刘姣 王婧 李妍依 丁华 张珣 周有祥 杨洁*

（1 湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，武汉 430064；2 湖北省农产品营养质量安全重点实验室，武汉 430064；第一作者：BABOjiao@126.com；*通讯作者：yangjie1127@163.com）

水稻是世界上一半以上人口的主食。随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，对优质稻米的需求逐年增加。稻米品质作为一个综合性状，需从加工品质、外观品质、蒸煮品质、营养品质和食味品质等多方面衡量[1-3]。其中，食味品质是决定大米市场价格和消费者满意度的重要评价指标[4]。食味品质可以通过感官评价方法分析，并给出食味值作为分级指标，也可借助米饭食味计、质构仪等仪器设备辅助分析[5-6]。然而，感官评价法主观性较强，培训专业的品评员和评价大量稻米样品费时费力[7-8]；依靠米饭食味计、质构仪等仪器设备，可以快速有效评价不同稻米样品的食味品质差异[9-10]。

研究表明，稻米品种及理化成分对稻米食味品质及质构特性有显著影响[4，11]。为满足人们对高品质食味稻米的需求，许多研究者都致力于研究稻米食味品质与理化特性的相关性，用以指导优质稻的育种、评价和消费[12-14]。然而，水稻粒型（粒长、粒宽和长宽比）作为水稻育种的重要农艺性状[15-16]，是决定水稻最终产量的关键因素之一[17]，但粒型对稻米食味品质的影响及其变化规律还鲜有研究。本研究选取22个不同品种粒形吉林粳稻稻米样品，比较分析其稻米理化性质及食味品质和质构特性差异。并利用相关性分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）和正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least square-discriminate analysis，OPLS-DA）等多元统计方法，进一步分析不同品种稻米品质指标间的内在关系，探究粒型对稻米食味品质的影响，以期为构建基于稻米粒型快速评价稻米食用特性的方法提供数据支撑，为高品质食味稻米品种选育和消费提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试22个粳稻品种样品由吉林省种子管理站提供，分别为宏科537、吉农大219、通育271、滢科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 号、吉粳 127、通科 77、吉农大593、吉粳 536、北作 132、吉大 177、吉大 313、沅粳 6、长乐 520 和龙垦 2208，编号为 S1～S22。2019 年种植于同一田块，收获后将谷粒晒干至水分含量接近12%后于4 ℃保存备用。所有试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

参试的仪器和设备有JNMJ7 稻谷碾米机（浙江托普云公司）、SC-E 大米外观品质分析仪（杭州万深公司）、FIA Star5000 流动注射仪（丹麦福斯公司）、Kjeltec8400 全自动凯氏定氮仪（丹麦福斯公司）、STA1A 型米饭食味计（日本佐竹公司）、Tensipresser My Boy II 食品物性分析仪（日本竹友电机公司）。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 稻米加工品质

取300 g 净稻谷，利用碾米机碾磨至除去80%以上的水稻胚和谷粒皮层，根据NY/T 83-2017《米质测定方法》的要求测定糙米率、精米率和整精米率。

1.3.2 稻米外观品质

根据NY/T 2334-2013《稻米整精米率、粒型、垩白粒率、垩白度及透明度的测定图像法》，利用杭州万深SC-E 大米外观品质分析仪测定稻米的粒长、粒宽、长宽比和垩白度。取20 g 整精米铺在分析仪面板上，调整米粒，使其完全展开而不重叠。利用配套软件自动计算稻米粒长、粒宽、长宽比和垩白度的平均值。垩白度表示为垩白面积总和占试样整精米面积总和的百分率。

1.3.3 稻米理化性质

取整精米磨成粉末后用于直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量测定。直链淀粉含量根据NY/T 2639-2014《稻米直链淀粉的测定 分光光度法》，采用Fiastar 5000 流动注射仪于620 nm 处测定[18]；胶稠度采用NY/T 83-2017《米质测定方法》规定的方法测定[19]；粗蛋白质含量根据GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》，采用Kjeltec-Foss 8400 全自动凯氏定氮仪测定。

1.3.4 稻米食味品质

基于近红外透射法采用米饭食味计测定大米食味值。米饭样品根据GB/T 15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》制备，略有改动。取50 g 整精米加入去离子水（1∶1.2，w/w）浸泡 30 min，蒸煮40 min，然后在室温下冷却20 min。取8.0±0.1 g 米饭样品压制成饭团后测定食味值。每个稻米样品重复3 次，每个重复测定6 次（饭团正反面各测量3 次）。

