張 敏，劉 輝

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

小米是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的谷物，每100 g小米中蛋白質(zhì)含量9.7 g，脂肪含量1.7 g，碳水化合物含量76.1 g，一般糧食中不含有的胡蘿卜素，小米每100 g含量達(dá)0.12 mg，維生素B1的含量位居所有糧食之首；還含有少量硒素礦物質(zhì)又稱(chēng)無(wú)機(jī)鹽，在人體內(nèi)含量很少，約占人體重量的4%左右，因此具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。但國(guó)內(nèi)關(guān)于谷子品質(zhì)方面的研究較少，主要集中在谷子的蛋白質(zhì)質(zhì)量分析及不同生態(tài)因子對(duì)蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)因素的影響方面[1-2]。一般來(lái)講，對(duì)小米食用品質(zhì)的評(píng)價(jià)主要采用感官評(píng)價(jià)法來(lái)進(jìn)行，但由于感官評(píng)價(jià)法受到評(píng)價(jià)員的主觀、環(huán)境等因素的影響，其客觀性會(huì)受到一定程度的限制。因此，建立一種客觀的評(píng)價(jià)小米食用品質(zhì)的方法極為重要。這對(duì)谷子品種的科學(xué)選育以及小米產(chǎn)品的加工應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

主成分分析法是將原來(lái)指標(biāo)重新組成一組新的互相無(wú)關(guān)的幾個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)代替原來(lái)指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)空間的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到的主成分是原始變量的線性組合，能夠最大程度地反映原變量所包含的信息，使原來(lái)的多維問(wèn)題大大簡(jiǎn)化[3-4]。目前，此種方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，如在醫(yī)學(xué)中，依據(jù)主要因子的綜合評(píng)分確定受試樣品的功效特性大小，成為一種量化評(píng)價(jià)功能學(xué)特性的新方法；在食品加工中，用綜合評(píng)分分析豆腐乳的感官和理化品質(zhì)，獲得豆腐乳的品質(zhì)優(yōu)劣程度；用主成分分析法確定出七種高香型烏龍茶香氣特征較優(yōu)的為肉桂香茶、玉蘭香茶等[5-12]。借鑒這些研究，本文利用主成分分析法來(lái)建立小米食用品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，通過(guò)對(duì)小米各營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)和物理指標(biāo)進(jìn)行客觀的統(tǒng)計(jì)分析，獲得量化的不同品種小米的食用品質(zhì)綜合指標(biāo)，這對(duì)豐富和完善小米食用品質(zhì)的評(píng)價(jià)體系具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的27種不同小米品種均由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，具體品種和產(chǎn)地見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)所用小米品種和產(chǎn)地Table 1 Varieties and producing area of millet used in the experiment

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 物理品質(zhì)的測(cè)定

千粒重的測(cè)定：取十次稱(chēng)重法測(cè)定百粒重的平均值；粒徑分布的測(cè)定：取十次游標(biāo)卡尺測(cè)量值的平均值；色差的測(cè)定：使用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的測(cè)色色差計(jì)，選用L*-a*-b*色彩空間，每個(gè)樣品測(cè)10次，求其平均值；籽粒硬度的測(cè)定：使用杭州托普儀器有限公司生產(chǎn)的GWJ-1谷物硬度計(jì)，以20次測(cè)定的平均結(jié)果為小米籽粒的硬度；吸水性和水溶性的測(cè)定：采用AACC方法[13]，吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)按下面公式計(jì)算：

其中，X1為吸水指數(shù)（WAI）；X2為水溶性指數(shù)（WSI）；m1為沉淀重量（g）；m2為上清液干重（g）；M 為樣品干重（g）。

1.2.2 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的測(cè)定

水分含量的測(cè)定：采用烘箱干燥法測(cè)定[14]；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：采用凱氏微量法測(cè)定[15]；粗脂肪含量的測(cè)定：采用索氏抽提法測(cè)定；灰分含量的測(cè)定：采用AACC推薦方法[16]；粗纖維含量的測(cè)定：采用AACC推薦方法[17]；碳水化合物含量：采用差減法，即碳水化合物=100-（水分+蛋白質(zhì)+脂肪+灰分）；直鏈淀粉含量的測(cè)定：按照GB/T 15683-1995《稻米直鏈淀粉含量的測(cè)定》[18]進(jìn)行測(cè)定；淀粉含量的測(cè)定：采用蒽酮比色法；

