《食品科学》：吉林农业大学刘景圣、郑明珠教授等：玉米籽粒后熟品质性状主成分分析与综合评价

玉米是重要的粮食作物、饲料及工业原料。后熟是指粮油籽粒从形态成熟到生理成熟变化的过程。玉米在后熟过程中，玉米籽粒内部继续进行生理生化变化，既有呼吸作用的变化，又包括物质代谢及淀粉消化特性等方面的变化。后熟作用完成的质量直接影响着玉米的产量、营养品质及储藏品质。东北玉米多属于秋粮晚熟品种，采收时一般处于蜡熟期末，形态成熟但还未达到生理上的完全成熟，需要进行一段较长时间的后熟作用。农户多以剥皮晾晒玉米穗作为玉米的主要储藏和干燥方式，以完成玉米的后熟。

本研究团队前期的研究表明，控制玉米采后的成熟过程可以改变玉米醇溶蛋白的结构，使其消化率升高；玉米在后熟阶段其淀粉分子会发生结构和分子链长分布的改变。主成分分析可以简化数据结构，准确了解各性状的综合表现，避免人为主观因素的影响。近年来，该方法在果实品质、加工食品品质的综合分析评价上取得了较好的结果。

吉林农业大学食品科学与工程学院的曹勇、郑明珠*、刘景圣*等以中国东北地区两个代表性玉米品种郑单958（Zd958）和先玉335（Xy335）为研究对象，将测定的14 个主要代表性指标进行相关性分析，并采用主成分分析对玉米后熟品质变化进行客观分析评价，旨在为科学判定玉米后熟品质和进程提供一定的参考依据，对提高玉米籽粒食用品质、储藏品质，降低采后损失具有一定的指导意义。

1

后熟过程中玉米籽粒主要品质性状的变化

玉米品种丰富，本研究选取两个玉米品种郑单958（Zd958）和先玉335（Xy335）为研究对象，主要是基于这两种玉米籽粒的自然脱水特性存在差异，对于后熟和干燥性质相关的研究具有代表性，同时这两个品种也是东北地区主栽的玉米品种。对储藏不同时间的两种新玉米籽粒中14 个生理生化性状指标进行测定，结果见表1。在玉米后熟过程不同阶段，选取的14 个品质性状指标发生了显著改变（

P

＜0.05），特别是在储藏前期阶段，指标变化较为剧烈，在后期趋于稳定。关于籽粒水分的变化，除了选取水分质量分数外，还选取水分状态参数。这是因为利用LF-NMR技术研究籽粒中水分状态变化情况，可以精确判断新玉米采后的干燥进程，深入了解籽粒中大分子结构的变化。结果表明，

T

21 呈逐渐减小直至稳定的趋势，

T

21 的减小说明籽粒在后熟过程中内部结合水的氢质子自由度和水分流动性逐渐降低，水分子与淀粉等大分子结合力逐渐增强。

2

新收获玉米后熟过程中各指标间相关性分析

两个品种玉米各参数的相关性分析结果如表2、3所示。在自然条件下储藏，两种玉米籽粒的

T

21 与

A

21 呈极显著负相关（

P

＜0.01）；

T

21 与水分质量分数呈极显著正相关（

P

＜0.01），

A

21 与水分质量分数呈极显著负相关（

P

＜0.01）。两种玉米籽粒的呼吸速率与总淀粉质量分数呈极显著负相关（

P

＜0.01）。呼吸速率与两种呼吸酶CAT和POD的活性分别呈极显著负相关和正相关（

P

＜0.01），与籽粒Zd958可溶性糖含量呈显著负相关（

P

＜0.05），与籽粒Xy335可溶性糖含量呈极显著负相关（

P

＜0.01），并与脂肪酸值和千粒质量呈极显著正相关（

P

＜0.01）。结果表明，两个品种玉米在后熟过程中，随着储藏时间的延长，14 个生理生化和营养品质指标间具有相关性，可以采用主成分分析法，对众多指标进行归类分析，以期得到玉米后熟过程中籽粒性状的评价模型。

3

主成分分析

将Zd958和Xy335的水分质量分数、

T

21 、

A

21 、呼吸速率、可溶性糖含量、

-淀粉酶活性、CAT活性、POD活性、HK活性、IDH活性、脂肪酸值、总淀粉质量分数、千粒质量、RDS质量分数分别用

X

1 、

X

2 、

X

3 、

X

4 、

X

5 、

X

6 、

X

7 、

X

8 、

X

9 、

X

10 、

X

11 、

X

12 、

X

13 、

X

14 表示，原始数据利用SPSS软件分析，经标准化处理，得到两品种玉米生理生化指标的主成分贡献率及其特征向量。在KMO-Bartlett检验中，KMO取样适当性量数为0.734，Bartlett球形检验的近似卡方为951.571、自由度为91、显著性为0.000，说明变量之间存在相关性，可以进行因子分析。以主成分分析得到特征值的累计方差贡献率大于80%为依据，表4中特征值前3 位的主成分累计贡献率为84.759%，符合主成分分析的要求。使用这3 个主成分的变化趋势可以代替整体数据的变化趋势，因此选取这3 种主成分进行分析。

