模糊數(shù)學(xué)感官評價法結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化即食蓮子片的工藝研究

孔祥佳,蘇婉瑩,吳水生

(福建中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,福建福州 350122)

蓮子為睡蓮科蓮屬(NympheaceaeNelumboAdans)水生草本植物荷花的種子,又稱蓮實(shí)、蓮米、蓮肉、蓮蓬子,分布于全國各省市。蓮子不但營養(yǎng)價值高,具有蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素和鈣、磷、鐵、鋅等微量元素[1-2],而且含有豐富的生物活性成分和較高的藥理作用,富含多糖[3-4]、酚類物質(zhì)[5]和超氧化物歧化酶[6],具有降血糖、抗氧化、抗衰老、免疫調(diào)節(jié)、美白抗皺、抗炎抗病毒和保肝護(hù)肝等功效[7]。福建是我國蓮子分布較多且品質(zhì)上乘的省份;據(jù)統(tǒng)計(jì),2010年福建省蓮子播種面積5.55千公頃,總產(chǎn)量6397 t,至2017年福建省蓮子播種面積7.18千公頃,總產(chǎn)量12205 t[8]。隨著蓮子播種面積和總產(chǎn)量的增加,如何高效利用蓮子資源、合理加工并豐富產(chǎn)品類型成為生產(chǎn)上亟待解決的問題。目前,蓮子的加工產(chǎn)品主要有蓮子粉、蓮子飲料、蓮蓉、蓮子餅干等,有關(guān)即食蓮子片的加工工藝及優(yōu)化未見報(bào)道。即食食品是指將食品原料經(jīng)預(yù)處理、調(diào)味、熟制、包裝等工藝制作而成的食品,其攜帶食用方便、品種多樣、安全衛(wèi)生等特點(diǎn)已被廣大消費(fèi)者所青睞,亦滿足人們快節(jié)奏的生活方式[9]。有關(guān)即食食品的報(bào)道已在即食筍片、即食香菇脆片等即食蔬菜以及即食牡蠣、即食蝦仁等即食水產(chǎn)品中廣泛運(yùn)用[10-13]。

在食品加工過程中,感官評價占據(jù)主要地位。感官評價采用評分方式對加工食品的色、香、味、型進(jìn)行等級劃分,極易受主觀因素的影響,評價結(jié)果誤差較大。因此,為了弱化主觀因素對加工食品感官評價的影響,得到較為科學(xué)和客觀的評價結(jié)果,將模糊數(shù)學(xué)感官評價體系運(yùn)用在食品加工領(lǐng)域,目前已在果汁飲料[14-16]、醬[17]、香菇菌湯[18]、餅干[19-21]等產(chǎn)品中應(yīng)用。而有關(guān)即食蓮子片的模糊數(shù)學(xué)感官評價方法未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以建蓮子為試材,采用模糊數(shù)學(xué)感官評價法對即食蓮子片進(jìn)行感官評價,同時結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化即食蓮子片的加工工藝,以期獲得最佳即食蓮子片品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮子 福建南平建寧種植基地;糯米粉、食鹽、白糖、味精等 均購于超市。

400Y型多功能粉碎機(jī) 永康市鉑歐五金制品有限公司;DHG-9240A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;WZ-GDZ017型單缸電熱炸爐 香港萬卓國際集團(tuán)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 即食蓮子片加工工藝

1.2.1.1 即食蓮子片加工流程 調(diào)配→調(diào)漿→糊化→調(diào)粉→蒸汽熟化→老化→切片→干燥→油炸→脫油。

1.2.1.2 即食蓮子片加工操作要點(diǎn) 調(diào)配調(diào)漿:將一定比例的蓮子粉、糯米粉及1%鹽、5%白糖、0.5%味精混勻,取全粉的20%以質(zhì)量比1∶2加水調(diào)制成漿。糊化調(diào)粉:將漿加熱攪拌至透明粘稠狀,倒入剩余全粉,再加等量水?dāng)嚢璩蓤F(tuán)。汽蒸:將面團(tuán)用保鮮膜包裹好放入蒸鍋中待上汽后汽蒸15 min。老化:將蒸好的面團(tuán)放入4 ℃冰箱冷藏。切片干燥:將老化后的面團(tuán)切成薄片,于50 ℃恒溫箱內(nèi)干燥2 h。油炸脫油:將蓮子片均勻地放入油鍋油炸。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 分別考察蓮子含量、老化時間、切片厚度、油炸溫度和油炸時間對即食蓮子片感官評分的影響。

