基于主成分分析和隶属函数法对小米品质性状综合评价

Comprehensive Evaluation of Quality of Millet Based on Principal Component Analysis and Membership Function Method

摘要

为了探究不同谷子品种小米品质间特征差异，构建品质综合评价体系，进而筛选优质品种，以山西省晋城市陵川县种植的9个谷子品种为试验材料，系统分析小米营养品质（水分、蛋白质、粗脂肪、淀粉、纤维、直链淀粉、15种氨基酸）、外观品质（L^*、a^*、b^*、CCI）和蒸煮品质（7个RVA值）等32项相关指标，利用主成分分析和隶属函数法对不同谷子品种小米品质进行综合评价。结果表明，9个谷子品种中，除纤维含量外，其他31个小米品质指标均存在显著差异，表明不同谷子品种小米品质指标间差异较大。通过相关性分析、主成分分析，确定蛋白质、脂肪、赖氨酸、脯氨酸、橘色指数、峰值黏度、回生值可作为评价小米品质的核心指标，并建立了小米品质评价模型，筛选出综合得分前2位的谷子品种长谷4号和长生16，该结果与隶属函数法评价及聚类分析结果一致，表明这2个谷子品种的小米综合品质表现优异。

Abstract

With the aim of exploring the differences in quality characteristics among different foxtail millet varieties, in this study, a standard evaluation system of quality was established, then varieties with excellent quality were screened, nine foxtail millet varieties from Lingchuan county(Jincheng city, Shanxi province) were used as materials, and 32 related indicators of nutritional quality(moisture, protein, crude fat, starch, fiber, amylose, and 15 kinds of amino acids), appearance quality(L^*, a^*, b^*, and CCI), and cooking quality(seven RVA values) were systematically analyzed, comprehensive evaluation on millet quality of different foxtail millet varieties was conducted by principal component analysis and membership function method. The results showed that there was significant difference in millet quality indicators among different varieties. Through correlation analysis and principal component analysis, protein, fat, lysine, proline, orange index, peak, and setback were determined as the core indicators for the evaluation of millet quality, a millet quality evaluation model was established, and the top two foxtail millet varieties(Changgu 4 and Changsheng 16) with comprehensive scores were screened out, the result was consistent with that of the membership function evaluation and cluster analysis, showing that the comprehensive quality of the two foxtail millet varieties was excellent.

Graphical abstract

关键词

小米 / 品质 / 主成分分析 / 隶属函数法 / 相关性分析

Key words

millet / quality / principal component analysis / membership function method / correlation analysis

谷子（Setaria italica（L.）Beauv）又称粟、稷，是起源于我国的古老杂粮作物之一。因其基因组小、生育期短等优势，也是新兴的C4模式作物^[1]，同时兼具耐旱、耐贫瘠和适应性强等优点，是节水农业的重要作物，在我国北方粮食安全和产业振兴中具有重要地位^[2]。其脱壳后俗称小米，富含蛋白质、脂肪、糖类、膳食纤维以及丰富的人体所必需的微量元素，营养丰富，保健功能突出，对维持人体健康具有重要作用^[3]。

因受品种间差异的影响，不同谷子品种小米品质也不尽相同。薛亚鹏等^[4]对国内152份谷子种质资源研究发现，谷子在蛋白质、脂肪、粗纤维等品质性状上均存在不同程度差异。冯小磊等^[5]对9个谷子品种小米的氨基酸进行差异分析，结果表明，小米氨基酸含量丰富，不同品种间氨基酸含量存在差异，且杂交种普遍高于常规品种。潘怡敏等^[6]对山西292份谷子地方品种进行米色相关指标测定，结果表明，a^*、b^*、CCI、L^*、黄色素含量均有差异，其中，CCI作为衡量小米米色的综合指标，差异表现最为明显。王红梅等^[7]对国内有代表性的96份谷子种质资源的直链淀粉含量进行测定，结果表明，地方品种较育成品种直链淀粉含量差异更大。李星等^[8]研究表明，小米淀粉的糊化特性在不同地区表现也不尽相同。

