模糊數(shù)學感官評價法優(yōu)化獼猴桃果糕制作配方

傅志豐,張曉榮,周 鶴,石 燕,涂宗財,*

(1.九江市食品檢驗檢測中心,九江市食品藥品檢驗所,江西九江 332000;2.美廬生物科技股份有限公司技術研發(fā)中心,江西九江 332000;3.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,江西南昌 330047)

獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch),又稱奇異果,為種子門多年生落葉藤本植物,起源于中國,風味鮮美,現(xiàn)今分布在世界各地[1-2]。我國是世界上獼猴桃產(chǎn)量最大的國家,年產(chǎn)量達184萬頓,占世界總產(chǎn)量的53.4%[3]。獼猴桃營養(yǎng)物質含量豐富,不僅含有人體必需的Ca、Fe、K等礦物質元素[2],且富含維生素A、C、E,葉酸、蛋白質及酚類化合物等營養(yǎng)成分,其維生素C含量遠高于普通水果,是蘋果的6倍,西瓜的10倍[4],享有“水果之王”的美譽[5]?，F(xiàn)代藥理研究表明獼猴桃提取物具有抗氧化[6]、降血脂[7]、抗癌[8]、抑菌抗炎[9]等功效。然而,目前我國獼猴桃產(chǎn)業(yè)廣泛存在加工程度低,產(chǎn)品技術創(chuàng)新性不強的問題[10]。據(jù)統(tǒng)計,全國各省獼猴桃絕大部分以鮮果形式銷售,市場儲存期短造成了大量積壓與腐爛[11-13]。因此,必須加大對獼猴桃的精深加工以提高其附加值。

目前,市場上的獼猴桃加工產(chǎn)品主要有果糕[14]、果醬[15]、果汁飲料[16]、果酒[17]、脆片和果茶[18]等。其中果糕是水果加工中常見的一種產(chǎn)品,因其易保藏、食用方便、口感好等特點,且能最大限度地保留水果中的營養(yǎng)成分,成為眾多水果的良好深加工方式[19]。近年來果糕進入市場后越來越受到消費者的喜愛,然而現(xiàn)今各類果糕產(chǎn)品普遍存在含糖量高的問題。例如楊婉媛等[20]采用正交試驗確定金桔果糕的最佳工藝配方為金桔果漿∶果葡糖漿∶白砂糖∶復合膠∶檸檬酸=55∶30∶35∶2∶1,配料中含糖物質添加量占總配料比超過50%;袁亞娜等[21]發(fā)現(xiàn)市售山楂糕總糖含量高達67.5%;肖嘉琪等[22]研發(fā)的桑葚果糕總糖含量為57.6%。隨著全世界患肥胖癥、糖尿病人數(shù)的增多,人們的健康生活意識逐漸增強,開發(fā)“減糖”、健康的食品成為未來的流行趨勢。同時,許多研究[23-24]報道在果糕加工中采用食用膠復配能使相關膠體協(xié)同增效,所制產(chǎn)品口感及咀嚼性更好,工藝操作上易冷卻成型及倒盤操作,產(chǎn)品表面光滑,韌性彈性較強,因此復合膠也逐漸被廣泛應用于果糕產(chǎn)品的制作工藝中。

迄今為止,有關獼猴桃果糕配方的研究較少,僅顧仁勇等[14]確定獼猴桃果糕生產(chǎn)配方:獼猴桃果漿∶蔗糖∶葡萄糖漿∶氯化鉀∶膠凝劑=40∶30∶20∶0.1∶1.8,其中蔗糖和葡萄糖漿含量占總配料比高達54%。因此,本文以無糖食品甜味劑異麥芽酮糖醇代替部分白砂糖,采用卡拉膠、魔芋膠兩種食用膠為凝膠劑,并利用模糊數(shù)學感官評價法對獼猴桃果糕感官進行評價,結合正交試驗優(yōu)化果糕的制作配方參數(shù),最后對優(yōu)化后的果糕產(chǎn)品的質構特性進行測定,為獼猴桃的精深加工及其系列“減糖”工藝產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