1.2.2.1 蓮子含量對即食蓮子片的影響 以蓮子粉+糯米粉=93.5%為基礎(chǔ),分別取40%、45%、50%、55%、60%、65%的蓮子粉,再添加對應(yīng)量的糯米粉,加入1%鹽、5%白糖、0.5%味精,混勻,固定老化時間21 h,切片厚度0.75 mm,油炸溫度170 ℃,油炸時間6 s。探討蓮子含量對即食蓮子片感官評分的影響,通過模糊數(shù)學(xué)模型,得到模糊數(shù)學(xué)感官評分,其樣品序號分別為1～6。

1.2.2.2 老化時間對即食蓮子片的影響 取50%蓮子粉和43.5%糯米粉,加入1%鹽、5%白糖、0.5%味精,混勻,老化時間分別取18、19、20、21、22、23 h,固定切片厚度0.75 mm,油炸溫度170 ℃,油炸時間6 s。探討老化時間對即食蓮子片感官評分的影響,通過模糊數(shù)學(xué)模型,得到模糊數(shù)學(xué)感官評分,其樣品序號分別為7～12。

1.2.2.3 切片厚度對即食蓮子片的影響 取50%蓮子粉和43.5%糯米粉,加入1%鹽、5%白糖、0.5%味精,混勻,固定老化時間21 h,切片厚度分別取0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75 mm,油炸溫度170 ℃,油炸時間6 s。探討切片厚度對即食蓮子片感官評分的影響,通過模糊數(shù)學(xué)模型,得到模糊數(shù)學(xué)感官評分,其樣品序號分別為13～18。

1.2.2.4 油炸溫度對即食蓮子片的影響 取50%蓮子粉和43.5%糯米粉,加入1%鹽、5%白糖、0.5%味精,混勻,固定老化時間21 h,切片厚度0.75 mm,油炸溫度分別取150、160、170、180、190、200 ℃,油炸時間6 s。探討油炸溫度對即食蓮子片感官評分的影響,通過模糊數(shù)學(xué)模型,得到模糊數(shù)學(xué)感官評分,其樣品序號分別為19～24。

1.2.2.5 油炸時間對即食蓮子片的影響 取50%蓮子粉和43.5%糯米粉,加入1%鹽、5%白糖、0.5%味精,混勻,固定老化時間21 h,切片厚度0.75 mm,油炸溫度170 ℃,油炸時間分別取4、5、6、7、8、9 s。探討油炸時間對即食蓮子片感官評分的影響,通過模糊數(shù)學(xué)模型,得到模糊數(shù)學(xué)感官評分,其樣品序號分別為25～30。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果以及Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,以蓮子含量、油炸時間、切片厚度為主要考察因素,以模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)果為指標(biāo),進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì),從而優(yōu)化即食蓮子片的工藝條件。其響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Factors and levelsTable of response surface experiments design

1.2.4 感官評價 來自食品科學(xué)與工程專業(yè)的教師和學(xué)生共10人組成的評價小組,分別對即食蓮子片的質(zhì)地、外觀、色澤、口感、氣味5個指標(biāo)進(jìn)行感官評價,對每個評價指標(biāo)從很好、較好、一般、差、很差5個等級進(jìn)行評定,其產(chǎn)品品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.2.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立 參照葉琳弘等[17]、張鐘等[20]、吳靖娜等[22]的方法建立即食蓮子片模糊數(shù)學(xué)感官評價方法。根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)評判標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定2個評定論域:因素集,即感官質(zhì)量指標(biāo)集U=[A質(zhì)地,A外觀,A色澤,A口感,A氣味];評語集,即感官質(zhì)量評語集V=[很差、差、一般、較好、很好]。

采用用戶調(diào)查法[17,23]請?jiān)u價小組成員對即食蓮子片的質(zhì)地、外觀、色澤、口感和氣味5個因素在感官評價中所占權(quán)重進(jìn)行打分,確定權(quán)重集a=(a1,a2,a3,a4,a5),且權(quán)重總和為1。

表2 產(chǎn)品品質(zhì)評判標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standards of sensory evaluation for products

表3 即食蓮子片感官評價結(jié)果Table 3 Results of sensory evaluation for instant lotus seed slices