目前，小米品质评价指标并没有明确的主次作用，其营养成分、蒸煮品质、口感风味与外观等对小米品质都有直接的影响。仅依据少数几个品质指标难以科学全面地评价谷子品种优劣，需要综合多个指标不同维度或方法进行考量。现阶段在小米品质综合评价中，灰色关联度、隶属函数、DTOPSIS、聚类分析和主成分分析等方法被广泛应用。杨军学等^[9]运用灰色关联度和聚类分析，筛选出表现优异的饲草谷子，为宁南山区引种种植提供了参考依据；郝曦煜等^[10]采用DTOPSIS法和灰色关联度分析法，筛选并综合评价在半干旱生产区适宜不同选择目标的最佳谷子品种。王成等^[11]运用聚类分析法分析了谷子高代品系的农艺性状和基本营养品质性状的遗传变异规律，筛选出综合性状优异的育种材料，为豫西谷子新品种选育提供科学依据。张爱琴等^[12]利用主成分分析法和聚类分析法，探究甘肃省陇东地区小米营养成分含量差异，并对其营养品质进行综合评价。

在现有研究中，将多种多元统计分析方法相结合来开展作物品质的综合评价，已然成为增强研究科学性的重要举措。与单一的评价方法相比，多元统计分析借助不同算法之间的协同运作，能够明显提升评价体系的客观性与全面性。值得注意的是，尽管主成分分析与隶属函数法在农作物评价中均有应用，但将这2种方法有机结合用于小米品质评价的研究鲜有报道。采用主成分分析在大量指标中提取核心指标，再通过赋权确定其权重，并利用隶属函数综合比较构建多维度的评价体系，可显著提高评估结果的可靠性。

依托温和气候、充足光照、适宜土壤酸碱度等独特的地理与气候条件，山西晋东南地区成为小米种植的优选区域，并在小米种植上具有显著的传统优势和地域特色。近年来，随着农业产业结构的不断调整以及消费者对健康谷物需求的日益增长，该地区小米种植面积持续扩大，品种日益丰富。为此，本研究对山西晋东南地区9个主推谷子品种的32项小米品质指标（涵盖营养成分、外观品质、蒸煮品质）进行测定，分析不同品种间品质特征差异，通过主成分分析筛选出相对合理的表型评价指标并结合隶属函数法对其进行综合评价，旨在为谷子种质资源的评价和优异谷子新品种选育提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究以9个谷子品种为试验材料，分别为长生15（G-1）、长生16（G-2）、长生19（G-3）、长谷4号（G-4）、长谷478（G-5）、长农47（G-6）、长农51（G-7）、长杂谷333（G-8）、长杂谷466（G-9），均种植于山西省晋城市陵川县西河底镇谷子示范基地，地力均匀，栽培措施一致，于2024年10月初收获，每个品种随机取样5次，自然晾晒至充分干燥后脱壳制得小米样品，于阴凉处储存备用。

1.2 试验方法

1.2.1 营养成分测定

小米的水分、蛋白质、脂肪、淀粉、纤维及15种氨基酸等营养物质的含量采用瑞典波通公司生产的DA7200多功能近红外仪谷物分析仪测定。

1.2.2 糊化特性测定

小米中淀粉的糊化特性即RVA（Rapid viscosity analyzer）特征值和直链淀粉含量紧密相关，均是影响蒸煮品质的主要因素^[13-14]。将小米样品磨粉后，过孔径0.178 mm筛备用，采用RVA澳大利亚Newport Scientific公司的快速粘度分析仪测定小米糊化特性，参照闫海丽等^[15]的方法进行。根据中华人民共和国国家标准《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》（GB 7648—1987）对小米进行测定前处理，利用DPCZ-Ⅱ型直链淀粉测定仪测定直链淀粉含量。

1.2.3 外观品质测定

用色差仪CR-400测定小米的亮度（L^*）、红绿值（a^*）、黄蓝值（b^*），并计算橘色颜色指数（CCI）^[16]。

CCI=1 000×a^*/（L^*×b^*）（1）

1.2.4 综合评价

1.2.4.1 主成分分析法

借助SPSS 26.0软件首先进行方差分析观察品种间各指标差异，进一步开展相关性分析以明确指标间关联程度，继而运用主成分分析（PCA）对多维品质指标进行降维处理，通过提取累计方差贡献率≥85%的主成分，结合因子荷载绝对值≥0.8，筛选出对主成分影响显著的核心指标，通过荷载系数和特征平方根推导其加权系数，并采用归一法确定其权重，最终构建小米品质的综合评价模型。

