基于模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)的 甘薯淀粉面包的工藝優(yōu)化

孫 瑩,苗榕芯

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游與烹飪學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150000)

我國(guó)是世界甘薯生產(chǎn)和種植第一大國(guó),年產(chǎn)量約1億噸左右,約占世界的85.9%[1-3]。甘薯含維生素C、膳食纖維等,具有抗癌、降血脂、降膽固醇、降血糖和增強(qiáng)免疫的作用[4],淀粉是甘薯的主要組成成分,約占干重的50%～80%[5]。在制作面包時(shí)加入淀粉,面團(tuán)的流變性會(huì)發(fā)生改變,烘焙食品的色香味也會(huì)改變[6]。甘薯淀粉有很好的粘性、彈性、延伸性、薄膜成型性和吸脂性,并且和甘薯全粉相比含水量低,容易儲(chǔ)存,有更好的起筋性、脹發(fā)性[7-8]。所以,甘薯淀粉是一種優(yōu)良的面包改良劑。近年來(lái)甘薯用于面包的研究越來(lái)越多。適量添加在面包配方中不僅使其在普通面包的基礎(chǔ)上具有清理腸胃、降低血脂、減肥通便等多種保健功能,降低面包的老化速度,延長(zhǎng)面包的保質(zhì)期,而且為甘薯深度加工利用開(kāi)辟了一條途徑[9]。據(jù)研究表明,甘薯淀粉對(duì)面團(tuán)品質(zhì)起到了很好的改良作用,同時(shí)也增加了面包的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味[6]。隨著甘薯淀粉粉絲、粉條等產(chǎn)品出現(xiàn)[10],甘薯淀粉制品朝著可持續(xù)性發(fā)展軌道進(jìn)行。因此,甘薯淀粉面包將成為極易被廣大群眾接受的保健食品且具有廣闊的發(fā)展前景。

在食品加工工藝研究過(guò)程中,感官特性通常是評(píng)價(jià)其質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),而評(píng)價(jià)感官屬性的描述上難以劃分出清晰的界限,往往具有模糊性,如外觀、香氣、滋味以及口感等因素,因此采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法對(duì)這些性質(zhì)進(jìn)行數(shù)學(xué)化和定量化的描述和處理,可以很好地減少感官評(píng)價(jià)指標(biāo)間及感官評(píng)價(jià)主體間的主觀評(píng)定誤差,得到較為客觀的檢驗(yàn)結(jié)果[11-14]。本文對(duì)甘薯淀粉面包的配方和工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)、正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)以及模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)等方法評(píng)定甘薯淀粉面包的色澤、形態(tài)、香味、口感、觸感,通過(guò)對(duì)甘薯淀粉面包甘薯淀粉、黃油和干酵母添加量的研究,確定最佳添加組合,建立了科學(xué)的甘薯淀粉面包感官評(píng)定體系,為制作甘薯淀粉面包工藝研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯淀粉 友加甘薯淀粉;黃油 福瑞克烘焙黃油;面包用高筋小麥粉、雞蛋、干酵母、糖 哈爾濱家樂(lè)福超市。

SGB-3Y烤箱 廣州三麥烤箱有限公司;MP5002電子天平 上海恒平科學(xué)儀器有限公司;TA. XT-Plus型質(zhì)構(gòu)儀 北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司;16/13豪華型食品發(fā)酵箱 廣州市澳聯(lián)斯廚具有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘薯淀粉面包制作工藝流程 甘薯淀粉與小麥粉混合成混合粉→加入白糖、鹽進(jìn)行混合→加入雞蛋、溫水和溶解好的干酵母→揉制面團(tuán)→加入黃油,并將黃油全部揉進(jìn)面團(tuán)→一次醒發(fā)→整形→二次醒發(fā)→入烤箱烘焙→冷卻

1.2.2 甘薯淀粉面包的操作要點(diǎn) 原料預(yù)處理:紅薯淀粉與小麥粉混合后過(guò)篩;干酵母預(yù)先用溫水溶解好;雞蛋打成全蛋液。

面團(tuán)調(diào)制:現(xiàn)將材料混合后揉成面團(tuán),然后再加入黃油,一定要將黃油均勻的全部揉進(jìn)面團(tuán),直至面團(tuán)抻開(kāi)可形成一層薄膜。

