基于模糊數(shù)學(xué)的低致敏營養(yǎng)餐包感官評價研究

張 欣，夏 凱，王 俊，劉 娜*

(1. 河北工程大學(xué) 生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京 100101；3.寧波御坊堂生物科技有限公司，浙江 寧波 315000)

近幾十年來，食物過敏在發(fā)達和發(fā)展中國家的發(fā)病率呈上升趨勢[1-3]。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，在兒童群體食物過敏患病率高達0.02%～8%[4]。食物過敏可引發(fā)濕疹、惡心、腹瀉、腸道不適等疾病，嚴重者可導(dǎo)致休克或死亡，嚴重影響到人們的健康生活。對于過敏人群而言，避免與過敏源的接觸是最佳的脫敏方式。對于兒童群體，牛奶等易致敏食物又是良好的營養(yǎng)來源。因此，針對易過敏特殊群體的低致敏食品的開發(fā)與評價成為研究熱點?；谒獾鞍缀桶被岬牡椭旅舨桶诟泄偕贤嬖陲L味欠佳、口感苦澀等弊端，兒童群體接受程度差，容易導(dǎo)致喂養(yǎng)困難，進而造成營養(yǎng)攝入不足的狀況。此外，由于此產(chǎn)品生產(chǎn)工藝水平參差不齊導(dǎo)致一些產(chǎn)品存在沖調(diào)性能差的問題。因此構(gòu)建低致敏營養(yǎng)餐包評價體系有著重要的作用。

國內(nèi)外研究顯示，通過智能電子感官防生儀器進行輔助感官評價用于改善產(chǎn)品性狀已成為行內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新點[5]。對于固體飲料、果汁以及奶酪等這些對風味及滋味要求較高的產(chǎn)品，常利用電子舌和電子鼻對味覺特性進行評價研究，進而對產(chǎn)品的感官品質(zhì)進行改良[6-7]。與此同時，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評價法，可以更加客觀、準確地選出最優(yōu)的低致敏營養(yǎng)餐包。餐包的沖調(diào)特性決定了產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)劣，同時可作為評價產(chǎn)品質(zhì)量好壞的指標之一，消費者也常將此特征作為選擇標準[8-9]。感官評價作為一種行之有效的產(chǎn)品評價方法，既能為產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)提供意見，又能使現(xiàn)有的產(chǎn)品得到改進[10]。

本文以國內(nèi)市售品牌的低致敏產(chǎn)品和自制低致敏餐包為研究對象，建立理化與感官評價體系，探究低致敏餐包感官與理化特征的相關(guān)性，為加工工藝提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

ARLA-3072水解乳清蛋白，HPW117水解乳清蛋白(上海捷聰貿(mào)易有限公司生產(chǎn))，復(fù)合維生素,復(fù)合礦物質(zhì)力得維B-18078 A(上海勵成營養(yǎng)產(chǎn)品科技股份有限公司生產(chǎn))，β-胡蘿卜素1%粉劑(武漢星辰現(xiàn)代生物工程有限公司生產(chǎn))，水蘇糖(承德京天食品科技有限公司生產(chǎn))，結(jié)晶果糖(保齡寶生物股份有限公司生產(chǎn))，紅棗粉(北京富海科技術(shù)有限公司生產(chǎn))，中鏈甘油三酸酯微囊粉，中鏈甘油三酯粉(大連醫(yī)諾生物股份有限公司生產(chǎn))，粉末醋酸生育酚E(山東中食信康生物科技有限公司生產(chǎn))，市售兩款低致敏配方粉(上海妥蒲亞健康科技有限公司、上海雀巢產(chǎn)品服務(wù)有限公司生產(chǎn))。

1.2 儀器與設(shè)備

粒子分散穩(wěn)定性分析儀 Lumisizer PL203，德國 LUMi 儀器公司生產(chǎn)；PL203 電子精密天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司生產(chǎn)；味覺分析系統(tǒng) Taste Sensing System TS-5000Z Handling Tutorial，日本Insent公司生產(chǎn)；激光粒度分析儀，上海巨納科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理方法

稱取5 g的低致敏營養(yǎng)餐包粉放入到玻璃杯中，以1∶8的比例進行沖調(diào)攪拌，配制成40 mL的沖調(diào)液。對照品凱熹和肽敏舒兩種低致敏樣品(根據(jù)此產(chǎn)品沖調(diào)要求進行調(diào)配)分別稱取13.2 g的樣品，以1∶3的比例進行沖調(diào)攪拌(先稱量水再將低致敏樣品加入)，配制成一定比例的樣品溶液。

