米饭外观仪器评价与其感官评价的关联性研究

张玉荣，邢晓丽，周显青*，王学锋，于素平，郝 伟

（1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.国家粮食局科学研究院 北京东方孚德技术发展中心，北京 100037）

0 前言

稻谷是人类最主要的粮食作物之一，且是世界上约1/2 人口的主要食粮[1].随着人们生活水平的提高，对大米食用品质的要求也越来越高，因此，如何准确、快速地评价米饭食味显得尤为重要[2-4].目前，对米饭食用品质评价主要是依据GB/T 15682—2008[5]，其评价内容包括米饭气味、外观、结构、适口性、冷饭质地等5 项.目前，关于米饭食味评价的研究主要集中在感官与仪器评价，如严文潮等[6]通对粳型米饭的感官评价指标研究发现，各感官指标与米饭食味评价总分值关联度高低的顺序依次为：外观＞滋味＞黏性＞香味＞硬度.吕庆云等[7]研究认为评价项目可只选择香气、外观、味道和黏度4 项，以简化评价方法.三上隆司等[8]研究得出，米饭感官评价外观评分与香味、滋味、黏聚性、总体风味呈极显著相关.总之，米饭外观对其食味品质评价具有重要的影响.关于仪器对米饭的评价研究主要集中在对米饭色泽和食味的相关性，如日本开发的米饭食味计是根据米饭的光泽（外观）与食味综合评分之间相关性高的原理制作而成[3].Bhattacharya[9]应用色差仪研究大米在蒸煮过程中颜色的动力学变化.但关于利用仪器对米饭的外观进行整体评价的研究鲜有报道，因此，作者采用图像处理方法测定大米煮熟前后的粒长、粒宽之差，得出大米长度延伸率及宽度延伸率，结合色差计对米饭色泽进行测定，并与外观感官评价进行关联性及回归分析，由此来预测米饭的外观，以期找出一种更简单、快捷的米饭外观评价方法来代替其外观感官评价.

1 材料与方法

1.1 材料

采集黑龙江（8 个）、河南（6 个）、河北（6 个）、江苏（6 个）、福建（8 个）、广东（6 个）、江西（6 个）、湖北（6 个）等8 个稻谷产区的样品52 种，其中25种用来验证.用砻谷机去壳得到糙米，将糙米在碾米机上制备成GB 1354—2009 中规定的标准三等精度大米，置于4 ℃冰柜中保存.

1.2 仪器及设备

SY88-TH 砻谷机、NSART100 型碾米机：双龙机械产业株式会社；SMY-2000ST 型色差计：北京盛名扬科技开发有限责任公司；JYC-19BE2 型电磁炉：山东九阳小家电有限公司.

1.3 方法

1.3.1 米饭的制备

参照GB/T 15682—2008 中小量样制备米饭，并做适当改进：称取大米样品10.00 g 置于直径为45 mm、体积为40 mL 的自制铝盒中，加入适量蒸馏水淘洗，按水米比1.3∶1 往铝盒中加入蒸馏水，在25 ℃下浸泡30 min，浸泡完成后上笼蒸煮40 min，然后按动保温按钮，焖制20 min.

1.3.2 米饭色泽测定

采用SMY-2000 色差计测定米饭的颜色及色泽.用CIE-L*、a*、b*色空间方法表示，其中L*值描述亮度（色泽）的变化，0 代表黑色，100 代表白色；a*值描述从红色至绿色的变化，正数代表红色，负数代表绿色；b*值代表黄色至蓝色的变化，正数代表黄色，负数代表蓝色[10].

操作方法：开机预热5～10 min，测试前用黑板调0，白板调100，校准仪器，然后取煮熟焖制后的米饭8.00 g 放入样品池内，填实、压紧，接着将样品池置于保护盒套里，放到传感器下面测定，记录L*值、a*值和b*值，每个样品重复测定10 次，去掉最大值和最小值，取平均值作为最后结果.

