劉姣 王婧 李妍依 丁華 張珣 周有祥 楊潔*

（1 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，武漢 430064；2 湖北省農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430064；第一作者：BABOjiao@126.com；*通訊作者：yangjie1127@163.com）

水稻是世界上一半以上人口的主食。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米的需求逐年增加。稻米品質(zhì)作為一個(gè)綜合性狀，需從加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)等多方面衡量[1-3]。其中，食味品質(zhì)是決定大米市場(chǎng)價(jià)格和消費(fèi)者滿意度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]。食味品質(zhì)可以通過(guò)感官評(píng)價(jià)方法分析，并給出食味值作為分級(jí)指標(biāo)，也可借助米飯食味計(jì)、質(zhì)構(gòu)儀等儀器設(shè)備輔助分析[5-6]。然而，感官評(píng)價(jià)法主觀性較強(qiáng)，培訓(xùn)專業(yè)的品評(píng)員和評(píng)價(jià)大量稻米樣品費(fèi)時(shí)費(fèi)力[7-8]；依靠米飯食味計(jì)、質(zhì)構(gòu)儀等儀器設(shè)備，可以快速有效評(píng)價(jià)不同稻米樣品的食味品質(zhì)差異[9-10]。

研究表明，稻米品種及理化成分對(duì)稻米食味品質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性有顯著影響[4，11]。為滿足人們對(duì)高品質(zhì)食味稻米的需求，許多研究者都致力于研究稻米食味品質(zhì)與理化特性的相關(guān)性，用以指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)稻的育種、評(píng)價(jià)和消費(fèi)[12-14]。然而，水稻粒型（粒長(zhǎng)、粒寬和長(zhǎng)寬比）作為水稻育種的重要農(nóng)藝性狀[15-16]，是決定水稻最終產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[17]，但粒型對(duì)稻米食味品質(zhì)的影響及其變化規(guī)律還鮮有研究。本研究選取22個(gè)不同品種粒形吉林粳稻稻米樣品，比較分析其稻米理化性質(zhì)及食味品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性差異。并利用相關(guān)性分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）和正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least square-discriminate analysis，OPLS-DA）等多元統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)一步分析不同品種稻米品質(zhì)指標(biāo)間的內(nèi)在關(guān)系，探究粒型對(duì)稻米食味品質(zhì)的影響，以期為構(gòu)建基于稻米粒型快速評(píng)價(jià)稻米食用特性的方法提供數(shù)據(jù)支撐，為高品質(zhì)食味稻米品種選育和消費(fèi)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試22個(gè)粳稻品種樣品由吉林省種子管理站提供，分別為宏科537、吉農(nóng)大219、通育271、瀅科101、通禾 868、吉粳 823、通院 535、通粳 522、郅禾 168、吉粳322、吉粳 830、月光 1 號(hào)、吉粳 127、通科 77、吉農(nóng)大593、吉粳 536、北作 132、吉大 177、吉大 313、沅粳 6、長(zhǎng)樂(lè) 520 和龍墾 2208，編號(hào)為 S1～S22。2019 年種植于同一田塊，收獲后將谷粒曬干至水分含量接近12%后于4 ℃保存?zhèn)溆谩Ｋ性噭┚鶠閲?guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

參試的儀器和設(shè)備有JNMJ7 稻谷碾米機(jī)（浙江托普云公司）、SC-E 大米外觀品質(zhì)分析儀（杭州萬(wàn)深公司）、FIA Star5000 流動(dòng)注射儀（丹麥福斯公司）、Kjeltec8400 全自動(dòng)凱氏定氮儀（丹麥福斯公司）、STA1A 型米飯食味計(jì)（日本佐竹公司）、Tensipresser My Boy II 食品物性分析儀（日本竹友電機(jī)公司）。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 稻米加工品質(zhì)

取300 g 凈稻谷，利用碾米機(jī)碾磨至除去80%以上的水稻胚和谷粒皮層，根據(jù)NY/T 83-2017《米質(zhì)測(cè)定方法》的要求測(cè)定糙米率、精米率和整精米率。

1.3.2 稻米外觀品質(zhì)

根據(jù)NY/T 2334-2013《稻米整精米率、粒型、堊白粒率、堊白度及透明度的測(cè)定圖像法》，利用杭州萬(wàn)深SC-E 大米外觀品質(zhì)分析儀測(cè)定稻米的粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比和堊白度。取20 g 整精米鋪在分析儀面板上，調(diào)整米粒，使其完全展開(kāi)而不重疊。利用配套軟件自動(dòng)計(jì)算稻米粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比和堊白度的平均值。堊白度表示為堊白面積總和占試樣整精米面積總和的百分率。