1.3.2 粒子分散穩(wěn)定性的測定

用針管取1 mL的樣液貼壁加到粒子分散穩(wěn)定儀專用的離心管中，蓋好樣品瓶蓋子，待測。每個樣品進行3個平行實驗。測定條件：測試溫度25 ℃，光因子為1，離心速度200 r/min,樣品透光特征線每10 s計數(shù)1次，共計300次。

1.3.3 樣品粒徑大小和分布的測定

采用激光粒徑分析儀，按照干法測定程序自動測定樣品粒徑，將低致敏營養(yǎng)餐粉放到儀器測定樣品專用小型鑰匙中，吸取量以達到儀器可識別測定量進行測定，每個樣品進行3個平行實驗。方法參數(shù)：調(diào)零30 s,測定30 s，測定一次，分散折射率1.3。

1.3.4 樣品濕潤性的測定

根據(jù)吳玉瑩[11]的方法進行了適當?shù)男薷?，稱取5 g的樣品均勻平鋪到放有200 mL H2O(水溫達37 ℃)的燒杯中，記錄從樣品加入到完全沉降所需時間(s)。

1.3.5 電子舌檢測條件

電子舌一般有5個測試傳感器和2個參比傳感器，其中AAE、CTO、CAO、AE1、COO分別代表測定的鮮味、咸味、酸味、澀味、苦味，甜味的測試使用甜味專用傳感器[12]。測定方法為：電極清洗90 s—緩沖液清洗120 s—緩沖清洗120 s—調(diào)節(jié)30 s—樣品液30 s—緩沖清洗3 s—緩沖清洗3 s—標準溶液30 s。樣品處理同1.3.1，循環(huán)測定4次，舍棄一次，并利用電子舌自帶軟件進行數(shù)據(jù)分析。

1.3.6 電子鼻檢測條件

稱取1 g樣品放入到20 mL上樣瓶內(nèi)，室溫放置20 min,待電子鼻檢測器經(jīng)過校準之后，將樣品依次放入到樣品托盤中進行測定。電子鼻檢測參數(shù)設(shè)置：高純空氣流速150 mL/min,采集時間120 s,進樣量500 μL，進樣速度400 μL/s,總進樣體積2 mL。進樣器參數(shù)條件設(shè)置：孵化時間120 s，孵化溫度40 ℃。

1.3.7 主觀感官評價方法的建立

建立了一支由中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院內(nèi)人員組成的10人評價小組，為了減少一些外在因素的影響，采用雙盲的實驗法，將樣品進行隨機編號。評定人員根據(jù)要求對樣品屬性進行評分，每品嘗一種樣品都要進行漱口，最后將評價表提交。

本試驗根據(jù)RHB/201—2004[13]，如表2可知，色澤、組織狀態(tài)、氣味及滋味、沖調(diào)性是低致敏營養(yǎng)餐包的重要指標，評價人員將根據(jù)表2，從4個因素對產(chǎn)品進行評定。全部評價結(jié)束后，收集評價表進行統(tǒng)計分析。

1.3.8 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

(1)因素集、評語集及權(quán)重的確定：因素集U={色澤U1，組織狀態(tài)U2，沖調(diào)性U3，滋味及風味U4}；評語集U={好，較好，一般，差}。權(quán)重的確定：采用模糊數(shù)學(xué)的方法，權(quán)重的分配正確與否直接影響到審評結(jié)果的正確性，本實驗根據(jù)RHB/201—2004[13]嬰兒配方乳粉的標準作為確定權(quán)重系數(shù)分配的根據(jù)，色澤、組織狀態(tài)、沖調(diào)性、滋味及氣味權(quán)重系數(shù)為:0.1、0.2、0.3、0.4，總和為1及權(quán)重集X=(0.1， 0.2，0.3，0.4)。(2)模糊關(guān)系綜合評判集Y=X*R,X為權(quán)重系數(shù)，R為模糊矩陣。

1.4 數(shù)據(jù)處理

電子鼻、電子舌利用自帶軟件對低致敏營養(yǎng)餐包進行數(shù)據(jù)分析，以數(shù)據(jù)聚類程度及區(qū)分指數(shù)為基礎(chǔ)對樣品進行定性分析。模糊數(shù)學(xué)利用Excel進行分析處理， 其余各指標測定最終數(shù)據(jù)取測定平均值，利用SPSS24.0軟件進行方差及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低致敏營養(yǎng)餐包沖調(diào)特性評價

2.1.1 不同配方對低致敏營養(yǎng)餐包粒徑分布的比較及影響

粒徑大小是影響餐包沖調(diào)液沉降及絮凝穩(wěn)定性的重要因素[14]，由圖1可知，1#、3#餐包與市售樣品粒徑分布規(guī)律相似，坡峰相同，說明分布均勻程度相當，但1#、3#相比市售樣品(6#、5#)分布范圍稍微向左偏移，粒徑尺寸稍小，更有利于沖調(diào)液的穩(wěn)定性；2#、4#粒徑分布范圍明顯增寬，粒徑較大，不利于餐包沖調(diào)液的穩(wěn)定性。

