應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)與響應(yīng)面分析優(yōu)化香菇餅干配方

王芮東，李 楠，昝雪梅

運(yùn)城學(xué)院 1.理科實(shí)驗(yàn)中心；2.生命科學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000

香菇，又名花菇，為側(cè)耳科植物香蕈的子實(shí)體，是世界第二大食用菌[1-2]，它不僅味道獨(dú)特鮮美，還富含維生素B、鐵、鉀、維生素D等營養(yǎng)成分，并且含有香菇多糖、香菇嘌呤等活性成分[3-4]，具有降低膽固醇、增強(qiáng)免疫力和延緩衰老等多種保健功效[5-6]。

近年來，香菇逐漸作為一種風(fēng)味物質(zhì)和營養(yǎng)基料被添加到食品中，從而賦予食品一定的營養(yǎng)和功能特性，如高永欣等[7]對(duì)香菇餅干的加工工藝進(jìn)行了研究并對(duì)其香氣成分進(jìn)行了分析；方成鑫等[8]對(duì)通江香菇曲奇餅干的配方進(jìn)行了優(yōu)化研究。筆者通過單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面分析和模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)等方法確定香菇餅干的最佳配方，建立了科學(xué)的香菇餅干感官評(píng)價(jià)體系，為香菇餅干制作工藝研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

面粉(低筋粉)：山西芮城永達(dá)面粉廠；食用調(diào)和油：金龍魚嘉里糧油(天津)有限公司；綿白糖、雞蛋：運(yùn)城市佳緣超市；香菇：運(yùn)城市農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場；小蘇打：湖南衡陽市春茂化工有限公司；食用碳酸氫銨：山東濰坊振興焦化有限公司。

LK-800 A型搖擺式中藥粉碎機(jī)：上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀：北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司；PL-6型遠(yuǎn)紅外食品烘爐：廣東番禺市恒聯(lián)食品機(jī)械廠。

1.2 方法

1.2.1 香菇餅干基本配方

低筋面粉75 g，香菇粉25 g，調(diào)和油50 g，綿白糖40 g，雞蛋30 g，小蘇打1 g，食用碳酸氫銨1 g。

1.2.2 香菇粉制備

香菇→挑選→自然風(fēng)干→粉碎→過60目篩→香菇粉→密封貯藏。

1.2.3 香菇餅干加工工藝流程及操作要點(diǎn)

綿白糖、調(diào)和油、雞蛋混合攪拌→加小蘇打、

低筋粉、香菇粉

↓

食用碳酸氫銨→面團(tuán)調(diào)制→成型→烘烤→冷卻→成品。

操作要點(diǎn)：將稱量好的調(diào)和油、雞蛋、綿白糖放入攪拌器中攪拌至呈均勻的乳狀液；加入小蘇打、食用碳酸氫銨，中速攪拌至溶解；將一定比例的香菇粉和小麥粉加入至攪拌均勻的乳狀液中，和制成軟硬合適的面團(tuán)；將制好的面團(tuán)用圓形磨具壓制成統(tǒng)一規(guī)格的餅干坯(厚度8 mm，直徑5 cm)；將餅干坯放入烤爐(面火180 ℃，底火160 ℃)中烘烤10 min左右。

1.2.4 單因素試驗(yàn)

分別以綿白糖、香菇粉、雞蛋、調(diào)和油添加量為考察因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各因素對(duì)香菇餅干感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響。

1.2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以綿白糖、香菇粉、雞蛋、調(diào)和油添加量為考察因素，以香菇餅干的模糊感官評(píng)分為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)四因素五水平響應(yīng)面試驗(yàn)，因素與水平見表1。

表1 響應(yīng)面因素與水平

1.2.6 感官評(píng)定

選取10名食品專業(yè)的優(yōu)秀學(xué)生為感官評(píng)定人員，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 20980—2007及相關(guān)文獻(xiàn)[9-10]，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 香菇餅干感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.7 模糊評(píng)價(jià)方法的建立