1.2.4.2 隶属函数法

将各指标的原始数据代入隶属函数，得到各品种在各指标下的隶属值。然后对各指标的隶属度进行加权平均，得到综合隶属函数值，根据综合隶属度排序，筛选最优品种。

U（x）=\frac{X_i-X_{i\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}}{X_{i\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}-X_{i\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}}（i=1，2，3，⋅⋅⋅，n）（2）

\overline{U(x)}=\frac{\sum U(x)}{n}（3）

式中，U（x）为各品质指标的隶属值；X_i 表示第i个品质指标的测定值；X_imax和X_imin分别为第i个品质指标测定值的最大值和最小值；\overline{U(x)}代表各品种品质指标的平均值；n代表指标总个数。

1.3 数据处理

试验采用Excel 2016进行数据整理，采用SPSS 26.0进行单因素方差分析（ANOVA）、多重比较（邓肯检验）及主成分分析（PCA），采用Origin 2025软件包进行相关性分析、主成分荷载矩阵分析，采用线上分析软件Hiplot（https://hiplot.com.cn）进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 小米各品质指标的方差分析

2.1.1 营养指标

2.1.1.1 营养成分含量

不同谷子品种间小米营养成分含量如表1所示，小米中水分、蛋白质、脂肪、淀粉、纤维含量分别为9.64%~10.88%、9.80%~11.65%、3.64%~4.48%、72.94%~76.50%、0.21%~0.45%。基本营养成分含量的变异系数介于1.47%~22.97%，其中，只有纤维含量变异系数大于10%，表明其在不同谷子品种中变幅较大，其他营养成分含量的变异系数均小于10%。

由表1可知，谷子品种间小米的水分含量存在显著差异（P<0.05），均低于国家储藏标准13.5%，表明都具有良好的储藏性。小米富含蛋白质，其含量通常为9%~15%，高于其他杂粮^[17]，品种G-4的小米蛋白质含量最高（11.65%），品种G-5的蛋白质含量最低（9.80%），多数品种的蛋白质含量存在显著差异。小米的脂肪含量为3%~5%，以高营养价值的不饱和脂肪酸为主，富含多种功能性成分，对小米粥的滋气味和口感都具有明显的影响^[18]。其中，品种G-4的脂肪含量最高（4.48%），品种G-3的脂肪含量最低（3.64%），各品种脂肪含量均存在显著差异（P<0.05）。各谷子品种间小米淀粉含量的变化不大，变幅72.94%~76.50%，变异系数1.47%，但品种间仍存在显著差异（P<0.05）。纤维在调节血糖、促进消化、预防疾病等方面有重要作用，小米种皮中纤维含量较高、品质较优^[19]。各品种的纤维含量虽变化较大，但较其他指标其品种间的差异并不明显，其中，品种G-4的纤维含量最低（0.21%）。

2.1.1.2 氨基酸含量

由表2可知，各品种氨基酸含量存在显著差异，品种G-4在天冬氨酸（0.792%）、谷氨酸（2.300%）、蛋氨酸（0.320%）等指标上表现突出，品种G-2的谷氨酸含量最高（2.316%）。从均值看，谷氨酸（2.116%）、脯氨酸（0.658%）、缬氨酸（0.496%）等含量相对较高，赖氨酸（0.131%）最低。变异特征上，赖氨酸变异系数最大（9.651%），甘氨酸最稳定（4.808%），天冬氨酸（0.652%~0.792%）、苯丙氨酸（0.500%~0.612%）等变幅明显。整体反映出谷子品种氨基酸组成的多样性。