1.3.3 米饭粒延伸率测定[11]

从样品中随机选取煮熟前完整无损的大米50粒，置于扫描仪上，粒与粒之间分开而不接触，以自制黑色纸板作为背景获取像素为300 dpi 的RGB 图像[12].文件命名为“米饭粒型测定”，保存为Tif 格式，运行matlab 7.10.0，在Command Window面板中输入自编程序，得出米粒的长度和宽度值，计算出50 粒米粒的长度及宽度的平均值.按照同样的方法得到煮熟后大米米粒长度和宽度值，则米粒长度延伸率=（煮熟后长度-煮熟前长度）/煮熟前长度；米粒宽度延伸率=（煮熟后宽度-煮熟前宽度）/煮熟前宽度.

1.3.4 米饭外观感官评价

按照1.3.1 制备米饭，感官评价采用GB/T 15682—2008 粮油食品检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法中的评价方法（综合评分法）对米饭样品进行，评价员的选择依据GB/T 16291.1—2012 感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则[13]进行，不同之处是只应用其外观评分值，评分标准见表1.每个样品制作5 个平行样，去掉最大值和最小值，取平均值.

表1 米饭外观评分标准

1.3.5 数据处理

利用Microsoft Excel 2007 软件对数据进行描述分析，得出最小值、最大值、平均值、标准偏差，然后用SPSS 17.0 软件进行相关分析、回归分析.回归分析模型为：Y=b0+b1X1+b2X2+……+b5X5，其中Y 是独立的感官评定指标，X1、X2、……、X5分别是米饭外观测定指标，b0是当X1=X2=……=X5=0 时的截距常数，b1、b2、……、b5分别是X1、X2、……、X5的参数估计，应用逐步回归方法建立多元线性回归方程，其中引入和剔除变量显著性水平分别为0.05、0.10，得到每个独立的外观感官评价指标关于米饭外观测定指标的预测模型.

2 结果与分析

2.1 米饭外观分析

米饭的外观指标仪器测定值和感官评价值见表2.

表2 米饭外观测定结果（n=25）

由表2 可知，米饭的L*值的变异系数绝对值最小，为7.75%，说明米饭样品间色泽差异性最小；a*值的最大值、最小值、平均值和变异系数分别为-4.39、-0.33、-2.34 和-51.28%，均为负数，变异系数绝对值最大，说明米饭在红-绿色调上偏绿，且不同米饭样品间在红-绿色调上差异最大；b*值的最大值和最小值均为正数，变异系数为25.24%，说明米饭在黄-蓝色调上偏黄（可能是因为加工精度不均匀，大米表面留有皮层或糠粉所致），差异较大；米饭粒长度延伸率和宽度延伸率的最小值、最大值和变异系数分别为31.09%、47.89%和10.71%与21.86%、38.01%和11.13%，差异较大.米饭的感官评价中饭粒完整性和颜色的评分差异最大，变异系数分别达到了33.33%和34.11%，差异较小的是光泽和外观总分.

2.2 外观的感官评价值与其测定值的相关性分析

米饭样品的外观仪器测定指标与外观感官指标评分的相关系数见表3，不同延伸率的大米外观见图1.

表3 外观测定指标与感官指标的相关系数

图1 不同延伸率的大米外观

由表3 可知，各外观指标仪器测定值均与其感官指标评分值具有显著相关性，其中长度延伸率与感官评价各指标除颜色达到显著相关性外，与其他指标均达到极显著负相关水平，说明大米粒长度延伸率越大，米饭的颜色、光泽度、完整率、外观总分评分越低，这是因为长度延伸率大的大米，在蒸煮过程中吸水较多，在米饭蒸煮过程中容易破裂，导致完整率低，进而影响外观和色泽，使其评分降低，从而证实了张玉荣[3]关于大米蒸煮条件及蒸煮过程中米粒形态结构变化的研究结论.如表3、图1 所示，宽度延伸率与米饭各外观指标均呈负相关，但只与外观总分达到显著水平，这可能是因为宽度延伸率没有长度延伸率测定值大，对米饭外观的影响没有长度延伸率大，但也具有长度延伸率类似的作用，使外观评分降低；色泽L*值与米饭外观感官评价各指标均呈正相关，且与光泽和外观总分达到极显著水平，说明米饭越亮，外观光泽性评分和外观总评分越高；a*值与感官评价各指标评分呈负相关，且与完整性和总分达到显著水平，说明米饭颜色红度值越低，完整性和外观总评分越高，外观越好；b*值只与感官评价颜色呈极显著负相关，说明黄色值越低，颜色越好，评分越高，这可能是因为黄色值越高，大米的加工精度越低，进而影响了米饭的食味品质[14-15].前述分析可知，外观各指标与感官评价各指标具有显著的相关性，这为用外观测定指标代替感官评价提供了可能.

