大米理化指標在產(chǎn)地溯源中的作用

江曉俊,宋寧宇,馮 亮,高全利,吳治興

[1.成都市食品檢驗研究院,成都 611130; 2.國家市場監(jiān)管重點實驗室(營養(yǎng)與健康化學計量及應(yīng)用),北京 100029; 3.南京至匠匯創(chuàng)儀器有限公司,南京 210000]

0 引言

黑龍江省稻區(qū)面積約占全國稻區(qū)面積的25%,是我國水稻主產(chǎn)區(qū)。其產(chǎn)大米以口感好、質(zhì)量好而受到消費者的青睞。被授予大米商標最多的地區(qū)有建三江、五常及查哈陽[1]。為了對大米這一地理標志產(chǎn)品進行有效保護,對大米產(chǎn)地溯源技術(shù)進行了深入研究。將近紅外光譜法與模式識別法相結(jié)合,對響水與非響水兩個產(chǎn)區(qū)大米品種進行分類,結(jié)果表明,采用聚類分析產(chǎn)地正確識別率為91.9%,Fisher’s判別分析產(chǎn)地正確識別率達到96.7%[2-3]。有學者利用頂空固相微萃取-氣相色譜聯(lián)用技術(shù)對大米產(chǎn)地和大米樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)進行測定,對兩種產(chǎn)地大米樣品進行鑒別,正確率達100%[4-5]。大米的主要成分為蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、微量元素及其他一些重要成分,這些成分對大米的食用質(zhì)量有很大的影響。研究表明,直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)、脂肪含量與大米食用品質(zhì)成正相關(guān),且因其所處地域、品種的差異而表現(xiàn)出明顯的差異。水稻的營養(yǎng)品質(zhì)性狀除了與遺傳因素有關(guān)外,還與環(huán)境因素有關(guān)[6]。大米理化指標是大米質(zhì)量評定中常用的方法,但對大米產(chǎn)地進行識別的方法還不多見。本研究以大米蛋白質(zhì)、脂肪、灰分及直鏈淀粉為研究對象,構(gòu)建了一種識別模式,對其用于識別大米產(chǎn)地進行了研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取不同區(qū)域的稻谷進行有代表性的取樣,采樣時間為成熟后農(nóng)民收稻之前。每一地點各取2 kg水稻。在主產(chǎn)縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn)或農(nóng)場)、村(屯)選取大面積的農(nóng)田作為樣點收集點收集樣品。收集到的稻谷為具有地理標志的查哈陽稻谷31批次、建三江稻谷30批次、五常稻谷28批次。將采集到的稻谷通過統(tǒng)一處理方法進行烘干、壟谷、碾磨,制成精制大米備用。

1.2 大米理化指標測定

直鏈淀粉：使用直鏈淀粉測定儀(長春思博生產(chǎn))檢測樣品的直鏈淀粉含量;脂肪：按照國家標準GB 5009.6-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》檢測樣品的脂肪含量;蛋白質(zhì)：按照國家標準GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》檢測樣品的蛋白質(zhì)含量;灰分：按照國家標準GB 5009.4-2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》檢測樣品的灰分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得資料采用SPSS 20.0處理后,經(jīng)方差分析、LSD多元對比及鑒別分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地大米理化指標含量差異比較

采用多元對比方法對不同產(chǎn)地大米試樣中的蛋白質(zhì)、脂肪、灰分及直鏈淀粉進行檢測,發(fā)現(xiàn)4個指標在區(qū)域上都有明顯的差別(P<0.05)。且不同產(chǎn)地的大米樣品理化指標含量有其各自特征(表1)。對相同區(qū)域(建三江)的龍粳31、空育131兩個品種理化指標含量進行多因素對比,并對4個項目的影響因素進行研究,結(jié)果顯示,4個因素之間沒有顯著性差異(表2),表明產(chǎn)地是4個因子中最重要的一個。

表1 不同產(chǎn)地大米理化指標的差異Tab.1 Difference of physicochemical indices of rice from different producing areas

表2 建三江不同品種大米理化指標差異比較Tab.2 Comparison of physicochemical indexes of different varieties of rice in Jiansanjiang /%

2.2 理化指標對大米產(chǎn)地的判別分析

2.2.1 理化指標對大米產(chǎn)地的正確判別率

采用線性鑒別方法對大米產(chǎn)地3個指數(shù)的鑒別準確率進行比較,以此為基礎(chǔ)探討了大米理化指標在區(qū)域間的區(qū)別。研究發(fā)現(xiàn),灰分對查哈陽、建三江及五常大米樣品的判別效果最優(yōu),整體正確判別率為86.6%;直鏈淀粉與脂肪的判別效果次之,整體正確判別率分別為76.5%、81.4%;蛋白質(zhì)的判別效果最差,整體正確判別率僅為64.1%(表3)。故單純依靠一個指數(shù)來鑒別大米產(chǎn)地有很大的難度。

