基于PLSR的不同品种糯米粽子感官品质的预测模型分析

俞奕梓 田家春 陈 通 吴峰华

(浙江农林大学农业与食品科学学院1，杭州 311300)(嘉兴市南湖斋食品有限公司2，嘉兴 314000)(浙江农林大学林业与生物技术学院3，杭州 311300)

目前，关于原料对粽子质构特性的影响已有少量研究报导。梁锐鸿[1]研究了大米复配对粽子品质的影响，发现随着东北珍珠米比例的升高，粽子口感逐渐变硬，黏度和弹性呈现出先增后减的变化趋势。陈云辉[2]在研究糯米粒度对粽子质构属性的影响时，发现随着糯米粒度的减小，粽子硬度、咀嚼性增加，而黏性和弹性有所降低，并且粽子的米香味越来越淡，口味也不协调。

感官评价是最能直接体现质地品质的方法，感官评价往往通过描述词及强度标度实现样品间差异的比较[3]。由于感官评定存在主观性强，耗时耗力等缺点，难以快速有效地对食味品质进行鉴定[4]。因此，近年来较多研究利用食味指标和仪器测定来代替人体感官评价。本文通过PLSR分别建立了全质构分析(TPA)和理化特性对粽子感官品质的预测模型，系统地探究了糯米品种对粽子感官品质的影响，为构建粽子感官品质的预测方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

20种糯米样品见表1，委托嘉兴市南湖斋食品有限公司按照企业标准工艺包制得白米粽子。硫酸铜、溴甲酚绿，均为分析纯；D-无水葡萄糖标准品(>98%，HPLC)。

表1 糯米品种及编号

1.2 仪器与设备

PSC30U-120分析天平，Eppendorf台式高速冷冻离心机，TA-XT质构仪。

1.3 方法

1.3.1 糯米基本成分的测定

水分、蛋白质、脂肪和淀粉分别参照GB/T 5009.3—2010、GB/T 5009.5—2010、GB/T 5009.6—2003和GB/T 5009.9—2008。

1.3.2 糯米支链淀粉含量的测定

采用双波长法测定[5]。

1.3.3 粽子质构特性的测定

粽子水煮30 min，30 ℃恒温水浴20 min，去除粽叶将粽子切成厚度为2 cm的三棱锥台型。TPA条件[6]：SMS P/100探头，测前中后速度分别为2、1、5 mm/s，压缩形变40%，出发力5 g，压缩间隔5 s。

1.3.4 糯米糊化特性的测定

参考李玥[7]的方法。

1.3.5 不同糯米粽子的感官评价

粽子蒸30 min，35 ℃恒温水浴20 min，由10名专业人员经过统一培训组成感官评价小组，按照表2评分标准进行评分。

表2 粽子的感官评分标准

1.3.6 数据分析

运用SPSS软件处理糯米理化特性和粽子质构特征数据，采用LSD法进行单因素方差分析(P<0.05)；PLSR预测模型采用SIMCA-P 14.1处理。

2 结果与分析

2.1 不同品种糯米的理化特性分析

由表3可知，JGN和J65水分较高，灰分较低，TN1灰分和脂肪较高，蛋白质最低，HN蛋白质和脂肪最高。不同区域不同品种的糯米基本成分含量差异显著，籼糯水分和蛋白质高于粳糯，淀粉差异不显著。Lyon等[8]指出直链淀粉及蛋白质含量是评价稻米品质的主要指标。

表3 不同品种糯米的理化特性及糊化特性

由表4可知，不同品种糯米糊化特性差异显著，可能与糯米粒径大小、直链淀粉、支链淀粉含量等因素有关[9]。峰值黏度、保持黏度、最终黏度变异系数大，

表4 不同品种糯米的理化特性及糊化特性

说明糯米品种对黏度影响较大；降落值1 026.62～1 375.05 cP，回生值231.92～421.12 cP，糯米质构与消化特性因品种不同而存在较大差异；糊化时间和糊化温度结果说明各品种间糯米糊化时需要的能量差异较大。