圖1 不同餐包粒徑曲線分布Fig.1 Distribution of particle size curve of different meal packs

不同樣品的粒徑分布見表3所示，自制1#、3#餐包相比2#、4#餐包的細粉顆粒(100 μm以下)體積占比相對較少，粗粉顆粒(200～500 μm)體積占比相對較多，且均<20%。市售樣品(5#、6#)細粉顆粒占比明顯低于自制低致敏營養(yǎng)餐包，粗粉顆粒均高于自制餐包，說明市售樣品相比自制餐包沖調(diào)性好，且餐包1#、3#的沖調(diào)性優(yōu)于餐包2#、4#。各配方粒度分布不同可能與餐包成分組成相關(guān)，如蛋白質(zhì)、脂肪的含量與類型；另外，各原料加工工藝的不同導(dǎo)致其自身粒徑大小不同，從而影響復(fù)配產(chǎn)品的沖調(diào)特性[15]。

表3 不同低致敏營養(yǎng)餐包粉體粒度分布比較(單位：μm)

2.1.2 不同配方對低致敏營養(yǎng)餐包穩(wěn)定性影響

圖2為樣品穩(wěn)定性光譜圖，110 mm的位置代表樣品液面，130 mm的位置代表樣品底部，如果上層透射率增加，表明上層有析水現(xiàn)象，若底部光透射率降低，說明底部發(fā)生了沉淀[16-17]。自制低致敏營養(yǎng)餐包(1#、2#)中透光率變化范圍不太明顯，說明其穩(wěn)定性相當；市售樣品(6#)在130 mm透光率增加，說明有沉淀，可能是粗顆粒體積占比較多，導(dǎo)致自身質(zhì)量較大，在離心加速的作用下下沉明顯。以斯托克斯定律和朗伯比爾定律為基礎(chǔ)分析透射光光譜圖，得出低致敏營養(yǎng)餐包不穩(wěn)定指數(shù)，如圖3，比較六組低致敏營養(yǎng)餐包樣品，自制樣品1#的澄清指數(shù)最小說明其分層最不明顯，穩(wěn)定性最好，2#、3#自制低致敏餐包穩(wěn)定性介于市售樣品(5#、6#)之間，說明在未添加穩(wěn)定劑的情況下，自制低致敏營養(yǎng)餐包可達到市售產(chǎn)品水準，可被人群接受。

圖3 不同餐包澄清指數(shù)柱狀圖Fig.3 Histogram of clarification index for different meal packs

圖2 餐包穩(wěn)定性光譜圖Fig.2 Meal bag stability spectrum

2.1.3 不同配方對低致敏營養(yǎng)餐包濕潤性的影響

不同低致敏營養(yǎng)餐包的濕潤性見圖4，各配方餐包在37 ℃的水溫下，濕潤時間具有一定差異性，1#、3#餐包相比2#、4#餐包濕潤時間短，表現(xiàn)出良好的濕潤性，2#、4#餐包顯示不理想的濕潤性，其濕潤時間均>20 s。市售低致敏配方相比自制低致敏配方濕潤時間均<10 s。分析原因，可能與各樣品的加工工藝相關(guān)，工藝不同導(dǎo)致樣品粒徑分布有所差異，粉體大粒徑占比增加可能導(dǎo)致潤濕時間縮短，展現(xiàn)良好的濕潤性，若粒徑過小，將會影響配方與水接觸，易形成團塊而漂浮于水面，流動性差，從而影響其濕潤性。

圖4 不同餐包濕潤性的比較Fig.4 Comparison of wettability of different meal packs

2.2 粉體粒徑分布與低致敏營養(yǎng)餐包沖調(diào)性的關(guān)系

以不同低致敏營養(yǎng)餐包的粉體粒度分布為橫坐標，濕潤時間為縱坐標，建立線性關(guān)系并進行擬合回歸，低致敏營養(yǎng)餐包的細粉顆粒主要包括0～30、0～50、0～100 μm，粗粉顆粒為200～500 μm,從圖5可以看出，細粉顆粒體積占比與濕潤時間呈線性正相關(guān)，擬合程度在0.9以上，即隨細粉顆粒體積占比增加，低致敏營養(yǎng)餐包的濕潤時間不斷增長，濕潤性不斷減弱；粗粉顆粒體積占比與濕潤時間呈線性負相關(guān)，擬合度在0.85以上，即隨著粗粉顆粒體積占比的增加，低致敏營養(yǎng)餐包的濕潤時間不斷縮短，表明濕潤性不斷增強。通過上述線性關(guān)系得出：當細粉顆粒(0～30、0～50、0～100 μm)占比分別小于0.97%、4%、19.08%,粗粉顆粒(200～500 μm)體積占比大于51.54%時，低致敏營養(yǎng)餐包能夠獲得理想的濕潤性(t<6 s)。濕潤性充分體現(xiàn)了餐包的沖調(diào)特性[16-17]。與此同時，粗粉顆粒占比越多，則其餐包沖調(diào)性越好。