模糊關(guān)系綜合評價結(jié)果:b=a·R,其中a表示權(quán)重集,R表示評判矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)果

由10人組成的評價小組對30個樣品進(jìn)行評價打分,將評價結(jié)果收集匯總并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到即食蓮子片感官評價結(jié)果,評價結(jié)果見表3。

2.2 模糊矩陣的建立結(jié)果

由表3可知,在10人組成的感官評價小組對樣品1的質(zhì)地進(jìn)行評價中,有0人認(rèn)為很好,5人認(rèn)為較好,4人認(rèn)為一般,1人認(rèn)為較差,0人認(rèn)為差,則A質(zhì)地=[0 0.5 0.4 0.1 0],同理A外觀=[0.1 0.2 0.7 0 0],A色澤=[0 0.1 0.6 0.3 0],A口感=[0 0.5 0.3 0.2 0],A氣味=[0 0.2 0.7 0.1 0],把上述5個因素的評價結(jié)果寫成樣品1的評判矩陣,即為R1:

同理可得R2～R30樣品的矩陣。

根據(jù)評價小組成員對質(zhì)地、外觀、色澤、口感、氣味5個因素所占權(quán)重進(jìn)行打分,確定權(quán)重集a=(0.1,0.1,0.2,0.4,0.2)。

將權(quán)重a乘以評判矩陣R進(jìn)行模糊變換,即bi=aRi(i=1,2,…,30),可得到各個樣品的模糊關(guān)系綜合評價結(jié)果,該矩陣反映對樣品進(jìn)行感官評價時很好、較好、一般、差、很差的贊成比。以樣品1為例,其模糊變換綜合評價結(jié)果為:

b1=(0.1,0.1,0.2,0.4,0.2)

其中,b11=0.1×0+0.1×0.1+0.2×0+0.4×0+0.2×0=0.01,b12=0.1×0.5+0.1×0.2+0.2×0.1+0.4×0.5+0.2×0.2=0.33,b13=0.49,b14=0.17,b15=0,即b1=(0.01,0.33,0.49,0.17,0);上述結(jié)果表明,在該工藝條件下,樣品1得到很好評價的贊成比為1%、較好的贊成比為33%、一般的贊成比為49%、差的贊成比為17%、很差的贊成比為0%。同理可得b2～b30樣品的模糊關(guān)系綜合評價結(jié)果。

2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)感官評價 根據(jù)評語集和評價指標(biāo)等級分布,設(shè)定很好100分,較好80分,一般為60分,較差40分,差0分,即評價等級集K=(100,80,60,40,0)。

即食蓮子片模糊綜合評價得分T=b·K,由第1個樣品b1=(0.01,0.33,0.49,0.17,0)可知,第1個即食蓮子片樣品的綜合評分T1=0.01×100+0.33×80+0.49×60+0.17×40+0×0=63.6,同理可得到T2～T30樣品的綜合評分。根據(jù)各單因素綜合評分探討蓮子含量、老化時間、切片厚度、油炸溫度和油炸時間對即食蓮子片感官評分的影響。

2.3.2 蓮子含量對即食蓮子片感官評分的影響 蓮子中的淀粉以直鏈淀粉為主。由圖1可知,當(dāng)蓮子含量在40%～45%時,隨著蓮子含量的升高,即食蓮子片的感官評分逐漸增加;即蓮子含量為45%時,即食蓮子片的感官評分達(dá)到最高,為67.8分;但隨著蓮子含量持續(xù)增加,即食蓮子片的感官評分快速下降。這說明面團(tuán)內(nèi)直鏈淀粉含量的多少會影響即食蓮子片的軟硬度。當(dāng)面團(tuán)內(nèi)蓮子含量過低或過高時,會導(dǎo)致其質(zhì)地偏軟或偏硬,從而影響感官評分。因此,選取蓮子含量為40%～50%進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖1 蓮子含量對即食蓮子片感官評分的影響Fig.1 Effect of lotus seed content on sensory score of instant lotus seed slices

2.3.3 老化時間對即食蓮子片感官評分的影響 由圖2可知,當(dāng)老化時間在18～22 h時,即食蓮子片的感官評分逐漸增加;即老化時間為22 h時,即食蓮子片的感官評分達(dá)到最高,為68分;但隨著老化時間持續(xù)增加,即食蓮子片的感官評分略微降低。這可能是由于老化時間越長,面團(tuán)內(nèi)淀粉微晶束越多、凝膠網(wǎng)絡(luò)越密集,導(dǎo)致其質(zhì)地變硬,從而影響口感[24]。但因老化時間對即食蓮子片的感官影響變化幅度較平緩,故優(yōu)化試驗(yàn)時選定22 h為最優(yōu)老化時間。

