模糊數(shù)學(xué)結(jié)合智能感官在改良椒麻雞汁配方中的應(yīng)用

胡金祥，孫溪，彭毅秦，喬明鋒，鄧靜，吳華昌,易宇文*

(1.四川旅游學(xué)院 烹飪學(xué)院，成都 610100；2.四川旅游學(xué)院 食品學(xué)院，成都 610100；3.四川旅游學(xué)院 烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610100)

椒麻雞汁是由椒麻雞演化而來(lái)。椒麻雞以煮熟的雞肉為主料，以青花椒、蔥、煮雞肉的湯汁、精鹽等調(diào)配成調(diào)味汁的一道菜肴[1]，其雞肉滑嫩鮮美，花椒味香且麻味突出，回味悠長(zhǎng)，深受消費(fèi)者喜愛。后經(jīng)廚師整理形成了椒麻雞汁，其既具有雞肉的鮮味，也具有花椒的香味和麻味。目前市售的椒麻雞復(fù)合調(diào)味料主要有椒麻雞膏和椒麻雞汁，但這2種復(fù)合調(diào)味料存在雞精味過(guò)濃，花椒香味不足等問(wèn)題。

感官評(píng)價(jià)是評(píng)判食品優(yōu)劣的最有效、最快捷的方法，其在食品研發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[2]。但感官評(píng)價(jià)易受個(gè)體差異、生理狀況、心理狀況和喜好差異的影響, 導(dǎo)致結(jié)果穩(wěn)定性差[3]，結(jié)果常以分?jǐn)?shù)形式呈現(xiàn)，但有時(shí)分?jǐn)?shù)之間差異不顯著，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果難以讓人信服。模糊數(shù)學(xué)通過(guò)構(gòu)建影響食品感官質(zhì)量的多因素與評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)表征影響規(guī)律并建立理想化的評(píng)價(jià)模型，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)字化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)的綜合評(píng)定，使評(píng)價(jià)結(jié)果既具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[4]，又符合實(shí)際情況。模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法在食品研發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛[5-7]。電子鼻和電子舌是20世紀(jì)中后期出現(xiàn)的模擬人類嗅覺和味覺器官的仿生儀器，統(tǒng)稱智能感官，具有檢測(cè)速度快、樣品前處理簡(jiǎn)單、操作方便、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)，在食品研發(fā)領(lǐng)域主要是作為感官評(píng)價(jià)的輔助手段[8]。另外，主成分分析法(PCA)是在不丟失主要信息的前提下，以較少新變量代替原始變量，直觀反映原始數(shù)據(jù)信息的分析方法，是電子鼻(E-nose)、電子舌(E-tongue)分析的常用方法[9-11]。

本文擬以椒麻雞汁為研究對(duì)象，在傳統(tǒng)配方基礎(chǔ)上引入雞骨水解液、蠔油等調(diào)味品，通過(guò)單因素、正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)確定其改良配方，并利用電子鼻和電子舌對(duì)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

雞骨、木瓜蛋白酶、鹽、幺麻子花椒油、家樂雞粉、白糖、清記生姜汁、漢源花椒、海天蠔油、醬油、江聯(lián)濃縮蔥油、江聯(lián)生姜精油。

1.1.2 儀器

FALLC4N分析天平 常州衡正電子儀器有限公司；FOX4000電子鼻、α-ASTREE電子舌 法國(guó)Alpha MOS 公司；30B型萬(wàn)能高效粉碎機(jī) 常州市馬力干燥設(shè)備有限公司；其他實(shí)驗(yàn)室常用儀器。

1.2 工藝流程

1.3 實(shí)驗(yàn)操作及工藝要點(diǎn)

1.3.1 原料初加工

雞骨除去殘?jiān)逑磦溆?；花椒除去雜質(zhì)，清洗備用。

1.3.2 工藝要點(diǎn)

雞骨放入已預(yù)熱的烤箱(250 ℃，5 min)，上火、底火均設(shè)置為250 ℃，烤制(20±5) min，取出待冷卻后用粉粹機(jī)磨成粉，按骨粉的重量加入5倍的飲用水，參照楊銘鐸等[12]的方法加入木瓜蛋白酶進(jìn)行水解，過(guò)濾制成雞骨水解液,將雞骨水解液煮沸、冷卻、過(guò)濾，備用。