中華獼猴桃 南昌市天虹商場有限公司;白砂糖 廣西博海實業(yè)有限公司;異麥芽酮糖醇 杭州旺源科技有限公司;魔芋膠 石家莊天燁食品科技有限公司;卡拉膠 上海北連食品有限公司;CaCl2、檸檬酸 廣州穗欣化工有限公司;D-異抗壞血酸鈉 德興市百勤異VC鈉有限公司;貓哆哩酸角糕 云南貓哆哩集團食品有限責任公司;百丈山南酸棗糕 江西百丈山食品有限公司;齊云山南酸棗糕 江西齊云山食品有限公司;千年南酸棗糕 江西萬載千年食品有限公司。

TA.XT pLus質構儀 英國Stable Micro System公司;JYL-C91T料理機 九陽股份有限公司;JE1002電子天平 上海浦春計量儀器有限公司;手持式折光儀 上海力辰儀器科技有限公司;DHG-9140電熱鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;真空包裝機 南翔集團有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程及操作要點

1.2.1.1 工藝流程 獼猴桃鮮果→篩選→清洗→去皮去芯→護色打漿→過濾溶膠→熬糖、配比混合→熬煮濃縮→倒模成型→熱風干燥→成品。

1.2.1.2 操作要點 篩選、清洗:挑取新鮮、成熟、完整、大小一致的獼猴桃,洗凈后手工剝去表皮、用工具剔除內核及雜質備用。護色打漿:稱取CaCl21 g,D-異抗壞血酸鈉1 g,水120 g,混合制成護色液,然后再稱取200 g切好的獼猴桃果肉與護色液混合,置于料理機中打漿2 min。過濾溶膠:用紗布(100目)將果肉勻漿液過濾除去渣粒后,加入一定質量的魔芋膠和卡拉膠,攪拌混合均勻。熬糖:稱取一定質量的白砂糖與異麥芽酮糖醇,加入1/2白砂糖質量的水,邊攪拌邊升溫至漿液變粘稠,控制溫度110 ℃左右,熬糖約5 min,然后冷卻至60 ℃。熬煮濃縮:向準備好的糖液中加入果肉勻漿液,保持60 ℃,邊熬煮邊攪拌,且每隔一段時間用折光儀測定其固形物含量,當讀數(shù)顯示為60%即為終點[25],并加入一定比例的檸檬酸使產(chǎn)品酸甜適宜。倒模成型:將熬煮完成的獼猴桃果漿迅速倒入預制模具中,厚度約7 mm。熱風干燥:果糕冷卻凝固后脫模,置于烤網(wǎng)上,50 ℃干燥15 h至表面干爽,不沾手為宜。然后切成適宜大小的正方形小塊,包裝、封口后即為果糕產(chǎn)品。

1.2.2 單因素實驗 以果肉勻漿液重量100%為標準,固定異麥芽酮糖醇添加量15%,魔芋膠添加量1.0%,卡拉膠添加量0.75%,檸檬酸添加量0.7%,考察不同白砂糖添加量(10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%)對果糕感官評分的影響;固定白砂糖添加量40%,魔芋膠添加量1.0%,卡拉膠添加量0.75%,檸檬酸添加量0.7%,考察不同異麥芽酮糖醇添加量(5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%)對果糕感官評分的影響;固定白砂糖添加量40%,異麥芽酮糖醇添加量15%,卡拉膠添加量0.75%,檸檬酸添加量0.7%,考察不同魔芋膠添加量(0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%、1.75%、2.0%)對果糕感官評分的影響;固定白砂糖添加量40%,異麥芽酮糖醇添加量15%,魔芋膠添加量1.0%,檸檬酸添加量0.7%,考察不同卡拉膠添加量(0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%、1.75%)對果糕感官評分的影響;固定白砂糖添加量40%,異麥芽酮糖醇添加量15%,魔芋膠添加量1.0%,卡拉膠添加量0.75%,考察不同檸檬酸添加量(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%)對果糕感官評分的影響。