利用Tensipresser My Boy II 食品物性分析仪对22个米饭样品的硬度、韧性、黏度和黏性等质构特性进行分析。称取10.0±0.1 g 米饭，压制成饭团后测定质构特性。使用直径2.5 cm 的扁平圆柱探头，基线设定为4，变形量为23%，测试速率为2.0 mm/s，上升高度为30 mm。每个稻米样品重复测定5 次[20-21]。依据测得的黏度和硬度结果计算黏度硬度比（下简称黏硬比），作为评价稻米质构特性的综合参数。

1.4 数据处理

采用SPSS 16.0 统计软件进行Pearson 相关性分析。采用SIMCA 13.0 多变量统计分析软件进行PCA和OPLS-DA 分析，通过数据的拟合能力（R2）和预测能力（Q2）方差评估 OPLS-DA 模型，采用 200 次模型置换检验评价R2和Q2的显著性。

2 结果与分析

2.1 稻米及米饭样品外观品质差异分析

由表1 可见，22个粳稻品种稻米样品的粒型差异较大，粒长变幅为4.2～6.6 mm，长宽比在1.5～2.9 之间。参试品种稻米粒长的变异大于粒宽。米饭样品的粒型差异较小，长宽比2.8～3.3，变异系数4.9%。22个水稻品种垩白度均较低，除宏科537（S1）、吉农大219（S2）、通育 271（S3）的垩白度大于 5.0%外，余下 19个粳稻品种垩白度均达国标3 级及以上标准，垩白度变异系数高达39.4%。

表1 不同粒型粳稻品种稻米及米饭样品的粒型及垩白度分析

2.2 稻米加工品质及理化性质差异

由表2 可见，参试22个粳稻品种稻米样品的加工品质及理化性质无显著差异，糙米率、精米率和整精米率平均值分别为83.2%、74.7%和70.6%，变异系数均低于5.0%。直链淀粉含量和胶稠度平均值分别为16.5%和71 mm。蛋白质含量差异程度高于直链淀粉含量，变异系数为10.6%，其中，吉大313（S19）的蛋白质含量最高，达9.27%。根据NY/T 593-2013《食用稻品种品质》，12个稻米样品（S4、S5、S6、S7、S8、S10、S11、S13、S14、S16、S17 和 S19）可达优 2 级优质大米标准、7个稻米样品（S9、S12、S15、S18、S20、S21 和 S22）可达 3 级优质大米标准、3个稻米样品（S1、S2 和 S3）为普通级大米。

表2 不同粒型粳稻品种稻米理化性质分析及等级评定

2.3 稻米食味品质差异

表3 显示，22个粳稻品种稻米样品米饭硬度、韧性、黏度和黏性的变异系数均在10.0%以上，硬度变异系数最大，滢科 101（S4）硬度最大，为 97.56 gw/cm2，吉粳830（S11）硬度最小，为51.00 gw/cm2；不同米饭样品的黏硬比范围为0.35～0.97，变异系数为29.2%，表明参试22个样品的质构特性差异较大。采用食味计测定米饭的食味值，食味值最高的是吉粳830（S11），达77.67分，食味值最低的是滢科101（S4），仅 59.67 分。

此外，本试验根据GB/T 15682-2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》中稻米直链淀粉含量与米水比的对应关系，选择的米水比为1∶1.2，这可能并不适用于所有大米样品[22]。为此，我们选用粒长最长的龙垦2208（S22）分析不同米水比对米饭食味值的影响。结果表明，当米水比为 1∶1.0 至 1∶1.5 时，其食味值在69～78 分之间变化。对于龙垦2208（S22），适合的米水比为 1∶1.3 或 1∶1.4（食味值均为 78 分）。因此，粳稻食味品质分析在选择米水比时，除考虑直链淀粉的含量外，还要考虑粒型[23]。进一步研究不同粒型粳稻在不同水米比条件下米饭内部结构的变化，可为揭示粳稻食味品质的变化规律提供参考，并有助于促进不同粒型稻米的优化利用及分等分级。

2.4 稻米粒型与食味品质的相关性分析

参试22个粳稻品种稻米样品理化性质接近，但粒型差异较大，因此利用SPSS 软件进一步分析22个稻米样品的粒型（包括粒长、粒宽和长宽比）、稻米食味值和质构特性的相关性，结果如表4 所示。从表4 可见，稻米粒宽与米饭硬度呈显著正相关（p<0.05），相关系数为0.507，与米饭黏度、黏硬比和食味值呈显著负相关（p<0.05），与米饭黏性呈极显著负相关（p<0.01）；稻米长宽比与米饭黏度和黏性呈显著正相关（p<0.05）。结果表明，稻米粒型等外观指标除影响大米产量外，对米饭最终口感和质构特性的影响也值得关注。此外，黏硬比与4个质构特性指标均具有极显著的相关性（p<0.01），且黏硬比与食味值呈极显著正相关（p<0.01），相关系数为0.537，表明黏硬比可以有效用于米饭食味及质构特性的综合评价。

