不同品種大米口感品質(zhì)分析

劉 敏，譚書明*，張洪禮，劉芳宏

（1.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省農(nóng)畜產(chǎn)品貯藏與加工重點實驗室，貴州 貴陽 550025；3.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

大米作為人們?nèi)粘Ｖ魇?，因其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價值高的優(yōu)勢，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位[1-2]。大米食用品質(zhì)包括米飯的適口性、香味、滋味、外觀結(jié)構(gòu)、冷飯質(zhì)地等[3]。其中，大米適口性（黏性、彈性、軟硬度）和滋味作為口感品質(zhì)，是米飯的重要感官指標(biāo)。隨著生活質(zhì)量的不斷提高和消費觀念的提升，消費者對大米食味品質(zhì)的要求逐漸提高，特別是對口感的要求已從“可以吃”向“是否好吃”轉(zhuǎn)變。據(jù)調(diào)查，消費者購買大米考慮的主要因素中口感占45%，其他各類因素（品種、價格等）占55%，大米口感品質(zhì)已成為消費者購買的決定性因素[4]。因此，如何有效、準(zhǔn)確且高效率地評價一種米飯的口感品質(zhì)已成為越來越重要和迫切的問題。

大米口感品質(zhì)的測定通常采用儀器分析、化學(xué)分析、微生物檢查和感官評價[5]。感官評價通常包括傳統(tǒng)感官評價和模糊感官評價。傳統(tǒng)感官評價作為最常用的評價方法，一般采用評分法，按照規(guī)定的評分標(biāo)準(zhǔn)對不同樣品進(jìn)行打分并計算平均值，此法因評定人員不同，易出現(xiàn)各種消極影響因素，因而出現(xiàn)的誤差較大，此外，當(dāng)樣品量較多、加權(quán)平均值相同，同時又需對樣品進(jìn)行排名時，加權(quán)計分法難以解決，而模糊綜合評價可以杜絕此類問題的發(fā)生[6]。模糊綜合評價可將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，通過模糊性數(shù)學(xué)的原理和方法，對樣品感官質(zhì)量中相互制約的因素進(jìn)行數(shù)學(xué)化的抽象，建立一個反映其本質(zhì)特征的理想的評價模式[7-11]，減少評價主體間的主觀評定誤差，使最終實驗結(jié)果更加科學(xué)和客觀，因此模糊感官評價被應(yīng)用于各類食品的感官品質(zhì)評價中[12-16]。隨著科技的發(fā)展，在食品品質(zhì)評價中逐漸出現(xiàn)各種儀器評價，如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、質(zhì)構(gòu)儀、食味計、近紅外和中紅外技術(shù)、電子舌、電子鼻等。其中電子舌、電子鼻、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等儀器為大米口感及風(fēng)味品質(zhì)研究提供了有力的技術(shù)支撐[17-20]。但由于現(xiàn)代儀器仍存在某些局限性，感官評價方法依然不可替代。

本實驗以不同品種大米為研究對象，采用模糊感官評價結(jié)合質(zhì)構(gòu)儀和電子舌技術(shù)，對不同品種大米口感品質(zhì)進(jìn)行分析，探索不同米飯的口感品質(zhì)差異。通過主成分分析（principal component analysis，PCA）和偏最小二乘回歸分析（partial least-squares analysis，PLS）與模糊感官評價相結(jié)合，對大米米飯口感品質(zhì)進(jìn)行比較分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大粒溪香、大粒香、金麻粘 貴州湄潭龍脈皇米有限公司；玉珍香 貴州省湄潭縣竹香米業(yè)有限責(zé)任公司；Y兩優(yōu)585 貴州卓豪農(nóng)業(yè)科技有限公司；豐優(yōu)香占 貴州省水稻研究所；內(nèi)優(yōu)5H25 貴州省遵義市農(nóng)戶自家；其中大粒溪香、大粒香、金麻粘、玉珍香、Y兩優(yōu)585、豐優(yōu)香占為優(yōu)質(zhì)稻，內(nèi)優(yōu)5H25為常規(guī)稻。

1.2 儀器與設(shè)備

全智能電飯煲 廣東美的生活電器制造有限公司；多頻大幅脈沖電子舌 上海昂申智能科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米飯的制備

根據(jù)GB/T 15682—2008《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》[21]中小量樣品米飯的制備方法蒸煮米飯，略有改動，米、水質(zhì)量比為1.3∶1。