1.2.7.1 確定因素集和評(píng)語集

因素集X由色澤、氣味、口感、組織、形態(tài)5個(gè)因素構(gòu)成，即X=(色澤、氣味、口感、組織、形態(tài))；對(duì)每個(gè)因素的評(píng)語集V按好、中、差3個(gè)等級(jí)評(píng)定，即V={好(V1)、中(V2)、差(V3)}[11-12]。

1.2.7.2 確定權(quán)重

采用強(qiáng)制決定法確定各因素的權(quán)重[13]，分別為色澤(0.15)、氣味(0.20)、口感(0.35)、組織(0.10)、形態(tài)(0.20)，即A=(0.15，0.20，0.35，0.10，0.20)。

1.2.7.3 模糊評(píng)價(jià)矩陣的建立

請(qǐng)10位感官評(píng)定人員根據(jù)評(píng)語集V對(duì)每個(gè)產(chǎn)品按色澤、氣味、口感、組織、形態(tài)5個(gè)因素獨(dú)立做出評(píng)判，統(tǒng)計(jì)各因素所得的評(píng)語次數(shù)，繪制成表。將表中各因素所得評(píng)語次數(shù)除以人數(shù)10，得到5個(gè)因素對(duì)3項(xiàng)評(píng)語的隸屬度，然后根據(jù)模糊變換原理：Y=A°R，建立模糊評(píng)價(jià)矩陣R，得到每個(gè)產(chǎn)品的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.2.7.4 評(píng)定結(jié)果

將模糊向量單值化進(jìn)行比較排序，分為優(yōu)、中、差3個(gè)等級(jí)，分別按次序賦予80、70、60的分值。將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果集中的各個(gè)量分別乘以相對(duì)應(yīng)的分值，并進(jìn)行相加，最后得出每個(gè)產(chǎn)品的最終感官評(píng)定總分。

1.2.8 質(zhì)構(gòu)分析

參照郭意明等[14]的質(zhì)構(gòu)測(cè)定方法，探頭采用P/50型柱形探頭，參數(shù)設(shè)定：測(cè)前速率2.0 mm/s，測(cè)試速率1.0 mm/s，測(cè)后速率1.0 mm/s，壓縮程度60%，觸發(fā)力5 g，餅干在常溫下放置1 h后，對(duì)香菇餅干的硬度和咀嚼性進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)定5次，然后取平均值。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析

各試驗(yàn)均重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。采用SPSS 20.0、Design-Expert 10等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 綿白糖添加量的確定

綿白糖添加量對(duì)餅干成品感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響見表3。

由表3可知，隨著綿白糖添加量增加，感官評(píng)分先上升后下降。這是由于糖的反水化作用，糖可以降低面團(tuán)的吸水能力，增加面團(tuán)的延伸性、拉伸能力。綿白糖添加量過低時(shí)，餅干口感僵硬，甜味不足，焦糖化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)不明顯，使餅干色澤淡黃、風(fēng)味不佳；當(dāng)綿白糖添加量過多時(shí)，餅干口感過硬、過甜，焦糖化和美拉德反應(yīng)過度使餅干顏色加深。硬度、咀嚼性隨著綿白糖添加量的增加均逐漸上升，這是由于綿白糖有反水化作用，可抑制面筋的形成[19]。綜合考慮，確定適宜的綿白糖添加量為40 g。