2.1.2 米色指标

从表3可以看出，各品种小米的L^*、a^*和b^*值均为正值，表明样品表现为偏亮、偏红和偏黄。其中，亮度（L^*）以G-8品种最高（64.09），G-4品种最低（60.02），变异系数仅2.15%，说明亮度虽有差异但差异不大；红绿色度（a^*）中，G-6品种红度值最高（8.33），G-1品种最低（6.60），变异系数为6.69%，品种差异显著；黄蓝色度（b^*）以G-5品种最高（38.48），G-4品种最低（32.63）；综合颜色指数（CCI）则是G-6品种（3.57）和G-4品种（3.52）表现较优，与这２个品种小米外观品质较优、市场售价较高的情况相符。

2.1.3 蒸煮品质指标

小米的蒸煮品质主要体现在口感（软糯/硬实）、质构（黏性/弹性）、消化性及营养释放效率，这些均由淀粉糊化过程直接决定。糊化是指淀粉颗粒在水和加热作用下膨胀、破裂，晶体结构被破坏，形成均匀糊状溶液的过程^[8]。小米的糊化特性由淀粉组成决定，蒸煮过程中水分、温度和时间是关键调控因素（表4）。

由表4可知，各品种的峰值时间和糊化温度均有差异，变幅分别为5.05~5.60 s,76.88~81.38 ℃，G-7品种的峰值时间及糊化温度均最低（5.05 s、76.88 ℃）。崩解值反映了淀粉颗粒在高温剪切环境下的抗破碎能力，直接关联食品加工中的质构稳定性和口感^[20]。崩解值低，蒸煮时淀粉结构稳定、口感黏滑；反之，蒸煮易分层或黏度不足。G-1品种的崩解值（796 cP）最小，表明蒸煮时黏度最好，G-2品种的崩解值（1 166 cP）显著高于其他品种（P<0.05），表明蒸煮时黏度最差。回生值是衡量淀粉糊在冷却过程中黏度回升能力的关键指标，体现了淀粉糊在冷却后形成凝胶或结晶的能力。回生值越高，小米凝胶性越强，口感越硬^[21]。G-4品种的回生值（2 409 cP）远远高于其他品种，说明其冷却后硬度增加，颗粒分明，适合炒饭、锅巴等，而G-7品种的回生值（1 426 cP）最小，更适合做即食食品。峰值黏度是淀粉充分吸水膨胀后加热过程中出现的最高黏度值，与蒸煮品质正相关，G-5品种的峰值黏度最大（2 689 cP），G-4品种的峰值黏度最小（2 183 cP）。低谷黏度和最终黏度与蒸煮品质均为负相关，其中，G-7品种的低谷黏度、最终黏度均最小（分别为1 162、2 587 cP），G-5品种的低谷黏度最大（1 549 cP），G-4品种的最终黏度最大（3 728 cP）。直链淀粉作为影响蒸煮品质的关键因素，其含量直接决定米饭质地特性，直链淀粉含量越高，米饭质地越硬；反之则越软^[22]。根据T/CROPSSC 001—2022标准，一级优质米的直链淀粉含量需介于12%~18%^[23]，G-2品种的直链淀粉含量最低（15.50%），与G-1（15.84%）、G-6（16.24%）、G-7（16.86%）、G-4（16.94%）均符合一级优质米标准，表明这些品种在蒸煮后具有较理想的食味表现。

2.2 小米各品质指标的分析评价

2.2.1 相关性分析

9个谷子品种32个小米品质指标的相关性分析结果如图1所示。

由图1可知，营养品质、蒸煮特性及外观指标间存在复杂关联。在营养成分中，所有氨基酸均呈正相关，且大多数氨基酸之间相关性较强。蛋白质与氨基酸之间多数为正相关，且相关性较强，而淀粉与多数指标呈负相关，尤其与多数氨基酸和RVA值呈显著负相关。而水分、脂肪与其他指标均显示弱相关；外观指标中，L^*、a^*、b^*、CCI与其他指标绝大多数存在负相关；糊化特性中最终黏度、回生值、峰值时间、糊化温度相互间均表现出强相关（r=-0.81~0.95），崩解值与其他RVA值呈负相关，峰值黏度、低谷黏度与其他指标总体相关性不强。以上分析可知，存在氨基酸、糊化特性、蛋白质与淀粉3个强相关集群。本研究中，小米的各项品质指标并非孤立存在，而是紧密关联、相互影响的，不同指标所蕴含的信息存在显著的重叠现象，可借助降维分析精准筛选出用于小米品质评价的核心指标。

