研究背景
蒸谷米也称半熟米或半煮米，是以稻谷为原料，经清理、浸泡和蒸煮等水热处理后，再按照常规稻谷加工方法生产出来的大米产品。稻谷经水热处理后，其皮层和胚中大量水溶性营养物质会渗透到胚乳内部，使得蒸谷米营养价值极大提升，是一种纯天然、无添加的营养强化米。蒸谷米具有易于消化吸收、籽粒结构紧实、糙米率高、碎米率低、出饭率高和耐储存等优点。
近几年，关于蒸谷米的研究主要集中在不同浸泡方式、干燥条件和工艺技术优化等对蒸谷米品质变化的影响。周显青等通过实验研究发现柠檬酸浸泡会改变蒸谷糙米的颜色，提高蒸谷米单位时间的碾减率，同时对蒸谷米的营养物质以及蒸煮特性和食味品质均有显著性影响。高雅文等比较分析不同干燥方式对蒸谷米品质的影响，结果得出微波干燥蒸谷米的品质相对较优。刘园等通过考察不同工艺条件对蒸谷米营养品质和食用品质的影响，从而确定制备蒸谷米的最佳工艺条件。Chanakan等将稻谷经铁离子浸泡液处理后制备成蒸谷米，实现了铁强化蒸谷米，同时还发现其生物利用率提高。但是，针对不同品种稻谷制备蒸谷米并对其品质性状和糊化特性进行系统分析评价的研究鲜有报道，因此探讨不同品种稻谷制备蒸谷米并评价分析其品质特性对蒸谷米专用稻筛选及稻米制品深加工具有重要意义。
目前，主成分和聚类分析方法已广泛应用于果蔬原料筛选及各类食品加工品质评价分析。有学者运用主成分和聚类分析法对62种裸燕麦进行分类并测定其脂肪酸含量，建立了燕麦的脂肪酸标准指纹图谱；孟庆虹、扶定等分别以粳稻品种和籼型杂交稻品种为试材，应用主成分和聚类分析方法考察相关品质指标的变化趋势，确定了代表性品质指标并对其稻米品质特性进行了综合评价及分类。因此，宫彦龙、朱速松团队选取12个不同品种的稻谷原料并将其制备成蒸谷米，采用主成分分析和聚类分析方法对蒸谷米品质性状及糊化特性进行系统分析，探索不同品种稻谷制得的蒸谷米品质特性的差异性和关联性，筛选出最适制备蒸谷米的专用稻品种及影响蒸谷米品质的关键性指标，旨在为蒸谷米专用稻的选育和蒸谷米制品的研发应用提供理论基础和科学依据。
1蒸谷米品质指标描述性分析
对12个不同品种稻谷制得的蒸谷米的碾磨品质、外观品质、营养品质和食味品质各指标进行描述性分析，结果如表1所示。由表1可知，“大粒香”具有最低的碎米总量、长宽比、水分含量、VB2、外观、黏度和食味值；“玉针香”的长宽比、外观、黏度和食味值最高，而其爆腰率和硬度最低；“金麻粘”具有最高的脱壳率和硬度；“天丰B”直链淀粉含量最高；“粤丰B”具有最高的碎米总量和VB1含量以及最低的整精米率；“红香米”具有最高的VB2含量和最低的糙米率；“津原香98”的糙米率最高，其黄米粒最低；“SN16-”具有最高的整精米率和蛋白质含量；“15L-Z”具有最高的爆腰率以及最低的脱壳率和蛋白质含量；“贵丰优”的水分含量最高，其直链淀粉含量最低；“徽两优”具有最高的黄米粒和最低的VB1含量。上述结果表明，不同品种稻谷制得的蒸谷米各项品质指标之间均存在差异性。同时，实验结果还发现，蒸谷米品质指标间变异系数各不相同，说明不同品种稻谷制得的蒸谷米在不同品质性状之间呈现不同程度的变化。其中，在碾磨品质中，蒸谷米糙米率和脱壳率的变异系数均10%，分别为4.84%和6.29%，而爆腰率的变异系数10%，为.43%，表明爆腰率对蒸谷米碾磨品质的影响较大，而糙米率和脱壳率这2个指标相对较稳定；在外观品质中，蒸谷米各项指标的变异系数均10%，变异系数从高到低依次为：黄米粒、碎米总量、整精米率、长宽比，说明不同品种稻谷制得的蒸谷米外观品质指标差异较大；在营养品质中，蒸谷米水分和蛋白质含量的变异系数均10%，分别为2.47%和8.05%，而VB1、VB2和直链淀粉含量的变异系数均10%，分别为13.45%、28.99%和15.65%，表明不同品种稻谷对蒸谷米VB2、直链淀粉和VB1含量的影响相对较大，其次为蛋白质和水分含量；在食味品质中，蒸谷米外观、黏度和食味值的变异系数均10%，分别为23.44%、34.48%和10.52%，而硬度的变异系数10%，仅为2.96%，表明外观、黏度和食味值对蒸谷米食味品质的影响较大，而硬度对蒸谷米食味品质的影响相对较小。