基于雷達圖分析法初步評價稻米食味品質的研究

方長云 胡賢巧 邵雅芳 扈戰強 盧林 段彬伍

（中國水稻研究所，杭州310006）

基于雷達圖分析法初步評價稻米食味品質的研究

方長云 胡賢巧 邵雅芳 扈戰強 盧林 段彬伍

（中國水稻研究所，杭州310006）

本研究建立了一種基于雷達圖分析稻米食味評價的新方法。該方法選擇膠稠度、堿消值、粒型、直鏈淀粉含量和蛋白質含量等5個對稻米食味品質影響較大的理化指標作為雷達圖分析的評價指標。各個評價指標經無量綱化處理后用于繪制雷達圖。為消除指標排列順序不同引起的差異，本文采用雷達圖的平均周長和平均面積作為特征向量構建評價參數，并對10個參試樣品的食味品質進行綜合評價。結果表明，采用本文建立的雷達圖分析法得到的食味評價排序與常規感官評價法的排序基本一致，表明本文建立的雷達圖分析法適用于稻米食味品質的初步評價。

水稻；雷達圖；稻米食味；評價指標；綜合評價

水稻作為我國主要的糧食作物，為大多數人提供主要能量來源。隨著生活水平的提高，稻米食味品質不僅越來越受到消費者的關注，也越來越受到育種家的注重[1]。目前，國內外評價稻米食味品質主要依據人對米飯食味的品嘗進行感官評價[2]，因此存在主觀性強、操作繁瑣和耗時長等缺點[3]。近年來，國外一些研究機構開發出稻米食味品質分析儀，比如日本生產的米飯食味計（STA1A、STA1B）、大米食味計（JSWL）、圖像解析儀以及味度儀（TOYOMATA-90B）等[4-6]。雖然它們可以對稻米或者米飯進行食味分析，但價格昂貴，且我國稻米品種繁雜，其結果的可靠性有待進一步驗證。因此，只能作為食味品質評價的輔助工具。綜上所述，建立一種可靠的稻米食味品質評價方法，可以為新品種選育提供支持，也可以為實現稻米食味品質快速評判奠定基礎。

雷達圖分析法亦稱綜合財務比率分析圖法，是一種數據表征技術，適合于在二維平面上直觀、形象地反映多個指標的變動規律，能夠對多個變量指標進行綜合處理與統計分析[7]。目前，此方法已被許多研究者應用于農作物的綜合評價上。魏春陽等[8]利用雷達圖分析法對煙草外觀質量進行了綜合評價；劉魁等[9]采用雷達圖分析法對區域試驗烤煙品種進行了綜合評價；吳成春等[10]利用雷達圖分析法對卷煙感官質量進行了綜合評價；鄧祿軍等[11]利用利用雷達圖分析法對馬鈴薯品種特征進行了綜合評價。但尚未見此方法在稻米食味品質上的應用與研究。本研究是根據稻米品質各個性狀指標的重要程度，利用雷達圖分析方法建立的一種稻米食味品質初步評價方法，可為稻米食味品質評價提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料共10份。其中，秈稻5份，分別是淦鑫203、川豐2號、德優16號、湘早秈45和Y兩優1號；粳稻5份，分別是新稻18號、連粳7號、南粳9108、鄂晚17和長白9號。所用稻米樣品均為當年生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 品質指標測定

收集的稻谷樣品經脫殼、磨精等處理后，參照農業行業標準NY 147-88《米質測定方法》進行堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質含量測定[12]；依據農業行業標準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定圖像法》進行粒長、長寬比測定[13]；參照國家標準GB/T 15682-2008《糧油檢驗、稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》進行感官食味評價[14]。每個樣品測定2次，取其平均值。

1.2.2 雷達圖分析方法

對于每個參試樣品，由其各評價指標形成的數軸分布在中心圓點周圍，并將各評價指標權重轉化為相鄰指標數軸的夾角，不同的指標數值體現在對應指標的數軸上，將相鄰的不同數軸上的指標數值用折線連接成多邊形即形成雷達圖，用來反映參試樣品的總體情況。為了使評價結果更加客觀，通過選取雷達圖的特征向量面積（S）和周長（L）來構建綜合評價函數進行評價。

