基于主成分分析和聚类分析的不同水稻品种营养品质评价研究

doi:10.3969/j.issn.1006-8082.2022.06.001

中国稻米 ›› 2022, Vol. 28 ›› Issue (6): 1-8.DOI: 10.3969/j.issn.1006-8082.2022.06.001

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基于主成分分析和聚类分析的不同水稻品种营养品质评价研究

徐清宇¹, 余静¹, 朱大伟¹^,², 郑小龙¹^,², 孟令启³, 朱智伟¹^,², 邵雅芳¹^,^*()

¹中国水稻研究所，杭州 310006
²农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心，杭州 311400
³河北省农林科学院滨海农业研究所，河北唐山 063299

收稿日期:2022-07-24 出版日期:2022-11-20 发布日期:2022-11-17
通讯作者: 邵雅芳
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金项目(31901453);中国农业科学院科技创新工程协同创新任务(CAAS-XTCX2019024);浙江省科技计划项目(2022C02011);农产品营养品质分等分级项目(14205023);中央级公益性行业科研院所基本科研业务费专项(CPSIBRF-CNRRI-202125)

Nutritional Quality Evaluation of Different Rice Varieties Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis

XU Qingyu¹, YU Jing¹, ZHU Dawei¹^,², ZHENG Xiaolong¹^,², MENG Lingqi³, ZHU Zhiwei¹^,², SHAO Yafang¹^,^*()

¹China National Rice Research Institue, Hangzhou 310006, China
²Rice Products Quality Supvision and Inspection Center, Ministry of Agricultural and Rural Affairs of PRC, Hangzhou 311400, China
³Institute of Coastal Agriculture, Hebei Academy of Agriculture Forestry Sciences, Tangshan, Hebei 063299, China

Received:2022-07-24 Online:2022-11-20 Published:2022-11-17
Contact: SHAO Yafang

摘要/Abstract

摘要：

为了评价不同颜色糙米品种的营养品质，以3个红米品种、8个黑米品种和8个普通糙米品种为材料，对其5项基本营养成分、13种矿质元素含量和9项活性物质含量等27项营养品质指标进行比较分析，并采用主成分分析和聚类分析对不同水稻品种进行营养品质评价。结果表明，不同品种稻米的总淀粉、膳食纤维和脂肪含量在较小范围内波动；有色米品种的矿质元素含量变化范围较大，普通糙米品种的变化范围较小；总酚、总黄酮、ABTS和DPPH抗氧化活性间存在极显著的相关性，其在有色米品种中的含量显著高于普通糙米品种，且大多数黑米品种的含量显著高于红米品种；总花色苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷在黑米品种中含量比较高。对稻米基本营养成分和矿物质元素等指标进行主成分分析，提取了6个主成分，其累积方差贡献率达80%左右，可以较好反映稻米的营养品质。对19个水稻品种稻米的所有营养品质参数进行聚类分析，可以将水稻品种分为有色米类和普通糙米类；将所有品质指标分为五类，其两类主要是矿质元素，一类主要是活性物质，两类主要是基本营养成分。该研究结果可为稻米营养品质的评价提供科学依据，也可为生产功能性稻米新产品提供新思路。

关键词: 水稻, 营养品质, 主成分分析, 聚类分析, 品质评价

Abstract:

In order to evaluate the nutritional quality of different colored whole rice grains, 3 red, 8 black and 8 non-pigmented rice grains were selected, 5 basic nutritional parameters, 13 elements and 9 bioactive components were detected, and principal component and cluster analysis were used as data analysis and quality evaluation methods. The results showed that the contents of total starch, dietary fiber and fat of different rice varieties fluctuated in a small range. The range of element contents of colored rice was larger than that of non-pigmented rice. There was a very significant correlation among total phenolic, flavonoid content, ABTS and DPH antioxidant activity, the contents of total phenolic and flavonoid in colored rice were significantly higher than in non-pigmented rice, and the contents in most black rice were significantly higher than those in red rice. The contents of total anthocyanin, cyaidin-3-O-glucoside and peonidin-3-O-glucoside in black rice were higher. The principal component analysis of basic nutritional parameters and elements divided all the nutritional quality into six components which could explain about 80% of the total variances. The cluster analysis of all the tested parameters in 19 samples divided all the samples into colored rice and non-pigmented brown rice. It also divided all the parameters into 5 categories as two categories of elements, one category of bioactive compounds and two categories of basic nutritional parameters. The results of this study can provide a scientific basis for evaluating the nutritional quality of rice, and also provide new ideas for the production of new functional rice products.

