模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法在大麥若葉牛奶研制中的應(yīng)用

（黑龍江完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司，哈爾濱 150060）

大麥若葉即大麥苗，是指大麥剛越冬長(zhǎng)至15～30cm的幼麥苗嫩葉[1]。大麥若葉經(jīng)過(guò)先進(jìn)的冷凍干燥粉碎技術(shù)可制備成粉末狀的食品原料。經(jīng)研究表明，大麥若葉營(yíng)養(yǎng)豐富，含有葉綠素（提取量達(dá)到13.622mg/g[2]）、膳食纖維（含量是普通青菜的50倍[3]）、總黃酮（提取量為946.63μg/g[4]）、蛋白質(zhì)（含量是牛肉的1.6倍、大米的4.2倍[5]）、氨基酸（種類(lèi)高達(dá)26種，其中水解氨基酸Glu含量高達(dá)1390.873mg/100g，Asp含量達(dá)1 219.391mg/100g，8種人體必需氨基酸占總水解氨基酸的40%以上[6]）、維生素（VC含量可達(dá)15.2 mg/100g[7]、VE含量可達(dá)6.94mg/100g）、微量元素（鉀和鈣含量最豐富，其次為鐵、鎂、鋅等元素，其中鈣含量是牛奶的4倍[8]）及抗氧化酶類(lèi)（如SOD[9]）等多種功能營(yíng)養(yǎng)成分。大麥若葉粉具有調(diào)節(jié)血糖、改善血壓、降血脂、抗?jié)兒头乐涡难芗膊〉榷喾N生理功能[10,11]，同時(shí)有修復(fù)損傷DNA的作用，還有消炎、鎮(zhèn)痛[12]、降低脂蛋白膽固醇含量、預(yù)防和控制肥胖[13,14]、提高睡眠質(zhì)量、增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)傷口愈合、排毒養(yǎng)顏、延緩衰老、抗氧化、解毒、緩解抑郁等保健功效[15,16]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期服用未見(jiàn)毒副作用[3]。

模糊數(shù)字評(píng)判法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用模糊變換原理，對(duì)感官評(píng)定中模糊不清、難以定量的多個(gè)因素進(jìn)行合理性、科學(xué)性、客觀性的評(píng)價(jià)。該方法已廣泛應(yīng)用于食品工藝和配方優(yōu)化的感官評(píng)價(jià)[17～20]。本試驗(yàn)在牛奶中加入大麥若葉粉，研制口感豐富的大麥若葉調(diào)制乳，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化確定各原料的添加量，以模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法對(duì)產(chǎn)品的感官質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判，預(yù)期確定最佳配方方案，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1．1 原料與設(shè)備

1.1.1 原料

生牛乳，白砂糖，大麥若葉粉，復(fù)配穩(wěn)定劑。

1.1.2 設(shè)備

剪切罐，過(guò)濾器，高壓均質(zhì)機(jī)，超高溫殺菌機(jī)，灌裝機(jī)。

1．2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大麥若葉牛奶制備工藝

1.2.2 操作要點(diǎn)

①配料：在剪切狀態(tài)下，將白砂糖加入到50～55℃奶中，持續(xù)剪切、過(guò)濾15min。待料液完全溶解后，再次啟動(dòng)化料程序，升溫至75～80℃，將穩(wěn)定劑和大麥若葉粉在剪切狀態(tài)下加入到料液中，持續(xù)剪切15min。然后經(jīng)過(guò)濾器（80目），走冷排，打入待裝罐與生牛乳混合20min，此時(shí)料液溫度在20℃以下。

②定容：用工藝水準(zhǔn)確定容，攪拌15min后檢測(cè)半成品指標(biāo)。

③均質(zhì)、殺菌、灌裝：均質(zhì)壓力為（20±1）MPa，溫度65～75℃，超高溫殺菌溫度為139～143℃，4s殺菌，進(jìn)行無(wú)菌灌裝。

1.2.3 大麥若葉正交試驗(yàn)

根據(jù)影響大麥若葉牛奶感官品質(zhì)的主要因素確定了四個(gè)考察因素：牛奶蛋白含量（A）、大麥若葉粉添加量（B）、白砂糖添加量（C）、穩(wěn)定劑添加量（D）。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)因素水平，按正交表L9(34)進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，確定最佳組合配方（表1）。

表1 大麥若葉牛奶的L9(34)正交試驗(yàn)因素水平

1．3 感官評(píng)價(jià)方法

1.3.1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2）

表2 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 建立模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法模型

