模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化塔格糖酸奶發(fā)酵工藝

劉俊艷，王成花，梁真，于海峰

（齊魯工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250353）

模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化塔格糖酸奶發(fā)酵工藝

劉俊艷，王成花，梁真，于海峰

（齊魯工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250353）

為開發(fā)新型功能性酸奶，用功能性甜味劑塔格糖部分替代蔗糖，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了塔格糖酸奶的發(fā)酵工藝條件，通過模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法從色澤、口感、組織和風(fēng)味四個(gè)方面對(duì)塔格糖酸奶的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明，塔格糖酸奶的最佳發(fā)酵條件為塔格糖添加量2.5%、發(fā)酵劑接種量5%、發(fā)酵時(shí)間5.0 h。在此最佳條件下發(fā)酵制得的塔格糖酸奶凝乳緊密，均勻，保形能力較好，口感最佳，同時(shí)具有塔格糖和益生菌的功能特性，提高了酸奶的品質(zhì)和保健功能。用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)塔格糖酸奶的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)稠度和黏度進(jìn)行了測(cè)定，分析了酸奶的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與感官分析指標(biāo)之間的關(guān)系。

模糊數(shù)學(xué)；感官評(píng)價(jià)法；塔格糖酸奶；質(zhì)構(gòu)分析

隨著人們對(duì)食品保健功能的需求增加，酸奶的功能性也越來越被重視。健康、天然、功能性、環(huán)境友好型包裝材料和新風(fēng)味、新文化是目前國際上酸奶發(fā)展的五大流行趨勢(shì)。因此針對(duì)特定的人群，調(diào)整酸奶的配方，提高酸奶的營養(yǎng)和保健功能，成為酸奶新品開發(fā)的研究方向。

D-塔格糖是一種低熱量的功能性甜味劑，甜度與蔗糖相似，產(chǎn)生的熱量僅為蔗糖的1/3，且D-塔格糖具有降低血糖，改善腸道菌群，抗齲齒等多種功能[1-2]，已經(jīng)在多個(gè)國家作為低熱量甜味劑應(yīng)用于健康飲料、酸乳、果汁、糖尿病患者專用食品。在我國，D-塔格糖已經(jīng)被批準(zhǔn)為新食品原料（國家衛(wèi)計(jì)委2014第10號(hào)公告）。用塔格糖部分替代蔗糖制作酸奶，這種酸奶結(jié)合了乳酸菌與塔格糖的保健功能，將成為糖尿病患者和肥胖患者理想的健康食品，具有良好的市場(chǎng)前景。

在酸奶質(zhì)量評(píng)價(jià)中，感官特性指標(biāo)是一個(gè)重要指標(biāo)。感官評(píng)價(jià)是通過人體視覺、味覺等感覺器官所引起反應(yīng)，用于測(cè)量、分析和解釋產(chǎn)品的分析方法[3]。感官特性在描述上具有主觀性，難以分出清晰的界限，具有模糊性，單純的算術(shù)平均值不能反映不同處理之間的差異，而采用模糊數(shù)學(xué)的方法來處理感官評(píng)價(jià)的結(jié)果，可以對(duì)感官特性進(jìn)行數(shù)學(xué)化和定量化的描述和處理，最大限度地保持信息的完整性[4]。宋亞瓊等[5]用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化了臭鱖魚的發(fā)酵工藝；張明等[6]用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化了豆渣發(fā)酵工藝；彭堅(jiān)等[7]將模糊綜合評(píng)判法應(yīng)用到腐乳傳統(tǒng)發(fā)酵食品的感官評(píng)價(jià)中，提升了感官評(píng)價(jià)的客觀性和科學(xué)性。模糊數(shù)學(xué)法通過將復(fù)雜不確定的感官特性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為精確的數(shù)字，可以借助于數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，可有效評(píng)價(jià)評(píng)定對(duì)象，還可以獲得更多的參考信息。

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)中的模糊關(guān)系，對(duì)塔格糖酸奶感官品質(zhì)的結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期得到最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)，同時(shí)用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定了塔格糖酸奶的稠度和膠黏度，分析酸奶的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與感官分析指標(biāo)之間的關(guān)系，為確定塔格糖酸奶制作工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料與菌種