烘烤時(shí)應(yīng)注意觀察雞骨顏色的變化，待雞骨表面有80%呈褐色時(shí)即應(yīng)終止烘烤，以免顏色過(guò)深影響成品色澤。

花椒放入烤箱(上、下底火200 ℃)，烤(5±2) min，待香味濃郁時(shí)，取出晾涼，用粉粹機(jī)磨粉，過(guò)80目振蕩篩，制成花椒粉，備用。

成品：在水解雞骨液中加入花椒粉、鹽、花椒油、雞粉、白糖、生姜汁、蠔油、醬油、濃縮蔥油、生姜精油等攪勻調(diào)制成成品。

1.4 配方優(yōu)化

參考地方標(biāo)準(zhǔn)《川菜烹飪工藝》，邀請(qǐng)8名烹飪大師按照課題組提供的原料制作椒麻雞汁。統(tǒng)計(jì)8位大師在制作椒麻雞時(shí)使用的調(diào)味品用量并計(jì)算出平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，其結(jié)果見表1。

表1 基礎(chǔ)調(diào)料用量統(tǒng)計(jì)表Table 1 StatisticalTable of basic seasoning dosage

由表1可知，雞粉、蠔油、花椒油和精鹽的用量標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，說(shuō)明這些基礎(chǔ)調(diào)料用量的離散程度較大，需對(duì)它們進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)[13]。

1.4.1 單因素實(shí)驗(yàn)

選取雞粉1.5，1.75，2，2.25，2.5 g為梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；選取蠔油3，3.5，4，4.5，5 g為梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；選取花椒油9.0，9.5，10，10.5，11 g為梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；選取精鹽2.5，3，3.5，4，4.5 g進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.4.2 正交實(shí)驗(yàn)

通過(guò)前期的單因素實(shí)驗(yàn)，對(duì)雞粉、蠔油、花椒油和精鹽的添加量進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)L9(34)，通過(guò)因素之間的相互影響，優(yōu)化配方，其因素表見表2。

表2 改良配方因素Table 2 The factors of improved formula g

1.5 感官評(píng)價(jià)

采用定量描述性感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)人員由8名經(jīng)驗(yàn)豐富的烹飪名師組成。感官評(píng)價(jià)小組成員依據(jù)GB/T 16291.1-2012和GB/T 16291.2-2010進(jìn)行人員的選拔、培訓(xùn)與維護(hù)。對(duì)評(píng)價(jià)人員依據(jù)GB/T 29605-2013要求進(jìn)行培訓(xùn)，分別從色澤、滋味、香味、流體性質(zhì)、回味5個(gè)因素進(jìn)行訓(xùn)練和評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3，評(píng)分結(jié)果不求和，按1.6的方法處理數(shù)據(jù)。

表3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表Table 3 The standard of sensory evaluation

1.6 模糊數(shù)學(xué)模型

因素集是由感官評(píng)價(jià)各個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目組成的集合，用集合A來(lái)表示。用a1，a2，a3，a4，a5分別表示色澤、風(fēng)味、滋味、流體性質(zhì)和回味，所以集合A={a1，a2，a3，a4，a5}。

評(píng)語(yǔ)集是感官評(píng)價(jià)結(jié)果劃分等級(jí)的集合，用集合B來(lái)表示。其評(píng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：[8～10]為好，用b1表示；[6～8)為良，用b2表示；[4～6)為一般，用b3表示；[0～4)為差，用b4表示。則評(píng)語(yǔ)集可以表示為B={b1，b2，b3，b4}。為使結(jié)果的差異更加顯著，取各等級(jí)分?jǐn)?shù)的中位數(shù)為該等級(jí)得分，即有B={9，7，5，2}。

權(quán)重集是每個(gè)感官評(píng)價(jià)項(xiàng)目在總體感官評(píng)價(jià)中所占的比重，并給一個(gè)比重系數(shù)組成模糊向量(C)。本實(shí)驗(yàn)感官評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括色澤(c1)、滋味(c2)、香味(c3)、流體性質(zhì)(c4)、回味(c5)。實(shí)驗(yàn)隨機(jī)邀請(qǐng)20 名消費(fèi)者(10男10女；20～60歲，每個(gè)年齡階段男女各2人)對(duì)影響改良椒麻雞汁的色澤、滋味、香味、流體性質(zhì)和回味進(jìn)行權(quán)重分析，其結(jié)果見表4，則權(quán)重集可表示為C={0.2，0.3125，0.2225，0.1175，0.1475}。

表4 椒麻雞汁各個(gè)因素的權(quán)重分析Table 4 The weight analysis of each sensory factor of Zanthoxylum bungeanum chicken broth

模糊矩陣的確定和模糊轉(zhuǎn)換：對(duì)感官評(píng)價(jià)結(jié)果劃分等級(jí)，統(tǒng)計(jì)各等級(jí)的票數(shù),將不同等級(jí)的票數(shù)除以參評(píng)人數(shù),得到5個(gè)等級(jí)的行矩陣(A1，A2，A3，A4，A5)， 5個(gè)行矩陣組成模糊關(guān)系數(shù)字矩陣D。將權(quán)重集C和模糊關(guān)系數(shù)字矩陣D合成得到模糊關(guān)系評(píng)價(jià)集E=C×D，從而得到第n個(gè)樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果En=C×Dn。將模糊關(guān)系評(píng)價(jià)集E和評(píng)語(yǔ)集矩陣B合成綜合評(píng)分矩陣F，即有F=E×B。