2.2.2 主成分分析

根据主成分分析提取准则（特征值≥1且累计方差贡献率≥85%）^[24]，对9个谷子品种的32个小米营养品质指标（含营养成分、蒸煮特性和外观品质）进行分析。从表5可以看出，可提取基本涵盖品质指标全部关键信息的前5个主成分PC1~PC5（特征值均≥1，累计方差贡献率达91.29%），取代原本32个品质指标，用于对小米品质展开综合评价。

由图2可知，以荷载绝对值≥0.80为筛选标准，第1主成分（PC1，方差贡献率 51.20%）主要代表了蛋白质、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸和缬氨酸含量的信息；第2主成分（PC2，15.78%），主要综合了最终黏度、回生值和峰值时间的信息；第3主成分（PC3，11.80%），主要为水分和峰值黏度；橘色指数（CCI）和脂肪代表了第4主成分（PC4，7.70%）的信息；赖氨酸代表了第5主成分（PC5，4.81%）的信息；因此，PC1与PC5主要反映营养成分品质，PC2与PC3主要指向蒸煮加工品质，PC4代表外观品质。综合上述分析，水分、蛋白质、脂肪、氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸）、糊化特性（最终黏度、回生值、峰值时间、峰值黏度）及橘色指数（CCI）共同构成影响小米品质的核心指标体系。

2.2.3 聚类分析

由图3可知，5个营养指标中，水分与蛋白质各单独构成一类，淀粉、纤维和脂肪聚为一类；15项氨基酸指标中，氨基酸（精氨酸、甘氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸）为一类，氨基酸（天冬氨酸、脯氨酸）为一类，氨基酸（半胱氨酸、苏氨酸、丝氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸）为一类；外观指标中，亮度（L^*）和橘色指数（CCI）聚为一类，红绿值（a^*）与黄蓝值（b^*）各为一类；8项蒸煮特性指标中，峰值黏度与崩解值为一类，低谷黏度、最终黏度、回生值、峰值时间和糊化温度聚为一类，直链淀粉单独成类。

2.2.4 核心评价指标筛选

通过主成分分析方法，筛选出对小米品质评价起关键作用的18项核心指标，可将其分为4类。即水分、蛋白质、脂肪含量代表基本营养品质，天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸和赖氨酸含量代表营养品质，最终黏度、回生值、峰值时间、糊化温度和峰值黏度代表蒸煮品质，橘色指数（CCI）代表外观品质。

综合筛选的核心指标以及通过聚类分析，在基本营养成分中，核心指标可选取蛋白质和脂肪，而水分含量因变异系数最小（仅4.83%），不选取；在营养成分中，氨基酸（天冬氨酸、甘氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、组氨酸、异亮氨酸）类群中选取赖氨酸，其变异系数最大（9.651%），且代表第5主成分的主要信息。氨基酸（天冬氨酸、脯氨酸）类群中选取脯氨酸，其变异系数较大（9.560%）。氨基酸（半胱氨酸、色氨酸、丝氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、苏氨酸）类群中各氨基酸含量较低，不选取指标。因此，蛋白质、脂肪、脯氨酸和赖氨酸含量作为小米营养品质的核心评价指标；外观品质中，仅橘色指数（CCI）单独为一类并处于第3主成分，因此，选择橘色指数（CCI）为外观品质的核心评价指标；蒸煮品质中，峰值黏度与崩解值类群中，选取峰值黏度，其代表第4主成分信息且荷载值最大。最终黏度、回生值、峰值时间类群中，回生值的变异系数（17.02%）最大，故选择峰值黏度和回生值作为蒸煮品质的核心评价指标。由上可得，研究确定7个指标作为小米品质的综合核心评价指标，即蛋白质、脂肪、脯氨酸、赖氨酸、橘色指数（CCI）、峰值黏度和回生值。