純牛乳、蔗糖：市售；結(jié)晶塔格糖：山東綠健生物科技有限公司。

嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌：齊魯工業(yè)大學(xué)食品微生物實(shí)驗(yàn)室保存。

1.1.2 培養(yǎng)基

試管斜面培養(yǎng)基（MRS培養(yǎng)基）：蛋白胨10.00 g，酵母浸粉5.00 g，牛肉膏10.00 g，葡萄糖20.00 g，磷酸氫二鉀2.00 g，檸檬酸氫二銨2.00 g，無水乙酸鈉5.00 g，硫酸錳0.25 g，硫酸鎂0.58 g，Tween-80 1.00 g，蒸餾水1 L，pH值為6.8，121℃滅菌15 min。

發(fā)酵劑制備培養(yǎng)基：脫脂乳培養(yǎng)基、全脂乳培養(yǎng)基。

1.2 儀器與設(shè)備

SW-C-J2-G超凈工作臺(tái)：蘇州凈化設(shè)備有限公司；SHP-150恒溫培養(yǎng)箱：上海?，斣囼?yàn)設(shè)備有限公司；FJ-200高速分散均質(zhì)機(jī)：上海碩光電子科技有限公司；YXQ-LS-75S立式電熱壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)分析儀：英國SMSTextureAnalyzer公司；pHS-25酸度計(jì)：上海圖新電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 塔格糖酸乳工藝流程[8]

純牛乳→配料（添加不同比例的蔗糖和塔格糖）→預(yù)熱（50～60℃）→均質(zhì)（15～20 MPa，5 min）→殺菌（90℃，10 min）→冷卻（45℃）→接種發(fā)酵劑→發(fā)酵→冷卻（15～20℃）→破碎凝乳→冷卻（4℃）→后熟

1.3.2 生產(chǎn)發(fā)酵劑制備

將斜面菌種嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、雙歧桿菌先用脫脂乳單一菌種活化培養(yǎng)，再將活化后的嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌按1∶1∶1的比例接種到全脂乳培養(yǎng)基中，總接種量3%，42℃發(fā)酵至凝固后，冷卻至4℃?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 塔格糖酸奶的工藝優(yōu)化

塔格糖酸奶的質(zhì)量與塔格糖替代蔗糖的比例、發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵時(shí)間有密切關(guān)系。在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案對(duì)塔格糖酸奶中塔格糖含量（總加糖量為6.0%，給出塔格糖的含量其余的糖為蔗糖）、發(fā)酵劑接種量、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行篩選確定，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 塔格糖酸奶發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for tagatose yogurt fermentation conditions optimization

1.3.4 塔格糖酸奶質(zhì)構(gòu)分析[8]

選用A/BE探頭，直徑為35 mm的壓力盤，測(cè)定參數(shù)設(shè)置：下降速度與測(cè)試速度為1.0 mm/s提升速度為10.0 mm/s測(cè)試深度30.0 mm記錄探入過程中所需的應(yīng)力（g）。探入過程中的最大峰值為硬度，探頭回縮過程中的負(fù)峰值為內(nèi)聚性，曲線的負(fù)值區(qū)域代表黏度，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。

1.3.5 感官評(píng)價(jià)方法

通過感官靈敏試驗(yàn)篩選出10名食品與生物工程學(xué)院學(xué)生（4男6女）組成感官評(píng)定小組，在評(píng)價(jià)之前，對(duì)評(píng)價(jià)組成員進(jìn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，使評(píng)價(jià)員能客觀地進(jìn)行評(píng)價(jià)，增強(qiáng)評(píng)價(jià)一致性[9]。所有樣品均采用3位隨機(jī)數(shù)編碼，常溫下供評(píng)價(jià)員進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]，評(píng)定員在單獨(dú)的房間進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定過程禁止相互討論，評(píng)定完每個(gè)樣品后以清水漱口[11]。

1.3.6 建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)因素集M的確立：選擇酸奶的色澤（m1）、組織（m2）、口感（m3）、風(fēng)味（m4）構(gòu)成評(píng)價(jià)因素集，得到塔格糖酸奶的評(píng)價(jià)因素集M={m1，m2，m3，m4}。