由表5可知，在主成分1中水分质量分数特征向量值最高（为0.130），接下来特征向量值依次为

X

4 、

X

2 、

X

11 ，分别对应的是呼吸速率、

T

21 和脂肪酸值，其系数越大，水分质量分数、脂肪酸值越大，呼吸速率越高，说明籽粒储藏稳定性越小，从而不耐储藏，它们反映了籽粒储藏特性，将主成分1归为不耐储因子。在主成分2中

X

13 和

X

12 特征向量值最高，分别对应的是千粒质量、总淀粉质量分数，它们反映了籽粒产量，其系数越大，千粒质量、总淀粉质量分数越高，产量越高，后熟完成性越高，将主成分2归为产量因子。在主成分3中

X

14 和

X

9 特征向量值最高，分别对应的是RDS质量分数、HK活性，其系数越大，RDS质量分数、HK活性越高，它们可以反映籽粒消化特征，将主成分3归为消化特征因子。

4

玉米后熟过程中主要性状的综合评价

经过主成分分析选取不耐储因子、产量因子和消化特征因子3 种主成分，保留了玉米籽粒生理生化及品质变化的主要信息。用3 个变量代替原来的14 个指标，表征玉米籽粒后熟过程中生理生化及品质性状特征。根据各品质性状指标的特征向量，列出主成分的函数表达式，得出3 个主成分变化的线性方程（式（1）～（3））：

同时，以选取的第1、2、3主成分的方差贡献率53.436%、18.466%、12.857%作为权重，构建玉米后熟品质性状综合评价函数：

F

Z

1 ×0.534 36+

Z

2 ×0.184 66+

Z

3 ×0.128 57，其中，

F

为玉米后熟品质性状评价综合得分，分别将计算得到的

Z

1 、

Z

2 、

Z

3 值带入评价函数中，得到了两个品种在后熟不同时期的

F

值，如表6所示。

根据表6和图2进行分析可以得出，两种玉米的

F

值随着后熟时间的延长呈逐渐降低直至稳定后又缓慢上升的趋势。虽然两种玉米的

F

值变化规律相同，但其

F

值存在差异，说明两种玉米的后熟作用表现不同。在采后0 d时，Zd958和Xy335的

F

值最高，分别为0.997和1.087；当储藏60 d时，

F

值分别降低至-0.178和-0.569。在后熟过程中籽粒的生理活性降低，品质性状逐渐升高，当后熟完成后，玉米籽粒品质性状应达到最佳状态并保持稳定。如果进一步长期储藏，玉米籽粒的品质性状应呈现逐渐降低的趋势。在本实验条件下，

F

值下降阶段可以代表玉米后熟过程中品质性状逐渐升高时期；

F

值降低速率发生转折或降至最低并达到稳定阶段，代表玉米籽粒后熟完成时期，Zd958和Xy335对应时间分别为50 d和30 d，此时其

F

值分别为-0.253和-0.653，品质性状达到最佳状态。因此，可结合

F

值的大小和变化速率共同判定玉米的后熟品质和后熟时间。Zd958和Xy335的后熟时间相差20 d，这说明不同品种玉米的后熟时间不同，这将对其进一步储藏和加工的时间产生影响。

玉米是后熟作物，其后熟期生理特性包括多方面的变化，各生理生化变化之间的互相影响及不同步性，导致对玉米后熟期的判定缺乏明确指标。而在讨论籽粒后熟作用程度时，必须对籽粒种植经历、成熟情况、收获时间、储藏中的变化详加了解、综合分析，才能更加科学地建立玉米后熟品质评价体系。本研究中发现玉米籽粒的水分含量和状态、脂肪酸值、酶活性等指标的降低时间不一致，并受到储藏温度的影响。虽然本实验选用两个品种具有代表性，但是对于新收获玉米在后熟过程中的品质变化机理研究还有所欠缺，需要对更多品种以及不同地区同一玉米品种进行系统研究。

5

结 语

Zd958和Xy335两个品种玉米的营养成分和生理生化指标在后熟过程中仍然发生变化。通过对玉米籽粒的14 个品质性状指标进行主成分分析，可以研究玉米在后熟过程中品质性状的变化趋势和判定后熟时间。依据累计贡献率将14 个品质性状指标归纳为不耐储因子、产量因子和消化特征因子3 个主成分，其贡献率分别为53.436%、18.466%和12.857%，累计贡献率为84.759%，保留了原始变量的信息量。本研究构建的玉米后熟品质性状综合评价函数对于综合评价玉米后熟品质具有很好的效果。根据

F

值大小和变化可以判定Zd958和Xy335玉米的后熟时间分别为50、30 d。本研究结果可以为玉米后熟品质综合评价提供理论基础，为判定新玉米理想的收获日期和加工日期提供依据。

本文《玉米籽粒后熟品质性状主成分分析与综合评价》来源于《食品科学》2024年45卷11期1-7页. 作者：曹勇，许秀颖，蔡丹，刘回民，张浩，赵城彬，郑明珠，刘景圣. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230724-264. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：陈丽先；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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