1.3.3 稻米理化性質(zhì)

取整精米磨成粉末后用于直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量測(cè)定。直鏈淀粉含量根據(jù)NY/T 2639-2014《稻米直鏈淀粉的測(cè)定 分光光度法》，采用Fiastar 5000 流動(dòng)注射儀于620 nm 處測(cè)定[18]；膠稠度采用NY/T 83-2017《米質(zhì)測(cè)定方法》規(guī)定的方法測(cè)定[19]；粗蛋白質(zhì)含量根據(jù)GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》，采用Kjeltec-Foss 8400 全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定。

1.3.4 稻米食味品質(zhì)

基于近紅外透射法采用米飯食味計(jì)測(cè)定大米食味值。米飯樣品根據(jù)GB/T 15682-2008《糧油檢驗(yàn)稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》制備，略有改動(dòng)。取50 g 整精米加入去離子水（1∶1.2，w/w）浸泡 30 min，蒸煮40 min，然后在室溫下冷卻20 min。取8.0±0.1 g 米飯樣品壓制成飯團(tuán)后測(cè)定食味值。每個(gè)稻米樣品重復(fù)3 次，每個(gè)重復(fù)測(cè)定6 次（飯團(tuán)正反面各測(cè)量3 次）。

利用Tensipresser My Boy II 食品物性分析儀對(duì)22個(gè)米飯樣品的硬度、韌性、黏度和黏性等質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行分析。稱取10.0±0.1 g 米飯，壓制成飯團(tuán)后測(cè)定質(zhì)構(gòu)特性。使用直徑2.5 cm 的扁平圓柱探頭，基線設(shè)定為4，變形量為23%，測(cè)試速率為2.0 mm/s，上升高度為30 mm。每個(gè)稻米樣品重復(fù)測(cè)定5 次[20-21]。依據(jù)測(cè)得的黏度和硬度結(jié)果計(jì)算黏度硬度比（下簡(jiǎn)稱黏硬比），作為評(píng)價(jià)稻米質(zhì)構(gòu)特性的綜合參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析。采用SIMCA 13.0 多變量統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行PCA和OPLS-DA 分析，通過(guò)數(shù)據(jù)的擬合能力（R2）和預(yù)測(cè)能力（Q2）方差評(píng)估 OPLS-DA 模型，采用 200 次模型置換檢驗(yàn)評(píng)價(jià)R2和Q2的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻米及米飯樣品外觀品質(zhì)差異分析

由表1 可見(jiàn)，22個(gè)粳稻品種稻米樣品的粒型差異較大，粒長(zhǎng)變幅為4.2～6.6 mm，長(zhǎng)寬比在1.5～2.9 之間。參試品種稻米粒長(zhǎng)的變異大于粒寬。米飯樣品的粒型差異較小，長(zhǎng)寬比2.8～3.3，變異系數(shù)4.9%。22個(gè)水稻品種堊白度均較低，除宏科537（S1）、吉農(nóng)大219（S2）、通育 271（S3）的堊白度大于 5.0%外，余下 19個(gè)粳稻品種堊白度均達(dá)國(guó)標(biāo)3 級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)，堊白度變異系數(shù)高達(dá)39.4%。

表1 不同粒型粳稻品種稻米及米飯樣品的粒型及堊白度分析

2.2 稻米加工品質(zhì)及理化性質(zhì)差異

由表2 可見(jiàn)，參試22個(gè)粳稻品種稻米樣品的加工品質(zhì)及理化性質(zhì)無(wú)顯著差異，糙米率、精米率和整精米率平均值分別為83.2%、74.7%和70.6%，變異系數(shù)均低于5.0%。直鏈淀粉含量和膠稠度平均值分別為16.5%和71 mm。蛋白質(zhì)含量差異程度高于直鏈淀粉含量，變異系數(shù)為10.6%，其中，吉大313（S19）的蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)9.27%。根據(jù)NY/T 593-2013《食用稻品種品質(zhì)》，12個(gè)稻米樣品（S4、S5、S6、S7、S8、S10、S11、S13、S14、S16、S17 和 S19）可達(dá)優(yōu) 2 級(jí)優(yōu)質(zhì)大米標(biāo)準(zhǔn)、7個(gè)稻米樣品（S9、S12、S15、S18、S20、S21 和 S22）可達(dá) 3 級(jí)優(yōu)質(zhì)大米標(biāo)準(zhǔn)、3個(gè)稻米樣品（S1、S2 和 S3）為普通級(jí)大米。