前人研究表明，稻米质构特性主要由水稻米品种、理化成分及其分子结构决定[4，11]。本研究结果显示，粒型与稻米质构特性间具有较强显著性关系，其中粒型与米饭黏性间的相关系数达0.647。后续研究中，通过增加样本量并设立验证样本进行深入研究，构建二者之间相关性模型，有望为基于稻米粒型建立稻米食用特性的快速评价方法提供参考。

2.5 不同稻米样品的PCA 分析

从图1 a 可见，PCA 分析提取的2个主成分中，第一主成分解释所有变量方差的53.8%，是方差贡献率最大的主成分，第二主成分解释所有变量方差的26.7%，2个主成分的累计贡献为80.5%，表明这2个主成分可以反映参试样品的主要特征[24]。根据载荷图（图1b），位列于第 1、2、3 和 4 象限的稻米样品分别因为具有较高硬度（≥80 gw/cm2）、较大长宽比（≥2.4）、较宽粒宽（≥2.6 mm）和较高食味值（≥72 分）而聚集为不同的组。此外，对聚集于第1 和第4 象限稻米样品的稻米品质进行比较分析发现，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）、长乐520（S21）和龙垦 2208（S22）这 10个品种稻米样品的黏硬比较高，在0.54～0.97 之间，同时也显示黏硬比和食味值间呈正相关性。

图1 不同粒型粳稻品种稻米样品的PCA 得分图（a）和载荷图（b）

2.6 不同稻米样品的OPLS-DA 分析

根据主成分分析结果，选择黏硬比作为判别标准，进一步进行OPLS-DA 分析（图3）。如图3 a 所示，OPLS-DA 分析共得到2个主成分，模型拟合能力R2X（cum）=0.759，预测能力Q2（cum）=0.698，显示了较高的可靠性和预测性[25]。模型的统计学显著性（p 值）为0.00026，进一步证明了模型的可靠性。22个粳稻品种样本除吉大313（S19）外全部处于95%置信区间内，黏硬比（＞0.5）和食味值（＞70 分）较高样本聚集于右侧，区分显著，说明黏硬比可用作评价稻米食味品质的指标，但黏硬比用于稻米食味等级分级的对应关系还有待进一步研究。吉大313（S19）是OPLS-DA 模型中的异常值，其原因可能是该样本具有较高黏硬比（0.62），但食味值较低（60.67 分）。当将大米等级作为模型得分图的标签时（图3b），只有47.3%优质稻聚集在右侧，且与普通等级稻米样品不能有效区分，该结果说明优质食味稻与优质稻的评价机制还有待完善。同时在后续研究中，适当增加样本量有助于进一步提高模型精度和可信度。图3c 显示，200 次模型置换检验R2和Q2的回归线与横坐标交叉或者小于0，且左侧的所有蓝色Q2值都低于右侧的原始点，表明OPLS-DA 模型是可靠的，无过拟合现象，符合样本数据的真实情况。

3 结论与讨论

本研究采用多元统计方法对22个理化性质相近、粒型差异较大的粳稻品种稻米样品食味品质和质构特性进行了分析与评价。结果表明，稻米的粒型尤其是粒宽和长宽比与稻米的食味值及质构特性间具有显著的相关性，可见，稻米粒型等外观指标除影响大米产量外，对米饭最终口感和质构特性的影响也值得关注。然而粒型对不同品种稻米食味品质的影响并不完全相同，前人研究表明，稻米粒型主要与品种有关，受产地影响较小，进一步分析不同粒型稻米在不同米水比条件下米饭蒸煮时的变化过程，有助于揭示粒型差异对稻米食味品质的影响机制，为基于稻米外观特性构建稻米食味品质的快速评价方法提供理论支撑。

由于各地不同的文化习俗和饮食习惯，目前很难对稻米的食用品质做出统一评价。本研究利用OPLSDA 对22个品种稻米样品食味品质和质构特性进行了初步分析，结果表明，利用黏硬比建立的OPLS-DA 预测模型，可对食味值较高大米进行有效区分。在后续研究中，黏硬比可考虑作为优质食味稻米评价的特征指标之一。此外，在考虑大米等级的同时，消费者还可以根据黏硬比和个人喜好来选择硬度较高或黏度较高大米，有助于推动优质食味大米的消费转型升级。

图2 22个稻米样品的OPLA-DA 得分图（a，按品种名称区分；b，按大米等级区分)和200 次模型置换检验图（c）