基于主成分分析法综合评价即食米饭品质特性

张晓绘　李汴生　阮征　李丹丹

摘要：为探讨即食米饭的品质并建立评价体系，该研究选取8种不同品种的大米制备即食米饭，并对包含理化性质、蒸煮特性和质构特性的15个指标进行测定分析，考察不同品种大米制得的即食米饭各项品质指标之间的差异性和相关性。同时采用主成分分析法对即食米饭品质进行综合评价并建立即食米饭品质评价模型。结果表明，8种原料米各指标变异系数范围为1.64%～28.74%，咀嚼性、碘值受品种的影响最大，且咀嚼性与碘值呈显著负相关（P<0.05）。主成分分析共提取了3个主成分，3个主成分方差贡献率分别为45.508%、29.235%、13.583%，累计方差贡献率达88.326%。评价模型为F=－0.100x1+0.127x2－0.084x3+0.140x4+0.064x5+0.091x6－0.093x7－0.059x8+0.144x9。该模型与感官评分之间存在良好线性关系，决定系数R2为0.878 8，说明该模型能较全面、客观地反映即食米饭的优劣程度。

关键词：即食米饭；主成分分析；品质评价

中图分类号：TS213.3文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2024）01-0001-07

Comprehensive Evaluation of Quality Characteristics of Instant Rice Based on Principal Component Analysis

ZHANG Xiao-hui， LI Bian-sheng*， RUAN Zheng， LI Dan-dan

Abstract： In order to explore the quality of instant rice and establish an evaluation system， eight different varieties of rice are selected to prepare instant rice， and fifteen indexes of physicochemical properties， cooking characteristics and texture characteristics are determined and analyzed.The differences and correlations among various quality indexes of instant rice prepared from different varieties of rice are investigated.  At the same time， principal component analysis is used to comprehensively evaluate the quality of instant rice and establish a quality evaluation model for instant rice. The results show that the variation coefficient of each index for the eight raw materials of rice ranges from 1.64% to 28.74%. The chewiness and iodine value are most affected by the varieties， and there is a significant negative correlation between chewiness and iodine value （P<0.05）. A total of three principal components are extracted by principal component analysis， and the variance contribution rates of the three principal components are 45.508%， 29.235% and 13.583% respectively， with the cumulative variance contribution rate reaching 88.326%. The evaluation model is F=－0.100x1+0.127x2－0.084x3+0.140x4+0.064x5+0.091x6－0.093x7－0.059x8+0.144x9. There is a good linear relationship between this model and sensory score， and the determination coefficient R2 is 0.878 8， indicating that this model can reflect the advantages and disadvantages of instant rice comprehensively and objectively.

Key words： instant rice; principal component analysis; quality evaluation

即食米飯又叫保鲜米饭、预包装米饭等[1-3]，是将生米或一定熟度的米饭填充到耐高温的密封蒸煮袋中，在高温、高压下进行微生物和孢子灭活处理的米饭，室温下贮藏期较久，能满足现代人快节奏生活中对健康饮食和消费的需要。

目前国内外对即食米饭的研究主要集中在生产工艺优化、品质改良和抑制米饭的老化上[4-6]，关于其品质评价体系的研究比较少。Mestres等[7]发现直链淀粉含量与米饭的硬度相关，蛋白质含量与米饭的黏性相关，阿拉伯木聚糖与米饭的变形度相关。Li等[8]发现米饭的品质受直链淀粉含量、粳籼品种等性质的影响，可知米饭原料对其品质特性有重要影响。因此，即食米饭原料筛选对米饭品质有重要意义，如何建立快速简便、可靠性高的即食米饭品质评价体系尤为重要。目前对大米食味品质评价的方法主要包括指标评价法、仪器评价法和感官评价法[9-11]。

主成分分析法是一种将数量较多的原变量通过降维的方式重新组成一组新的互相无关的几个综合指标，并使这些指标能尽可能多地反映原来变量信息的统计方法，能较好地综合评定即食米饭的品质。目前主成分分析法在许多领域都有广泛应用[12-14]。本研究以8种大米为原料制备即食米饭，测定其原料大米理化特性、即食米饭蒸煮特性和质构特性的15个指标，分析各品质指标间的差异性和相关性。并结合主成分分析法建立即食米饭品质评价模型，得出各原料大米的综合得分，通过感官评价对该模型进行验证，以期为即食米饭的工业化生产及品质改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1号盒马有机五常大米：产于黑龙江省哈尔滨市；2号农夫山泉东北香米：产于吉林省延边朝鲜族自治州；3号金龙鱼有机稻米：产于黑龙江省绥化市；4号金龙鱼长粒香米：产于吉林省白城市；5号金龙鱼油黏米、7号江南鹤山水丝苗米、8号太粮香软米：产于广东省东莞市；6号孟乍隆泰国茉莉香米：产于泰国；1～4号大米为粳米，5～8号大米为籼米：均购于盒马生鲜超市。