2.3 综合评价

2.3.1 综合评价模型

通过主成分特征值与核心指标的荷载系数，计算各核心指标在综合得分模型中的系数，再采用归一化法确定权重。从表5可以看出，蛋白质、脂肪、赖氨酸、脯氨酸、橘色指数（CCI）、峰值黏度、回生值的权重分别为0.264 9、0.158 1、0.225 4、0.277 6、0.078 4、-0.223 9、0.219 6，表明脯氨酸含量对小米品质的影响最为显著，其次为蛋白质含量和赖氨酸含量，而峰值黏度的影响相对最弱。根据核心指标权重，得到综合评价模型：Z=0.264 9X_蛋白质+0.158 1X_脂肪+0.225 4X_赖氨酸+0.277 6X_脯氨酸+0.078 4X_橘色指数-0.223 9X_峰值黏度+0.219 6X_回生值（X表示核心指标标准化处理后的数据），但在即食性和快速供能方面，峰值黏度与品质一般呈正相关，回生值呈负相关，故评价模型可修改为：Z=0.264 9X_蛋白质+0.158 1X_脂肪+0.225 4X_赖氨酸+0.277 6X_脯氨酸+0.078 4X_橘色指数+0.223 9X_峰值黏度-0.219 6X_回生值。

一般来说，营养和外观指标一般与品质呈正相关；糊化特性指标中，峰值黏度和崩解值与蒸煮品质呈正相关，而直链淀粉及其他指标与蒸煮品质呈负相关。因此，在利用核心指标综合评价品质时，回生值需采用负值。将各谷子品种的蛋白质、脂肪、赖氨酸、脯氨酸、橘色指数、峰值黏度、回生值数据标准化后，代入模型计算综合得分（表6）。分析结果显示，G-4品种以0.889的综合得分位列第1，G-2品种以0.716居第2，G-8品种得分最低（-0.637）。据此可初步判定，G-4和G-2为小米品质较优的谷子品种，G-8品质表现最差。

2.3.2 隶属函数法

通过7个核心评价指标，运用隶属函数法对各小米品种品质进行排名，进而验证综合评价模型的准确性。结果显示（表7），G-4品种以0.523的平均隶属值位列第1，G-2品种以0.494的平均隶属值紧随其后，G-8品种以0.120的平均隶属值排名最后。隶属函数平均值与综合评价模型得分相关系数为0.974^**（P<0.001），说明2种评价结果高度吻合，构建的综合评价模型具有很高的可信度。

2.4 小米聚类分析

针对9个谷子品种的32个小米品质指标进行聚类分析，结果表明（图4），9个谷子品种可被划分为3个类群。类群Ⅰ包含G-1、G-3、G-6、G-7、G-8共5个品种，整体品质处于中等水平；类群Ⅱ由G-2和G-4组成，其营养品质和蒸煮特性总体处于优良水平；类群Ⅲ包括G-5和G-9这2个品种，虽然营养品质和蒸煮特性较差，但外观品质较高。从图4中能够直观地看到3个类群小米品质指标的差异。

3 结论与讨论

小米品质的鉴定越来越注重各理化指标的分析，开始由外观品质、食味品质转向营养品质、蒸煮品质、外观和食味品质并重。本研究通过对山西省晋城市陵川县9个谷子品种小米品质指标进行测定，发现4个营养指标（水分、蛋白质、脂肪、淀粉）、15个氨基酸指标（精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸）、4个外观指标（L^*、a^*、b^*、CCI）和8个蒸煮指标（峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最终黏度、回生值、峰值时间、糊化温度、直链淀粉）存在显著差异。G-4品种中，蛋白质、脂肪、氨基酸含量、橘色指数、部分糊化特性指标都是最高，G-8品种中除了水分、纤维、直链淀粉含量及亮度值较高外，其余指标均相对较低。

本研究蛋白质含量较张红等^[25]、秦岭等^[26]研究结果（均值分别为11.10%、10.78%）稍低，而脂肪、淀粉及直链淀粉含量高于其研究结果（脂肪均值分别为3.66%、3.41%，淀粉均值分别为68.90%、67.40%，直链淀粉均值分别为12.20%、16.98%），纤维含量低于杜冰等^[27]研究结果（0.61%），15种氨基酸含量略低于舒军等^[28]研究结果，色度值a^*、b^*较潘怡敏等^[6]研究结果高，L^*、CCI较其研究结果略低。糊化特性各指标值（峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最终黏度、回生值、峰值时间、糊化温度）较刘红等^[29]研究结果均高。上述差异主要由谷子品种、栽培措施、土壤及气候条件等方面的不同所致^[30]。