表1 參試樣品5項品質指標的測定結果

表2 各參試樣品的無量綱化處理結果

2 結果與分析

2.1 評價指標選擇與處理

2.1.1 評價指標的選擇

影響稻米食味的指標主要有直鏈淀粉含量、蛋白質含量、膠稠度、糊化溫度等[15]。直鏈淀粉含量與稻米食味品質呈顯著或極顯著的負相關[16]。直鏈淀粉含量低的米飯膠稠度較軟，米粒拉伸性越好[17]。但也有研究認為，直鏈淀粉含量并非越低越好，而是在一定范圍內具備更佳食味品質[2，17-18]。堿消值是評定稻米糊化溫度的常用指標，堿消值等級高的，糊化溫度則低[19-20]。有研究認為，糊化溫度與米飯食味呈極顯著負相關，糊化溫度低的，米飯食味較好，高的則較差[16]。蛋白質含量與米飯食味呈負相關[21]。蛋白質含量低的大米做成的米飯更具香味、柔軟性和黏性[3]。但也有研究認為，蛋白質含量高不一定是降低米飯食味的主要原因[22]。稻米膠稠度的長短與米飯的硬度和粘度有關，與米飯食味呈正相關，膠稠度長的米飯較軟，短的則較硬[2，15-16]。稻米的粒長和粒型與米飯食味呈正相關，但是相關系數均較小[2，17]。對于堊白性狀，有研究認為，其對于稻米食味影響較小且品種間差異較大[23-24]；也有研究認為，堊白對稻米食味沒有影響[25-26]。目前，關于透明度對稻米食味品質的影響研究較少。因此，本文選擇了長寬比、膠稠度、堿消值、直鏈淀粉含量和蛋白質含量5個指標作為評價指標，并研究它們對食味品質的影響。

2.1.2 各評價指標無量綱化處理

依據上述的已有研究成果，將堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量、蛋白質含量和粒型進行分類，其中，堿消值、膠稠度指標的值越大越好屬于正向指標，而蛋白質含量、直鏈淀粉含量和長寬比等指標在某一范圍內最適合，為固定性指標，并根據國家標準GB 1354-2009《大米》[27]和農業行業標準NY/T 594-2013《食用粳米》[28]、NY/T 595-2013《食用秈米》[29]中優質大米和一級大米質量等級要求設定蛋白質含量合適值為2.0%，直鏈淀粉含量合適值為15.5%，長寬比依據不同的品系設定合適值：粳稻米1.78，秈稻米3.20。然后按照公式（1）對兩類指標進行無量綱化處理，將值約束在[0，1]范圍內，值越接近1表明性狀越好[9，11]。各參試樣品評價指標平均值及轉化結果見表1和表2。

圖1 10個參試樣品綜合評價雷達圖

其中，rij為評價指標數值，r0為評價指標的合適值。

2.2 雷達圖的繪制

在雷達圖分析方法中，有m個評價指標，則在雷達圖中繪制m條數軸，而數軸與數軸之間的夾角則根據各個指標的權重來計算。具體步驟：首先通過變異系數法[30-31]（見公式（2）、（3））來確定各個指標的權重（堿消值0.181，膠稠度0.322，長寬比0.063，直鏈淀粉含量0.239，蛋白質含量0.195），再通過公式（4）將權重轉化為角度，然后將無量綱化處理數據投影在對應的評價指標數軸上連線形成雷達圖，對其直接評價。通過Excel 2013繪制各參試樣品的雷達圖，結果如圖1。從圖1可以看出，各參試樣品的蛋白質性狀表現都較差；連粳7號、長白9號和川豐2號除蛋白質指標外，其他指標都較好；南粳9108和淦鑫203的直鏈淀粉性狀指標表現一般；新稻18號、鄂晚17、德優16號、湘早秈45和Y兩優1號蛋白質和膠稠度性狀都較差。