表3 綿白糖添加量對(duì)香菇餅干感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響

2.1.2 香菇粉添加量的確定

香菇粉添加量對(duì)餅干成品感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響見表4。

表4 香菇粉添加量對(duì)香菇餅干感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響

由表4可知，隨著香菇粉添加量的增加，感官評(píng)分先上升后下降，這是因?yàn)橄愎椒厶砑恿吭黾涌梢燥@著提高餅干的風(fēng)味、改善餅干的口感和組織結(jié)構(gòu)；但當(dāng)添加量過大時(shí)，面團(tuán)形成困難，餅干酥松度降低，顏色變深，口感粗糙[15]。硬度和咀嚼性均隨著香菇粉添加量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)橄愎椒酆胸S富的膳食纖維，隨著香菇粉添加量的增加，膳食纖維的含量也隨之增加，使得面團(tuán)中的面筋含量被稀釋，從而影響面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致餅干變干、硬度增大、咀嚼性增加；但隨著香菇粉添加量的繼續(xù)增加，餅干中膳食纖維含量繼續(xù)加大，持水性增大，餅干中保留了相對(duì)較多的水分，從而使硬度降低、咀嚼性下降[16]。綜合考慮，確定適宜的香菇粉添加量為20 g。

2.1.3 雞蛋添加量的確定

雞蛋添加量對(duì)餅干成品感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響見表5。

表5 雞蛋添加量對(duì)香菇餅干感官評(píng)分和硬度、咀嚼性的影響

由表5可知，隨著雞蛋添加量的增加，感官評(píng)分先上升后下降。這是由于加入適量雞蛋，能賦予產(chǎn)品特有的香氣、美觀的色澤和酥脆的口感。但添加量過大，餅干蛋腥味較濃，口感綿軟不夠松脆。硬度隨著雞蛋添加量的增加一直下降，這是因?yàn)殡u蛋添加量越大，餅干越蓬松，硬度越?。痪捉佬噪S著雞蛋添加量增加呈先下降后上升的趨勢(shì)，這是由于雞蛋蛋黃中含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)及卵磷脂等成分，對(duì)餅干的乳化和蓬發(fā)度起重要作用，因而使得成品的咀嚼性降低，但當(dāng)繼續(xù)增加時(shí)，由于雞蛋蛋白受熱后凝固失水較少，口感也有一定的柔韌性，導(dǎo)致咀嚼性增大[20]。綜合考慮，確定適宜的雞蛋添加量為30 g。

2.1.4 調(diào)和油添加量的確定

調(diào)和油添加量對(duì)餅干成品感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的影響見表6。

表6 調(diào)和油添加量對(duì)香菇餅干感官評(píng)分、硬度、咀嚼性的影響

由表6可知，隨著調(diào)和油添加量的增加，感官評(píng)分先上升后下降。這是由于調(diào)和油不僅能賦予餅干更好的香味與口感，也能改善產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)，增加餅干的酥脆性。但當(dāng)調(diào)和油用量過大，面團(tuán)黏性變差、餅干易碎裂、口感油膩[17]。硬度、咀嚼性隨著調(diào)和油添加量的增加呈先下降后上升的趨勢(shì)，這是由于油脂的疏水性限制了面筋蛋白質(zhì)的吸水作用，妨礙了面筋的形成，也限制了淀粉與面筋緊密結(jié)合，從而降低餅干的硬度、咀嚼性；但隨著添加量繼續(xù)增加，面粉顆粒周圍的油脂達(dá)到飽和，使得油脂堆積，從而導(dǎo)致進(jìn)入的空氣越來越少，餅干的硬度和咀嚼性上升[18]。綜合考慮，確定適宜的調(diào)和油添加量為50 g。

2.2 模糊評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

2.2.1 方差分析與回歸方程建立

根據(jù)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的配方制作30組產(chǎn)品，10個(gè)評(píng)委分別對(duì)每組產(chǎn)品按表2進(jìn)行評(píng)定，最終感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)特性見表7，方差分析結(jié)果見表8。

表7 香菇餅干感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)特性

表8 方差分析

注：**為差異極顯著(P<0.01)；*為差異顯著(P<0.05)。

利用Design-Expert 10軟件對(duì)表7的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官評(píng)分、硬度和咀嚼性的回歸模型方程為：