1.3.2.1 根據(jù)感官指標(biāo)內(nèi)容設(shè)定兩個(gè)評(píng)定論域：

（1）因素集，即感官質(zhì)量指標(biāo)集U={色澤（U1），香氣（U2），組織狀態(tài)（U3），口感（U4）}。

（2）評(píng)語(yǔ)集，即感官質(zhì)量評(píng)語(yǔ)集V={V1優(yōu)(90-100)，V2良(70-79)，V3中(79-60)，V4中(＜60)}。以百分制為標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)目得分90～100分為優(yōu)，得分80～89分為良，得分60～79分為中等，得分小于60分為差。

1.3.2.2 確定權(quán)重域及隸屬函數(shù)

根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重值確定權(quán)重矩陣為 A＝（A1，A2，A3…An），A1，A2，A3…An [An∈(0,1)]為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，滿(mǎn)足（A1+A2+A3… +An）=1。請(qǐng)11位食品專(zhuān)業(yè)測(cè)評(píng)員對(duì)每個(gè)因素Ui(i＝1,2,3…)進(jìn)行單因素的權(quán)重分配統(tǒng)計(jì)并計(jì)算結(jié)果。

1.3.2.3 確定模糊綜合評(píng)定矩陣

（1）從U到V的一個(gè)模糊映射R，設(shè)U上模糊集為A＝（A1，A2，A3，A4） 表示色澤、香氣、組織狀態(tài)、口感的加權(quán)數(shù)集，則有B＝A○R，式中，B表示綜合評(píng)判結(jié)果集，A表示權(quán)重?cái)?shù)集，R表示評(píng)判矩陣。

1.3.2.4 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)定

根據(jù)11位專(zhuān)業(yè)測(cè)評(píng)員對(duì)正交試驗(yàn)9個(gè)組合的感官品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，確定最佳組合配方。

2 結(jié)果與分析

2．1 確定模糊數(shù)學(xué)的權(quán)重

表3 權(quán)重統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算出模糊數(shù)學(xué)權(quán)重向量為A=（0.173,0.245,0.255,0.327）。

2．2 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

11位食品專(zhuān)業(yè)測(cè)評(píng)員對(duì)9個(gè)大麥若葉牛奶樣品的色澤、香氣、組織狀態(tài)、口感進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4 感官評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果

由表4可見(jiàn)，大麥若葉牛奶感官評(píng)定結(jié)果差異較大，用平均法來(lái)確定感官級(jí)別會(huì)存在明顯差異，采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)定法可以有效的消除認(rèn)為誤差，對(duì)模糊事物進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[21]。

2．3 確定模糊綜合評(píng)定矩陣

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別除以人數(shù)11，得到九個(gè)模糊矩陣。

2．4 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊變換原理[22]：B=A○R；采用加權(quán)平均模型 M=（●，+）計(jì)算，得到大麥若葉牛奶感官質(zhì)量綜合評(píng)判結(jié)果，計(jì)算結(jié)果如下：

2．5 模糊綜合評(píng)判結(jié)論

將評(píng)語(yǔ)集中的各參數(shù)量化，將優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)依次賦予分值為90、80、70、60分。利用模糊綜合評(píng)判結(jié)果集中四個(gè)等級(jí)的各個(gè)量分別乘以相應(yīng)的分值后進(jìn)行相加，最終得到每個(gè)樣品的總分（F）。得分越高則反映樣品的感官綜合指標(biāo)越好。

2．6 正交試驗(yàn)結(jié)果

表5 大麥若葉牛奶L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，影響大麥若葉牛奶感官的因素由主到次排序?yàn)椋喊咨疤堑奶砑恿浚–）＞大麥若葉粉的添加量（B）＞蛋白質(zhì)含量（A）＞穩(wěn)定劑添加量（D）。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析得到最佳方案為A1B2C2D3。其結(jié)果與模糊綜合評(píng)判的最高分組合A1B2C2D2不對(duì)應(yīng)，通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)和食品專(zhuān)業(yè)測(cè)試人員的感官評(píng)定得到評(píng)價(jià)結(jié)果為B=（0.674,0.302,0.024,0.000），最佳方案A1B2C2D3的綜合得分為86.5，高于模糊綜合評(píng)判的最高分組合（A1B2C2D2）[23]，可以確定大麥若葉牛奶配方中蛋白含量為2.3%，大麥若葉粉添加量為1%，白砂糖添加量為5%，穩(wěn)定劑添加量為0.3%。

3 結(jié)論

本文利用模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法克服了感官評(píng)定中存在的主觀因素的影響，獲得了客觀、可靠的評(píng)判結(jié)果。通過(guò)正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法的結(jié)合應(yīng)用，確定了大麥若葉牛奶最佳配方：蛋白含量2.3%，大麥若葉粉添加量1%，白砂糖添加量5%，穩(wěn)定劑添加量0.3%。用此配方生產(chǎn)的大麥若葉牛奶色澤靚麗、均勻，麥苗香氣與奶香味和諧，組織狀態(tài)穩(wěn)定，口感細(xì)膩、醇厚、甜度適宜。