黏滯特性分析：使用澳大利亞Newport Scientific儀器公司生產(chǎn)的RVA儀快速測(cè)定淀粉黏滯特性，并用TCW（Thermal cycle for windows）配套軟件分析。測(cè)定按AACC（美國(guó)谷物化學(xué)協(xié)會(huì)）操作規(guī)程61-02 1995《快速黏度分析儀測(cè)定大米的糊化特性》要求，即含水量為14.0%，3.00 g，蒸餾水25.00 mL。測(cè)定過(guò)程中，產(chǎn)生峰值黏度、糊化溫度、熱漿黏度、最終黏度、衰減值、回生值等六個(gè)特征指標(biāo)。

1.2.3 小米食用品質(zhì)評(píng)價(jià)模型的建立

由27個(gè)不同小米品種測(cè)定的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、物理品質(zhì)的指標(biāo)構(gòu)成主成分分析的相關(guān)矩陣，根據(jù)主成分分析后確定的不同主分量的線性組合與貢獻(xiàn)率之積的和來(lái)排序不同的樣本,進(jìn)行綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)。用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析計(jì)算，具體步驟為：

①主成分變量的構(gòu)建

將 n 個(gè)樣本的 p 個(gè)變量（X1，X2，…，Xp）通過(guò)變換轉(zhuǎn)換成 k（k＜p）個(gè)綜合變量變量（F1，…，F(xiàn)k），即原變量的線性組合，綜合變量F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)k分別稱(chēng)作原變量的第1、第2、…、第k個(gè)主成分：

②各樣本的量化值以不同特征值的方差貢獻(xiàn)率βi（i=1，2，…，k）為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)（品質(zhì)評(píng)價(jià)模型）：F=β1F1+β2F2+…+βkFk，計(jì)算各樣本得分，進(jìn)行排序評(píng)價(jià)各品種小米的食用品質(zhì)優(yōu)劣。

1.2.4 小米食味值的測(cè)定

參考GB/T 15628-1995《稻米蒸煮試驗(yàn)品質(zhì)評(píng)定方法》[18]。按米飯的色、香、味、外觀形狀、適口性及滋味進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理方法采用SPSS Family 15.0軟件，運(yùn)用軟件中的Data Reduction模塊。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析結(jié)果

以27個(gè)小米樣品的24個(gè)指標(biāo)構(gòu)成27×24的矩陣進(jìn)行主成分分析，按照剔除最小特征值的主成分中對(duì)應(yīng)的最大特征向量變量的原則，一次剔除一個(gè)變量，共剔除了8個(gè)變量，最后獲得16個(gè)變量進(jìn)行主成分分析，其中水分、蛋白質(zhì)、灰分、水溶性指數(shù)、直鏈淀粉、支鏈淀粉、直/支、峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、衰減值、回生值、糊化溫度、脂肪、淀粉含量、碳水化合物等指標(biāo)分別用X1、X2、 X3、X4、X5、 X6、 X7、X8、 X9、 X10、 X11、X12、X13、X14、X15、X16來(lái)表示通過(guò)計(jì)算獲得相關(guān)矩陣特征值如表2所示。

按照累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的原則，由表2可見(jiàn)，前7個(gè)主成分所構(gòu)成的信息量占總信息量的87.893%，基本保留了原變量的信息。進(jìn)一步計(jì)算獲得七個(gè)主分量的特征向量如表3所示。

表2 相關(guān)矩陣特征值Table 2 Eigenvalues of correlation matrix

第一主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的23.873%。

第二主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的16.999%。

第三主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的14.843%。

第四主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的10.585%。

第五主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的8.544%。

第六主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的6.771%。

第七主分量：

單獨(dú)說(shuō)明整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異的6.279%。

綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：

表3 特征向量Table 3 Character vector

2.2 不同品種小米質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

由上面主成分分析獲得的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)作為小米的質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，計(jì)算27個(gè)品種小米的評(píng)價(jià)得分，如表4所示。由表4可知，河北省的冀谷19的打分最高，其次是山東的濟(jì)谷13和遼寧省的朝谷12，得分較低的為黑龍江省的龍谷25和吉林省的公谷68，它們主要來(lái)源于東北三省地區(qū)。由于小米的品質(zhì)不僅受品種及主要成分含量等內(nèi)部因素的影響，還會(huì)受到栽培地的氣候及降雨量等自然條件的限制，從而導(dǎo)致小米的產(chǎn)量和質(zhì)量存在較大差異。