評(píng)價(jià)等級(jí)集N的確立：評(píng)價(jià)等級(jí)集N為對(duì)前述M集中每個(gè)因素的評(píng)價(jià)，經(jīng)過感官評(píng)定人員的討論，確定塔格糖酸奶的評(píng)價(jià)為優(yōu)（n1）、良（n2）、中（n3）、差（n4），即塔格糖酸奶的評(píng)價(jià)等級(jí)集為N={n1，n2，n3，n4}。塔格糖酸奶的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 塔格糖酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of tagatose yogurt

評(píng)價(jià)權(quán)重集A的確立：評(píng)價(jià)權(quán)重實(shí)際上就是各因素的重要程度。請(qǐng)10名感官評(píng)定小組成員分別對(duì)塔格糖酸奶的色澤、組織、口感、風(fēng)味進(jìn)行權(quán)重的確定，評(píng)價(jià)兩個(gè)因素的重要程度時(shí)，按照參考文獻(xiàn)[12]的方法評(píng)分。4個(gè)指標(biāo)的得分與總分?jǐn)?shù)的比值即為權(quán)重，權(quán)重確定結(jié)果見表3。

表3 塔格糖酸奶感官權(quán)重的確定Table 3 Sensory evaluation weights of tagatose yogurt

由表3可知，塔格糖酸奶各因素的權(quán)重分別為色澤0.22、組織0.26、口感0.28、風(fēng)味0.24。權(quán)重集A={0.22，0.26，0.28，0.24}。

2 結(jié)果與分析

2.1 塔格糖酸奶的感官評(píng)價(jià)結(jié)果

10名感官評(píng)定員根據(jù)塔格糖酸奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（表2），對(duì)正交試驗(yàn)制得的9組樣品的4個(gè)感官特性指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)因素集分別進(jìn)行評(píng)價(jià)等級(jí)確定，記錄各個(gè)因素在每個(gè)等級(jí)中的票數(shù)分布（表4），每個(gè)因素各級(jí)的票數(shù)與總評(píng)定的人數(shù)的比值即為贊成比率，再將各個(gè)因素各級(jí)的贊成比率排列得到樣品模糊評(píng)判矩陣Rj。

其中j表示樣品的編號(hào)，Rj表示第j個(gè)樣品的模糊評(píng)判矩陣。i表示質(zhì)量評(píng)價(jià)因素，ri1、ri2、ri3、ri4分別表示第i個(gè)質(zhì)量因素對(duì)應(yīng)各等級(jí)的贊成比率。

表4 塔格糖酸奶感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of tagatose yogurt

由表4可得到1～9號(hào)塔格糖酸奶樣品的模糊矩陣如下：

2.2 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊變換原理[13-15]，用權(quán)重A乘以模糊關(guān)系矩陣Rj，得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Yj。

Y1=（0.046 0.100 0.322 0.532）即為1號(hào)試驗(yàn)塔格糖酸奶樣品的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，該結(jié)果說明在塔格糖含量2.5%、接種量3%、發(fā)酵時(shí)間4 h的條件下得到的酸奶，4.6%的人認(rèn)為優(yōu)，10%的人認(rèn)為良，32.2%的人認(rèn)為中，53.2%的人認(rèn)為差。

同理可其他8組試驗(yàn)制得的塔格糖酸奶樣品的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：

Y2=（0.192 0.348 0.306 0.154），Y3=（0.558 0.246 0.148 0.024），Y4=（0.022 0.218 0.400 0.360），Y5=（0.096 0.322 0.352 0.230），Y6=（0.122 0.276 0.450 0.153），Y7=（0.226 0.326 0.276 0.172），Y8=（0.114 0.194 0.458 0.234），Y9=（0.096 0.310 0.388 0.206）

從以上綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果可以看出，認(rèn)為3號(hào)試驗(yàn)制得樣品優(yōu)的人數(shù)最多，為55.8%。認(rèn)為優(yōu)和良的比率總和為80.4%，只有2.4%的人認(rèn)為差。因此確定綜合評(píng)價(jià)結(jié)果最好的3號(hào)試驗(yàn)的發(fā)酵條件，即塔格糖含量2.5%、接種量5%、發(fā)酵時(shí)間5.0 h為塔格糖酸奶的最佳發(fā)酵條件。