1.2.3 感官評價方法 按照GB/T 16291.1-2012標準的要求挑選10名經(jīng)過專業(yè)培訓的品評員(5男5女),組成評價小組,依次對獼猴桃果糕進行感官品質(色澤、組織狀態(tài)、口感和風味)評價。每個評價指標分為優(yōu)(V1),中(V2),差(V3)3個等級,評定具體標準見表1。

表1 果糕感官評價標準

1.2.4 模糊數(shù)學模型的建立

1.2.4.1 正交試驗優(yōu)化配方 在單因素實驗基礎上,設計L16(45)正交試驗方案優(yōu)化果糕的制作配方參數(shù),各因素水平見表2(以果肉勻漿重量100%為標準)。

表2 果糕制作工藝正交實驗因素水平表

1.2.4.2 確定評價對象集 評價對象集是須評定的果糕樣品的集合,X={X1,X2,X3…X16},X1～X16分別代表本次正交試驗中的16組樣品。用Xj代表第j組果糕的綜合評價結果,其中：j=1,2,3…16。

1.2.4.3 確定評價因素集 評價因素集是指果糕品質影響因素的集合,U={U1,U2,U3,U4},其中 U1、U2、U3、U4分別代表果糕的色澤、組織形態(tài)、口感和風味。

1.2.4.4 確定評價等級集 評價等級集是對各因素評價分級的集合。本實驗將獼猴桃果糕分為3個等級,V={V1,V2,V3},其中V1、V2、V3分別代表優(yōu)、中、差。

1.2.4.6 確定模糊數(shù)學矩陣及感官評分 感官評價人員分別根據(jù)評價標準對16組樣品進行評價,然后將結果中優(yōu)、中、差次數(shù)除以評價員人數(shù),即得出評價因素集中優(yōu)、中、差所占比例從而建立樣品的模糊矩陣R,再依據(jù)公式X=W·R計算各果糕的綜合評價結果。為了更好地比較各樣品感官品質的優(yōu)劣,分別賦予優(yōu)、中、差三個等級95、80、65分,再將綜合評價結果的各數(shù)值乘以對應的等級分數(shù),結果相加可得出每個樣品的最終模糊感官評分。

1.2.5 果糕質構分析 對果糕的質構特性進行測定,實驗時不間斷壓縮果糕2次,設置高度為2 mm,并從計算機上讀數(shù)。同時取市售的4種知名果糕作為對照以確定受消費者喜歡的果糕質構特性區(qū)間。

質構儀的儀器方法設定為:模式T.P.A;探頭P/5;探頭速度0.5 mm/s;觸發(fā)點負載5.0 g,觸發(fā)類型自動。測定的各參數(shù)指標包括:硬度、黏性、彈性、凝聚性、膠黏性、咀嚼性和回復性。

1.2.6 果糕基本理化性質及微生物指標的測定 果糕基本理化性質(水分、總糖、鉛)及微生物指標按照國家標準GB/T 10782-2006規(guī)定的方法進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

質構特性結果采用SPSS 18.0軟件分析,表示為“X±SD”,正交試驗設計及分析采用正交助手軟件完成。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 白砂糖添加量 添加白砂糖能顯著影響果糕的甜度和凝膠效果[27],在果糕的制作過程中起著十分重要的作用。如圖1,在濃度10%～40%范圍內,隨著白砂糖添加量的增加,獼猴桃果糕的感官評分逐漸增大,當添加量為40%時,評分達到最大值89分,當白沙糖添加量繼續(xù)增大時,果糕感觀評分有所下降,這可能由于檸檬酸添加量不變,影響果糕感官品質的主要因素是糖酸比[28];另一方面過多的糖也會影響美拉德反應的進程,從而影響果糕的色澤[24],因此確定白砂糖的添加量為20%～50%。

圖1 白砂糖添加量對果糕感官評分的影響

2.1.2 異麥芽酮糖醇添加量 異麥芽酮糖醇是近年來國際上新興的一種功能性糖醇,是蔗糖、淀粉糖及其它糖醇的優(yōu)良替代品[29]。如圖2,隨著異麥芽酮糖醇添加量的增加,獼猴桃果糕的感官評分迅速增大,而后有所下降,在5%～10%范圍內,感官評分從79分增加至89分,由此確定異麥芽酮糖醇的添加量為10%～25%。