1.3.2 米飯口感評價

使用模糊感官評價，參照GB/T 15682—2008[21]米飯評價方法中適口性和滋味評價，略作修改，選擇黏性、彈性、軟硬度、滋味4 個因素對不同品種米飯口感進(jìn)行評價，其評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。邀請10 位食品專業(yè)研究生組成評定小組，按表1分別對米飯口感的各項指標(biāo)進(jìn)行等級評定，記錄評分結(jié)果。

表 1 米飯口感評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Rice taste evaluation criteria

1.3.3 大米及米飯質(zhì)構(gòu)特性測定

質(zhì)構(gòu)測試參照鄧靈珠[22]的米飯質(zhì)構(gòu)特性測定方法，分別取米及米飯3 粒，呈“米”字型排放。使用P/36R圓柱形探頭，壓縮比例70%，壓縮速率0.5 mm/s，觸發(fā)力1.5 N，感應(yīng)元量程1 000 N，上升高度20 mm，測試速率30 mm/min。每個樣品測定6 次，去掉最大值與最小值，取4 次測定結(jié)果的平均值。測定指標(biāo)包括硬度、彈性、黏性。

1.3.4 電子舌滋味測定

1.3.4.1 樣品前處理

分別稱取大米和制備好米飯5 g，加入50 mL蒸餾水浸泡30 min后過濾，濾液待用。

1.3.4.2 電子舌測試參數(shù)

所有樣品均在1、10、100 Hz脈沖頻率下進(jìn)行測試，電極靈敏度為1×10－5，傳感器的響應(yīng)時間為120 s。測試前后均需使用清洗液對電極進(jìn)行清洗。取濾液20 mL平行測定7 次，取后4 次數(shù)據(jù)，用電子舌自帶軟件進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 電子舌數(shù)據(jù)處理

使用電子舌自帶的數(shù)據(jù)處理分析方法，即PCA和PLS對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和識別。使用判別指數(shù)（discrimination index，DI）對分析結(jié)果進(jìn)行衡量：當(dāng)DI值為正數(shù)且越靠近100%時，區(qū)分效果越好；一般認(rèn)為當(dāng)DI值大于80%時區(qū)分效果非常好；DI值為負(fù)數(shù)時表示有些樣品區(qū)分效果差，存在重疊現(xiàn)象[23]。

1.4.2 其他數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 21.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法分析顯著性水平，以P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 7 種米飯模糊感官評價分析

2.1.1 評定論域的確定

評定論域指構(gòu)成產(chǎn)品的感官質(zhì)量因素的一組指標(biāo)的集合，通常用U表示，本實驗中黏性表示為U黏性，彈性表示為U彈性，軟硬度表示為U軟硬度，滋味表示為U滋味。

2.1.2 權(quán)重的確定

對食品感官質(zhì)量進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)法評判時，權(quán)重的分配方案會直接影響最后評價結(jié)果的正確性[24]。權(quán)重集就是各評價因素的權(quán)重系數(shù)的集合。每個評價因素對應(yīng)一個權(quán)重系數(shù)，通常用A表示[9]。本實驗采用強(qiáng)制決定法確定大米米飯各感官指標(biāo)的權(quán)重A，A＝{A黏性，A彈性，A軟硬度，A滋味}＝{0.25，0.20，0.25，0.30}。

2.1.3 模糊矩陣的建立

評定人員對7 種不同品種米飯按黏性、彈性、軟硬度、滋味評價的匯總結(jié)果見表2。

表 2 不同品種米飯感官評定結(jié)果Table 2 Sensory evaluation of different varieties of cooked rice

將表2中7 種米飯樣品口感因素的各等級評價人數(shù)分別除以總評價人數(shù)，得到模糊矩陣R。以編號為1的大粒溪香為例，可建立黏性、彈性、軟硬度和滋味4 個單因素的模糊評價矩陣R，每個指標(biāo)的集合為：U黏性＝[0.4 0.6 0.0]，U彈性＝[0.5 0.5 0.0]，U軟硬度＝[0.5 0.4 0.1]，U滋味＝[0.5 0.5 0.0]。把上述對1號樣品的4 個單因素評價結(jié)果寫成一個模糊矩陣。

將A與R組合后得到Y(jié)，Y為樣品感官評價指標(biāo)的綜合評判結(jié)果，Y值越大表示綜合評價結(jié)果越佳。根據(jù)模糊變換的原理Y＝A×R，即得樣品1號綜合的評價結(jié)果為：

即Y1＝｛0.525，0.450，0.025｝。同理可得到其他組樣品的模糊評價結(jié)果。將好、較好、差3 個等級依次賦值90、70、50，分別將Y中各個量乘其相對應(yīng)的分值，再加和，最后得到感官評定值[25]（表3）。