Y(感官評(píng)分)=74.82+1.25A+1.85B+0.57C-1.57D+0.075AB+0.13AC+0.78AD+0.35BC+1.65BD-0.35CD-1.11A2-1.24B2-1.50C2-1.09D2；

Y(硬度)=267.31+32.1A-7.27B+8.76C-8.77D+3.94AB-14.87AC+13.48AD-0.049BC+20.76BD-0.058CD-27.68A2-11.5B2-6.26C2-14.5D2；

Y(咀嚼性)=119.27+2.69A+5.21B-6.85C+3.79D+8.07AB+2.08AC+10AD+0.93BC-6.99BD-7.93CD-4.24A2-4.08B2-7.8C2-13.96D2。

由表8可知，感官評(píng)分、硬度、咀嚼性模型均極顯著(P<0.01)，失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)，且決定系數(shù)R2≥0.819 6，說明該模型與真實(shí)測(cè)量值擬合程度較好，可以采用這些方程對(duì)香菇餅干的工藝配方進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于感官評(píng)分，一次項(xiàng)(A、B、D)、二次項(xiàng)(A2、B2、C2、D2)及交互項(xiàng)(BD)差異性極顯著，C與AD差異顯著；由F值可知，各因素對(duì)感官評(píng)分的影響順序?yàn)椋築>D>A>C。對(duì)于硬度，一次項(xiàng)A與二次項(xiàng)A2差異極顯著，二次項(xiàng)D2與交互項(xiàng)BD差異顯著；由F值可知，各因素對(duì)硬度的影響順序?yàn)椋篈>D>C>B。對(duì)于咀嚼性，二次項(xiàng)D2差異極顯著，C、AB、AD、CD、C2差異顯著；由F值可知，各因素對(duì)咀嚼性的影響順序?yàn)椋篊>B>D>A。

2.2.2 響應(yīng)面分析

在香菇餅干工藝配方研究過程中，以感官評(píng)分為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，硬度和咀嚼性為次要評(píng)價(jià)指標(biāo)。各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分的響應(yīng)面結(jié)果見圖1。

響應(yīng)面的變化情況和等高線的稀疏程度可以直觀反映各因素之間的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響。等高線呈圓形時(shí)表示兩因素交互作用不顯著，呈橢圓形或馬鞍形時(shí)則表示兩因素交互作用顯著。由圖1可見，各因素交互作用的等高線均呈明顯的橢圓形，說明香菇粉和綿白糖添加量、調(diào)和油和綿白糖添加量、調(diào)和油和雞蛋添加量之間交互作用均顯著，對(duì)感官評(píng)分的影響較大。

2.2.3 最佳工藝條件確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過模型并結(jié)合響應(yīng)面曲線，得出香菇餅干最佳工藝配方為：香菇粉24.959 g，調(diào)和油50.815 g，綿白糖43.325 g，雞蛋31.535 g，在此條件下，感官評(píng)分為76.043分。為方便實(shí)際操作，將工藝配方修正為：香菇粉25 g，調(diào)和油51 g，綿白糖43 g，雞蛋32 g，在該條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，感官評(píng)分為76.75分，與回歸方程預(yù)測(cè)的感官評(píng)分的相對(duì)誤差為0.93%，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值相差不大。結(jié)果表明，該回歸模型具有較好的預(yù)測(cè)性。

圖1 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面

3 結(jié)論

研究了以香菇粉、調(diào)和油、綿白糖和雞蛋添加量對(duì)香菇餅干感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響，通過響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)香菇餅干的工藝配方進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的香菇餅干的工藝配方為：香菇粉25 g，低筋面粉75 g，調(diào)和油51 g，綿白糖43 g，雞蛋32 g，小蘇打1 g，食用碳酸氫銨1 g，在面火180 ℃，底火160 ℃的條件下烘烤10 min。采用最優(yōu)配方制作的香菇餅干成品色澤金黃、口感酥脆、香菇味濃郁，感官評(píng)分為76.75分。