圖2 異麥芽酮糖醇添加量對果糕感官評分的影響

2.1.3 魔芋膠添加量 食用膠的加入能影響果糕的組織形態(tài)和品質,由圖3可知,隨著魔芋膠添加量的逐漸增大,感觀評分也逐漸增加,當添加量達到1.25%時,果糕評分達到最大值(87分),而當魔芋膠添加量大于1.25%,感官評分有所降低,這是因為膠添加量增多時,果糕成型較快,不易入模,使果糕口感較硬,彈性較差[30]。因此確定魔芋膠的添加量為0.75%～1.5%。

圖3 魔芋膠添加量對果糕感官評分的影響

2.1.4 卡拉膠添加量 如圖4,卡拉膠添加量對感官評分的影響與魔芋膠的變化趨勢相似,當添加量達到0.75%時,感官評分最高89分,而后有所下降,因此確定卡拉膠添加量為0.5%～1.25%。

圖4 卡拉膠添加量對果糕感官評分的影響

2.1.5 檸檬酸添加量 檸檬酸酸味圓潤滋美,主要影響果糕的風味。如圖5,檸檬酸添加量在0.1%～0.5%之間,獼猴桃果糕感官評分逐漸升高,到0.5%時最高(90分),這是因為當檸檬酸添加量較少時,果糕相對較甜,而檸檬酸的添加使酸甜適口,風味突出,且還具有一定的抑菌、護色作用[29]。當添加量超過0.5%時,感官評分呈下降趨勢,這是因為當檸檬酸添加過多時,果糕風味過酸,且酸過量會使果糕粘度下降,同時白砂糖過度轉化,發(fā)生流糖現(xiàn)象,進而風味欠佳[24],因此確定檸檬酸添加量為0.3%～0.9%。

圖5 檸檬酸添加量對果糕感官評分的影響

2.2 模糊數(shù)學感官評價

2.2.1 權重的確定 運用“0～4”評判法確定權重。10人的權重記錄結果見表3。本實驗將獼猴桃果糕各感官指標的權重系數(shù)確定為:色澤0.20,組織形態(tài)0.26,口感0.38,風味0.16,即W=(0.20,0.26,0.38,0.16)。在影響獼猴桃果糕感官品質的4因素中,口感所占權重最大,組織形態(tài)、色澤次之,風味權重最小。

表3 果糕品質評價因素權重的確定

2.2.2 建立模糊矩陣 10名感官評價人員對正交實驗16組果糕的評價結果見表4,參照勁松等[31]的方法建立果糕的模糊矩陣R。

表4 果糕感官評價結果

以1號獼猴桃果糕為例,色澤投票結果中優(yōu)、中、差投票人數(shù)分別為1、2、7,則R色澤=(1,2,7)。同理R組織狀態(tài)=(0,1,9);R口感=(0,2,8);R風味=(0,2,8)。將以上4因素的評價結果轉化為矩陣,

同法可得:

2.2.3 計算模糊數(shù)學感官評分 根據(jù)模糊變換公式X=W·R,可知第一個樣品的綜合評價結果為:

同理可得2～16號樣品的綜合評價結果,見表5。

表5 果糕樣品綜合評價結果

根據(jù)果糕評價等級集,分別賦予優(yōu)、中、差三個等級95、80、65分,再將綜合評價結果的各數(shù)值乘以對應的等級分數(shù),結果相加得到每個樣品的最終模糊感官評分。以1號樣品為例,T1=(0.020,0.174,0.806)×(95,80,65)=68.21,同理可得其余各樣品結果,見表6。