1.2 主要仪器设备

ZY-50F反压高温蒸煮锅 浙江新丰医疗器械有限公司；CR400便携式色差仪 日本Konica Minolta公司；TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；752N紫外分光光度计 上海精科仪器有限公司；H2050R台式高速冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料米指标的测定

1.3.1.1 原料米主要成分的测定

水分含量：参照GB 5009.3－2016进行测定；脂肪含量：参照GB 5009.6－2016进行测定；蛋白质含量：参照GB 5009.5－2016进行测定；直链淀粉含量：参照GB/T 15683－2008进行测定。

1.3.1.2 胶稠度的测定

参照GB/T 22294－2008进行测定。

1.3.1.3 碱消值的测定

参照金达丽等[15]的方法测定并稍作修改。在培养皿内注入10 mL 1.7%的氢氧化钠溶液，将7粒完整且大小相近的米粒均匀地分散在溶液中，加盖，在室温下静置23 h后观察分级情况。

碱消值级数=7粒米级别之和/7。

1.3.2 即食米饭样品的制备

将原料米快速淘洗3次，按米水比1∶2加水浸泡30 min，浸泡后將水倒掉，按照粳米和水的比例为1∶1.3加水，籼米和水的比例为1∶1.4加水，然后分别取220 g米水混合物装袋（15 cm×21 cm，材质：PA+RCP）密封，最后高温灭菌。灭菌参数：升温时间12 min；灭菌温度121 ℃；保温时间10 min；反压时间6 min；杀菌效果：F值为3.0 min。灭菌结束后将米饭置于冰水中快速冷却至室温，保持室温30 min后测定相关指标。

1.3.3 即食米饭蒸煮特性的测定

1.3.3.1 膨胀率的测定

参照朱梦琴[16]的方法测定并稍作修改。

膨胀率=（蒸煮后米饭体积-原料米体积）/原料米体积×100%。

1.3.3.2 白度的测定

参照Leelayuthsoontorn等[17]的方法测定。取直径90 mm的洁净干燥的玻璃培养皿，放入60 g米饭，适度挤压米饭，尽量使米饭平整分布，然后将培养皿倒置，用色差仪测定，每个样品平行测定6次，并记录L*（亮度）、a*（红度）、b*（黄度）值。白度计算公式如下：

W=100－[（100－L*）2+a*2+b*2]1/2。

1.3.3.3 还原糖的测定

采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定还原糖含量。

1.3.3.4 碘值的测定

参照熊善柏等[18]的方法测定并稍作修改。称取2.50 g米饭样品于50 mL离心管中，加入25 mL蒸馏水，在40 ℃下振动浸提1 h，在6 000 r/min转速下离心10 min；取1 mL上清液，加入0.2 mL KI-I2溶液、0.2 mL 0.1 mol/L HCl，加蒸馏水定容至10 mL，静置15 min后于620 nm处测定吸光值，该吸光值即为碘蓝值；空白组以蒸馏水代替样液。

1.3.4 质构的测定

参照陈健敏[19]的方法，利用物性测试仪进行TPA测定。用干净的镊子从待测米饭样品中央取出3粒大小相近且完整的米粒，将其首尾相接呈三角形放至测量台中央进行测量。测定参数：探头类型P/36，测前速度1.0 mm/s，测中速度0.5 mm/s，测后速度0.5 mm/s，停留时间3 s，压缩率65%，触发力100 g。测量指标包括硬度、弹性、黏附性和咀嚼性。

1.3.5 即食米饭感官评定方法

参照GB/T 15682－2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》对即食米饭进行评价，评价标准见表1。

挑选20名专业感官评价人员组成感官评定小组，男、女生各占一半，年龄范围为25～55岁。饭后2 h，感官评价员独立对即食米饭品评并根据表1进行打分。去掉最高分，去掉最低分，以评价人员对每份样品评分结果的平均值作为样品的评价结果。

1.4 数据处理

本文所有实验至少重复3次，所示数据为平行实验的平均值。测定结果和分析结果采用SPSS 27.0和Origin 2023进行处理，方差分析采用Duncan's新复极差分析法，取95%置信区间（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 原料米理化指标描述性分析