表4 不同小米質(zhì)量模型的評(píng)價(jià)Table 4 Quality model evaluation of millet

2.3 小米質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的檢驗(yàn)

表5為傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)法獲得的27種小米的食味值。對(duì)比表4和表5可見(jiàn)，本文所建立的評(píng)價(jià)模型與感官評(píng)價(jià)法具有很好的一致性。除了樣品：甘肅省隴谷10、黑龍江省龍谷32、陜西省延谷12、吉林省延谷12排序結(jié)果略有差異外，其余均一致。

由于小米的質(zhì)量還會(huì)受到播種地區(qū)的氣候、溫度、水分濕度以及施肥量等因素的制約，因此這個(gè)小米品種的品質(zhì)排序只代表試驗(yàn)所獲樣本的排序。若要模型具有一定的普適性，還需要進(jìn)一步補(bǔ)充試驗(yàn)樣品，來(lái)擴(kuò)大模型的適用性。

表5 不同品種小米質(zhì)量感官評(píng)價(jià)Table 5 Sensory evaluation of the quality of different varieties of millet

3 討論與結(jié)論

應(yīng)用主成分分析法建立了小米食用品質(zhì)評(píng)價(jià)模型。利用本模型，使用兩種評(píng)價(jià)方法對(duì)27種小米品種的食用品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，除隴谷10、龍谷32、延谷12、公矮2這四個(gè)品種上的排序有差別外，其他的品種上的排序結(jié)果都是一致。因此這種評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比，兩種方法具有較好的一致性。一般情況下，食味值的評(píng)價(jià)都是由有經(jīng)驗(yàn)的評(píng)價(jià)員或經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)完成，本研究建立的評(píng)價(jià)模型只需要測(cè)定出小米的16個(gè)主要成分指標(biāo)，即可進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此在小米品質(zhì)評(píng)價(jià)中具有更廣的應(yīng)用性和客觀性。

根據(jù)本研究建立的基于主成分分析法的小米食用品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，獲得河北省的冀谷19、山東省的濟(jì)谷13和遼寧省的朝谷12等品種的小米食用品質(zhì)較好，得分較低的為黑龍江省的龍谷25和吉林省的公谷68。這些來(lái)源于不同主產(chǎn)區(qū)的小米品種，其品質(zhì)不僅受到小米的品種、主要成分含量等內(nèi)部因素決定，還會(huì)受到產(chǎn)地的自然條件、栽培條件等因素影響，導(dǎo)致小米的產(chǎn)量和質(zhì)量存在較大差異。在本次調(diào)查中，小米食味品質(zhì)最好的地區(qū)為山西、山東、河北，其次是遼寧和內(nèi)蒙古，較差地區(qū)為甘肅、陜西和黑龍江。小米的食味值南北差異為隨緯度增加，食味值反而減小，尤其在北緯45°以上地區(qū)，小米食味值較差。對(duì)不同品種的小米營(yíng)養(yǎng)成分的變化表明，這27份小米的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、灰分、纖維、碳水化合物的平均含量分別為10.27%、3.09%、11.87%、3.43%、0.83%、71.33%。從這6個(gè)主要的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)看來(lái)，碳水化合物含量最高，其次為蛋白質(zhì)含量，它們是影響小米加工品質(zhì)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。從變異系數(shù)看，脂肪和纖維的變異系數(shù)較大，雖然脂肪和纖維素含量不到5%，但對(duì)小米的加工品質(zhì)起著決定性的作用。

在小米食用品質(zhì)評(píng)價(jià)中，利用主成分分析法，將復(fù)雜的信息簡(jiǎn)單化，通過(guò)建立相關(guān)的評(píng)價(jià)模型，獲得量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)辟了一種客觀評(píng)價(jià)小米食用品質(zhì)的新方法。感官評(píng)價(jià)的小米食味值具有一定的主觀性，主成分分析模型的建立及方法的使用可以為今后的小米食用品質(zhì)的評(píng)價(jià)提供更準(zhǔn)確、更客觀的方法，對(duì)今后的谷子育種工作也有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

另外，小米的食用品質(zhì)還會(huì)受到播種地區(qū)的氣候、溫度、水分濕度以及施肥量等因素的制約，這有待于進(jìn)一步的研究。

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