響應(yīng)面分析結(jié)合模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)在油塔子配方優(yōu)化中的應(yīng)用

陳舒唱 利 通 沈阿倩 馮作山 白羽嘉 買熱合巴·阿布力孜 黃文書

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院， 烏魯木齊 830052)

油塔子是我國(guó)少數(shù)民族喜愛的一種面制品[1]，主要分布在新疆地區(qū)。油塔子主要以小麥粉、水、動(dòng)物油、酵母粉、鹽等為原材料，采用家庭作坊式制作[2,3]。油塔子在制作的過程中，原材料的添加量對(duì)油塔子的口感、外觀、色澤、風(fēng)味均會(huì)產(chǎn)生一定影響。

傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)方法易受到品評(píng)人員主觀因素的影響，使品評(píng)結(jié)果不夠準(zhǔn)確[4,5]。模糊綜合評(píng)判是利用模糊數(shù)學(xué)的一些概念，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化、綜合評(píng)價(jià)的一種方法[6]。因此，利用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法建立綜合評(píng)價(jià)體系，在很大程度上消除了感官評(píng)定結(jié)果的主觀性和片面性，從而得到較科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果[7,8]。已有不少的學(xué)者用模糊評(píng)定法評(píng)價(jià)了大米[9]、面包[10]、饅頭[11]等的品質(zhì), 用響應(yīng)面優(yōu)化面條[12]、亞麻籽油[13]、百香果籽油[14]等配方工藝優(yōu)化。同時(shí)，在響應(yīng)面分析方法的研究中，多數(shù)學(xué)者用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值性指標(biāo)作為響應(yīng)值[15,16]，而將模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)合響應(yīng)面法應(yīng)用于蒸煮面制品評(píng)價(jià)的研究較少，尚未有學(xué)者將模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)合響應(yīng)面于油塔子配方的研究中。

本研究在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了各因素對(duì)油塔子品質(zhì)的影響，同時(shí)確定實(shí)驗(yàn)因素的取值范圍以及編碼水平。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)得分作為響應(yīng)面指標(biāo)，優(yōu)化出油塔子的最佳配方，為油塔子工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)提供工藝參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉(含水量12.1%，濕面筋34%，蛋白質(zhì)10.3%)、高筋粉(含水量13.6%，濕面筋含量37%，蛋白質(zhì)含量12.1%)、蛋清粉、菜籽油、加碘日曬自然鹽、酵母均為市售，羊尾巴油(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)院食府二樓餐廳提供)。

1.2 儀器與設(shè)備

ISQ-500H型陳列蒸包柜；85-2A型恒溫磁力攪拌器；NH-A-1808型色差儀；FE28型PH計(jì)；TA-XT Plus型物性測(cè)試儀。

1.3 方法

1.3.1 油塔子制作

依據(jù)前期研究，稱取復(fù)配粉100 g(40 g高筋粉和60 g小麥粉)，依次加入1.5%酵母、3%白沙糖、1.5%鹽、63 %水。和面至面團(tuán)均勻、表面光滑即可。

工藝流程：原料→加水混合→和面→靜置10 min→搟薄→卷成長(zhǎng)條→切割成小段→醒發(fā)10 min[溫度(30±1) ℃，相對(duì)濕度70～80%]→扭成塔狀→醒發(fā)10 min[溫度(30±1) ℃，相對(duì)濕度70～80%]→蒸制25 min[17]。

表2 油塔子感官評(píng)定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 油塔子單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

單因素實(shí)驗(yàn)油塔子原材料每個(gè)配方中基本配料小麥粉中筋粉100 g為基礎(chǔ)，考察不同比例(以下比例均以面粉總質(zhì)量)，羊尾巴油：菜籽油(1∶2、2∶3、1∶1、3∶2、2∶1)、安琪酵母(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)、蛋清粉(1%、2%、3%、4%、5%)、糖(2%、2.5%、3%、3.5%、4%)、鹽(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)來(lái)衡量影響油塔子產(chǎn)品品質(zhì)的因素。