Key words: rice, nutritional quality, principal component analysis, cluster analysis, quality evaluation

中图分类号:

S511.024

徐清宇, 余静, 朱大伟, 郑小龙, 孟令启, 朱智伟, 邵雅芳. 基于主成分分析和聚类分析的不同水稻品种营养品质评价研究[J]. 中国稻米, 2022, 28(6): 1-8.

XU Qingyu, YU Jing, ZHU Dawei, ZHENG Xiaolong, MENG Lingqi, ZHU Zhiwei, SHAO Yafang. Nutritional Quality Evaluation of Different Rice Varieties Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis[J]. China Rice, 2022, 28(6): 1-8.

图/表 9

表1 不同水稻品种稻米基本营养成分含量（单位：%）

表2 不同稻米品种矿物质含量（单位：mg/kg）

表3 不同水稻品种稻米活性物质含量

图1 不同水稻品种稻米活性成分的相关分析**表示P<0.01，***表示P<0.001。

图2 稻米基本营养成分和矿物质主成分分析碎石图

表4 稻米基本营养成分和矿物质主成分分析的特征值、贡献率和累计贡献率

表5 主成分分析中的载荷矩阵

表6 稻米品质综合评分

图3 聚类分析图

参考文献 21

[1]	ZHANG Q, CHEN Q H, WANG S L, et al. Rice and cold stress: Methods for its evaluation and summary of cold tolerance-related quantitative trait loci[J]. Rice, 2014, 7(1): 24. PMID
[2]	邵雅芳. 稻米的营养功能特点[J]. 中国稻米, 2020, 26(6):12-18.
[3]	SUGANO M, TSUJI E. Rice bran oil and cholesterol metabolism[J]. The Journal of Nutrition, 1997, 127(3): 521-524.
[4]	OKI T, MASUDA M, KOBAYASHI M, et al. Polymeric procyanidins as radical-scavenging components in red-hulled rice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50(26): 7524-7529. PMID
[5]	CARCEA M. Value of wholegrain rice in a healthy human nutrition[J]. Agriculture, 2021, 11(8): 1-11.
[6]	中华人民共和国农业农村部. NY/T 593-2021,食用稻品种品质[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021.
[7]	SHAO Y F, HU Z Q, YU Y H, et al. Phenolic acids, anthocyanins, proanthocyanidins, antioxidant activity, minerals and their correlations in non-pigmented, red, and black rice[J]. Food Chemistry, 2018, 239(15): 733-741.
[8]	张宇君, 赵丽丽, 王普昶, 等. 燕麦萌发期抗旱指标体系构建及综合评价[J]. 核农学报, 2017, 31(11):2236-2 242.
[9]	荆瑞勇, 卫佳琪, 王丽艳, 等. 基于主成分分析的不同水稻品种品质综合评价[J]. 食品科学, 2020, 41(24):179-184.
[10]	郭嘉贵, 石树磊, 谢滔, 等. 基于主成分分析的黑龙江省不同来源地黑木耳营养品质评价[J]. 中国农业科技导报, 2019, 21(6):94-100.
[11]	于崧, 郭潇潇, 梁海芸, 等. 不同基因型绿豆萌发期耐盐碱性分析及其鉴定指标的筛选[J]. 植物生理学报, 2017, 53(9):1629-1 639.
[12]	王丽艳, 唐金敏, 郑桂萍, 等. 水稻萌发期和幼苗期耐低温指标体系构建及综合评价[J]. 中国农业科技导报, 2019, 21(10):58-65.
[13]	米少艳. 低磷胁迫对小麦染色体代换系幼苗的生理效应及其染色体定位研究[D]. 保定: 河北农业大学, 2013.
[14]	张卫星, 马晨怡, 袁玉伟, 等. 我国水稻三大优势产区稻米品质现状及区域差异[J]. 中国稻米, 2021, 27(5):12-18.
[15]	ITANI T, TAMAKI M, ARAI E, et al. Distribution of amylose, nitrogen, and minerals in rice kernels with various characters[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50(19): 5 326-5 332.
[16]	JIANG S L, WU J G, FENG Y, et al. Correlation analysis of mineral element contents and quality traits in milled rice (Oryza sativa L.)[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(23): 9 608-9 613
[17]	YU Y H, SHAO Y F, LIU J, et al. Mapping of quantitative trait loci for contents of macro- and microelements in milled rice (Oryza sativa L.)[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63(35): 7 813-7 818.
[18]	SHEN Y, JIN L, XIAO P, et al. Total phenolics, flavonoids, antioxidant capacity in rice grain and their relations to grain color, size and weight[J]. Journal of Cereal Science, 2009, 49(1): 106-111.
[19]	OIKAWA T, MAEDA H, OGUCHI T, et al. The birth of a black rice gene and its local spread by introgression[J]. Plant Cell, 2015, 27(9): 2 401-2 414.
[20]	MIN B, GU L, MCCLUNG A M, et al. Free and bound total phenolic concentrations, antioxidant capacities, and profiles of proanthocyanidins and anthocyanins in whole grain rice (Oryza sativa L.) of different bran colours[J]. Food Chemistry, 2012, 133(3): 715-722.
[21]	HOSODAL K, SASAHARA H, MATSUSHITA K, et al. Anthocyanin and proanthocyanidin contents, antioxidant activity, and in situ degradability of black and red rice grains[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2018, 31(8): 1 213-1 220.