表3 理化指標對大米產(chǎn)地的正確判別率Tab.3 Correct identification rate of rice origin by physicochemical indices /%

表4 不同地區(qū)大米樣品理化指標組合判別分析結(jié)果Tab.4 Results of discriminant analysis of rice samples from different regions

2.2.2 理化指標組合對大米產(chǎn)地的判別分析

以蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、脂肪、灰分4個指數(shù)為研究對象,采用費歇爾線性鑒別分析法構(gòu)建鑒別模型,以大米為研究對象,采用回代、交叉驗證等技術(shù)研究其鑒別模式。產(chǎn)地判定模式已確定：

Y1(查哈陽)=30.132X1+72.122X2+697.845X3+651.487X4-1118.207

Y2(建三江)=31.425X1+68.476X2+627.401X3+761.707X4-1065.131

Y3(五常)=26.971X1+75.331X2+783.218X3+563.373X4-1180.870

其中,X1表示蛋白質(zhì),X2表示直鏈淀粉,X3表示脂肪,X4表示灰分。將每種樣本的指標數(shù)值分別代入各個功能函數(shù),并以產(chǎn)地中Y值最大的區(qū)域作為判定標準。研究發(fā)現(xiàn),在查哈陽、建三江、五常3個大米品種間的交叉檢驗中,鑒別正確率為93.6%、93.4%、100%,總體鑒別正確性為95.7%。選取合適的投射軸線對大米試樣進行投射,獲得直線鑒別函數(shù),達到對同種試樣盡量集中、異種試樣盡量分開的目的。在此基礎(chǔ)上對大米的判別性評分進行分析,得出了兩個功能對評分的貢獻值分別為99.3%、0.7%。結(jié)果表明,在產(chǎn)地大米中的指紋信息具有一定的特點,通過理化指標中的指紋信息可對產(chǎn)地進行識別。

2.3 不同產(chǎn)地大米理化指標數(shù)據(jù)分析

由表5分析得知,評價大米優(yōu)劣的理化指標中,蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、脂肪及灰分指標都具有較高的鑒別能力。結(jié)合各樣品不同產(chǎn)地對其蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、脂肪及灰分進行評價,對于單一產(chǎn)地的樣本蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、脂肪和灰分含量分布比較集中,其鑒別作用比較顯著。

表5 不同地區(qū)大米樣品理化指標檢測結(jié)果Tab.5 Results of physicochemical indices of rice samples from different regions

3 討論

大米理化指標的測定受水稻遺傳特點、地理環(huán)境、栽培措施及生產(chǎn)工藝等多種因素的共同影響,對于大米質(zhì)量的評定得出了不同的結(jié)果[7-8]。大米理化指標在不同產(chǎn)地存在著明顯的差別,這既與當?shù)氐乃翖l件有關(guān),又受到當?shù)貧夂驐l件的影響,表現(xiàn)出了明顯的區(qū)域特點。查哈地區(qū)屬寒溫季風,年均溫度為1.7 ℃,日照時長2773 h。建三江地區(qū)為寒溫潮濕季風地區(qū),年平均溫度為1 ℃～2 ℃,日照為2260～2449 h,土壤水分含量較高。五常屬于中溫帶陸地季風,年平均溫度3 ℃～4 ℃。研究表明,在稻米結(jié)實期,平均氣溫與蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān),平均氣溫與直鏈淀粉含量呈負相關(guān),而溫度對脂肪含量影響不大[9]。以香稻為例,對主產(chǎn)區(qū)氣候特征與稻谷香味特征的關(guān)系進行分析發(fā)現(xiàn),溫度變化與稻谷中蛋白質(zhì)、脂肪酸類型及含量密切相關(guān)[10]。稻米的成熟期、儲藏環(huán)境等因素也會對大米的理化指標特性產(chǎn)生一定的影響,故運用大米理化指標指紋信息進行產(chǎn)地溯源還需要研究以上這些因素對理化特性的影響規(guī)律,篩選與地域直接相關(guān)的溯源因子,這是產(chǎn)地溯源技術(shù)研究的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

大米中的蛋白質(zhì)、脂肪、灰分及直鏈淀粉含量在各地區(qū)之間有明顯的差別(P<0.05),4個指數(shù)差異較大。對產(chǎn)地鑒別結(jié)果進行線性鑒別,其鑒別準確度由高至低為：灰分>脂肪>直鏈淀粉>蛋白質(zhì),查哈陽、建三江、五常3種大米試樣的4個指數(shù)的正確辨別率分別為93.6%、93.4%、100%,整體正確辨別率為95.7%。