表 3 不同品種米飯綜合評定結(jié)果Table 3 Comprehensive sensory evaluation of different varieties of cooked rice

由表3可知，大粒香米飯綜合評價最高，排名第一，內(nèi)優(yōu)5H25米飯排名最低。說明大粒香米飯口感最佳，內(nèi)優(yōu)5H25米飯口感最差。綜合評分中大粒香與大粒溪香米飯分值較為接近，介于好與較好之間，更偏于好，說明二者在口感上較為相似，口感好。豐優(yōu)香占、Y兩優(yōu)585及玉珍香米飯綜合評分接近較好，說明口感較好，但較前二者次之。7號樣品（內(nèi)優(yōu)5H25米飯）綜合評分最低，口感較差。

2.2 不同品種大米及米飯質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果

表 4 大米及米飯的質(zhì)構(gòu)特性Table 4 Texture characteristics of different rice raw materials and varieties of cooked rice

從表4可以看出，不同品種大米原料及米飯硬度、彈性、黏性、黏硬度比各不相同。除大粒香和Y兩優(yōu)585蒸煮成米飯后硬度增加，其余5 個品種均降低，其原因可能是由于不同品種的差異性及對水分吸收率的不同所引起。7 個米飯樣品的黏性和黏硬度比均比大米原料低，彈性比大米原料高。大米質(zhì)構(gòu)特性中，硬度和黏性是最主要的兩個指標(biāo)，而黏硬度比被作為評價大米蒸煮后米飯質(zhì)構(gòu)特性的一個重要指標(biāo)。當(dāng)米飯硬度小、黏性大，黏性與硬度的比值越大，米飯的食味品質(zhì)越好，口感品質(zhì)越佳[26]。彈性是反映米飯口感品質(zhì)的重要指標(biāo)，彈性與咀嚼性呈正相關(guān)，彈性越大，米飯越有嚼勁[27]。由表4可知，大粒香米飯黏硬度比最大，即大粒香米飯口感品質(zhì)最好，其次分別為大粒溪香、金麻粘。這與感官評價結(jié)果相一致。

2.3 不同品種大米原料的電子舌PCA結(jié)果

圖 1 7 種大米原料PCA得分圖Fig. 1 PCA score plot for 7 varieties of raw rice

由圖1可知，DI值達(dá)到99.5%，對7 種大米樣品實現(xiàn)非常好的區(qū)分，與Lu Lin等[28]的結(jié)果一致。第一主成分和第二主成分的總貢獻(xiàn)率達(dá)到了82.0%，說明主成分1、2包含樣品大量信息，可以反映7 種大米樣品的整體信息。在PCA得分圖中，根據(jù)樣品在橫、縱坐標(biāo)軸上的距離判斷樣品之間的差異性：橫坐標(biāo)表示第一主成分貢獻(xiàn)率的大小，通常情況下，第一主成分貢獻(xiàn)率較大，因此，如果不同樣品之間在橫坐標(biāo)上的距離差距較大，說明它們之間的差異較明顯；而樣品在縱坐標(biāo)上的距離即使很大，由于第二主成分的貢獻(xiàn)率（或權(quán)重）較小，不同樣品之間的實際差異可能較小[29]。7 種大米樣品大致被分成3 個部分，第一部分為大粒香、大粒溪香、金麻粘、豐優(yōu)香占，分布靠左側(cè)；第二部分為Y兩優(yōu)585和玉珍香，分布靠右上角；第三部分為內(nèi)優(yōu)5H25靠右下角，這一分類與模糊綜合感官評價結(jié)果相符合。說明第一部分與第二部分、第三部分在滋味上差異較大，特別是與第三部分，主要是由于品種差異性引起其滋味差異性。7 種大米樣品中大粒香、大粒溪香、金麻粘、豐優(yōu)香占、Y兩優(yōu)585和玉珍香為優(yōu)質(zhì)稻，內(nèi)優(yōu)5H25為常規(guī)稻，說明電子舌對不同類型大米樣品有較好的區(qū)分，可以為優(yōu)質(zhì)稻和常規(guī)稻的鑒別提供技術(shù)支持。其中第一部分樣品差異性較小的原因可能有以下幾點：1）大粒香、大粒溪香、金麻粘、豐優(yōu)香占4 種大米原料種子均由貴州省水稻研究所提供，種子來源差異?。?）大粒香、大粒溪香、金麻粘3 種大米樣品原料由貴州湄潭龍脈皇米有限公司提供，3 種大米種植環(huán)境、生長環(huán)境、加工條件等外在條件基本相同，3 種大米差異性主要由樣品內(nèi)在因素決定，如基因、營養(yǎng)成分含量和結(jié)構(gòu)等。