表6 獼猴桃果糕制作正交試驗結果

2.3 正交試驗結果與分析

由表6可知,在正交試驗16個產(chǎn)品中,感官評價綜合得分最高的是第9號樣品,對應的組合為A3B1C3D4E2,此時模糊數(shù)學感官評分為88.97分。由極差值R可知,各因素影響大小順序為D>A>C>B>E,即卡拉膠添加量>白砂糖添加量>魔芋膠添加量>異麥芽酮糖醇添加量>檸檬酸添加量?？ɡz添加量是影響獼猴桃果糕感官品質最重要的因素。K值分析顯示的果糕配方最優(yōu)組合為A3B1C3D2E2,與正交試驗最優(yōu)結果不一致,因此須進行驗證性實驗以確定結果的科學性、有效性。在最佳配方條件下制作果糕3份,所得感官評分為91.15±0.82分,高于正交試驗中的最優(yōu)樣品得分,從而得出產(chǎn)品的最佳配方組合為A3B1C3D2E2,即白砂糖添加量為40%,異麥芽酮糖醇10%,魔芋膠添加量為1.25%,卡拉膠添加量為0.75%,檸檬酸添加量為0.5%,此時產(chǎn)品呈均勻的黃綠色,獼猴桃香味濃郁,酸甜適宜,軟硬適中,富有嚼勁,說明模糊數(shù)學感官評價法結合正交試驗優(yōu)化獼猴桃果糕制作工藝的實驗條件和結果可靠,可運用該方法指導具體實踐。

2.4 質構特性

質構特性是用于科學描述和評價食品組織形態(tài)和口感的重要指標[29],通常有兩種測定方法:感官評定法和質構儀測定法。相對于感官評定法,利用質構儀測定的方法具有準確、靈敏度高的特點。本文對市售的4種知名果糕的質構特性(貓哆哩、百丈山、齊云山、千年)進行測定,并將其結果區(qū)間定義為受消費者喜歡的質構區(qū)間。如表7,確定的受消費者喜歡的果糕質構區(qū)間為:硬度377.02～1421.47 g、黏性-79.96～-4.43 g/s、彈性0.87～0.93、凝聚性0.34～0.76、膠黏性288.12～418.44、咀嚼性268.88～422.35、回復性0.17～0.37。優(yōu)化后果糕質構特性測定結果為:硬度587.42±19.32 g,黏性(-76.81±8.12) g/s,彈性0.88±0.02,凝聚性0.66±0.00,膠黏性391.24±13.40,咀嚼性343.22±11.53,回復性0.22±0.00,測定結果均在消費者喜愛的質構特性區(qū)間內,說明優(yōu)化后的果糕具有良好的質構特性,受到消費者喜愛。

表7 產(chǎn)品的質構特性測定結果

2.5 獼猴桃果糕基本理化及微生物指標的檢測結果

采用優(yōu)化后配方制備果糕產(chǎn)品,并對其水分、總糖、鉛等基本理化指標及微生物指標(菌落總數(shù)、大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、霉菌)進行測定。如表8,各項指標均符合GB/T 10782-2006的果糕標準要求,表明此配方的獼猴桃果糕產(chǎn)品符合商業(yè)化生產(chǎn)要求。

表8 獼猴桃果糕理化及微生物指標

3 結論

采用模糊數(shù)學感官評價法優(yōu)化獼猴桃果糕的制作配方參數(shù),結果表明,白砂糖添加量為40%,異麥芽酮糖醇添加量為10%,魔芋膠添加量為1.25%,卡拉膠添加量為0.75%,檸檬酸添加量為0.5%時(以果肉勻漿重量100%為標準),模糊數(shù)學感官評分最高。由此制得的果糕呈均勻的黃綠色,獼猴桃香氣濃郁,酸甜適宜,軟硬適中,富有嚼勁。利用質構儀確定了優(yōu)化后獼猴桃果糕的質構特性:硬度587.42±19.32 g,黏性(-76.81±8.12) g/s,彈性0.88±0.02,凝聚性0.66±0.00,膠黏性391.24±13.40,咀嚼性343.22±11.53,回復性0.22±0.00,測定結果均在受消費者喜愛的質構特性區(qū)間內。本研究可為獼猴桃果糕的生產(chǎn)品質控制提供參考依據(jù)。