面團(tuán)醒發(fā):揉好的面團(tuán)一次醒發(fā)后,要進(jìn)行整形,進(jìn)行二次醒發(fā)。

烘烤:烤箱需預(yù)熱15 min,使烤箱內(nèi)部溫度均勻保持烘焙溫度180 ℃,烘烤15 min。

冷卻:烘烤完畢后,采用自然冷卻。

1.2.3 甘薯淀粉面包配方優(yōu)化

1.2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn) 固定醒發(fā)溫度25 ℃、一次醒發(fā)時(shí)間60 min和烘焙時(shí)間9 min,以甘薯淀粉的添加量(12、13.5、15、16.5、18 g)、黃油添加量(11、13、15、17、19 g)、干酵母添加量(4、4.5、5、5.5、6 g)為考察因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.2.3.2 正交實(shí)驗(yàn) 為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)使實(shí)驗(yàn)具有代表性，采用均勻分布方法[15],選擇較好的三個(gè)水平設(shè)計(jì)了L9(34)正交實(shí)驗(yàn)(正交實(shí)驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表1),確定甘薯淀粉面包最佳配方。

表1 甘薯淀粉面包配方的正交實(shí)驗(yàn)因素與水平表Table 1 Factors and levelsTable of the formula of sweet potato starch bread of orthogonal test

1.2.4 甘薯淀粉面包加工工藝優(yōu)化

1.2.4.1 單因素實(shí)驗(yàn) 固定甘薯淀粉添加量15 g、黃油添加量15 g和干酵母添加量5.5 g,以醒發(fā)溫度(21、23、25、27和29 ℃)、一次醒發(fā)時(shí)間(40、50、60、70和80 min)、烘焙時(shí)間(8、9、10、11和12 min)為考察因素進(jìn)行單因素試驗(yàn),對(duì)三個(gè)主要單因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以感官評(píng)分和質(zhì)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn),確定適宜的水平范圍。

1.2.4.2 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了L9(34)正交實(shí)驗(yàn)(正交實(shí)驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表2),確定甘薯淀粉面包最優(yōu)加工工藝。

表2 甘薯淀粉面包加工工藝的正交實(shí)驗(yàn)因素與水平表Table 2 Falevelsctors and levels tabl of the processing technology of sweet potato starch bread of orthogonal test

1.3 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

質(zhì)構(gòu)儀可以根據(jù)樣品的物性特點(diǎn),做出數(shù)據(jù)化的表達(dá)[16]。因此將兩次正交實(shí)驗(yàn)中的9組甘薯淀粉面包用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定條件為:測(cè)定速度:60 mm/min,設(shè)置形變量為40%,輸入起始力為250 N每組樣品測(cè)定3次取平均值。測(cè)試甘薯淀粉面包硬度、彈性、咀嚼性、黏性。

1.4 甘薯淀粉面包感官品質(zhì)的評(píng)定

品嘗小組成員由經(jīng)過(guò)感官評(píng)定培訓(xùn)的食品專(zhuān)業(yè)學(xué)生10人(4男6女)組成。所有待評(píng)定樣品隨機(jī)取樣并由統(tǒng)一容器盛裝,評(píng)價(jià)員品評(píng)時(shí)相互不交流,每個(gè)樣品品評(píng)前清水漱口[17]。評(píng)定人員根據(jù)甘薯淀粉面包的色澤、形態(tài)、香味、口感、觸感根據(jù)感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分別給甘薯淀粉面包打分,評(píng)分結(jié)果取小組各成員評(píng)分的平均分。甘薯淀粉面包感官評(píng)價(jià)方法參照魏永義[18]方法進(jìn)行。甘薯淀粉面包感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 甘薯淀粉面包的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(分)Table 3 Eualuation standard of sweet potato starch bread(score)

1.5 建立模糊綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

1.5.1 評(píng)價(jià)對(duì)象集Y 研究中需要進(jìn)行感官評(píng)價(jià)的產(chǎn)品的集合。Y={Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9},Y1～Y9分別代表本研究正交實(shí)驗(yàn)中分別制作的9組甘薯淀粉面包,用Yj表示9組面包的綜合評(píng)價(jià),其中j=1,2,3,……,9。