1.3.3 油塔子色澤的測(cè)定

采用NH-A-1808型色彩色差計(jì)測(cè)定冷卻后的油塔子內(nèi)部的色澤，使用色差計(jì)前需進(jìn)行白板校正。其中L代表亮度，a代表紅綠值，b代表黃藍(lán)值[18]。

1.3.4 油塔子比容的測(cè)定

油塔子蒸制25 min，出鍋后冷卻1 h，稱重，油塔子的體積采用菜籽替代法測(cè)定[17]。

1.3.5 油塔子pH測(cè)定

pH測(cè)定參照 GB/T 21118—2007。

1.3.6 油塔子質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)置了適宜的參數(shù)[17]。

1.3.7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，初步選取羊尾巴油與菜籽油比例(A)、酵母添加量(B)、食鹽添加量(C)、蛋清粉添加量(D)為自變量，以感官評(píng)價(jià)為主要指標(biāo)，選用響應(yīng)面法4因素3水平對(duì)油塔子配方工藝進(jìn)行優(yōu)化，分析影響感官評(píng)價(jià)的顯著因素。

1.3.8 油塔子感官評(píng)定

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)制定適宜標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)小組由學(xué)習(xí)過感官評(píng)定的10人品嘗組成[17]。

1.3.9 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法

1.3.9.1 確定產(chǎn)品評(píng)定論域U和評(píng)語(yǔ)論域V

油塔子品質(zhì)由外觀、風(fēng)味、色澤、口感4個(gè)因素作為因素集，即U=(U1外觀、U2風(fēng)味、U3色澤、U4口感)；評(píng)語(yǔ)集為 V=(V1，V2，V3，…，Vi) (2

1.3.9.2 確立權(quán)重集

同一食品中，各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響程度不同，因此需要考慮它們之間的權(quán)重[19]。選取強(qiáng)制法，建立權(quán)重A，分別為外觀(0.2)、風(fēng)味(0.2)、色澤(0.3)、口感(0.3)[20，21]。即A=(A1，A2，A3，A4)=(0.2，0.2，0.3，0.3)，其中A1+A2+A3+A4=1。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，采用SPSS19.0、Design-Expert.V8.0等軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 工藝參數(shù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3為羊尾巴油與菜籽油的比例對(duì)油塔子感官品質(zhì)與理化指標(biāo)的影響，隨著羊尾巴油的增加，L值呈現(xiàn)“高-低-高”的變化趨勢(shì)，pH略升高，硬度顯著升高(P<0.05)，彈性減小，說(shuō)明適當(dāng)比例的油脂提高油塔子品質(zhì)。由于油塔子中羊尾巴油含量逐漸升高，使膽固醇含量提高，形成油脂黏度高的特點(diǎn)，使油塔子面團(tuán)在發(fā)酵、產(chǎn)氣、膨脹的過程中，易受黏度影響[22，23]，進(jìn)而pH升高，同時(shí)使油塔子體積相對(duì)較小，比容逐漸下降。這與王然[24]研究相似。

表3 羊尾巴油與菜籽油比例對(duì)油塔子理化指標(biāo)的影響

酵母的生存率以及其產(chǎn)氣能力是關(guān)系到油塔子面團(tuán)品質(zhì)的重要因素。由表4可得，隨著油塔子中酵母添加量的增加，油塔子的比容顯著增加(P<0.05)，而pH值呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，L值顯著增加(P<0.05)，說(shuō)明油塔子亮度不斷升高。隨著酵母添加量的增加，油塔子的硬度顯著下降(P<0.05)，彈性顯著增加(P<0.05)，由于酵母的添加量過少，會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)酵不充分, 內(nèi)部質(zhì)地密實(shí)，體積小，制作的油塔子發(fā)硬。酵母含量的增加提高面團(tuán)中酵母活細(xì)胞數(shù)和產(chǎn)氣能力，增強(qiáng)面團(tuán)發(fā)酵能力，使面團(tuán)啟發(fā)性好，體積增大，同時(shí)也會(huì)提高酵母死細(xì)胞產(chǎn)生的谷胱甘肽的含量，谷胱甘肽易將面筋結(jié)構(gòu)中的二硫鍵還原為巰基，從而破壞面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[25]。酵母過多時(shí)會(huì)使油塔子面團(tuán)的產(chǎn)氣量過快，與面筋網(wǎng)絡(luò)的形成過程不能同步導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)酸，pH下降。