1.7 電子鼻和電子舌分析

1.7.1 電子鼻分析

稱量樣品2.00 g，放入10 mL頂空瓶中，密封、編號(hào)，待用。分析條件：手動(dòng)進(jìn)樣，頂空加熱溫度、時(shí)間分別為5 min、70 ℃，載氣流量150 mL/s，進(jìn)樣量1500 μL，進(jìn)樣速度1500 μL/s，數(shù)據(jù)采集120 s，延遲清洗180 s。每個(gè)樣品平行測(cè)7次，取第5，6，7次獲得的穩(wěn)定信號(hào)進(jìn)行分析。

1.7.2 電子舌分析

稱量樣品2.00 g，定容至100 mL，過(guò)濾取80 mL濾液，待用。分析條件：自動(dòng)進(jìn)樣，每個(gè)樣品檢測(cè)120 s，各測(cè)7次，取后3次在120 s時(shí)采集的數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)。

1.8 數(shù)據(jù)分析與作圖

智能感官數(shù)據(jù)采集分析采用Alphasoft(V12.3)，作圖采用Origin 9.1。

2 結(jié)果分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

雞粉添加量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響見圖1。

圖1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.1 The results of single factor experiment

由圖1中A可知，雞粉添加量在2 g時(shí)，是感官評(píng)分的拐點(diǎn)。繼續(xù)添加，感官評(píng)分隨之下降，可能是雞粉的量太高、味道鮮味太過(guò)突出，不被評(píng)價(jià)人員接受。實(shí)驗(yàn)選取1.75，2，2.25 g雞粉添加劑進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

圖1中B是蠔油用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。當(dāng)蠔油添加量為4.5 g時(shí)，是感官得分的拐點(diǎn)，超過(guò)4.5 g時(shí)，感官評(píng)分隨之下降，這可能是由于添加過(guò)多的蠔油造成顏色過(guò)深或者過(guò)咸。因此，實(shí)驗(yàn)選取4，4.5，5 g蠔油用量進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

圖1中C是花椒油用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。當(dāng)花椒油添加量為10 g時(shí)，感官得分最高，超過(guò)10 g時(shí)，感官評(píng)分隨之下降，這可能是由于花椒油過(guò)多造成麻味太過(guò)突出與諸味不協(xié)調(diào)所致。最后實(shí)驗(yàn)選取9.5，10，10.5 g花椒油用量進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

圖1中D是精鹽用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。精鹽添加量為4 g時(shí)，其感官評(píng)分最高。實(shí)驗(yàn)選取3.5，4，4.5 g精鹽用量進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

2.2 改良椒麻雞調(diào)味汁配方優(yōu)化

2.2.1 魚香調(diào)味汁感官評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

參照表2，進(jìn)行4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行感官評(píng)價(jià)(見表3)，其評(píng)價(jià)結(jié)果不求和，按照1.6中評(píng)語(yǔ)集數(shù)據(jù)處理，結(jié)果見表5。

表5 椒麻雞調(diào)味汁感官評(píng)價(jià)得票統(tǒng)計(jì)Table 5 The vote statistics of sensory evaluation of Zanthoxylum bungeanum chicken broth

2.2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)處理

結(jié)合表5，以1號(hào)色澤為例，8～10分，6票；6～8分，2票；4～6 分，0票；0～4 分，0票。統(tǒng)計(jì)每個(gè)評(píng)分等級(jí)的票數(shù)，然后用4個(gè)評(píng)分等級(jí)的票數(shù)除以參與評(píng)價(jià)的人數(shù)，則可得到 B1={0.75，0.25，0，0}，同理可得 B2={0，0.625，0.375，0}，B3={0，0.75，0.25，0}，B4={0，0.875， 0.125，0}，B5={0，0.75，0.25，0}。將得到的B1，B2，B3，B4，B5轉(zhuǎn)換成數(shù)字矩陣D1：

同理可得D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9。

依據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理，結(jié)合權(quán)重集C={0.200，0.3125，0.2225，0.1175，0.1475}，用矩陣乘法計(jì)算感官結(jié)果得：

|0.2 0.3125 0.2225 0.1175 0.1475|=

|0.15 0.626 0.224 0|。

同理可得E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9。

模糊數(shù)學(xué)綜合總分F= E×A。

同理可得F2=7.3525, F3=7.338125, F4=7.83375，F(xiàn)5=7.581875, F6=7.53875, F7=7.195, F8=7.3525, F9=7.0475。