通过比较均值和中位数发现，除蒸谷米爆腰率和黄粒米外，其余各项指标的中位数均接近平均数，说明这些指标测定值的离群点较少。综合蒸谷米品质指标描述性分析结果可知，实验所选蒸谷米受试材料各项指标测定值均在可接受范围内，其品质特性差异较大，具有一定的广泛性和代表性。
2蒸谷米糊化特性分析
由表2可知，蒸谷米的峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值的变异系数均10%，且崩解值的变异系数最大，为38.35%，表明崩解值对蒸谷米糊化特性的影响最大，其次为回生值、峰值黏度和最终黏度，谷值黏度、峰值时间和糊化温度的变异系数均10%，说明不同品种稻谷制得的蒸谷米这3个糊化特性指标相对较为稳定；通过比较分析12个稻谷品种制得的蒸谷米糊化特性指标的最值发现，“大粒香”具有最高的峰值时间和最低的崩解值，“玉针香”的峰值黏度和回生值最高，“金麻粘”和“天丰B”分别具有最高的最终黏度和谷值黏度，“粤丰B”具有最高的糊化温度和最低的峰值黏度、最终黏度以及回生值，“津原香98”的谷值黏度最低，“贵丰优”具有最高的崩解值和最低的峰值时间及糊化温度；同时，对比均值和中位数发现，蒸谷米糊化特性各指标的中位数接近均值，表明蒸谷米糊化特性测定值均在可接受范围内，离群点较少，其糊化特性具有较大的差异性。
3蒸谷米品质指标的相关性分析
由表3可知，对12个不同品种稻谷原料制得的蒸谷米品质性状进行相关性分析发现，不同品种稻谷制得的蒸谷米各项品质指标之间存在不同程度的相关性，且部分品质指标之间的相关性呈显著或极显著状态。糙米率与整精米率呈极显著正相关（P0.01），与碎米总量呈极显著负相关（P0.01），而碎米总量与整精米率呈极显著负相关（P0.01）；脱壳率与长宽比呈极显著正相关（P0.01），与爆腰率呈极显著负相关（P0.01），而爆腰率与长宽比呈极显著负相关（P0.01）；水分含量与外观、黏度、崩解值、最终黏度和回生值均呈显著正相关（P0.05），与峰值黏度呈极显著正相关（P0.01），与峰值时间呈显著负相关（P0.05），与糊化温度呈极显著负相关（P0.01）；直链淀粉含量与峰值时间呈显著正相关（P0.05），与崩解值和回生值均呈显著负相关（P0.05）。外观与黏度和食味值均呈极显著正相关（P0.01），与硬度呈极显著负相关（P0.01），而硬度与黏度和食味值均呈极显著负相关（P0.01）；黏度与峰值黏度和回生值均呈显著正相关（P0.05），与食味值呈极显著正相关（P0.01），与峰值时间和糊化温度均呈显著负相关（P0.05）；峰值黏度与崩解值、最终黏度和回生值均呈极显著正相关（P0.01），与峰值时间和糊化温度均呈极显著负相关（P0.01）；崩解值与最终黏度呈显著正相关（P0.05），与回生值呈极显著正相关（P0.01），与糊化温度呈显著负相关（P0.05），与峰值时间呈极显著负相关（P0.01）；最终黏度与回生值和谷值黏度均呈极显著正相关（P0.01），与峰值时间和糊化温度均呈显著负相关（P0.05）；回生值与糊化温度呈显著负相关（P0.05），与峰值时间呈极显著负相关（P0.01），而峰值时间和糊化温度呈极显著正相关（P0.01）。上述相关性分析结果表明，蒸谷米碾磨品质、外观品质、营养品质和食味品质及其糊化特性各指标之间存在一定的相关性，且各指标测定值所呈现的信息出现重叠现象，因此可应用主成分分析和聚类分析的方法对蒸谷米品质指标通过降维来简化数据结构，进而提高不同品种稻谷制备蒸谷米品质特性综合评价的精准性。