本研究筛选出的7个核心品质评价指标，涵盖营养、外观、蒸煮三大类别：蛋白质、脂肪、赖氨酸、脯氨酸属于营养指标；橘色指数为外观指标；峰值黏度和回生值则是蒸煮指标。其中，脯氨酸在综合评价模型中权重最高（0.277 6），表明在本试验中脯氨酸含量对小米品质的影响最为显著。水分胁迫下，植物主要的代谢适应机制是渗透调节物质的积累。脯氨酸作为渗透物、N储存化合物、酶类的亲水保护物质、细胞结构物和自由基清除剂来保护细胞^[31]。本试验小米品种种植于山西晋东南地区，该区域年降水量400~650 mm，但季节分布不均，主要集中在6—9月，而春季降雨量少且常发生早春干旱^[32]。同时，脯氨酸是小米籽粒中含量较高的氨基酸之一^[33-34]，在本试验中其含量排名第2位，且变异系数较高（9.560%），仅次于赖氨酸（9.651%），但赖氨酸含量（0.131%）在所有氨基酸中含量最低，未被模型选入核心指标。综上可知，这可能是评价模型中脯氨酸权重较高的主要原因。

在食用品质方面，峰值黏度直接影响口感：数值高时，糊体浓稠黏滑，适合熬制醇厚的小米粥；数值低时，糊体稀薄，能让米粒保持一定完整性，适合制作颗粒感分明的炒饭。回生值则决定冷却后食品的质地：高回生值会导致糊体硬化、弹性降低，如冷米饭变硬、剩粥变稠；低回生值的食品冷却后仍柔软黏糯，适合制作凉糕饼等冷食，或对柔软度要求高的食品；在加工品质层面，高回生值的食品冷却后可形成强凝胶结构，适用于需要固态成型的加工场景；低回生值食品在冷冻或冷藏过程中质地稳定，常用于预包装粥等产品，能有效减少储存期间的品质劣变；在营养与健康品质中，峰值黏度和回生值共同影响血糖生成指数（GI值）。高峰值黏度搭配低回生值，食品糊化充分且不易回生，GI值较高，能快速为人体供能，但糖尿病患者需谨慎控制摄入量；低峰值黏度结合高回生值的食品，如冷却后的米饭，GI值较低，可使血糖平稳上升，对肠道健康有益。基于本试验针对食品即食性（如小米粥）和快速供能的需求，可将峰值黏度设为正相关指标（正系数）、回生值设为负相关指标（负系数），进而小米营养品质综合评价模型修改为：Z=0.264 9X_蛋白质+0.158 1X_脂肪+0.225 4X_赖氨酸+0.277 6X_脯氨酸+0.078 4X_橘色指数+0.223 9X_峰值黏度－0.219 6X_回生值。经计算，品种G-4和G-2的综合得分分属第1、2，品质表现优良，并与隶属函数法结果相同。通过聚类分析可知，品种G-4和G-2聚为一类。由此可见，G-4（长谷4号）品种综合品质最佳。

2种方法评价结果整体一致，但存在部分差异，这可能是由于计算逻辑不同导致的偏差。实践表明，联合多种统计方法评价小米品质更具合理性，既能全面展现9个品种的品质特征，验证所建评价模型的严谨性与精准性，又能揭示各指标间的内在联系和相似性，有助于深入理解小米品质的构成。

小米的综合品质受多种因素影响，单一或少数几个评价指标难以全面反映其价值。而且因小米品种种类丰富多样，侧重某一目标品质性状或增加品质指标及扩大品种选取范围，评价结果可能不同。本研究仅对9个谷子品种的营养品质、外观品质和蒸煮品质进行综合评价，可能存在一定局限性。作为重要杂粮作物，小米的适口性和商品性对其品质至关重要。后续研究需扩大小米品种样本量，侧重提高其适口性和商品性相关指标的权重，进一步完善评价体系，以确保其有效性和普适性，为谷子种质资源评价、新品种选育及消费选择提供科学依据。

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陵川县科技计划