表4 酵母添加量對(duì)油塔子品質(zhì)的影響

表5為食鹽添加量對(duì)油塔子的色澤、pH值、比容影響。隨著油塔子中食鹽含量的增加，比容呈現(xiàn)“低-高-低”的變化趨勢(shì)，pH值顯著下降(P>0.05)，色澤無(wú)顯著變化(P<0.05)。油塔子硬度整體升高，而彈性先增后減。由于食鹽加入面團(tuán)后能改善面團(tuán)的筋力，提高面制品的品質(zhì)和面團(tuán)的滲透壓，促進(jìn)了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，使油塔子面團(tuán)面筋的持氣能力增加，提高面筋蛋白質(zhì)延伸性和彈性[26-27]，使油塔子的結(jié)構(gòu)明顯地得到改善。故在面粉中加入適當(dāng)?shù)氖雏}對(duì)于油塔子品質(zhì)的改善是有利的，且所加食鹽比例在1.0%～1.5%之間時(shí)，油塔子的品質(zhì)較好。

表5 食鹽添加量對(duì)油塔子品質(zhì)的影響

由表6可得，隨著蛋清粉添加量的增加，油塔子的比容略下降。蛋清粉添加量為1%、2%、3%和4%、5%的pH值呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，適當(dāng)添加蛋白質(zhì)會(huì)提高油塔子色澤。由于在蛋清蛋白中含有大量自由巰基，在加熱條件下, 自由巰基會(huì)與面筋蛋白交聯(lián)，添加少量蛋清粉時(shí)，而兩種蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)，使面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更緊密，隨著添加量的增大，蛋清蛋白嵌入面筋網(wǎng)絡(luò)增多，反而破壞面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，影響面團(tuán)醒發(fā)[28]。隨著蛋清粉添加量的增加，油塔子硬度顯著升高(P<0.05)，彈性變化不顯著(P>0.05)。由于蛋清蛋白具有較好的水結(jié)合性和凝膠特性，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)減少了淀粉顆粒的膨脹，降低了直鏈淀粉的浸出，從而增大油塔子的硬度[29]。

表6 蛋清粉添加量對(duì)油塔子品質(zhì)的影響

由表7可知，隨著油塔子中糖的添加量增加，硬度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，彈性下降，油塔子L值和感官評(píng)分變化并不顯著(P>0.05)。由于適當(dāng)?shù)奶窃诿嬷破分锌稍黾佑退涌诟?，改變表皮色澤。糖類作為酵母營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源，促進(jìn)酵母發(fā)酵產(chǎn)氣，使pH下降。糖含量過高則抑制酵母發(fā)酵，延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生大量的酸類物質(zhì)，降低面筋的強(qiáng)度[30]。

表7 糖添加量對(duì)油塔子品質(zhì)的影響

圖1為羊尾巴油與菜籽油比例、酵母添加量、食鹽添加量、蛋清粉添加量、糖添加量對(duì)油塔子的影響。由于油塔子中羊尾巴油的增加，使油塔子的羊膻味加深，整體感官評(píng)分逐漸下降。油塔子中的羊尾巴油與菜籽油比例在2∶3與1∶1之間時(shí)，較符合人們的感官要求。隨著酵母含量的增加，口感變差，感官評(píng)分下降。添加適當(dāng)?shù)慕湍杆谱鞒龅挠退觾?nèi)部組織和口感最佳。隨著食鹽添加量的增加，抑制了酵母菌的發(fā)酵，還可抑制酶的活性，降低了面團(tuán)中產(chǎn)氣速度，使口感過咸，降低了油塔子的感官評(píng)分。添加蛋清粉的油塔子感官得分在3%左右時(shí)達(dá)到最佳，當(dāng)添加量較大時(shí)，得分偏低。