圖2 老化時間對即食蓮子片感官評分的影響Fig.2 Effect of aging time on sensory score of instant lotus slices

2.3.4 切片厚度對即食蓮子片感官評分的影響 切片厚度對即食蓮子片的感官影響比較大。由圖3可知,當(dāng)切片厚度在0.5～1 mm時,即食蓮子片的感官評分逐漸增加;即當(dāng)切片厚度為1 mm時,即食蓮子片的感官評分達(dá)到最高,為76.4分;但隨著切片厚度繼續(xù)增加,即食蓮子片的感官評分快速下降。這是由于切片厚度較薄時,熱量傳遞到蓮子片中心的距離小,在相同油炸時間下,即食蓮子片出現(xiàn)輕微的焦味;而當(dāng)切片厚度過厚時,熱量傳遞到蓮子片中心的距離變大,熱量在物料內(nèi)部傳遞時不斷損耗,導(dǎo)致在相同油炸時間內(nèi)即食蓮子片中心部分熱量不足,從而出現(xiàn)夾生的現(xiàn)象[25]。因此選擇切片厚度為0.75～1.25 mm進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖3 切片厚度對即食蓮子片感官評分的影響Fig.3 Effect of slice thickness on sensory score of instant lotus seed slices

2.3.5 油炸溫度對即使蓮子片感官評分的影響 由圖4可知,當(dāng)油炸溫度在150～190 ℃時,即食蓮子片的感官評分逐漸增加;即油炸溫度為190 ℃時,即食蓮子片的感官評分達(dá)到最高,為75.6分;當(dāng)油炸溫度繼續(xù)增加,即食蓮子片的感官評分下降。這與油炸溫度高,傳熱推動力大,傳熱速度快有關(guān),從而影響即食蓮子片的硬度、質(zhì)地等感官品質(zhì)[26]。但因油炸溫度對即食蓮子片的感官影響變化幅度相對較小,故優(yōu)化試驗(yàn)時選定190 ℃為最優(yōu)油炸溫度。

圖4 油炸溫度對即食蓮子片感官評分的影響Fig.4 Effect of frying temperature on sensory score of instant lotus seed slices

2.3.6 油炸時間對即食蓮子片感官評分的影響 由圖5可知,油炸時間在4～8 s時,即食蓮子片的感官評分快速增加;當(dāng)油炸時間為8 s時,即食蓮子片的感官評分達(dá)到最高,為72.8分;而隨著油炸時間繼續(xù)增加,即食蓮子片的感官評分略有降低。這是由于油炸時間過短,熱量傳遞不充分,導(dǎo)致即食蓮子片出現(xiàn)不熟、夾生現(xiàn)象;但油炸時間過長,會因過度傳熱而出現(xiàn)焦味,從而影響感官評分。所以選擇油炸時間為7～9 s進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖5 油炸時間對即食蓮子片感官評分的影響Fig.5 Effect of frying time on sensory score of instant lotus seed slices

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果及分析,鑒于老化時間和油炸溫度對即食蓮子片感官評價的影響較小,故采用響應(yīng)面法優(yōu)化即食蓮子片工藝時,考察蓮子含量、油炸時間、切片厚度對其感官評分的影響。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及數(shù)據(jù)處理結(jié)果Table 4 Design and results of response surface experiments

2.4.2 模型建立及顯著性分析 按照Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)要求,對上述17組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合,獲得即食蓮子片感官評分(Y)對自變量蓮子含量(A)、油炸時間(B)、切片厚度(C)的多元回歸方程:

Y=87.00-2.65A+1.05B-9.20C-1.15AB+3.35AC+1.85BC-8.58A2-12.28B2-12.87C2

該二次多元回歸方程中,各項(xiàng)系數(shù)的絕對值大小反映了各個因子對即食蓮子片感官的影響程度,正、負(fù)號反映其影響方向。其中,方程的一次項(xiàng)系數(shù)大小決定了各影響因子對即食蓮子片感官的影響程度;由回歸方程可知,各個因子對即食蓮子片感官的影響程度為:切片厚度>蓮子含量>油炸時間。

