模糊數(shù)學(xué)結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化孜然風(fēng)味烘烤花生配方

孫婷 吳衛(wèi)國(guó) 廖盧艷

摘要：我國(guó)花生休閑食品以烘烤花生為主，其產(chǎn)品種類較稀少。為豐富烘烤花生的種類，開(kāi)發(fā)了一種以小茴香、迷迭香、八角、孜然、食用鹽、白砂糖為主要調(diào)料的孜然風(fēng)味烘烤花生產(chǎn)品。以模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果為指標(biāo)，著重考察孜然、食用鹽、白砂糖對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生感官品質(zhì)的影響。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化孜然風(fēng)味烘烤花生的調(diào)味液配方。結(jié)果表明，最佳配方為在1 000 mL水中加入4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角、40 g孜然、24 g食用鹽、28 g白砂糖，將其煮至800 mL時(shí)加入100 g花生蒸煮浸泡入味。此條件下生產(chǎn)的孜然風(fēng)味烘烤花生口感醇香濃郁，咸甜適中，孜然風(fēng)味極其濃郁，其綜合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分為84.88分。該研究可為孜然風(fēng)味烘烤花生的生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：孜然風(fēng)味；烘烤花生；模糊數(shù)學(xué)；正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TS207.3 ?????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ????文章編號(hào)：1000-9973（2024）04-0104-05

Optimization of Formula of Cumin-Flavor Baked Peanuts by Fuzzy

Mathematics Combined with Orthogonal Test

SUN Ting， WU Wei-guo*， LIAO Lu-yan

（School of Food Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China）

Abstract： In China， peanut leisure food mainly includes baked peanuts， and the product types are relatively rare. In order to enrich the types of baked peanuts， a cumin-flavor baked peanut product with fennel， rosemary， star anise， cumin， salt and white granulated sugar as the main seasonings is developed. With fuzzy mathematics sensory evaluation results as the indexes， the effects of cumin， salt and white granulated sugar on the sensory quality of cumin-flavor baked peanuts are investigated. Orthogonal test is used to design and optimize the formula of flavoring liquid of cumin-flavor baked peanuts. The results show that the optimal formula is as follows： 4 g fennel， 2 g rosemary， 4 g star anise， 40 g cumin， 24 g salt and 28 g white granulated sugar are added into 1 000 mL water， and when the water is boiled to 800 mL， add 100 g peanuts， boil and soak the peanuts to make them tasty. The cumin-flavor baked peanuts produced under these conditions have mellow and rich taste， moderate saltiness and sweetness， and extremely rich cumin flavor. The comprehensive fuzzy mathematics sensory score is 84.88 points. This study can provide a theoretical basis for the production of cumin-flavor baked peanuts.

Key words： cumin flavor; baked peanuts; fuzzy mathematics; orthogonal test

收稿日期：2023-09-14

作者簡(jiǎn)介：孫婷（1999—），女，碩士研究生，研究方向：食品工程。

*通信作者：吳衛(wèi)國(guó)（1968—），男，教授，博士，研究方向：糧食、油脂與植物蛋白工程。

花生俗稱落花生，富含脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1]。雖然花生實(shí)際上是豆類，但由于其與堅(jiān)果具有相似的特性，它們?cè)跔I(yíng)養(yǎng)上與堅(jiān)果歸為一類，并且是單不飽和脂肪、葉酸、維生素E、鎂、鉀、精氨酸、纖維和多酚的來(lái)源[2-3]。花生中所含引起腹脹的物質(zhì)及抗?fàn)I養(yǎng)因子較少，烘烤后能產(chǎn)生令人愉快的濃郁香味[4]，還可以降低花生的致敏性[5-6]。烘烤花生是目前市面上最常見(jiàn)、最受喜愛(ài)的花生類堅(jiān)果，食用堅(jiān)果有助于提高人的認(rèn)知能力[7-8]。采用不同的香辛料作為調(diào)味液的佐料可制成不同風(fēng)味的烘烤花生。袁菊如等[9]選用辣椒、花椒、香蘭素等為佐料，制成麻、辣、咸等口味的香酥多味花生。詹元成[10]采用胡椒、八角、蒜頭、煉乳香精等生產(chǎn)出鹽酥花生產(chǎn)品。