2.3 塔格糖酸奶正交試驗(yàn)結(jié)果

酸奶的黏稠度對(duì)酸奶口感有較大的影響，稠度越小，口感越稀薄，酸奶的風(fēng)味越弱；黏度越小，酸奶在口中的滯留感越小，余味也越短。但黏稠度過高，也會(huì)產(chǎn)生糊口感，影響酸奶的爽滑性等不利影響。對(duì)正交試驗(yàn)9組試驗(yàn)獲得的塔格糖酸奶樣品，用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)后熟24 h后的酸奶樣品進(jìn)行稠度和黏度進(jìn)行分析。正交試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 塔格糖酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results and analysis of orthogonal experiments for tagatose yogurt fermentation technology optimization

由表5可知，對(duì)稠度的影響大小的因素排序?yàn)镃＞B＞A，即發(fā)酵時(shí)間＞接種量＞塔格糖含量，最佳組合為A1B3C3。對(duì)黏度的影響大小的因素排序?yàn)镃＞A＞B，與對(duì)稠度的影響一致，即發(fā)酵時(shí)間＞接種量＞塔格糖含量，最佳組合為A1B3C3，感官評(píng)定得分的影響因素排序?yàn)锽＞C＞A，最佳組合為A2B3C2。感官評(píng)分法與質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的結(jié)果稍有偏差，這與感官評(píng)分法的主觀局限性有關(guān)。

但是質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果的最佳組合A1B3C3與模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)獲得的3號(hào)試驗(yàn)結(jié)果一致，3號(hào)試驗(yàn)感官評(píng)分最高94.5分。

因此確定塔格糖酸奶的最佳發(fā)酵條件為塔格糖含量2.5%、接種量5%、發(fā)酵時(shí)間5.0 h。

3 結(jié)論

將功能性甜味劑塔格糖部分替代蔗糖，利用乳酸菌發(fā)酵制得的塔格糖酸奶新產(chǎn)品，該產(chǎn)品同時(shí)具有酸奶益生菌和甜味劑塔格糖的功能特性，特別適合糖尿病患者飲用，豐富了酸奶的新品種。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)法綜合評(píng)價(jià)克服了單純感官評(píng)分法的主觀局限性，最大限度的保留了感官品評(píng)的信息完整性，模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法的最佳組合質(zhì)構(gòu)儀對(duì)塔格糖酸奶樣品稠度和膠黏度的測(cè)定最佳組合結(jié)果一致，確定塔格糖酸奶發(fā)酵工藝條件為塔格糖含量2.5%、接種量5%、發(fā)酵時(shí)間5.0 h。說明運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的感官評(píng)價(jià)方法具有較高的準(zhǔn)確性和公正性。在最佳工藝條件下制得的酸奶樣品凝乳緊密，均勻，保形能力較好，感官評(píng)分為94.5分。

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Optimization of tagatose yogurt fermentation technology based on fuzzy mathematics sensory evaluation method

LIU Junyan,WANG Chenghua,LIANG Zhen,YU Haifeng
(College of Food Science and Engineering,Qilu University of Technology,Jinan 250353,China)

To develop the new type functional yoghurt,sucrose was partly replaced by functional sweetening agent tagatose in the yoghurt.The tagatose yogurt fermentation process was optimized by orthogonal tests,and the quality of tagatose yogurt was evaluated by fuzzy mathematics method from the aspects of color,taste,texture and flavor.The experimental results showed that the optimal fermentation conditions of tagatose yogurt were tagatose 2.5%,starter inoculum 5%,fermentation time 5.0 h.The yogurt was with tight and uniform texture,with good shape-preserving character and good taste,meanwhile,the product had the nutritional value of yogurt and the health functions of probiotics,which improved the quality and healthcare function of yogurt.The hardness and adhesiveness of yogurt were measured by texture analyzer,and the correlation analysis between texture indexes and sensory evaluation indexes were studied.

fuzzy mathematics;sensory evaluation;tagatose yogurt;texture analysis

TS252.5

0254-5071（2017）03-0099-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.03.021

2016-09-15

山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2014GSF121039）；山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃項(xiàng)目(J13LE01)；山東省研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃（SDYC15028）

劉俊艷（1991-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。

*通訊作者：于海峰（1975-），女，教授，博士，研究方向?yàn)楣δ苄允称放c食品添加劑。