二次旋轉(zhuǎn)和模糊評(píng)價(jià)在南瓜子殼餅干研制中的應(yīng)用

張珍林 杜先鋒 劉天成 陳秋玲

二次旋轉(zhuǎn)和模糊評(píng)價(jià)在南瓜子殼餅干研制中的應(yīng)用

張珍林1杜先鋒1劉天成2陳秋玲3

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)工程系1，合肥 230036)
(安徽小劉食品有限公司2，合肥 230051)
(安徽樂健綠色食品有限公司3，桐城 231400)

以富含膳食纖維的南瓜子殼粉為輔料，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過添加南瓜子殼粉對(duì)餅干生產(chǎn)配方進(jìn)行4因素(南瓜子殼粉、植物油、水、白砂糖)5水平的二次旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)定，以模糊感官評(píng)定結(jié)果作為二次旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)值，通過DPS軟件進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明:該試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腇值為8．919，P＜0．001，大于在0．01水平上的F值，而失擬項(xiàng)的F值為1．464，小于0．05水平的F值，該試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腞2=0．856 0，說明該試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M和結(jié)果好，自變量與旋轉(zhuǎn)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該試驗(yàn)的理論預(yù)測。經(jīng)優(yōu)化后的餅干制作最佳工藝參數(shù):南瓜子殼粉添加量4．13%，白砂糖添加量23．64%，水添加量12．89%，植物油添加量30．45%。

模糊評(píng)價(jià) 二次旋轉(zhuǎn) 南瓜子殼 參數(shù)優(yōu)化

南瓜子殼是南瓜子的主要副產(chǎn)品，富含膳食纖維［1］。膳食纖維作為功能性食品的原料廣泛用于生產(chǎn)各種食品。其具有降低血清膽固醇、改善腸道功能、減少食物殘?jiān)谀c內(nèi)滯留時(shí)間的功能，可預(yù)防高血壓、高血脂、動(dòng)脈硬化、冠心病、糖尿病和便秘等疾病，被稱為“第七營養(yǎng)素”［2－3］。適量的攝取食物纖維有利于維持身體健康。

感官評(píng)價(jià)是一門用于制定、測量、分析和說明人類通過視覺、嗅覺、味覺、觸覺和聽覺而感知的感覺的科學(xué)。針對(duì)食品感官質(zhì)量指標(biāo)描述的模糊性，通過模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用來評(píng)價(jià)食品感官質(zhì)量更為科學(xué)，更為準(zhǔn)確。模糊數(shù)學(xué)將需要研究的一系列現(xiàn)象作為論域(即討論范圍)，并將論域中一部分相互聯(lián)系的因素稱為集合;采用計(jì)算方法對(duì)論域中的各個(gè)元素迸行處理，就可以得到用數(shù)值表示的結(jié)果［4－5］。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)食品的感官質(zhì)量不僅能獲得與現(xiàn)行評(píng)分法一致的結(jié)果，而且還能解決評(píng)分法難以解決的名次排列問題。再通過二次旋轉(zhuǎn)分析把感官評(píng)價(jià)的綜合得分作為二次旋轉(zhuǎn)分析的指標(biāo)值，可以更好地優(yōu)化工藝條件，確定最佳的工藝配方，以獲得最佳的產(chǎn)品［6－7］。

在試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析的研究中，多以試驗(yàn)測得的數(shù)值性指標(biāo)作為分析值，類似以模糊感官評(píng)定結(jié)果作為回歸值的研究很少。在餅干的感官評(píng)價(jià)中，大多采用差別檢驗(yàn)、描述分析和情感試驗(yàn)，很難避免感官評(píng)價(jià)中的誤差［8－9］。試驗(yàn)擬以餅干的模糊感官評(píng)定結(jié)果作為統(tǒng)計(jì)分析的值，研究二次旋轉(zhuǎn)法和模糊評(píng)價(jià)法結(jié)合在餅干研制中的應(yīng)用，為此類食品的研制提供感官評(píng)價(jià)方法指導(dǎo)。

1 材料與方法

1．1 材料與設(shè)備

南瓜子殼粉:自制;低筋粉、白砂糖、植物油:市售。

HMBTO1型超微粉碎機(jī):臺(tái)灣弘荃機(jī)械企業(yè)有限公司;DZF－6050型真空干燥箱:上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司;DF－101T型集熱式恒溫磁力攪拌器:鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;B20－F型食品攪拌機(jī):江蘇如東恒宇食品機(jī)械有限公司;JF－12型發(fā)酵箱:廣州市海蒂機(jī)械科技有限公司;DFL－11型遠(yuǎn)紅外線食品烘爐:廣州德寶廚房設(shè)備有限公司。