对8种即食米饭的原料米理化特性进行描述性分析，结果见表2。

变异系数是衡量数据离散程度的统计量，变异系数越大，说明该组数据在均数水平上越分散[20]。由表2可知，在原料米理化特性中，水分含量、蛋白质含量的变异系数均小于10%，分别为6.67%、6.89%，说明水分含量与蛋白质含量这两个指标相对稳定，这与Kowsalya等[21]的结果相符。但Chen等[22]的研究表明，虽然不同品种原料米的蛋白质含量差异较小，但该微小差异可能导致不同品种的米饭在食用品质上的实质性差异。脂肪含量、直链淀粉含量、胶稠度、碱消值的变异系数均大于10%，分别为17.72%、13.27%、17.23%、12.19%，说明上述品质特性受品种的影响相对较大。胶稠度是大米淀粉胶体的流体特性，反映了淀粉糊化和冷却的回生趋势。粳米的胶稠度显著高于籼米。碱消值是反映大米糊化温度的有效方法，碱消值越小，糊化温度越高；碱消值越大，糊化温度越低。有研究[23]发现高直链淀粉含量会导致糊化温度升高，因此直链淀粉含量高的大米可能会有偏高的糊化温度，即较小的碱消值。籼米的直链淀粉含量显著高于粳米，籼米的碱消值显著低于粳米，与上述推测相符。

2.2 不同品种即食米饭的蒸煮特性与质构特性

对8种即食米饭的蒸煮特性进行描述性分析，结果见表3。

由表3可知，含水率、白度、膨胀率的变异系数均小于10%，分别为6.02%、2.00%、8.22%，说明这3个品质特性受品种的影响相对较小；碘值、还原糖含量的变异系数均大于10%，分别为28.74%、18.17%，说明大米品种较大程度地影响了这2个品质特性。碘值是通过直链淀粉与碘络合来测定样品中直链淀粉的含量，然而直链淀粉重结晶后则无法与碘络合，所以回生的直链淀粉与碘的络合能力会降低，碘值也会降低。碘值越小，表明直链淀粉的回生越严重[24]。蒸煮特性中，碘值的变异系数最大，受品种的影响最大，对即食米饭食用品质的影响也较大。还原糖分子量小、溶解性好，对米饭的风味和消化性有所贡献[25]，但表3中即食粳米饭和即食籼米饭的还原糖含量并无明显区别。

对8种即食米饭的质构特性进行描述性分析，结果见表4。

由表4可知，除弹性外，硬度、黏附性、咀嚼性的变异系数均大于10%，分别为16.41%、17.00%、21.27%，弹性的变异系数仅为1.64%，说明稻米品种对弹性的影响程度相对较小，而对硬度、黏附性、咀嚼性的影响较大。直链淀粉含量一直被认为是影响米饭食用品质的重要指标，有研究[26-27]表明稻米的直链淀粉含量与米饭的硬度、黏性等有密切關系。二者最能直接反映米饭食用品质，硬度、黏附性适中的米饭食味更好。

上述结果表明，不同品种大米制得的即食米饭的品质指标之间均存在差异，不同品质特性呈现不同程度的变化。

2.3 即食米饭品质指标相关性分析

即食米饭蒸煮特性与质构特性的相关性见图1。

椭圆向右倾斜代表正相关，椭圆向左倾斜代表负相关，椭圆越细窄说明两指标之间的相关性越高。由图1可知，膨胀率与还原糖含量呈极显著负相关（P<0.01），黏附性与碘值呈显著正相关（P<0.05），咀嚼性与碘值呈显著负相关（P<0.05），咀嚼性与硬度呈极显著负相关（P<0.01），咀嚼性与黏附性呈极显著负相关（P<0.01），弹性与含水率呈显著负相关（P<0.05）。可知即食米饭蒸煮特性及质构特性的各指标之间存在不同程度的相关性，导致呈现的信息出现重叠现象，且各指标各有优劣。因此，有必要通过主成分分析法对即食米饭的品质指标进行降维，简化数据结果，提高评价的精准性并进行综合评价。

2.4 主成分分析

以8种即食米饭的蒸煮特性和质构特性指标作为依据，通过主成分分析法对其进行综合性评价。一般认为，当主成分累计方差贡献率超过85%且特征值大于1时，所提取的主成分能较全面地反映原始变量的所有信息。

由表5可知，前3个成分的方差贡献率依次为45.508%、29.235%、13.583%，共占即食米饭品质特性总信息量的88.326%，特征值依次为4.096，2.631，1.223，均大于1，能够反映即食米饭品质的大部分信息，因此选取前3个成分作为8种即食米饭品质评价的指标。

