[6]；直链淀粉含量相近的品种，其RVA谱差异也较大，并与品种间食味品质的差异相似；因此，RVA谱特征值可用于表征大米食味品质，也是大米蒸煮食味评价体系的重要组成部分。本研究选取与食味品质相关性高的理化指标进行客观的统计分析，利用主成分分析法[7]构建大米食味品质评价模型，对粳米、籼米进行客观食味品质评价，这对丰富和完善大米食味品质评价体系具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

粳米（空育131）、早籼米（德农108）、晚籼米（外引7号）中粮（江西）米业有限公司。

JLGJ2.5型实验砻谷机 浙江展诚机械有限公司；SATAKE TM05C型精米机 佐竹机械有限公司；T6型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；CT3型质构仪 美国Brookfield公司；RVATec Master型快速粘度仪 瑞典波通仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大米样品的制备 稻谷经JLGJ2.5型实验砻谷机砻谷后得到糙米，谷糙分离，去除杂质、不完全粒、病害谷粒及碎粒，经筛选器选筛，选取颗粒均匀的糙米进行碾磨实验。称取100g糙米样品通过SATAKE TM05C精米机进行碾磨，得到标一米[8]，去除碎米的米样真空包装后置于4℃冰箱内保藏以备后续实验使用。

1.2.2 主要化学成分含量的测定 水分的测定：按GB 5009.3-2010的直接干燥法；粗脂肪的测定：按GB/T 5009.6-2003的索氏抽提法；粗蛋白的测定：按GB 5009.5-2010的凯氏定氮法；直链淀粉含量的测定：按GB/T 15683-2008的方法。

1.2.3 蒸煮特性的测定 参照Zhao等[9]的方法测定米汤碘蓝值，参照Zhou等[10]的方法测定加热吸水率、米汤干物质等蒸煮特性。

1.2.4 糊化特性的测定 按AACC规程（2000.61-02）的方法[11]测定样品的峰值粘度、最低粘度、最终粘度、糊化温度等RVA特征参数。

1.2.5 质构特性的测定 按GB/T 15682-2008的方法制备实验米饭，根据Zhang等[12]的方法修改如下：测试速度是1mm/s，目标值是压缩85%，触发点负载2g，二次压缩间隔5s；根据测试曲线记录下硬度、粘性、弹性、咀嚼性等指标。

1.2.6 大米食味值的测定 按GB/T 15682-2008的方法对米饭气味、外观、适口性、滋味等进行感官评价。

1.2.7 大米食味品质评价模型的建立 SPSS软件在主成分分析之前先对所测得的粳米，早、晚籼米这三个品种测定的所得的主要化学成分含量、蒸煮特性、糊化特性、质构特性的数据自动进行标准化处理，以消除各测定指标不同的量纲、数量级的差异。由标准化后的数据构成主成分分析的相关矩阵，根据主成分分析后所确定的不同主分量的线性组合与贡献率乘积的和来排序不同的样本，进行综合品质评价[13]，利用软件进行主成分分析计算；建立米饭食味评价模型，与食味感官评价结果进行验证。

1.2.8 数据处理 采用SPSS 19.0软件对数据进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 大米食味品质特性分析

大米食味品质相关理化指标与感官评价测定结果见表1。

由表1可知，粳米的直链淀粉、蛋白质、脂肪含量低，加热吸水率、体积膨胀率小、糊化温度不高，煮出的米饭柔软、粘性较大，食味品质好。晚籼米直链淀粉、脂肪、蛋白质含量，体积膨胀率、糊化温度等指标均高于粳米，蒸出的米饭粘性偏低、硬度较大，米饭食味品质较佳。与粳米和晚籼米相比，早籼米脂肪、蛋白质、直链淀粉含量、糊化温度均较高，蒸煮出的米饭松散、硬度大、咀嚼性高，食味较差。直链淀粉、蛋白质、脂肪这些成分含量的不同，导致了粳米与早、晚籼米具有不同的糊化特性。