1．2 餅干工藝

1．2．1 南瓜子殼粉制備工藝流程

南瓜子殼→預(yù)處理(去雜、50℃水清洗)→干燥(105℃鼓風(fēng)干燥)→粉碎→過篩(200目)→干燥密閉保存?zhèn)溆?/p>

1．2．2 餅干制作工藝

配料(各輔料以低筋粉為基準(zhǔn)，依次按順序加入)→預(yù)混→面團(tuán)調(diào)制(以26 r/min的速度調(diào)制6～12 min)→靜置→輥軋(2～3對(duì))→成形→烘烤(220℃，10 min)→冷卻→包裝→成品

1．2．3 餅干制作基本配方［10］

低筋粉200 g、白砂糖50 g、植物油60 g、水24 g、淀粉10 g、碳酸氫鈉1．2 g、食鹽0．24 g、南瓜子殼粉12 g。

1．3 試驗(yàn)方法

1．3．1 模糊綜合評(píng)定方法［11－12］

1．3．1．1 確定產(chǎn)品因素集U和評(píng)語集V

確定產(chǎn)品質(zhì)量由組織、口感、外觀、氣味、色澤5個(gè)因素構(gòu)成，即U=(組織、口感、外觀、氣味、色澤);對(duì)每個(gè)因素的評(píng)價(jià)按好、中等、差3個(gè)等級(jí)評(píng)定，即V={好(v1)、中等(v2)、差(v3)}。

1．3．1．2 確定權(quán)重

采用強(qiáng)制決定法［13］確定各質(zhì)量因素的權(quán)重分別為組織(0．15)、口感(0．3)、外觀(0．15)、氣味(0．2)、色澤(0．2)，即A=(0．15，0．30，0．15，0．20，0．20)。

1．3．1．3 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

由專業(yè)技術(shù)人員和食品專業(yè)教師制定出南瓜子殼餅干的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［10］，見表1。

表1 餅干的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1．3．1．4 模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型的選?。?1］

設(shè)食品感官因素綜合評(píng)判的結(jié)果向量為Y，它是感官因素由向量A和評(píng)價(jià)矩陣R的合成，即Y=A·R

其中Yi=(x1∧r1i)∨(x2∧r2i)…(xn∧rni)(i=1，2，…，m)。

這里“∧”代表兩者相比較后取較小值，“∨”表示兩者相比較后取較大值。

1．3．2 單因素試驗(yàn)

固定基本配方中其他成分的添加量，對(duì)南瓜子殼粉添加量(2%、4%、6%、8%)，對(duì)白砂糖添加量(21%、23%、25%、27%)，對(duì)水添加量(8%、10%、12%、14%)，對(duì)植物油添加量(26%、28%、30%、32%)分別取4個(gè)水平，分析這4個(gè)不同水平對(duì)餅干的感官評(píng)價(jià)影響，做2次重復(fù)試驗(yàn)，并通過10位評(píng)委綜合評(píng)定打分。

1．3．3 二次正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定南瓜子殼粉添加量(X1)、白砂糖添加量(X2)、水添加量(X3)、植物油添加量(X4)及模糊感官評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行四因素五水平的二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)(表2)，采用DPS V7．05對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)測最佳工藝參數(shù)。

表2 試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2．1 單因素試驗(yàn)

2．1．1 南瓜子殼粉添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響由表3中的D值可以看出，通過感官評(píng)價(jià)可初步確定南瓜子殼粉添加量為4%。

表3 南瓜子殼粉添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

2．1．2 白砂糖添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

由表4的D值可以看出，通過感官評(píng)價(jià)可初步確定白砂糖添加量為25%。

表4 不同白砂糖添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

2．1．3 水添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

由表5的D值可以看出，通過感官評(píng)價(jià)可初步確定水添加量為12%。

表5 水添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

2．1．4 植物油添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

由表6的D值可以看出，通過感官評(píng)價(jià)可初步確定植物油添加量為30%。

表6 植物油添加量對(duì)餅干感官評(píng)價(jià)的影響

2．2 模糊評(píng)價(jià)

根據(jù)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的配方，按工藝要點(diǎn)制作出相應(yīng)的36組產(chǎn)品，從食品專業(yè)教師和同學(xué)代表中選出10人組成評(píng)委，分別對(duì)36組產(chǎn)品的組織、口感、外觀、氣味和色澤5個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

設(shè)被評(píng)定的餅干感官質(zhì)量值域?yàn)閁，則U={組織(u1)、口感(u2)、外觀(u3)、氣味(u4)、色澤(u5)}。評(píng)定集為V，V={好(v1)、中等(v2)、差(v3)}。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，確定權(quán)重集為X={0．15、0．30、0．15、0．20、0．20}，即組織占15分，口感占30分，外觀占15分，氣味占20分，色澤占20分，合計(jì)100分。將評(píng)定系數(shù)統(tǒng)計(jì)后分別除以10得出評(píng)定結(jié)果，見表7。