主成分载荷矩阵见表6，原有向量在降维后所形成的综合变量中贡献率越高，载荷绝对值越大，其与主成分的关系越密切，也更能表征该变量[28]。

由表6可知，成分1与硬度、黏附性、咀嚼性、弹性、碘值等指标的荷载绝对值相对较高，且与咀嚼性、弹性呈负相关，与硬度、黏附性、碘值呈正相关，说明主成分1主要代表了即食米饭质构特性的相关信息；主成分2与膨胀率、还原糖含量、含水率等指标的载荷绝对值相对较高，且与还原糖含量呈负相关，与膨胀率、含水率呈正相关，说明主成分2主要反映了即食米饭膨胀率、还原糖、含水率的相关信息；主成分3与白度指标的载荷绝对值相对较高，且与白度呈负相关，说明主成分3反映了即食米饭白度的信息。

2.5 主成分得分和综合评价得分

前3个主成分包含了即食米饭大部分的品质信息，因此可以用这3个主成分对即食米饭做初步分析。得主成分得分公式，见式（1）～式（3）：

F1=0.024x1+0.210x2+0.036x3+0.031x4+0.214x5+0.207x6－0.186x7－0.221x8+0.158x9。（1）

F2=－0.019x1+0.037x2－0.366x3+0.337x4－0.087x5－0.116x6－0.169x7+0.145x8+0.245x9。（2）

F3=－0.778x1+0.149x2+0.046x3+0.203x4－0.061x5+0.224x6+0.304x7－0.008x8+0.007x9。（3）

式中：x1～x9分别表示白度、碘值、还原糖含量、膨胀率、硬度、黏附性、弹性、咀嚼性、含水率；F1～F3分别表示各主成分得分。

以各主成分的方差贡献率为权重，得到即食米饭品质综合评价模型：

F=0.455F1+0.292F2+0.136F3。（4）

即：F=－0.100x1+0.127x2－0.084x3+0.140x4+0.064x5+0.091x6－0.093x7－0.059x8+0.144x9。（5）

2.6 综合评价得分公式的回归验证

为了验证该模型评价即食米饭品质的可行性，将上述样品的感官指标评分及感官总分与模型得分结果进行比较，结果见图2和图3。

由图2可知，模型得分与感官评价指标得分之间存在良好的线性关系，不同品种即食米饭的颜色、光泽、完整性、气味、弹性、黏性、软硬度、滋味拟合直线的决定系数依次为0.842 1，0.769 4，0.837 5，0.769 4，0.678 9，0.685 1，0.633 7，0.816 9。其中，颜色与完整性得分的拟合程度最好，软硬度得分拟合直线的决定系数最小，但也达到了0.6。当决定系数R2>0.6时，回归直线对观测值的拟合程度较高，观测值之间可近似替代[29]，说明上述模型得分与感官指标具有良好的线性关系。由图3可知主成分得分与感官总分之间的线性拟合结果，决定系数为0.878 8，拟合效果较好，说明二者之间也具有良好的线性关系。因而所得模型能较全面、客观地反映即食米饭品质的优劣程度。

3 结论

8种原料米各指標变异系数范围为1.64%～28.74%。膨胀率与还原糖含量呈极显著负相关（P<0.01），黏附性与碘值呈显著正相关（P<0.05），咀嚼性与碘值呈显著负相关（P<0.05），咀嚼性与硬度呈极显著负相关（P<0.01），咀嚼性与黏附性呈极显著负相关（P<0.01），弹性与含水率呈显著负相关（P<0.05）。通过主成分分析法对即食米饭品质进行综合评价，共提取了3个主成分，3个主成分方差贡献率分别为45.508%、29.235%、13.583%，累计方差贡献率达88.326%。主成分1主要反映了即食米饭质构特性的相关信息；主成分2主要反映了膨胀率、还原糖含量、含水率的相关信息；主成分3主要反映了白度的相关信息。评价模型：F=－0.100x1+0.127x2－0.084x3+0.140x4+0.064x5+0.091x6－0.093x7－0.059x8+0.144x9。该模型与感官评分之间存在良好的线性关系，决定系数R2为0.878 8，说明该模型能较全面、客观地反映即食米饭的优劣程度。

本研究建立的评价方法对即食米饭食用品质评价方法有一定参考意义，但米饭食用品质的影响因素较多，不同感官评定员对米饭的偏好也有一定差异，因而本研究的人群适应性有待提高。同时，本研究选取的样本数量较少，后续实验中应扩充样本量来进一步完善综合评分公式。

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收稿日期：2023-07-04

基金项目：广东省重点领域研发计划项目（2019B020219002）

作者简介：张晓绘（1998－），女，河南周口人，硕士，研究方向：食品加工与保藏。

*通信作者：李汴生（1962－），男，河南开封人，教授，博士，研究方向：食品加工与保藏。