2.3 雷達圖的綜合評價

為了全面反應參試樣品的綜合水平及各個評價指標間的協調性，選取雷達圖的面積S和周長L作為特征向量，構建一個綜合評價函數進行評價。但在繪制雷達圖時，會因指標的排列順序不同，其性狀、周長、面積也隨之變化，導致評價結果也會出現相應的變化，而平均周長和平均面積是固定不變的[9]。故采取雷達圖的平均周長和平均面積作為特征向量構建評價函數，對參試樣品進行綜合評價。

2.3.1 特征量的計算

由m個評價指標形成的雷達圖中，其面積有m個三角形構成，而三角形的兩條邊是由m條數軸中任意兩條組成，其中兩條數軸的夾角由各個評價指標的權重計算得到。根據公式（5）、（6）計算得出各參試樣品雷達圖的平均面積和平均周長，

2.3.2 評價函數構建及評價

表3 各參試樣品綜合評價結果

從表3可以看出，通過綜合評價函數得到的各參試樣品的綜合評價結果排序為：粳稻中，長白9號＞連粳7號＞鄂晚17＞新稻18號＞南粳9108；秈稻中，川豐2號＞湘早秈45號＞德優16號＞淦鑫203＞Y兩優1號。長白9號和川豐2號的Sx和Vx都較大，說明其綜合性狀較為突出，性狀協調性也較好。利用雷達圖構建的評價模型排序與食味感官評價結果基本一致。據此，在以后的實際應用中，我們可以以多個已知食味值及理化指標的稻米樣品作為參比樣，采用建立雷達圖的分析方法，計算未知稻米樣品的食味值區間，實現快速、簡單的初步預測稻米食味值。

3 結論與討論

稻米食味品質是指米飯的外觀、氣味、味道、粘性和硬度等綜合特性。本文研究了雷達圖分析法在稻米食味品質評價中的應用。通過稻米樣品的5個特征指標構建雷達圖，其平均面積、平均周長可綜合評價樣品的食味特征，評價結果可較好反映出稻米食味感官品質。

本研究以膠稠度、堿消值、粒型、直鏈淀粉含量和蛋白質含量5個性狀指標構建的雷達圖評價模型結果表明，10個參試樣品的蛋白質性狀表現都較差，這可能是選取的蛋白質指標合適值有關，需要進一步優化；連粳7號、長白9號和川豐2號除蛋白質指標外，其他指標都較好；10個供試樣品評價結果排序與食味感官評價結果基本一致。據此，在以后的實際應用中，我們可以利用計算機軟件編程簡化計算方法，以多個已知食味值及理化指標的稻米樣品作為參比樣，并以此參比樣計算出的權重值為預測模型的權重值，采用建立雷達圖的分析方法，計算未知稻米樣品的食味值，實現快速、簡單的初步預測稻米食味值。并且從雷達圖可以看出該樣品的性狀優良情況，為育種家提供參考。

本試驗還表明，該研究以稻米品質5項理化指標為評價指標，通過變異系數法確定各指標的權重，建立基于雷達圖分析方法來判定稻米食味感官品質，其結果更具有客觀性。要提高評價的準確度，增加方法的通用性，還需對稻米品質特征參數的選取及處理計算進行優化。

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Study on Rice Sensory Quality Evaluation Based on Radar Chart Analysis Method

FANG Changyun,HU Xianqiao,SHAO Yafang,HU Zhanqiang,LU Lin,DUAN Binwu
（China national Rice Research Institute,Hangzhou 310006,China）

A new method for rice sensory quality assessment was developed by using radar chart analysis method in this paper.Gel consistency,alkali spreading value,aspect ratio,amylose content and protein content were selected as evaluating indicators in the radar chart analysis due to their relatively important influence on rice sensory quality.The radar chart was drawn with the five evaluating indicators after dimensionless processed.In order to eliminate the differences caused by the arrangement of evaluating indicators, average area and average perimeter of radar map were chosen as the feature vectors for constructing final evaluation function.The developed method was applied to assess sensory quality of 10 rice samples and compared to traditional sensory evaluation.The sensory quality ranking obtained with developed method was consistent with the traditional sensory evaluation,which indicated that the developed method is a useful method for preliminary assessment of rice sensory quality.

rice;radar chart;rice sensory quality;evaluating indicators;comprehensive evaluation

S511

A

1006-8082（2017）02-0013-05

2016－11－01