2.2.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù) 2.2.2 的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，將1～9號(hào)樣品評(píng)分結(jié)果填入正交表，見表6。

表6 椒麻雞汁正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 The results of orthogonal test of Zanthoxylum bungeanum chicken broth

由表6極差分析可知，影響椒麻雞汁感官質(zhì)量的因素是H>J>I>K，即雞粉添加量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響最大，其次是花椒油，蠔油和精鹽的添加量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較小，進(jìn)一步分析得出最佳組合為H2I2J3K2，即2 g雞粉，4 g蠔油，10.5 g花椒油，4 g精鹽制備的椒麻雞汁感官得分最高。分析正交表，發(fā)現(xiàn)最佳組合H2I2J3K2并不是正交實(shí)驗(yàn)的因素組合，4號(hào)樣品的水平組合與最高感官得分的實(shí)驗(yàn)組合最為相似。為此進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，其驗(yàn)證產(chǎn)品(10號(hào)樣品)感官評(píng)分高達(dá)8.112。

2.3 電子鼻、電子舌分析

2.3.1 椒麻雞汁電子鼻分析

改良椒麻雞汁正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果電子鼻主成分分析見圖2。

圖2 電子鼻主成分分析Fig.2 The principal component analysis of E-nose

由圖2可知，1～9為正交試驗(yàn)樣品，10號(hào)為驗(yàn)證樣品；PC1+PC2為98.00%，能夠反映樣品的整體風(fēng)味。王瓊等[14]認(rèn)為前2個(gè)主成分達(dá)到85%，就能反映受試樣品的整體風(fēng)味信息。1，2，3，7，9號(hào)樣品分布在第一、四象限，有一定相似性，這與模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分具有一致性(1，2，3，7，9號(hào)樣品得分比較靠近)。1，9號(hào)樣品組內(nèi)差異主要體現(xiàn)在PC2上，得分比較靠近；2，3，7號(hào)樣品組與1，9號(hào)樣品組的差異體現(xiàn)在PC1上，所以2，3，7號(hào)樣品組與1，9號(hào)樣品組差異較大。2，3，7號(hào)樣品組內(nèi)差異較小，這是由它們的差異主要來(lái)源于PC2所決定的。張曉敏等[15]認(rèn)為如果PC1和PC2差異較大，而樣品的差異主要體現(xiàn)在PC2上，則樣品之間的差異較小，反之則大。4，5，6，8，10號(hào)樣品分布在第二、三象限，且4個(gè)樣品的感官評(píng)分都比較高(最低為7.3525，最高為8.112)，說(shuō)明其具有一定的相似性。4，5，6，8，10號(hào)樣品在X軸呈正方向分布，10號(hào)樣品分布在X軸的最左端，感官評(píng)分為最高(8.112)，4，5，6，8號(hào)樣品得分較10號(hào)樣品逐次降低。10個(gè)樣品感官得分趨勢(shì)為從左到右逐個(gè)下降，這說(shuō)明智能感官與感官評(píng)價(jià)有較好的一致性。

2.3.2 椒麻雞電子舌主成分分析

改良椒麻雞汁電子舌主成分分析見圖3。由圖3可知，1～9為正交試驗(yàn)樣品，10號(hào)為驗(yàn)證樣品；PC1為68.15%，PC2為13.99%，前2個(gè)主成分累計(jì)為82.14%，能夠反映樣品滋味輪廓。朱文政等[16]認(rèn)為前2個(gè)主成分達(dá)65.2%就足以反映樣品的主要特征信息。圖3中，1，2，3，4，10號(hào)樣品分布在Y軸左側(cè)，5，6，7，8，9號(hào)樣品分布在Y軸右側(cè)，4個(gè)象限均有樣品分布，說(shuō)明電子舌能夠區(qū)分樣品。4，5，10號(hào)樣品緊鄰Y軸，且差異主要源于PC2，這和感官評(píng)分較為一致，在感官評(píng)分中，4，5，10號(hào)樣品得分分別為7.8338，7.5819和8.1120，為高分組；1，9號(hào)樣品分布在X軸的兩端，這與其感官得分最低(6.8513，7.0475)一致。

圖3 電子舌主成分分析Fig.3 The principal component analysis of E-tongue

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以椒麻雞汁為研究對(duì)象，在傳統(tǒng)配方基礎(chǔ)上添加雞粉、蠔油、雞骨水解液等原料，通過(guò)單因素、正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)確定其改良配方，并利用電子鼻和電子舌對(duì)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在其他配料不變的情況下，2 g雞粉、4 g蠔油、10.5 g花椒油、4 g精鹽制備的椒麻雞汁感官評(píng)分最高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為椒麻雞汁工業(yè)化生產(chǎn)提供參考，也可為模糊感官結(jié)合智能感官在食品開發(fā)中的應(yīng)用提供參考。