由图1可知，F1主要解释了脂肪、糊化时间、灰分、黏度，F2主要解释了蛋白质、回生值、淀粉、支链淀粉、糊化温度。F1可将样品分成两类，THN、TN1、LJ和J65为一类，水分、黏度等属性强度较大；HN、JN、SN和LN3为一类，离脂肪、降落值、灰分等属性较近。而HN3距离各属性较远，其理化成分与糊化特征无显著性关系。

图1 不同品种糯米理化特性的PCA双标图

2.2 粽子的质构特性分析

由表5可知，HN2和TN1硬度较大，THN3和J65硬度较小；JGN的黏附性最大，JN最小；THN3弹性最大，WYN弹性较小；NLN、WN1、THN和LN3黏聚性较大；LJ和HN12胶着性较大，THN3和J65较小；LJ咀嚼性显著高于其他品种。不同区域的糯米粽子质构特性差异显著，其中粳糯粽子硬度、黏性、弹性、胶着性和咀嚼性高于籼糯粽子，糯米品种对粽子质构的影响大于糯米所产区域对粽子质构的影响。

表5 不同品种糯米粽子的质构属性

2.3 全质构属性与粽子感官品质的PLSR模型

由表6可知，感官评分中JGN黏性最高；LJ、TN1、ZN1、TGXN和LN3光泽较高；LJ、THN3、TN1、JGN和HN2的米香气浓郁；HN2的弹性显著高于其他品种糯米；HN2米味浓郁醇厚；SN疏松度最高，比ZN19、HN12和THN高5.5分。粳糯粽子感官品质优于籼糯粽子，其中LJ粽子得分最高，而JN粽子得分最低。

表6 不同品种糯米粽子的感官评分

对20种糯米粽子的TPA参数和感官评分进行PCA分析，结果见图2。质构参数中黏附性、硬度、咀嚼性和弹性与感官品质中黏性、硬度、咀嚼性和弹性分布较近，说明这几个质构参数与感官指标之间相关性较强，而凝聚性和回复性与各感官指标相距较远，无显著相关。

图2 不同品种糯米粽子的质构特性与感官品质的PCA双标图

TPA能预测5个感官指标(表7)，其中对咀嚼黏性和目测黏性的预测效果最佳，R2>0.9，且RMSEE较小。其次是硬度(R2=0.89，RMSEE=0.33)和咀嚼性(R2=0.80，RMSEE=0.67)。而对米味的预测效果较差，可能是因为米味在组间样品中数值相对集中，差异较小。此前也有学者提出TPA难以预测差异较小的质构属性[8]。

表7 TPA与粽子感官品质的PLSR模型参数

黏性和咀嚼黏性与黏附性和胶着性成显著性正相关，与咀嚼性和回复性成负相关；硬度与黏附性、弹性、胶着性、咀嚼性成正相关，也有研究者发现硬度和黏附性与感官综合评分呈显著正相关[10]。米味与硬度、弹性、胶着性和咀嚼性成显著正相关；咀嚼性与硬度、弹性、胶着性和回复性成正相关。硬度、弹性、咀嚼性分别代表牙齿挤压样品的力量[11]、样品恢复形变的比率、咀嚼样品所需能量[12]。咀嚼性增加是食味品质提高标志之一[13]，综合各项指标得TPA可作为一种预测粽子感官品质的方法。有研究表明食品硬度、弹性、咀嚼性之间往往成显著正相关[14-16]。

2.4 糯米理化特性与粽子感官品质的PLSR模型

对20种糯米的理化特性和粽子的感官评分进行PCA分析，结果见图3。最终黏度、峰值黏度和保持黏度与目测黏性、咀嚼黏性成显著正相关；糊化时间、淀粉和支链淀粉与咀嚼性和硬度显著相关。通常将直链淀粉含量作为口感评估的标志，直链淀粉含量低的糯米则软糯、黏度大[17]。可能是直、支链淀粉之间形成结晶，并增强了晶体结构耐热性，限制蒸煮过程中淀粉膨胀和热溶出，导致硬度增加[18]。此外在淀粉冷却胶凝过程中，大量淀粉分子通过氢键交联聚合，导致硬度和弹性增大[19]。

