阅读说明：本技术 一种菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法 (Objective evaluation method for seed coat strength and seed hardness of vegetable soybeans ) 是由 邢邯 卜远鹏 张星 赵晋铭 王琮琮 薛冬 于 2018-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法,包括如下步骤：1)准备鼓粒饱满、颜色翠绿的新鲜菜用大豆作为待测样品；2)将待测样品表面清理干净,平放在载物台正中央,使子叶间隙平面与载物台平面平行,样品重心位于探针的正下方；3)使用质构仪进行穿刺试验；4)测定完成后,质构仪数据采集和分析软件Exponent自动输出穿刺过程中探针的受力变化曲线,定义探针刺破种皮时受力的最大值为菜用大豆种皮强度,穿刺深度为2mm的过程中探针所做的机械功代表籽粒的硬度。本发明所述方法具有操作简单、测定精度高、可实现批量自动化测定和分析等优点。(the invention discloses an accurate and efficient objective evaluation method for seed coat strength and seed hardness of vegetable soybeans, which comprises the following steps: 1) preparing fresh vegetables with plump drum grains and emerald green color from soybeans as a sample to be detected; 2) cleaning the surface of a sample to be detected, and horizontally placing the sample to be detected in the center of an objective table, so that a cotyledon gap plane is parallel to the plane of the objective table, and the gravity center of the sample is positioned under a probe; 3) performing puncture test by using a texture analyzer; 4) after the measurement is finished, the texture analyzer data acquisition and analysis software Exponent automatically outputs the stress change curve of the probe in the puncturing process, the maximum value of the stress when the probe punctures the seed coat is defined as the strength of the vegetable soybean seed coat, and the mechanical work done by the probe in the process that the puncturing depth is 2mm represents the hardness of the seed. The method has the advantages of simple operation, high measurement precision, capability of realizing batch automatic measurement and analysis and the like.)

一种菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法

技术领域

本发明涉及植物种粒评价领域，具体涉及一种精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法。

背景技术

菜用大豆(Glycine max(L.)Merri)也称毛豆(或青毛豆)、枝豆等，是指在大豆生长发育的R6(满粒期)至R7(初熟期)^[1]之间豆荚鼓粒饱满，荚色和籽粒翠绿时采青食用的特用大豆品种^[2]。随着育种技术的发展和人们生活水平的提高，国内外市场对菜用大豆的品质提出了更高的要求。菜用大豆的品质主要包括外观品质、营养品质、食味品质、卫生品质和贮藏品质，其中食味品质好坏是影响市场占有率的主要因素，是我国菜用大豆品质研究的重点^[3]。食味性状可分为质地、甜度、香味和鲜味，消费者一般喜欢质地柔软、有甜味、清香味的菜用大豆^[4,5]。

现行食味品质的评价方法主要为感官评价和客观评价。人的感官是十分有效的综合性检测器，可以对食品做出比较全面综合的评价，但同时感官评价也极易受主观因素的影响。大量研究表明一些食品的食味品质主要由少数几种组分决定，通常认为菜用大豆的甜味主要归因于糖分含量，其中蔗糖和麦芽糖是影响菜用大豆甜味的主要成分之一^[7,8]，淀粉含量高的品种糯性较强，蛋白质中游离氨基酸含量较高的品种有较强的鲜味^[9]，因此通过借助仪器或化学方法进行精密测定来客观评价食物的食味品质具有现实可行性。另外，通过统一的标准和方法对品质性状进行高精度测定，是定位相关基因以及对菜用大豆品质遗传改良的基础。依据亚洲蔬菜研究与发展中心(AVRDC)和市场普遍认定的品质特征，确立了6项影响菜用大豆品质的主要评价因子，通过专家和消费者的感官评价，使用Friedman序数检测将其重要性排序为：生食口感>熟食口味>粒荚外观>粒色>熟食香味>生样可剥性，其中最重要的生食口感表述为口腔对烹煮加工前菜用大豆籽粒质地、体态和温度的感受^[6]，因此烹煮加工前菜用大豆的籽粒质地是评价菜用大豆品质的重要因素。通常菜用大豆食用方式为整豆食用，如果种皮强度过高则难以充分咀嚼，残留于齿缝和上颚将造成较差的消费体验^[10]，因此对菜用大豆籽粒硬度品质的评价应充分考虑种皮和子叶两部分的影响^[11]。