孜然作為常見(jiàn)的香辛料，廣泛用于食品調(diào)味中，但在烘烤花生中還沒(méi)有孜然風(fēng)味的花生，因此本研究以模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果為指標(biāo)，著重考察孜然、食用鹽、白砂糖對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生感官品質(zhì)的影響。采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)優(yōu)化孜然風(fēng)味烘烤花生的調(diào)味液配方，為孜然風(fēng)味烘烤花生的加工及開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

東北四粒紅花生：淘寶五味谷東北特產(chǎn)店；食用鹽：湖南省湘澧鹽化有限責(zé)任公司；自來(lái)水：湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)居民用水；白砂糖：廣西博慶食品有限公司；孜然、小茴香、迷迭香、八角：均購(gòu)自湖南省長(zhǎng)沙市高橋建材市場(chǎng)。

1.2 儀器設(shè)備

220 V-1 kW萬(wàn)用電子爐 興化市滬興電熱電器廠；石棉網(wǎng)、電子天平 寧波金諾天平儀器有限公司；WGL-230B電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司；1 000 mL燒杯 四川蜀玻（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；網(wǎng)格烤盤(pán)：自制。

1.3 方法

1.3.1 孜然風(fēng)味烘烤花生工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 原料分選

以東北四粒紅花生為原料，挑選出100 g顆粒飽滿、無(wú)霉變的花生。

1.3.2.2 調(diào)味液制備

在1 000 mL燒杯中加入1 000 mL水，加入以4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角以及不同添加量的孜然組成的料包，將水煮沸至800 mL，加入不同配比的食用鹽和白砂糖。

1.3.2.3 蒸煮、浸泡

在煮好的調(diào)味液中加入清洗好的100 g花生，先蒸煮10 min，關(guān)火，再浸泡30 min。

1.3.2.4 烘烤

將入味完成的花生放入烘箱中，75 ℃烘烤4 h，105 ℃烘烤4 h，115 ℃烘烤30 min。

1.3.2.5 包裝

將冷卻好的花生裝入自封袋中保存，即得到產(chǎn)品。

1.4 感官評(píng)價(jià)方法

感官評(píng)價(jià)方法廣泛應(yīng)用于工業(yè)和學(xué)術(shù)研究中[11]。感官評(píng)價(jià)方法參考國(guó)標(biāo)GB 22165—2008。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

由于感官評(píng)價(jià)的個(gè)體評(píng)價(jià)具有較高的主觀性，為減少數(shù)據(jù)的主觀性[12]，本研究在感官評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中采用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法，成立一個(gè)由10名實(shí)驗(yàn)室學(xué)生組成的感官評(píng)價(jià)小組，其指標(biāo)是孜然風(fēng)味烘烤花生的香味、滋味、口感和殼色。參考前人的研究[13-15]選取試驗(yàn)研究樣品為評(píng)價(jià)對(duì)象，以孜然味花生的香味、滋味、口感和殼色作為評(píng)價(jià)因素組建模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)因素、評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)權(quán)重。

評(píng)價(jià)因素是指影響孜然風(fēng)味烘烤花生感官評(píng)價(jià)結(jié)果的4個(gè)因素，即Y=（y1，y2，y3，y4）[16-17]，其中y1表示香味，y2表示口感，y3表示滋味，y4表示殼色。

評(píng)價(jià)等級(jí)是將得到的產(chǎn)品分為4個(gè)等級(jí)，U=（u1，u2，u3，u4）=（優(yōu)，良，中，差），其中優(yōu)為90分，良為80分，中為70分，差為60分[18]。