1.5.2 評(píng)價(jià)因素集U 是本研究中產(chǎn)品感官質(zhì)量所構(gòu)成因素的集合。U={U1,U2,U3,U4,U5},U1～U5分別代表本研究中色澤、形態(tài)、香味、口感、觸感等指標(biāo)。

1.5.3 評(píng)價(jià)等級(jí)集V 是指每個(gè)因素的評(píng)價(jià)集合。V={V1,V2,V3,V4,V5},V1～V5分別代表本研究中優(yōu)、良、中、差和極差。

1.5.4 評(píng)價(jià)權(quán)重X 各因素的重要程度,權(quán)重集X的元素綜合為1[19]。面包的色澤、形態(tài)、香味、口感、觸感幾個(gè)因素的重要程度是不一樣的。本實(shí)驗(yàn)采用用戶(hù)調(diào)查法[20]和二次對(duì)比決定法[21],根據(jù)10位評(píng)判員的打分,確定權(quán)重集X={X1,X2,X3,X4,X5},見(jiàn)表4計(jì)算出各因素的權(quán)重值。

表4 權(quán)重評(píng)分表Table 4 Weight scoringTable

以10人為一組,每人一張打分表,根據(jù)自己的感官對(duì)每道菜的色澤、形態(tài)、香味、口感、觸感先做一個(gè)權(quán)重評(píng)價(jià),總分為100分,見(jiàn)表4。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)和作表采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,測(cè)定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯淀粉面包最佳配方優(yōu)化

2.1.1 甘薯淀粉面包配方模糊感官評(píng)價(jià)結(jié)果 由10個(gè)感官評(píng)價(jià)員對(duì)9組甘薯淀粉面包按照色澤、形態(tài)、香味、口感以及觸感進(jìn)行了逐一評(píng)價(jià),感官評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。

表5 甘薯淀粉面包感官評(píng)定票數(shù)分布Table 5 Distribution of sensory evaluation of potato starch bread

2.1.2 建立模糊矩陣 評(píng)分完成后統(tǒng)計(jì)權(quán)重評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 權(quán)重評(píng)分結(jié)果Table 6

X=[0.2 0.185 0.215 0.235 0.165]

將對(duì)9組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分別除以品評(píng)總?cè)藬?shù)10人,得到9個(gè)模糊評(píng)判矩陣,分別對(duì)應(yīng)1～9號(hào)實(shí)驗(yàn),例如1號(hào)樣品模糊矩陣如下:

同理可得R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9。

2.1.3 計(jì)算綜合隸屬度 根據(jù)模糊矩陣變換原理:Y=X·R,則對(duì)第j號(hào)樣品評(píng)價(jià)結(jié)果為Yj=X·Rj,以第一組樣品為例的總和評(píng)價(jià)結(jié)果為:

按照此方法對(duì)各個(gè)樣品的評(píng)分結(jié)果進(jìn)行綜合分析得到評(píng)判結(jié)果Yj,見(jiàn)表7。

表7 綜合評(píng)判結(jié)果Table 7 Comprehensive evaluation result

2.1.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 感官評(píng)價(jià)得分計(jì)算參照汪瑤[22]方法進(jìn)行。將表7綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分別乘以其對(duì)應(yīng)的分值(優(yōu)、良、中、差、極差依次被賦予分值100、90、80、70、60分)[23],并進(jìn)行加和,最后可得出每個(gè)樣品的最后總得分,結(jié)果如表8所示。

表8 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 Result of orthogonal test design

由表8可知,優(yōu)化方案為A2B2C3,即混合粉中甘薯淀粉的添加量15 g,黃油用量15 g,干酵母用量5.5 g。由于甘薯淀粉顆粒比小麥粉顆粒較大,甘薯淀粉的吸水能力會(huì)比小麥粉強(qiáng),從而使面團(tuán)的吸水率不斷提高[6]如果淀粉添加過(guò)多會(huì)使面包口感粗糙;當(dāng)黃油添加過(guò)量時(shí),黃油中的鹽分導(dǎo)致酵母發(fā)揮作用的能力變差,面包咸味也變重[24]。,此外,三種因素對(duì)甘薯淀粉面包的影響力為RB>RC>RA,所以各因素的從主到次的順序?yàn)?B(黃油添加量)>C(干酵母添加量)>A(混合粉中甘薯淀粉添加量)。結(jié)合感官評(píng)價(jià)結(jié)果可知，5號(hào)樣品等級(jí)為優(yōu)且得分最高,因此全面客觀地評(píng)定為5號(hào)樣品最佳。