菜用大豆籽粒硬度是品质评价的重要指标，但目前尚未有关于菜用大豆籽粒硬度测定方法的报道。在小麦硬度的研究中常用的测定方法有：研磨体积法、颗粒指数法(PSI)、近红外法(NIR)、角质率法、单籽粒谷物特性测定仪(SKCS)法等。但由于菜用大豆的形态特征和物理特性与小麦差距巨大，因此小麦籽粒硬度的测试方法不适用于菜用大豆籽粒硬度的测定。对于蒸煮后大豆籽粒硬度的研究所使用的测定方法有质构仪探针穿刺法^[12,^13]和16剪切刀具室切割法^[14,15]，前者需将成熟大豆籽粒经过浸泡、烹煮、冷却和剥离种皮、子叶、胚轴等复杂处理之后，通过记录探针在穿刺大豆子叶过程中的力量变化曲线，从最大破碎力层面体现籽粒硬度；此方法操作复杂，且涉及了烹煮加工过程，势必会因加工工具和处理方式的差异而对样品本身的物理特性造成影响，对试验引入了新的不可控变量，造成较大试验误差。16剪切刀具室切割法除需对大豆进行浸泡和高压蒸煮处理外，每进行一次测定需耗费30g种子，再设置3次技术重复，约要耗费种子量高达90g，限制了此方法在育种早期过程中对硬度评价和筛选的实用性，且剪切刀具室清洗起来费时费力，不利于大批量硬度品质的测定操作。

因此建立一种高效率高精度的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度测定的方法，对于建立菜用大豆籽粒硬度客观评价体系，以及加速其遗传机理和其他相关基础研究具有重要意义。

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发明内容

本发明的目的在于提供一种精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，所述方法是一种利用质构仪探针穿刺试验，对菜用大豆种皮强度和籽粒硬度快速高精度测定的方法，将有助于促进菜用大豆品质尤其是口感品质的评价体系的构建以及硬度性状的育种改良。

本发明的目的可通过如下技术方案实现，一种精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，具体包括以下步骤：

1)准备满粒期鼓粒饱满、颜色翠绿的新鲜菜用大豆作为待测样品；

2)将待测样品表面清理干净，平放在载物台正中央，使子叶间隙平面与载物台平面平行，样品重心位于探针的正下方；

3)使用质构仪进行穿刺实验；

4)测定完成后，质构仪数据采集和分析软件Exponent自动输出穿刺过程中探针的受力变化曲线，定义探针刺破种皮时受力的最大值为菜用大豆种皮强度，穿刺深度至1.9-2.1mm的过程中探针所做的机械功代表籽粒的硬度。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤1)菜用大豆的发育程度会对籽粒硬度造成较大影响，为避免因采收期不当引起的对菜用大豆种皮强度和籽粒硬度评价造成的偏差，本发明对菜用大豆籽粒硬度进行评价时统一使用鼓粒饱满、颜色翠绿的样品进行测定。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤1)为避免样品失水对其物理特性的影响，应确保菜用大豆籽粒样品新鲜，避免在高温下或空气中长时间暴露，也可使用保鲜袋密封后于4℃冰箱中短暂保存。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤2)所做处理可避免测定过程中样品滑动，对探针受力情况的采集造成影响。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤3)质构仪所用不锈钢探针直径规格为1.8-2.2mm，优选2mm，探针直径过小容易弯曲，过大将不易刺入对样品而造成较大的压实效应；测试时所用的不锈钢探针直径规格应统一，使不同批次所测定的数据具有可比性。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤3)质构仪探针穿刺样品时速度为0.9-1.1mm/s，刺入样品深度为2.8-3.2mm；优选的探针穿刺样品时速度为1mm/s，刺入样品深度为3mm。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法中，为避免压实效应，并进一步结合菜用大豆种皮厚度因素(0.6～1.2mm)，将穿刺深度至1.9-2.1mm的过程中探针所做的机械功作为籽粒硬度的评价指标，优选穿刺深度至2mm过程探针所做的机械功作为籽粒硬度的评价指标。当刺入样品深度过高时，种皮对籽粒硬度的贡献权重将被消弱，并且压实效应将对籽粒硬度的客观评价造成影响；当刺入深度过低时，子叶的权重将被消弱。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤3)在实际测定菜用大豆籽粒硬度时应对同一品种的样品多次重复测定取平均值作为该品种硬度特性的度量值。此外可通过配备质构仪自动进样系统，实现对样品的批量自动化测定。