表1 大米的理化指标与感官评价Table 1 Physicochemical properties and sensory evaluation of rice

2.2 食味品质数据的主成分分析

选取实验测得大米的各个指标构成矩阵进行主成分分析，其中X1、X2、X3、……X19、X20分别表示水分含量（%）、粗脂肪含量（%）、粗蛋白含量（%）、直链淀粉含量（%）、加热吸水率（%）、体积膨胀（%）、米汤pH、米汤干物质（mg/g）、米汤碘蓝值（A）、峰值粘度（cP）、最低粘度（cP）、崩解值（cP）、最终粘度（cP）、消减值（cP）、糊化温度（℃）、米饭硬度（g）、米饭粘性（mJ）、米饭弹性（mm）、米饭内聚性、米饭咀嚼性（mJ）。计算相关距阵的特征值λ与相应的特征向量a，根据软件筛选主成分数目的原则，选取特征值大于1的前2个特征值，作为大米蒸煮食味品质的主成分，其结果见表2。

表2 大米食味品质的主成分分析Table 2 Principal component analysis according to eating quality properties of rice

在第一主成分中，因子载荷比较大的有粗蛋白含量、直链淀粉含量、米汤碘蓝值、糊化温度、米饭硬度、粘度、咀嚼性等，其单独的方差贡献率为65.8985%。第一主成分大的品种，其水分含量、内聚性小，米汤碘蓝值、米饭硬度、咀嚼性高。

在第二个主成分中，因子载荷比较大的有粗脂肪含量、米汤干物质、峰值粘度、最低粘度、最终粘度、弹性等，其单独的方差贡献率为34.1014%。第二主成分大的品种，其米汤干物质、米饭弹性小，峰值粘度、最低粘度、最终粘度大。

以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重构建出米饭食味品质预测评价模型F的函数，即F=-0.2126X1+0.2234X2+0.2227X3+0.1367X4+0.1527X5+0.1088X6+0.0912X7-0.2168X8+0.1655X9-0.1383X10+0.2206X11+0.0023X12+0.2157X13+0.0124X14-0.0487X15+0.2102X16+0.1344X17+0.012X18-0.2023X19+0.2217X20。

根据上述米饭食味品质预测评价模型可计算综合主成分值，按综合主成分值进行排序对大米进行综合评价，结果如表3所示。这与表1中的大米食味感官评价所得的结果相一致。

表3 大米食味评价模型的评价表Table 3 Quality model evaluation of rice

3 结论

近年来通过测定与大米食味品质相关的特征性指标，利用数学方法建立评价模型进行大米食味评定，已成为研究的热点。Zhu等[14]对大米直链淀粉含量、碘蓝值、水分含量、质构特性等进行研究，利用主成分分析建立了与米饭质构特性有关的预测模型。刘建伟等[15]通过大米理化指标测定、感官评价与食味分析，分析理化特性与食味的关系，建立了大米食味推测式。熊善柏等[16]对大米蒸煮特性、米饭弹性模量、米饭提取液透光率、淀粉体外酶水解率等理化指标进行测定，利用主成分分析与回归分析对米饭的理化性质和感官品质间的关系进行研究，建立了感官指标的表达参数与回归方程。Yokoe等[17]对市售大米的水分、千粒重、透光度、脂肪酸值、粘弹性等理化指标进行测定，利用回归分析构建了适合于市售白米的食味品质预测的数学模型。

本文选取与大米食味品质相关性高的主要化学成分含量、蒸煮特性、糊化特性、质构特性等指标进行测定，利用主成分分析法对所得到的指标数据统计分析，构建了大米食味品质预测评价模型。用该模型对所选粳米、籼米进行评分，与感官评价结果一致，表明这种利用数学分析方法将理化指标信息量化的食味品质评价模型，能够克服大米食味值的感官评价的主观性和简单利用主成分分析法的不全面性，从而准确客观地评价不同品种大米的食味品质。

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