為了避免出現(xiàn)雙峰值，選用加權(quán)平均型的數(shù)學(xué)模型M(·，+)，Y=∑XiYji=1，2…n;j=1，2…m，這里n=5，m=36，和表7的數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化處理后可得1～36號(hào)產(chǎn)品權(quán)重Y1～Y36分別為:

Y1=(0．581、0．323、0．096);Y2=(0．500、0．400、0．100);……Y36=(0．500、0．400、0．100)。

為了正確排序，經(jīng)評(píng)委和有關(guān)專家研究，定出如下等級(jí)系數(shù)h1=80，h2=70，h3=60，從而求出S值。S=∑Yj Hi，i=1，2…n;j=1，2…m，這里n=3，m=36。從而算出S1～S36，列于表8中。

表7 評(píng)定結(jié)果

2．3 二次旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)分析［14］

采用二次旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)得到36個(gè)組合試驗(yàn)點(diǎn)，測定每次試驗(yàn)中的評(píng)定結(jié)果獲得相應(yīng)的值，見表8。通過二次旋轉(zhuǎn)組合模型Y=b0+∑bixi+∑bijxixj+∑biixi2+ε(i＜j且i=1…4)并按多元回歸加以估計(jì)，建立以感官評(píng)定的結(jié)果Y為目標(biāo)的參數(shù)回歸方程如下:

表8 二次旋轉(zhuǎn)分析方案和試驗(yàn)結(jié)果

用DPS軟件對(duì)該多元回歸方程進(jìn)行方差分析［15］，分析結(jié)果見表9。從表9可看出，方程的失擬項(xiàng)和回歸項(xiàng)均在0．05水平上顯著，即F1＜F0．05(10，11)，F(xiàn)2＞F0．05(14，21)，故方程擬合很好，置信度大于95%。

為進(jìn)一步分析方程中各項(xiàng)系數(shù)對(duì)指標(biāo)的影響程度，對(duì)回歸方程的各回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，剔除不顯著項(xiàng)后，得標(biāo)準(zhǔn)的回歸方程:

餅干的品質(zhì)與南瓜子殼粉添加量、白砂糖添加量、水添加量、植物油添加量的相關(guān)系數(shù)R2=0．856 0，表明該數(shù)學(xué)模型4個(gè)因素對(duì)餅干品質(zhì)的影響達(dá)到85．60%，而其他因素的影響和誤差達(dá)到14．40%。由各回歸系數(shù)可以判斷4個(gè)因素對(duì)餅干感官的影響順序?yàn)閄2＞X1＞X3＞X4。

表9 方差分析表

2．4 主因子及單因子效應(yīng)分析

由方程分別采用降維分析，即將其余因子固定為零，依次得到X1、X2、X3、X4相對(duì)應(yīng)Y的回歸方程，南瓜 子 殼粉 添加量Y1=74．668+0．867X1－1．992X1

2，白砂糖添加量Y2=74．668+1．645X2－2．408X2

2，水添加量Y3=74．668+0．478X3－1．685X3

2，植物油添加量Y4=74．668+0．113X4－1．732X4

2，根據(jù)子模型作圖1。由圖1可知，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，南瓜子殼粉添加量，白砂糖添加量，水添加量，植物油添加量均在－2到2水平上感官值先顯著增加而后下降，且在0水平時(shí)達(dá)到最高值。南瓜子殼粉的添加量在編碼值2水平后，感官值呈現(xiàn)了較顯著的增加，分析可知南瓜子殼粉的添加對(duì)餅干品質(zhì)有明顯的增加效果。從圖1可以看出，各個(gè)曲線的變化趨勢(shì)與試驗(yàn)所做的單因素曲線趨勢(shì)基本吻合。表明由二次回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)與單因素試驗(yàn)得到的影響趨勢(shì)一致，可以為日后生產(chǎn)放大選擇參數(shù)提供依據(jù)。

圖1 單因子對(duì)感官評(píng)定值的影響

2．5 最佳產(chǎn)量模擬尋優(yōu)