2.1.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 確定淀粉面包最佳配方后每組實(shí)驗(yàn)取三次結(jié)果平均值。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 9 Verify test results

具表9可知,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是符合的。

2.2 甘薯淀粉面包最優(yōu)加工工藝

2.2.1 甘薯淀粉面包加工工藝模糊感官評(píng)價(jià)結(jié)果 由10個(gè)感官評(píng)價(jià)員對(duì)9組甘薯淀粉面包按照色澤、外觀、香氣、味道以及口感進(jìn)行了逐一評(píng)價(jià),感官評(píng)價(jià)結(jié)果如表10所示。

表10 最優(yōu)加工工藝正交實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Table 10 The orthogonal test statisticalTable of the optimal machining process

2.2.2 建立模糊矩陣 將對(duì)9組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分別除以品評(píng)總?cè)藬?shù)10人,得到9個(gè)模糊評(píng)判矩陣,分別對(duì)應(yīng)1～9號(hào)實(shí)驗(yàn),例如1號(hào)樣品模糊矩陣如下:

同理可得R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9。

2.2.3 計(jì)算綜合隸屬度 綜合隸屬度見(jiàn)表11。

表11 綜合隸屬度Table 11 Comprehensive feudatory degree

2.2.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 12 Result of orthogonal test design

由表12可知,優(yōu)方案為A2B2C1,即醒發(fā)溫度25 ℃,一次醒發(fā)時(shí)間60 min,烘焙時(shí)間9 min;因RB>RC>RA,所以各因素的從主到次的順序?yàn)?B(一次醒發(fā)時(shí)間)>C(烘焙時(shí)間)>A(醒發(fā)溫度)。

2.2.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 對(duì)甘薯淀粉面包最佳工藝組進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),每組實(shí)驗(yàn)取三次結(jié)果的平均值,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 13 Verify test results

由表13可知,甘薯淀粉醒發(fā)溫度25 ℃,一次醒發(fā)時(shí)間60 min,烘焙時(shí)間9 min時(shí),感官評(píng)價(jià)最好,綜合均分98.0分為最高分。驗(yàn)證結(jié)果與正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是符合實(shí)際的。

2.3 質(zhì)構(gòu)(texture profile analysis,TPA)測(cè)定

面包硬度、咀嚼性越大,口感發(fā)硬,缺乏彈性;膠粘性越大吞咽呈穩(wěn)定狀態(tài)所需的能量越大[25-26]。由表14可得,甘薯淀粉面包最佳配方實(shí)驗(yàn)組中,甘薯淀粉面包的平均硬度為27.95 N,彈性為15.18 mm,咀嚼性為228.30 mJ,膠粘性為15.05 N,因此,感官評(píng)價(jià)最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)組質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果相對(duì)較好,易咀嚼爽口且柔軟勁道。質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)結(jié)果可針對(duì)不同人群適當(dāng)調(diào)整甘薯淀粉面包工藝,得到適合其食用的甘薯淀粉面包。

表14 TPA測(cè)定結(jié)果Table 14 TPA determination results

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模糊評(píng)價(jià)與正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的綜合運(yùn)用,系統(tǒng)地對(duì)甘薯淀粉面包最佳配方及最優(yōu)制作工藝進(jìn)行探討,即甘薯淀粉面包最佳配方為:

混合粉中甘薯淀粉的添加量15 g,黃油添加量15 g,干酵母添加量5.5 g;影響甘薯淀粉面包品質(zhì)配方的因素主次順序?yàn)?黃油添加量>干酵母添加量>混合粉中甘薯淀粉添加量。最優(yōu)加工工藝條件是:一次醒發(fā)時(shí)間60 min,醒發(fā)溫度25 ℃,烘焙時(shí)間9 min;影響甘薯淀粉面包加工工藝的因素主次順序?yàn)?一次醒發(fā)時(shí)間>烘焙時(shí)間>醒發(fā)溫度。該方法制作出的甘薯淀粉面包不僅符合面包的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),提高面包的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,開(kāi)發(fā)了一種營(yíng)養(yǎng)豐富的保健型面包,而且為甘薯的深加工開(kāi)辟了一條新途徑。