表2 不同粒型粳稻品種稻米理化性質(zhì)分析及等級(jí)評(píng)定

2.3 稻米食味品質(zhì)差異

表3 顯示，22個(gè)粳稻品種稻米樣品米飯硬度、韌性、黏度和黏性的變異系數(shù)均在10.0%以上，硬度變異系數(shù)最大，瀅科 101（S4）硬度最大，為 97.56 gw/cm2，吉粳830（S11）硬度最小，為51.00 gw/cm2；不同米飯樣品的黏硬比范圍為0.35～0.97，變異系數(shù)為29.2%，表明參試22個(gè)樣品的質(zhì)構(gòu)特性差異較大。采用食味計(jì)測(cè)定米飯的食味值，食味值最高的是吉粳830（S11），達(dá)77.67分，食味值最低的是瀅科101（S4），僅 59.67 分。

此外，本試驗(yàn)根據(jù)GB/T 15682-2008《糧油檢驗(yàn) 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評(píng)價(jià)方法》中稻米直鏈淀粉含量與米水比的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇的米水比為1∶1.2，這可能并不適用于所有大米樣品[22]。為此，我們選用粒長(zhǎng)最長(zhǎng)的龍墾2208（S22）分析不同米水比對(duì)米飯食味值的影響。結(jié)果表明，當(dāng)米水比為 1∶1.0 至 1∶1.5 時(shí)，其食味值在69～78 分之間變化。對(duì)于龍墾2208（S22），適合的米水比為 1∶1.3 或 1∶1.4（食味值均為 78 分）。因此，粳稻食味品質(zhì)分析在選擇米水比時(shí)，除考慮直鏈淀粉的含量外，還要考慮粒型[23]。進(jìn)一步研究不同粒型粳稻在不同水米比條件下米飯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，可為揭示粳稻食味品質(zhì)的變化規(guī)律提供參考，并有助于促進(jìn)不同粒型稻米的優(yōu)化利用及分等分級(jí)。

2.4 稻米粒型與食味品質(zhì)的相關(guān)性分析

參試22個(gè)粳稻品種稻米樣品理化性質(zhì)接近，但粒型差異較大，因此利用SPSS 軟件進(jìn)一步分析22個(gè)稻米樣品的粒型（包括粒長(zhǎng)、粒寬和長(zhǎng)寬比）、稻米食味值和質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性，結(jié)果如表4 所示。從表4 可見(jiàn)，稻米粒寬與米飯硬度呈顯著正相關(guān)（p<0.05），相關(guān)系數(shù)為0.507，與米飯黏度、黏硬比和食味值呈顯著負(fù)相關(guān)（p<0.05），與米飯黏性呈極顯著負(fù)相關(guān)（p<0.01）；稻米長(zhǎng)寬比與米飯黏度和黏性呈顯著正相關(guān)（p<0.05）。結(jié)果表明，稻米粒型等外觀指標(biāo)除影響大米產(chǎn)量外，對(duì)米飯最終口感和質(zhì)構(gòu)特性的影響也值得關(guān)注。此外，黏硬比與4個(gè)質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)均具有極顯著的相關(guān)性（p<0.01），且黏硬比與食味值呈極顯著正相關(guān)（p<0.01），相關(guān)系數(shù)為0.537，表明黏硬比可以有效用于米飯食味及質(zhì)構(gòu)特性的綜合評(píng)價(jià)。

前人研究表明，稻米質(zhì)構(gòu)特性主要由水稻米品種、理化成分及其分子結(jié)構(gòu)決定[4，11]。本研究結(jié)果顯示，粒型與稻米質(zhì)構(gòu)特性間具有較強(qiáng)顯著性關(guān)系，其中粒型與米飯黏性間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.647。后續(xù)研究中，通過(guò)增加樣本量并設(shè)立驗(yàn)證樣本進(jìn)行深入研究，構(gòu)建二者之間相關(guān)性模型，有望為基于稻米粒型建立稻米食用特性的快速評(píng)價(jià)方法提供參考。

2.5 不同稻米樣品的PCA 分析

從圖1 a 可見(jiàn)，PCA 分析提取的2個(gè)主成分中，第一主成分解釋所有變量方差的53.8%，是方差貢獻(xiàn)率最大的主成分，第二主成分解釋所有變量方差的26.7%，2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)為80.5%，表明這2個(gè)主成分可以反映參試樣品的主要特征[24]。根據(jù)載荷圖（圖1b），位列于第 1、2、3 和 4 象限的稻米樣品分別因?yàn)榫哂休^高硬度（≥80 gw/cm2）、較大長(zhǎng)寬比（≥2.4）、較寬粒寬（≥2.6 mm）和較高食味值（≥72 分）而聚集為不同的組。此外，對(duì)聚集于第1 和第4 象限稻米樣品的稻米品質(zhì)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，通育271（S3）、通粳522（S8）、吉粳 322（S10）、吉粳 830（S11）、吉粳 127（S13）、北作 132（S17）、吉大 177（S18）、吉大 313（S19）、長(zhǎng)樂(lè)520（S21）和龍墾 2208（S22）這 10個(gè)品種稻米樣品的黏硬比較高，在0.54～0.97 之間，同時(shí)也顯示黏硬比和食味值間呈正相關(guān)性。