經(jīng)DPS軟件計(jì)算機(jī)模擬，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，餅干品質(zhì)的感官評(píng)定最高值為74．67，對(duì)應(yīng)的組合方案為X1=0，X2=0，X3=0，X4=0即南瓜子殼粉添加量為4%，白砂糖添加量為25%，水添加量為12%，植物油添加量為30%。通過對(duì)計(jì)算機(jī)模擬的最佳試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到感官評(píng)定最高值為76．23，優(yōu)化后的各因素最佳試驗(yàn)組合點(diǎn)為:南瓜子殼粉添加量4．31%，白砂糖添加量23．64%，水分添加量12．89%，植物油添加量30．45%。與模擬得率十分接近，故最佳產(chǎn)量模擬成功，符合實(shí)際。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)確定了南瓜子殼粉添加量、白砂糖添加量、水添加量、植物油添加量4個(gè)試驗(yàn)因素的取值范圍。用DPS軟件做二次旋轉(zhuǎn)組合分析，二次回歸模型的F值8．919，P值＜0．001，大于在0．01水平上的F值，而失擬項(xiàng)的F值為1．464，小于0．05水平的F值，該試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腞2=0．856 0，說明該試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M和結(jié)果好，自變量與旋轉(zhuǎn)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該試驗(yàn)的理論預(yù)測。二次回歸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定了南瓜子殼膳食纖維餅干制作的最佳工藝參數(shù):南瓜子殼粉添加量4．13%，白砂糖添加量23．64%，水添加量12．89%，植物油添加量30．45%。在此工藝條件下制得餅干的感官評(píng)定結(jié)果達(dá)到76．23，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果證明該方法用于優(yōu)化餅干的制作工藝切實(shí)可行。

［1］Fulgencio Saura－Calixto，Aime Cafiellas，Juan Garcia－Raso．Determination of hemicellulose cellulose and lignin contents of dietary fiber and crude fiber of several seed hulls．data comparison［J］．Agric Food Chemical，1983，177:200－202

［2］張潔，徐桂花，于穎．蠶豆皮膳食纖維桃酥的研制［J］．糧油加工，2010(5):75－77

［3］Burkitf D P，Towen H C．Refined carbohydrate foods and disease some of dietary fiber［M］．London and New York:Academic Press，1975:35－36

［4］宇山．感官評(píng)價(jià)在食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］．食品工業(yè)科技，2006，27(8):202－203

［5］呂忠儉，姜汝?duì)c．應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)食品的感官質(zhì)量［J］．食品科學(xué)，1986(3):1－5

［6］李春燕，張正茂，何一哲，等．二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化黑小麥面包工藝配方［J］．糧油加工，2010(6):88－91

［7］朱彩萍，曹慧．應(yīng)用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計(jì)提取平菇多糖的工藝研究［J］．中藥材，2010，33(9):1490－1494

［8］周慶禮，于功明，劉樹新，等．胡蘿卜泥餅干的研究及其感官評(píng)價(jià)［J］．食品科學(xué)，1996(7):110－113

［9］韓立德，蓋鈞鎰，邱家訓(xùn)．應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法評(píng)定菜用大豆感官品質(zhì)［J］．大豆科學(xué)，2002(4):55－57

［10］劉傳福．影響餅干質(zhì)量的關(guān)鍵因素分析［J］．食品工業(yè)科技，2002(8):87－89

［11］李柏年．模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用［M］．安徽:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2007:77－84

［12］彭祖贈(zèng)．模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2002:122－131

［13］王正斌，王世清，馬曉珂．模糊綜合評(píng)判在食品感官評(píng)定中的應(yīng)用［J］．萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，19(1):41－43

［14］楊義群．回歸設(shè)計(jì)及多元分析［M］．西安:天則出版社，1990:62－91

［15］唐啟義．DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［M］．北京:科技出版社，2006:264－266．

Application of Quadratic Rotation and Fuzzy Evaluation in Development of Pumpkin Seeds Hull Biscuit

Zhang Zhenlin1Du Xianfeng1Liu Tiancheng2Chen Qiuling3
(Department of Food Science and Technology Anhui Agricultural University1，Hefei 230036)
(Anhui Xiaoliu Food Co．，Ltd2，Hefei 230051)
(Anhui Lejian Green Food Co．，Ltd3，Tongcheng 231400)

Taking pumpkin seeds hull rich in dietary fiber as the auxiliary materials，based on single－factor tests the response second rotation was adopted with five levels and four factors that are Pumpkin seeds hull，white sugar，water and Vegetable oil．Fuzzy math was applied in biscuits sensory evaluation．The result of the fuzzy evaluation was used as the data for the Second rotation methodology．DPSwas used to optimize the Second rotation．The result of the experiments demonstrates that F value is 8．919，P＜0．001 which is more than F in the same level．The Lack of F in 1．464 is less than F in 0．05 level，R2of the model is0．8560，which indicates the result of the model is fit well and the relation of the independent variables and the rotation values is remarkable．This concludes that the model could be used in experimental theory forecast．The optimized processing conditions are amount of Pumpkin seeds hull 4．13%，white sugar 23．64%，water 12．89%，and Vegetable oil 30．45%．

fuzzy evaluation，second rotation，pumpkin seeds hull，optimization of parameter

TS217．1

A

1003－0174(2012)08－0098－06

安徽省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技計(jì)劃(11010302147)

2011－10－14

張珍林，女，1985年出生，碩士，食品科學(xué)

杜先鋒，男，1967年出生，教授，博士生導(dǎo)師，食品生物技術(shù)及農(nóng)副產(chǎn)品深加工