本发明所述的精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，其步骤4)可通过在质构仪数据采集和分析软件中编写Macro命令实现对步骤3)中得到的质构仪探头在穿刺样品过程中的受力曲线图型中所包含的种皮强度和籽粒硬度信息进行自动化计算，命令及注释(以#开头)如下：

1:Clear Graph Results #清除以往对该图形运算的结果；

2:Redraw #重新对图形进行运算；

3:Search Forwards #对图形搜索的方向为向前搜索；

4:Go to Min.Time #将计算光标移动到该图形的测定起始位置；

5:Drop Anchor #锚定；

6:Go to Abs.+ve Value Force N #将计算光标移动到曲线中最高峰值处；

7:Mark Value(Force(N))As种皮强度 #将此处的值记录为种皮强度；

8:Go to Time 2sec #将计算光标移动到时间为2秒时的位置；

9:Drop Anchor #锚定；

10:Area(Force(N)vs Time(sec))As W #计算探针刺入样品2mm深度过程中受力曲线与X轴围成图形的积分面积，将面积值记录为W。

根据单位换算，W值乘以1000即表示以焦耳(J)为单位的机械功，用以作为菜用大豆籽粒硬度的评价指标。

本发明的有益效果是：

1)在对菜用大豆籽粒硬度品质的评价中，通过仪器对硬度指标的量化，可以作为感官评价的有效参考和补充，为菜用大豆籽粒硬度品质评价提供客观依据；

2)根据菜用大豆自身结构特点和人们的消费习惯，充分考虑了种皮和子叶两部分结构对籽粒硬度的影响，与现有对蒸煮大豆籽粒硬度的测定方法相比，本发明所述的使用探针穿刺过程所做机械功作为菜用大豆籽粒硬度评价指标的测定方法，物理学意义更明确，对菜用大豆硬度品质的评价更具实用意义，本发明同时还为菜用大豆种皮强度品质提供了评价依据；

3)本发明所述方法对菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的测定方法是菜用大豆口感品质评价及其功能基因定位的基础，所述方法具有操作简单、测定精度高、可实现批量自动化测定和分析等优点。

附图说明

图1.菜用大豆籽粒在载物台上的放置位置示意图；

图2.质构仪探针刺入待测样品的横切面示意图；

图3.对菜用大豆苏鲜豆19号籽粒进行8次重复测定，质构仪输出的力(g)随时间(sec)的变化曲线；

图4.对粒用大豆南农99-6籽粒进行8次重复测定，质构仪输出的力(g)随时间(sec)的变化曲线；

图5.探针穿刺籽粒的过程中质构仪输出的力(g)随时间(sec)的变化曲线；

图6.苏鲜豆19号和南农99-6的种皮强度和籽粒硬度直方图；**表示在p<0.01水平上的差异显著性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明所述方法做进一步说明，所举具体实施例仅用以解释本发明。本领域技术人员可以在不偏离本发明精神和原理的情况下，对本发明所述方法做出相应修改以适用具体用途和条件。除特殊注明外，下面具体实施方式采用的均为本领域现有技术。