2.3 外观评价预测模型的建立

由相关性分析可知外观测定的几个指标与外观感官评价各指标相关性较好，因此分别以外观感官指标为因变量，外观测定指标大米粒长度延伸率（X1）、宽度延伸率（X2）、L*值（X3）、a*值（X4）和b*值（X5）5 个指标为自变量进行多元线性回归分析，建立评价模型，结果见表4 和表5.

表4 以外观感官评价指标为自变量的线性回归方程

由表4 可看出，以感官评价指标光泽为因变量所建立的多元线性回归方程决定系数R2最大，为0.907，说明该方程可解释感官评价光泽变异的90.7%，调整R2为0.903，说明拟合度较高；决定系数最小的是以感官评价完整性为因变量所建的回归模型，其决定系数R2为0.325，说明该方程可解释外观感官评价完整度的32.5%，方差解释率最低；外观总分的回归方程决定系数较高，其值R2为0.778，调整R2为0.733，说明所建回归方程拟合度较好.对方程的显著性进行了检验，各方程F 检验都达到了极显著水平（sig.＜0.05），说明所建立的回归方程有效.

表5 回归方程的系数检验

由表5 可知，以外观感官评价指标为因变量所建立的回归方程中，感官评价颜色评分受a*值、b*值的影响较大，其值分别变化1 个单位，则颜色评分变化-0.621 和-0.710 个单位，a*值和b*值的标准化系数分别为-0.567 和-0.847，说明b*值对米饭外观感官评价颜色评分值影响程度较a*值大；对外观感官评价光泽指标影响较大的指标为L*值，其值变化1 个单位，则光泽评分值变化0.203 个单位；对外观感官评价完整性指标影响较大的指标是大米长度延伸率，其值变化1 个单位，外观感官评价完整性评分变化-0.157 个单位；对外观感官评价总分影响较大的指标分别为大米长度延伸率、L*值、a*值和b*值，其值各变化1 个单位，则总评分分别变化-0.157、0.178、-1.166 和-1.133 个单位，标准化系数绝对值最大的和最小的分别为b*值的-0.620 和长度延伸率-0.230，说明b*值对米饭的外观总分影响程度最大，大米粒长度延伸率对其影响程度最小.

回归系数的显著性检验是反映自变量和因变量之间的线性关系是否显著，回归方程显著，回归系数不一定显著，为此，对各个模型的回归方程的回归系数进行了显著性检验，从表5 可看出，偏回归系数假设检验（T 检验）表明，除总分回归模型的常数和长度延伸率T 检验概率P 值接近显著水平外，其他各回归方程的偏回归系数均达到0.05 显著水平，说明各模型中偏回归系数可引入到回归方程中.

2.4 预测模型的验证

为了更好地评价所建回归方程拟合程度的好坏，对回归方程进行了验证，结果见图2.

图2 外观各指标评分值与其评分预测值的相关关系

从图2 可以看出，本试验得出的感官评定预测方程是基本符合实际数值的，各外观感官指标评分值与其预测值之间相关性较好，说明预测回归方程对于米饭外观食味评分具有普遍适用性.外观各指标评分值与其预测值相关性最好的是光泽，其拟合直线的决定系数R2达到0.944，其次是颜色和外观总分，拟合最差的是完整性，R2为0.606.用建立的回归方程对适口性各指标进行预测，将结果与实际测定值分别进行T 检验，根据T检验的双边检测结果，外观感官评价颜色、光泽、完整性和总分的p 值分别为0.969 0、0.950 6、0.717 8 和0.991 6，均大于0.05，表明在0.05 的显著性水平内两种结果的差异不显著，说明应用外观指标建立的外观感官评价方程来预测米饭适口性的方法是可行的.

3 结论

米饭外观测定值与外观感官指标评价值均具有显著相关性.以米饭外观感官评价指标为因变量、外观指标测定值为自变量所建立的线性回归方程，方程回归系数达到了显著水平，回归模型预测效果较好，为仪器代替外观感官评价提供了依据.

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