2.4 不同品種米飯的電子舌PCA結(jié)果

圖2中，DI值達(dá)到98.9%，7種米飯樣品區(qū)分效果理想，第一主成分和第二主成分總貢獻(xiàn)率達(dá)到81.0%，即第一主成分和第二主成分包含了樣品的大部分信息，基本能夠反映樣品的整體信息。從圖2中可以看出，不同樣品米飯之間在橫、縱坐標(biāo)的距離各不相同且沒有重疊，說明電子舌能很好地區(qū)分7 種樣品飯。大粒香與其他6 個樣品在橫坐標(biāo)上距離較遠(yuǎn)，結(jié)合綜合感官評價可知，大粒香米飯與其他6 個樣品滋味存在較大差異；內(nèi)優(yōu)5H25米飯與其他6 個樣品在橫、縱坐標(biāo)軸都一定距離，說明內(nèi)優(yōu)5H25米飯的口感與其他6 個品種存在較大差異。這與大米原料的電子舌PCA和感官評分結(jié)果相吻合，說明常規(guī)稻與優(yōu)質(zhì)稻無論是大米原料還是蒸煮米飯上都存在差異。

圖 2 7 種大米米飯PCA得分圖Fig. 2 PCA score plot for 7 varieties of cooked rice

2.5 不同品種米飯的PLS結(jié)果

PLS法將PCA、典型相關(guān)分析和多元線性回歸分析的優(yōu)點聚集在一起，其優(yōu)勢明顯高于PCA、典型相關(guān)性分析和多元線性回歸分析，且方法簡單便利。PLS法與PCA法又有相似之處，二者均試圖提出能體現(xiàn)數(shù)據(jù)變異的最大信息，但PCA法僅考慮1 個自變量矩陣，而PLS法還有一個“響應(yīng)”矩陣[30]，因此，PLS法具有一定預(yù)測功能。

選擇7 種不同品種米飯樣品，以傳感器響應(yīng)值為自變量，以米飯感官評價中滋味評分為因變量，進(jìn)行PLS回歸預(yù)測模型的建立，擬合的相關(guān)系數(shù)為0.954 06，擬合效果良好，結(jié)果見圖3。

建立最優(yōu)模型后，用最優(yōu)模型對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，7 種不同樣品中每個樣品選取3 個樣本，共計21 個樣本進(jìn)行PLS預(yù)測，預(yù)測結(jié)果及相對誤差見表5。樣品預(yù)測的相對誤差均在10%以內(nèi)。說明電子舌的PLS模型能夠較好地預(yù)測不同品種米飯口感品質(zhì)。

表 5 7 種大米米飯滋味預(yù)測結(jié)果Table 5 Predicted and actual taste values of 7 varieties of cooked rice

3 結(jié) 論

采用模糊感官評價結(jié)合質(zhì)構(gòu)及電子舌技術(shù)對7 種大米米飯口感品質(zhì)進(jìn)行分析，6 種優(yōu)質(zhì)稻口感明顯優(yōu)于常規(guī)稻，其中，大粒香口感品質(zhì)最佳，內(nèi)優(yōu)5H25最差。7 種大米原料和米飯質(zhì)構(gòu)特性存在差異，除大粒香和Y兩優(yōu)585蒸煮成米飯后硬度增加，其余5 種均降低。7 個米飯樣品的黏性和黏硬度比均比大米原料低，彈性比大米原料高。大粒香、大粒溪香和金麻粘米飯的彈性、黏性和黏硬度比無顯著差異。通過電子舌自帶的數(shù)據(jù)處理軟件對大米原料和米飯進(jìn)行PCA，DI值分別達(dá)到99.5%和98.9%，能夠?qū)? 種大米和米飯樣品實現(xiàn)非常好的區(qū)分，第一主成分和第二主成分的總貢獻(xiàn)率分別達(dá)到82.0%和81.0%，說明主成分1、2包含樣品大量信息，可以反映7 種大米及米飯樣品的整體信息。7 種大米原料及米飯在PCA得分圖中橫坐標(biāo)的位置所得結(jié)果與感官評分相一致，采用PLS建立米飯滋味模型，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.954 06，結(jié)果表明其對7 種米飯滋味預(yù)測誤差均在10%以內(nèi)，說明電子舌用于米飯口感評價是可行的。因此，對米飯口感品質(zhì)評價中使用電子舌結(jié)合感官評價，更易獲得相對可靠和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。