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Nutritional Quality Evaluation of Different Rice Varieties Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis

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[1]	王岩, 王旺, 蔡嘉鑫, 曾鑫, 倪新华, 田洁, 唐闯, 景秀, 周苗, 王晶, 徐昊, 胡雅杰, 邢志鹏, 郭保卫, 许轲, 张洪程. 氮肥对稻米淀粉结构及理化性质影响的研究进展[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 1-8.
[2]	胡江博, 任正鹏, 丁翔, 王朝全, 冯阳, 王笑见, 张翔, 胥南飞. 稻田除草剂应用现状与抗除草剂水稻育种研究进展[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 13-19.
[3]	王云翔, 咸云宇, 赵灿, 王维领, 霍中洋. 缓控释氮肥施用技术在水稻上应用研究进展与展望[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 20-26.
[4]	李逸翔, 周新桥, 陈达刚, 郭洁, 陈可, 张容郡, 饶刚顺, 刘传光, 陈友订. 高γ-氨基丁酸水稻及其米制食品开发应用研究进展[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 38-44.
[5]	薛莲, 段圣省, 郑兴飞, 殷得所, 董华林, 胡建林, 王红波, 查中萍, 郭英, 曹鹏, 徐得泽. 湖北省水稻生产发展现状及对策建议[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 45-47.
[6]	王昕, 刘炜, 马洪文, 贺奇, 冯伟东, 张益民, 李虹, 殷延勃. 宁夏优质稻育种历程、问题及展望[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 48-52.
[7]	孙志广, 刘艳, 李景芳, 周振玲, 邢运高, 徐波, 周群, 王德荣, 卢百关, 方兆伟, 王宝祥, 徐大勇. 水稻萌发耐淹性鉴定评价方法研究及种质资源筛选[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 53-58.
[8]	王兴为, 王志成. 秸秆还田与深施氮肥对水稻叶片生理特征、氮素利用及产量的影响[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 59-65.
[9]	赫兵, 李超, 严永峰, 刘月月, 赫靖淇, 于天华, 王帅, 陈殿元, 严光彬. 水稻秸秆秋季水耙浆还田对土壤及水稻性状的影响[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 66-71.
[10]	董维, 张建平, 邓伟, 徐雨然, 奎丽梅, 涂建, 张建华, 安华, 王睿, 谷安宇, 张锦文, 吕莹, 杨丽萍, 管俊娇, 陈忆昆, 李小林. 云南省1983—2021年审定水稻品种基本特性分析[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 84-89.
[11]	吴涛, 邓宏中, 赵迎曦, 杨琛, 郭昱, 赵有权, 谢志梅, 张立阳, 杨远柱. 隆平高科水稻绿色通道2016—2021年审定品种分析[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 90-94.
[12]	邵泽毅, 谭旭生, 伍斌, 管恩相. 稻田小龙虾轮捕轮放寄养技术浅析[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 98-100.
[13]	黄日伟, 廖春良, 梁月宽, 杨绍意, 尚子帅, 姚云峰. 华浙优261在广西不同海拔作早中晚稻种植表现及高产栽培技术[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 106-107.
[14]	郑红明, 郑品卉. 浅析稻谷比价偏低对我国水稻产业的影响[J]. 中国稻米, 2023, 29(4): 32-37.
[15]	严如玉, 甘国渝, 赵希梅, 殷大聪, 李燕丽, 金慧芳, 朱海, 李继福. 我国水稻优势产区生产格局及施肥现状研究[J]. 中国稻米, 2023, 29(3): 1-8.