評(píng)價(jià)權(quán)重是各評(píng)價(jià)因素在總體中的重要程度。評(píng)價(jià)權(quán)重采用二元比較法測(cè)定孜然花生的權(quán)重因子W[19]，由10名經(jīng)過(guò)感官評(píng)定培訓(xùn)的食品專業(yè)評(píng)價(jià)人員對(duì)香味、口感、滋味、殼色4項(xiàng)感官指標(biāo)進(jìn)行確定。逐一比較兩個(gè)因素，評(píng)估者認(rèn)為重要的得1分，認(rèn)為次要的得0分。如果根據(jù)實(shí)際情況，某一特定因素不合理，則該重要因素將被計(jì)算為1分，姬長(zhǎng)英[20]研究表明這是必要的，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。W=（w1，w2，w3，w4）=（0.20，0.31，0.32，0.17），其中w1表示香味，w2表示口感，w3表示滋味，w4表示殼色。

1.6 單因素試驗(yàn)

基于預(yù)試驗(yàn)，著重考察孜然、食用鹽、白砂糖對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生感官品質(zhì)的影響。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生的調(diào)味液配方進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的調(diào)味液配方。

以4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角、45 g孜然、22 g食用鹽、24 g白砂糖為基礎(chǔ)調(diào)味液配方，通過(guò)改變孜然添加量、食用鹽添加量和白砂糖添加量，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)各因素的水平，再以這3個(gè)因素作為考察因素設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，確定最佳的調(diào)味液配方。

1.6.1 孜然添加量對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生感官評(píng)分的影響

考察孜然添加量（35，40，45，50，55 g）對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響。

1.6.2 食用鹽添加量對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生感官評(píng)分的影響

考察食用鹽添加量（18，20，22，24，26 g）對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響。

1.6.3 白砂糖添加量對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生感官評(píng)分的影響

考察白砂糖添加量（20，22，24，26，28 g）對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響。

1.7 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定孜然添加量、食用鹽添加量、白砂糖添加量的因素水平，建立正交試驗(yàn)因素水平表，見(jiàn)表3。

1.8 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016、Origin 2022、SPSS進(jìn)行分析處理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊矩陣的建立及評(píng)價(jià)結(jié)果

模糊數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)：Xj=W·Aj，其中Xj表示模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)的結(jié)果；W表示不同因素的評(píng)價(jià)權(quán)重；Aj表示每個(gè)樣本的模糊評(píng)價(jià)矩陣。然后通過(guò)模糊數(shù)學(xué)模型得到模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)分Sj=U·Xj，其中模糊矩陣Aj為樣品各因素的等級(jí)評(píng)價(jià)人數(shù)/總?cè)藬?shù)[21]。

根據(jù)感官評(píng)價(jià)表（見(jiàn)表1）以及模糊數(shù)學(xué)感官模型，得到孜然風(fēng)味花生的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)分[22]。以1.6.1孜然添加量單因素中1號(hào)樣品的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分為例（見(jiàn)表4），其香味評(píng)價(jià)結(jié)果為1人評(píng)定優(yōu)，4人評(píng)定良，3人評(píng)定中，2人評(píng)定差。X香味=（0.1，0.4，0.3，0.2），同理依次可得X口感=（0.2，0.6.0.1，0.1），X滋味=（0.3，0.4，0.3，0），X殼色=（0，0.4，0.3，0.3），得到1號(hào)樣品的模糊矩陣：

A1=

0.10.40.30.2

0.20.60.10.1

0.30.40.30

00.40.30.3

。

其模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分為X1=W·A1=（0.20，0.31，0.32，0.17）×

0.10.40.30.2

0.20.60.10.1

0.30.40.30

00.40.30.3

=（0.18，0.46，0.24，0.12）。

由綜合感官評(píng)分公式Sj =Xj ·U得到1號(hào)樣品的綜合感官評(píng)分S1=X1·U=（0.18，0.46，0.24，0.12）×90807060=76.96。

按照該計(jì)算步驟可得到其他樣品的綜合感官評(píng)分。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 孜然添加量對(duì)花生感官評(píng)分的影響