图3 不同品种糯米的理化特性与粽子感官品质的PCA双标图

食品中淀粉含量与感官特征之间往往显著相关，小米粥黏度与直链淀粉含量显著正相关，与支链淀粉含量显著负相关[20]。蛋白质、脂肪、降落值和回生值与感官指标距离较远，与黏性和硬度成负相关。周显青等[21]研究发现蛋白质含量越高，米饭适口性越差。因此Nawaz等[22]通过去除表面蛋白显著提高了米饭黏度。另外脂肪含量会显著降低黏性[23]，与Ohishi添加脂肪酸能够降低黏性的结论一致[24]。研究表明淀粉脂肪体中的脂肪酸能够与直链淀粉相互作用生成螺旋状络合物，在膨胀糊化时吸收大量热量，抑制淀粉膨润糊化，降低黏性[25]。

糯米理化特性能预测粽子6个感官指标(表8)，其中目测黏性的预测效果最佳，R2=0.98，且RMSEE较小。其次是硬度(R2=0.71，RMSEE=0.54)、米香(R2=0.65，RMSEE=1.31)和光泽(R2=0.61，RMSEE=1.05)，而对米味和咀嚼性的预测效果较差。

表8 糯米理化特性与粽子感官品质的PLSR模型参数

糯米水分和灰分与光泽和米香成正相关，灰分越大糊化温度越高，越难糊化，导致糊化时间过长[26]。水分与硬度、米味和咀嚼性成负相关，可能是在粽子煮制过程中，过多水分导致淀粉过度糊化，使得硬度下降、米味流失。支链淀粉与硬度和咀嚼性成正相关，与米香成负相关，Lee等[27]发现支链淀粉含量越高食味值越高，支链淀粉提高了热溶出物中可溶性淀粉含量、短链比例和分子尺寸，增强了表面淀粉分子间作用力，增大了黏附力和脱附阻力，进而提高了黏度[28,29]。糯米淀粉中直、支链比与凝胶强度有显著性关系[12]。淀粉经糊化后形成凝胶，其硬度和弹性对加工性能和产品质量有较大影响[30]。蛋白质与米味成正相关，与光泽和米香成负相关，高蛋白质含量会降低吸水率[31]，使得米粒暗淡无光泽，而且还会降低淀粉膨胀速率和程度，减弱米香散发[32]。脂肪与光泽、米味显著相关。糯米有较多不饱和脂肪酸和淀粉脂肪复合物，能改善滋味、光泽与适口性[33]。

峰值黏度、保持黏度和最终黏度与粽子黏性和硬度成正相关，与米味成负相关。黏性代表克服表面接触吸引力所需能量[34]，峰值黏度反映了淀粉糊化升温过程中淀粉颗粒的膨胀程度[35]，与糯米品质存在线性关系[36]。峰值黏度越高，糊化结晶胶束中氢键越易被破坏，米饭质地软黏、口感佳。回生值反映淀粉冷糊稳定性和老化趋势，一定程度的回生能提高硬度和韧性[37]，但会导致粽子光泽暗淡和米香流失。此外，糊化温度也是衡量品质的重要指标，温度高导致淀粉颗粒溶胀、黏度升高，逐渐达到峰值黏度[38]。本实验中糊化时间和糊化温度与感官指标成正相关，与黄忠民等[39]的研究结果较为一致。早期有学者发现降落值、糊化温度和峰值黏度对预测模型的贡献最大[40]。而本实验中糊化时间对粽子感官品质预测模型的贡献最显著。

3 结论

利用PLSR模型可将多个与食味品质相关的理化指标量化为粽子的品质综合指标。本实验通过比较TPA和理化特性对粽子感官品质预测模型的优劣，发现TPA更适用于预测粽子感官品质。感官评定表明粳糯比籼糯更适于包制粽子，糯米品种对粽子品质的影响大于糯米产地区域对粽子品质的影响，为预测粽子感官品质的方法提供新思路，同时为粽子原料的选择提供参考。