实施例1

一种精准高效的菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价方法，具体包括以下步骤：

1)待测大豆样品准备

经人工品尝，选择在鲜食期口感酥软的菜用型大豆品种苏鲜豆19号和口感脆硬的粒用型大豆品种南农99-6(苏鲜豆19号和南农99-6均为推广品种，可通过市面进行购买)，在生长发育达到R6期(满粒期)时，选取鼓粒饱满、荚皮颜色翠绿、生长发育正常的相似荚10个，为保持样品新鲜迅速将其装入保鲜袋内，用4℃冰盒保存和运输。为防止样品失水和后熟效应对其物理特性的影响，在取样后24h之内完成测定。

2)选用TA.XT plus质构仪(Stable Micro Systems Ltd,UK)，配备直径为2mm的圆柱形平底探头。

3)从豆荚中剥出籽粒，为避免穿刺试验时籽粒发生滑动，需将籽粒表面小心清理干净，平放在载物台正中央(图1.A，待测菜用大豆样品在载物台上放置的俯瞰图，载物台内两条直线相交处为载物台的中心位置)，使子叶间隙平面与载物台平面平行，样品重心位于探针的正下方(图1.B，待测菜用大豆籽粒在载物台上放置的平视图，待测样品子叶间隙平面与载物台平面平行，样品重心位于探针的正下方)；

4)启动穿刺过程，穿刺速度1mm/s，穿刺样品最大深度3mm(图2)，当探头接触样品表面应力>0.05N时触发Exponent软件记录穿刺过程，输出探针受力随时间的变化曲线，一次穿刺试验完成后探针返回初始位置，更换样品，重复测定8次，分别得到苏鲜豆19号和南农99-6籽粒穿刺实验的8条探针受力随时间的变化曲线；如图3和图4所示，由图3可见，在0～0.5s过程中探头受力大小直线升高，在0.5～1s之间探针穿透种皮，曲线出现最大峰值，在1～2s过程中图形平缓，而2～3s时图形有上扬趋势，由于菜用大豆子叶内部质地均匀，因此造成图形上扬的原因可解释为质构仪探针端部平面在下压过程中对子叶产生的压实效应；图4同样存在类似变化曲线。

5)用探针刺穿种皮所需的最大力(N)作为种皮强度，探针穿刺样品深度为2mm过程中所做的机械功为籽粒硬度。利用上述Macro命令，分别对两品种在步骤(4)获得的8条曲线进行自动分析(图5，X轴表示探针进入子叶后的时间(sec)，Y轴表示探针在刺穿子叶的过程中受到的作用力(g)。曲线的最高峰值处表示探针刺穿种皮时所需的最大力，即种皮强度。W表示在探针以1mm/s的速度刺入菜用大豆籽粒2mm的过程中需要的机械功(g·mm)，本研究中用以表示菜用大豆籽粒硬度)，获得种皮强度和籽粒硬度数据，取8次测定的平均值作为评价指标，测定结果如表1和图6：

6)通过本发明测定方法，口感酥软的菜用型大豆品种苏鲜豆19号和口感脆硬的粒用型大豆品种南农99-6，种皮强度分别为6.135N和9.314N，籽粒硬度分别为7144.387J和12169.588J，二者均具有显著差异，与人工品尝的结果一致。因此使用该方法对菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的测定，能够良好区分不同硬度口感的品种，达到对菜用大豆籽粒硬度感官品质的客观评价的目的。

表1.苏鲜豆19号和南农99-6的种皮强度和籽粒硬度测定结果

虽然本实施例均选用苏鲜豆19号和南农99-6两个品种，但其他品种的测定均具同样效果，因此本发明所述的方法对菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的测定，能够良好区分不同硬度口感的品种，达到对菜用大豆籽粒硬度感官品质的客观评价的目的。