4蒸谷米品质指标的主成分分析
4.1主成分提取及成分荷载矩阵
图1和表4反映了不同品种稻谷制得的蒸谷米品质性状的主成分分析结果。一般认为当主成分特征值大于1且累积方差贡献率大于85%时，就可利用所提取的主成分表示原始变量大部分主要信息。图1为主成分特征值的碎石图，根据碎石图中曲线坡度的陡峭程度，可以直观的反映各成分的变化趋势，进而明确主成分的提取数量。由图1可知，前6个主成分的特征值呈快速下降的趋势，但从第7个主成分特征值开始，碎石图曲线缓慢下降并趋于平稳状态；同时由表4可知，前6个主成分的累积方差贡献率为91.%，即这6个主成分包含了原始变量91.%的信息，具有较高的代表性，且其特征值分别为8.、4.、2.、1.、1.和1.，均大于1，表明这6个主成分已经基本涵盖了蒸谷米品质性状的所有信息。结合图1和表4的分析结果，应选取前6个主成分作为受试材料品质评价分析的指标。
成分荷载是主成分与变量的相关系数，其数值大小表示原有变量在降维后所构成的综合变量中的贡献率高低，同时相对于一个变量而言，荷载绝对值越大的主成分与其关系越密切，也更能代表这个变量。结合表4和表5可知，主成分1的特征值和累积方差贡献率分别为8.和38.%，与崩解值、回生值、峰值黏度和峰值时间等指标荷载绝对值相对较高，表明主成分1主要代表的是蒸谷米糊化特性指标的相关信息；主成分2的特征值是4.，累积方差贡献率为58.%，与外观、食味值、黏度和硬度等指标荷载绝对值较高，表明主成分2主要反映的是蒸谷米食味品质指标的相关信息；主成分3的特征值为2.，累积方差贡献率为69.%，与爆腰率、脱壳率、长宽比和整精米率等指标具有较高的荷载绝对值，表明主成分3主要代表的是蒸谷米加工品质指标的相关信息；主成分4的特征值为1.，累积方差贡献率为78.%，与谷值黏度的荷载绝对值相对较高，其次是最终黏度，表明主成分4主要反映的是蒸谷米糊化特性指标中黏度的相关信息；主成分5的特征值和累积方差贡献率分别为1.和84.%，与黄米粒和VB1具有相对较高的荷载绝对值；主成分6的特征值是1.，累积方差贡献率为91.%，与蛋白质的荷载绝对值相对较高，表明主成分6主要代表蒸谷米品质指标中蛋白质的相关信息。
4.2主成分得分及综合得分评价
由表6可知，根据表6的因子得分系数矩阵及其所对应的主成分，可以计算出个主成分因子得分，公式如下所示：
F1=0.X1+0.X2?0.X3+···+0.X21?0.X22?0.X23F2=0.X1?0.X2+0.X3+···?0.X21?0.X22?0.X23F3=?0.13X1+0.X2?0.X3+···?0.X21?0.X22?0.X23F4=?0.X1+0.X2?0.X3+···+0.X21+0.05X22?0.09X23F5=0.X1+0.X2?0.X3+···+0.X21+0.X22+0.X23F6=0.X1+0.02X2?0.X3+···?0.X21+0.X22?0.X23式中：X1～X23分别表示糙米率、脱壳率、爆腰率、碎米总量、黄米粒、长宽比、整精米率、水分、蛋白质、直链淀粉、VB1、VB2、外观、硬度、黏度、食味值、峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最终黏度、回生值、峰值时间、糊化温度23个品质指标；F1～F6分别表示各主成分得分。