由圖1可知，孜然添加量對(duì)孜然風(fēng)味烘烤花生的感官評(píng)分有顯著影響，隨著孜然添加量的增加，孜然風(fēng)味烘烤花生的感官評(píng)分逐漸升高。當(dāng)孜然添加量為45 g時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最大值，此時(shí)孜然風(fēng)味烘烤花生具有最濃郁、最和諧的孜然風(fēng)味。繼續(xù)增加孜然添加量，感官評(píng)分急劇下降，風(fēng)味和口感不協(xié)調(diào)。因此，后續(xù)選擇孜然添加量40，45，50 g進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2.2 食用鹽添加量對(duì)花生感官評(píng)分的影響

由圖2可知，隨著食用鹽添加量的增加，孜然風(fēng)味烘烤花生的感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)食用鹽添加量為22 g時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最大值，此時(shí)孜然風(fēng)味烘烤花生的風(fēng)味最和諧。當(dāng)食用鹽添加量與白砂糖添加量搭配不協(xié)調(diào)時(shí)，花生整體滋味會(huì)呈現(xiàn)極度不協(xié)調(diào)。當(dāng)食用鹽添加量過(guò)少時(shí)，花生口感整體偏甜，因此食用鹽添加量應(yīng)該控制在22～26 g之間，后續(xù)選擇食用鹽添加量22，24，26 g進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2.3 白砂糖添加量對(duì)花生感官評(píng)分的影響

由圖3可知，隨著白砂糖添加量的增加，孜然風(fēng)味烘烤花生的感官評(píng)分先上升后下降。當(dāng)白砂糖添加量為26 g時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最大值，此時(shí)孜然風(fēng)味烘烤花生的總體味道和口感最協(xié)調(diào)。隨著白砂糖添加量的不斷增加，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。然而，當(dāng)白砂糖添加量和最佳食用鹽添加量相同時(shí)，感官評(píng)分低于添加28 g白砂糖時(shí)。由此可知，食用鹽和白砂糖的比例應(yīng)該是白砂糖多于食用鹽，因此，白砂糖添加量應(yīng)該控制在24～28 g之間。因此，后續(xù)選擇白砂糖添加量24，26，28 g進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合正交試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)孜然花生的綜合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，見(jiàn)表5。

正交試驗(yàn)結(jié)果表明，孜然風(fēng)味烘烤花生的最佳工藝配方為A1B2C3，即孜然40 g、食用鹽24 g、白砂糖28 g。在3個(gè)因素中，對(duì)復(fù)合結(jié)果的影響順序?yàn)锳>C>B，這意味著孜然添加量對(duì)復(fù)合結(jié)果的影響最大，其次是白砂糖添加量，最后是食用鹽添加量。

2.4 最佳工藝配方試驗(yàn)條件驗(yàn)證

在優(yōu)化的配方和工藝條件下（添加孜然40 g、食用鹽24 g、白砂糖28 g），對(duì)孜然風(fēng)味花生進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)驗(yàn)證試驗(yàn)，3組平行試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，在最佳工藝條件下制備的孜然風(fēng)味花生的綜合評(píng)分優(yōu)于正交試驗(yàn)中的所有試驗(yàn)方案，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

3 結(jié)論

烘烤花生作為目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上最受歡迎的花生休閑食品，其風(fēng)味種類較少，目前市面上常見(jiàn)的多為咸干花生、蒜香花生、奶香花生等，而其風(fēng)味區(qū)別主要在于調(diào)味液配方的不同。由于現(xiàn)在市場(chǎng)上缺少新型風(fēng)味花生，因此研發(fā)出一款不同于市面上現(xiàn)有風(fēng)味的花生可促進(jìn)花生休閑食品的發(fā)展。本研究基于此，采用模糊數(shù)學(xué)方法并結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)孜然風(fēng)味花生配方進(jìn)行了優(yōu)化[23]。結(jié)果表明，不同因素對(duì)孜然花生感官評(píng)分的影響順序?yàn)樽稳惶砑恿浚景咨疤翘砑恿浚臼秤名}添加量。優(yōu)化得到的孜然風(fēng)味花生配方為孜然添加量40 g、食用鹽添加量24 g、白砂糖添加量28 g，此條件下生產(chǎn)的孜然風(fēng)味花生孜然風(fēng)味濃郁，咸甜適宜，綜合感官評(píng)分為84.88分。

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