圖1 不同粒型粳稻品種稻米樣品的PCA 得分圖（a）和載荷圖（b）

2.6 不同稻米樣品的OPLS-DA 分析

根據(jù)主成分分析結(jié)果，選擇黏硬比作為判別標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步進(jìn)行OPLS-DA 分析（圖3）。如圖3 a 所示，OPLS-DA 分析共得到2個(gè)主成分，模型擬合能力R2X（cum）=0.759，預(yù)測(cè)能力Q2（cum）=0.698，顯示了較高的可靠性和預(yù)測(cè)性[25]。模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性（p 值）為0.00026，進(jìn)一步證明了模型的可靠性。22個(gè)粳稻品種樣本除吉大313（S19）外全部處于95%置信區(qū)間內(nèi)，黏硬比（＞0.5）和食味值（＞70 分）較高樣本聚集于右側(cè)，區(qū)分顯著，說(shuō)明黏硬比可用作評(píng)價(jià)稻米食味品質(zhì)的指標(biāo)，但黏硬比用于稻米食味等級(jí)分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。吉大313（S19）是OPLS-DA 模型中的異常值，其原因可能是該樣本具有較高黏硬比（0.62），但食味值較低（60.67 分）。當(dāng)將大米等級(jí)作為模型得分圖的標(biāo)簽時(shí)（圖3b），只有47.3%優(yōu)質(zhì)稻聚集在右側(cè)，且與普通等級(jí)稻米樣品不能有效區(qū)分，該結(jié)果說(shuō)明優(yōu)質(zhì)食味稻與優(yōu)質(zhì)稻的評(píng)價(jià)機(jī)制還有待完善。同時(shí)在后續(xù)研究中，適當(dāng)增加樣本量有助于進(jìn)一步提高模型精度和可信度。圖3c 顯示，200 次模型置換檢驗(yàn)R2和Q2的回歸線與橫坐標(biāo)交叉或者小于0，且左側(cè)的所有藍(lán)色Q2值都低于右側(cè)的原始點(diǎn)，表明OPLS-DA 模型是可靠的，無(wú)過(guò)擬合現(xiàn)象，符合樣本數(shù)據(jù)的真實(shí)情況。

3 結(jié)論與討論

本研究采用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)22個(gè)理化性質(zhì)相近、粒型差異較大的粳稻品種稻米樣品食味品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，稻米的粒型尤其是粒寬和長(zhǎng)寬比與稻米的食味值及質(zhì)構(gòu)特性間具有顯著的相關(guān)性，可見(jiàn)，稻米粒型等外觀指標(biāo)除影響大米產(chǎn)量外，對(duì)米飯最終口感和質(zhì)構(gòu)特性的影響也值得關(guān)注。然而粒型對(duì)不同品種稻米食味品質(zhì)的影響并不完全相同，前人研究表明，稻米粒型主要與品種有關(guān)，受產(chǎn)地影響較小，進(jìn)一步分析不同粒型稻米在不同米水比條件下米飯蒸煮時(shí)的變化過(guò)程，有助于揭示粒型差異對(duì)稻米食味品質(zhì)的影響機(jī)制，為基于稻米外觀特性構(gòu)建稻米食味品質(zhì)的快速評(píng)價(jià)方法提供理論支撐。

由于各地不同的文化習(xí)俗和飲食習(xí)慣，目前很難對(duì)稻米的食用品質(zhì)做出統(tǒng)一評(píng)價(jià)。本研究利用OPLSDA 對(duì)22個(gè)品種稻米樣品食味品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了初步分析，結(jié)果表明，利用黏硬比建立的OPLS-DA 預(yù)測(cè)模型，可對(duì)食味值較高大米進(jìn)行有效區(qū)分。在后續(xù)研究中，黏硬比可考慮作為優(yōu)質(zhì)食味稻米評(píng)價(jià)的特征指標(biāo)之一。此外，在考慮大米等級(jí)的同時(shí)，消費(fèi)者還可以根據(jù)黏硬比和個(gè)人喜好來(lái)選擇硬度較高或黏度較高大米，有助于推動(dòng)優(yōu)質(zhì)食味大米的消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

圖2 22個(gè)稻米樣品的OPLA-DA 得分圖（a，按品種名稱區(qū)分；b，按大米等級(jí)區(qū)分)和200 次模型置換檢驗(yàn)圖（c）