结合主成分因子得分公式并以各主成分方差贡献率为权重，构建蒸谷米品质综合评价得分函数，公式如下所示：F=0.F1+0.F2+0.F3+0.4F4+0.F5+0.F6式中：F为不同品种稻谷制得的蒸谷米品质的综合评价得分。根据综合评价得分函数可计算出不同品种稻谷制得的蒸谷米品质的综合得分及其排序，其中F值越大，表明该品种稻谷制得的蒸谷米的综合品质越好，结果如表7所示。针对12个不同品种稻谷制得的蒸谷米综合品质排名的顺序而言，“玉针香”的综合品质得分最高，即其综合品质最佳，其次为“贵丰优”；“津原香98”、“两优68”、“红香米”、“15L-Z”、“粤丰B”和“大粒香”的综合得分均为负值，其得分在?0.～?0.范围内，且排名靠后，表明这6个品种的稻谷制得的蒸谷米品质特性较差，其中“大粒香”的综合品质得分最低，故品质最差。系统聚类分析法可将受试样本划分为不同类群进行评价分析，其结果具有综合性、客观性和科学性。在聚类分析中，对样品的聚类称为Q型聚类，对变量的聚类称为R型聚类。本试验是在主成分分析的基础上，采用系统聚类分析法对蒸谷米的23个品质指标进行R型聚类，同时对制备蒸谷米的12个稻谷品种进行Q型聚类。其中，聚类方法采用组间联接法，聚类区间为平方Euclidean距离，聚类结果如图2和图3所示。
由图2可知，在欧氏距离为2.5处时，可将蒸谷米品质指标划分为5大类，第1类为外观、黏度、长宽比、VB1、VB2、蛋白质、硬度、爆腰率、水分含量、脱壳率、直链淀粉含量、黄米粒、碎米总量、食味值、糙米率、整精米率和峰值时间、糊化温度；崩解值单独聚为第2类；第3类为谷值黏度和回生值；峰值黏度和最终黏度分别聚为第4类和第5类。同时，结合主成分荷载分析结果，最终确定选用爆腰率、黄米粒、外观、蛋白质、崩解值、峰值黏度、最终黏度和回生值作为综合评价蒸谷米品质优劣的关键性指标。由图3可知，在欧氏距离为5时，制备蒸谷米的12个稻谷品种可划分为4类，第1类为“天丰B”、“红香米”、“津原香98”、“两优68”、“15L-Z”；第2类为“SN16-”、“徽两优”、“玉针香”、“贵丰优”、“金麻粘”；“大粒香”和“粤丰B”分别单独聚为第3类和第4类。同时，结合主成分分析中因子得分与综合得分结果可知，由“玉针香”制得的蒸谷米的综合得分最高，即蒸谷米品质最佳，“贵丰优”和“金麻粘”的综合得分次之，且其与“玉针香”同聚为一类，故这3个稻谷品种制得的蒸谷米品质之间存在密切的相关性，结果表明“玉针香”、“贵丰优”和“金麻粘”均属于品质较优的一类，而“大粒香”的品质最差，其次为“粤丰B”。
4结论
通过对12个不同品种稻谷制得的蒸谷米的碾磨品质、外观品质、营养品质、食味品质和糊化特性各项品质指标进行描述性分析和相关性分析，发现蒸谷米各项品质指标之间均存在差异性（P0.05），且蒸谷米在不同品质性状之间呈现不同程度的变化。同时，采用主成分分析和聚类分析法对12个不同品种稻谷制得的蒸谷米的23个品质指标进行系统性分析，最终确定爆腰率、黄米粒、外观、蛋白质、崩解值、峰值黏度、最终黏度和回生值8个指标作为评价蒸谷米品质优劣的关键性指标。通过主成分分析，提取了6个主成分，累积方差贡献率为91.%；结合蒸谷米品质指标的评价函数和聚类分析结果，发现“玉针香”的综合得分最高，即品质最佳，“贵丰优”和“金麻粘”的综合得分次之且与“玉针香”同聚为一类，说明这3个品种的蒸谷米品质之间相关性密切，均属于品质较优的一类，而“大粒香”的品质最差，其次为“粤丰B”，采用主成分分析和聚类分析综合评价方法获得的试验研究结果对蒸谷米专用稻的选育及稻米制品的精深加工具有重要的指导意义。
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