圖1 各個(gè)因素含量對(duì)油塔子感官品質(zhì)的影響

2.2 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)10位感官評(píng)價(jià)員對(duì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)29組樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，將評(píng)價(jià)結(jié)果收集匯總并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出29組油塔子感官綜合評(píng)分(表8)。

根據(jù)10人對(duì)油塔子的評(píng)價(jià)結(jié)果，由表8可知，根據(jù)對(duì)樣品1的評(píng)價(jià)得到R外觀=(0，0，1，3，6)；同理，R風(fēng)味=(0，0，3，2，5)；R色澤=(0，1，2，2，5 )；R口感=(0，1，1，0，8 )，得到矩陣R1為：

表8 油塔子感官評(píng)價(jià)結(jié)果

Y1=A×R1=(0.2,0.2,0.3,0.3)

Y1=(0.2×0+0.2×0+0.3×0+0.3×0,0.2×0+0.2×0+0.3×0.1+0.3×0.1,0.2×0.1+0.2×0.3+0.3×0.2+0.3×0.1,0.2×0.3+0.2×0.2+0.3×0.2+0.3×0,0.2×0.6+0.2×0.5+0.3×0.5+0.3×0.8,)=(0,0.06,0.17,0.16,0.61)

同理可得Y2，Y3，Y4，…，Y29。

H1=0×7+0.06×6+0.17×5+0.16×4+0.61×3=3.68

2.3 響應(yīng)面結(jié)果分析

2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù) Design Expert.V8.0 軟件對(duì)表9進(jìn)行多元回歸擬合，得到油塔子感官評(píng)分的回歸方程：感官綜合評(píng)分R=+6.62-0.55A+0.2B-0.43C+0.17D-0.36AB-0.32AC+0.19AD-0.2BC-0.61BD-0.13CD-0.64A2-0.41B2-0.93C2-1.16D2

表9 Box-Bchnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

表10 回歸模型的方差分析

模型的回歸方程中影響油塔子感官綜合評(píng)價(jià)的順序?yàn)椋篈(羊尾巴油：菜籽油)>C(鹽添加量)>B(酵母添加量)>D(蛋清粉添加量)。對(duì)模型的分析以及計(jì)算得到油塔子配方的最優(yōu)參數(shù)為：羊尾巴油與菜籽油比例為0.73，酵母為1.85%，鹽為1.40%，蛋清粉為2.92%，此條件下，得到模型預(yù)測(cè)的感官綜合得分為6.859分。

2.3.2 最佳工藝條件的預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

為表明響應(yīng)面模型的有效性，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。添加羊尾巴油與菜籽油比例為0.73，酵母為1.85%，鹽為1.40%，蛋清粉為2.92%。在此條件下，進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到感官綜合得分平均值為(6.846±0.1)分，與模型預(yù)測(cè)的感官綜合得分相差0.013。

3 結(jié)論

通過對(duì)單因素分析，并采用響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)合模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法，建立了響應(yīng)值和各因素之間的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)模型確定油塔子的最佳配方: 本文對(duì)油塔子的配方進(jìn)行了較為細(xì)致的研究，得到的相關(guān)配方如下：羊尾巴油與菜籽油比例為0.73，酵母為1.85%，鹽為1.40%，蛋清粉為2.92%，此時(shí)的模型預(yù)測(cè)的綜合評(píng)價(jià)分值為6.859分。模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)合響應(yīng)面分析表明，油塔子中羊尾巴油與菜籽油比例、酵母、鹽、蛋清粉與模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)之間回歸模型高度顯著，對(duì)油塔子配方的優(yōu)化有一定的參考價(jià)值。