為檢驗(yàn)該二次多元回歸方程的有效性,進(jìn)一步對即食蓮子片的顯著性和多元回歸模型的方差進(jìn)行分析,其分析結(jié)果見表5。

表5 回歸模型方差分析結(jié)果Table 5 Analysis of variance for the regression model

圖6 加工條件對即食蓮子片感官評分交互影響的曲面圖及等高線圖Fig.6 Surface and contour plots mutual influence for the processing conditions on sensory score of instant lotus seed slices

注:*表示差異顯著,即P<0.05;**表示差異極顯著,即P<0.01。

回歸方程的A、C對響應(yīng)值Y的影響極顯著(P<0.01),B對響應(yīng)值Y的影響不顯著(P>0.05);回歸方程的二次項(xiàng)A2、B2、C2對響應(yīng)值Y的影響均極顯著(P<0.01);交互項(xiàng)AB、BC對響應(yīng)值Y的影響不顯著(P>0.05),AC對響應(yīng)值Y的影響顯著(P<0.05)。

2.4.3 響應(yīng)面交互作用分析 響應(yīng)面圖是回歸方程的直觀體現(xiàn);若響應(yīng)面圖曲面坡度陡峭、等高線呈橢圓形表示兩因子交互作用大;若響應(yīng)面圖曲面坡度平緩、等高線呈圓形表明兩影響因子交互作用小[27-28]。

由圖6可知,即食蓮子片加工過程中的參數(shù)變化對其感官評分的影響不同。其中,圖6(a)、(b)表明蓮子含量和油炸時間對即食蓮子片感官評分的影響,其響應(yīng)面圖曲面坡度平緩,等高線趨于圓形,說明蓮子含量和油炸時間對即食蓮子片感官評分的交互影響弱,交互作用不顯著。圖6(c)、(d)表明蓮子含量和油炸厚度對即食蓮子片感官評分的影響,其響應(yīng)面圖曲面坡度陡峭,等高線趨于橢圓形,說明蓮子含量和油炸厚度對即食蓮子片感官評分的交互影響大,交互作用顯著。同理,由圖6(e)、(f)可知油炸時間和油炸厚度對即食蓮子片感官評分交互影響較小。

2.4.4 工藝參數(shù)優(yōu)化及模型驗(yàn)證 由等高線和響應(yīng)面分析,響應(yīng)面圖曲面都是開口朝下的拋物曲面,說明所考察指標(biāo)存在最大值。運(yùn)用Design-Expert分析軟件求出被檢變量的最優(yōu)組合,即蓮子含量為43.84%、油炸時間為8.02 s、油炸厚度為0.90 mm。在此操作條件下,即食蓮子片的感官評分為89.0935分。

為了驗(yàn)證預(yù)測值與實(shí)測值之間的擬合程度及方程的有效性,進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。但考慮到操作的可行性,對自變量值進(jìn)行修正:蓮子含量為44%、油炸時間為8 s、油炸厚度為0.90 mm。將以上數(shù)值代入擬合的二次回歸方程,計(jì)算得出即食蓮子片感官評分為 89.0756分。在此條件下,經(jīng)過3次平行實(shí)驗(yàn),感官評分為89.0分,接近模型預(yù)測值。因此認(rèn)為,本試驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型是合適有效的。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)將模糊數(shù)學(xué)感官評價法與響應(yīng)面法結(jié)合,優(yōu)化即食蓮子片的最佳工藝配方。在固定老化時間為22 h、油炸溫度為190 ℃的條件下,獲得即食蓮子片的最優(yōu)工藝參數(shù)為:蓮子含量為43.84%、油炸時間為8.02 s、油炸厚度為0.90 mm;考慮到試驗(yàn)的可操作性,最優(yōu)工藝參數(shù)調(diào)整為蓮子含量為44%、油炸時間為8 s、油炸厚度為0.90 mm。通過驗(yàn)證,實(shí)際值與模型預(yù)測值擬合度高,利用該模型分析即食蓮子片感官評分的變化可靠度高。

本工藝所得到的即食蓮子片厚度適中,形狀規(guī)則,表面無油脂析出;色澤均勻,無焦、生現(xiàn)象;口感好,不粘牙,且?guī)в械纳徸游?因此可采用感官模糊綜合評價法與響應(yīng)面優(yōu)化法相結(jié)合優(yōu)化即食蓮子片的加工工藝,所得即食蓮子片色、香、味、形具佳。