圖5 粉體粒度分布與餐包濕潤時間的關(guān)系Fig.5 Relationship between powder particle size distribution and wetting time of meal pack

2.3 低致敏營養(yǎng)餐包感官評價

2.3.1 不同低致敏營養(yǎng)餐包電子舌分析結(jié)果

電子舌通過味覺分析系統(tǒng)，模擬人類味覺感受機制[18]，主要評價樣品的酸(Sourness)、甜(Sweet)、苦(Bitterness)、咸(Saltiness)、鮮(Umami)、澀(Astringency)、及苦的回味(Aftertaste-B)、澀的回味(Aftertaste-A)和鮮的回味(Richness)[12]。

圖6為低致敏樣品的電子舌響應(yīng)雷達圖，坐標軸上的點代表樣品在該坐標軸對應(yīng)相應(yīng)味覺的響應(yīng)強度，并和相鄰的點相連成閉合的回路[19]，由圖6可知：6種樣品的味覺輪廓基本相似，但每個樣品在不同味覺坐標軸上的響應(yīng)強度有所不同，表明各樣品具有一定的差異性。六種低致敏樣品在鮮味、咸味上相比其他味道最為顯著，與人體感官評價結(jié)果相一致。自制低致敏營養(yǎng)餐包(1#、2#、3#、4#)與市售低致敏樣品(5#、6#)在鮮、澀、苦的回味上比較接近；在苦、澀兩個味道上的區(qū)分度較小，說明其在苦澀味道上差異不大；所有低致敏營養(yǎng)餐包在酸味、咸味上分散的比較開，說明餐包在酸味和咸味上能夠較好地區(qū)分。從而得出低致敏營養(yǎng)餐包酸咸氣泡分析圖，如圖7所示，橫坐標為酸度，縱坐標為咸度，氣泡大小表示其澀度。2#、4#有重疊，說明兩種餐包在酸咸度沒有差別，澀度相當；1#、3#餐包相比市售樣品5#、6#在酸度、咸度上有明顯性差異，且澀度相對較小，說明其口感相對市售樣品更易被接受，分析結(jié)果可知：自制低致敏營養(yǎng)餐包在后苦味、后澀味的值較小，鮮、甜味較大，口感柔和香甜，符合產(chǎn)品整體設(shè)計理念。

圖6 餐包味覺指紋譜Fig.6 Meal package taste fingerprint

圖7 餐包酸咸成分分析圖Fig.7 Analysis diagram of sour and salty components in meal package

2.3.2 不同低致敏營養(yǎng)餐包電子鼻分析結(jié)果

根據(jù)相應(yīng)傳感響應(yīng)值繪制的氣味指紋圖譜如圖8所示，結(jié)果表明：市售(6#)與其他自制低致敏營養(yǎng)餐包相比氣味相差較大，且P30/2(乙醇、燃燒產(chǎn)物)、T30/1氣味較為突出，自制低致敏營養(yǎng)餐包與市售(5#)氣味極為相似，且PA/2(乙醇、氨水、胺類化合物)、P30/2(乙醇、燃燒產(chǎn)物)對低致敏營養(yǎng)餐包的香氣響應(yīng)顯著，自制低致敏營養(yǎng)餐包之間沒有顯著性的差異，為進一步探究進行PCA分析。

圖8 餐包氣味指紋圖譜Fig.8 Meal package odor fingerprint

從圖9中可以得出，主成分1的貢獻率為98.042%，主成分2的貢獻率為1.499%，總貢獻率為99.541%>85%，說明主成分1和主成分2包含了大量的信息，基本可以反映低致敏營養(yǎng)餐包的整體信息[20-22]。主成分2的貢獻率遠遠大于主成分1的貢獻率，說明樣品間橫坐標的距離越大，則樣品差異也較大；由于主成分2的貢獻率相對較小，所以樣品間在縱坐標的距離再大，實際差異也會非常小。市售樣品(6#)與其他樣品分布區(qū)域分離較遠，說明在氣味上6#與其他樣品存在一定的差別，樣品2#、4#分布區(qū)域有重疊且與市售5#分布區(qū)域分離相對較近，說明樣品2#、4#在氣味上較為相似，且相比樣品1#、3#在氣味上與市售5#更為相近，易被人們接受。

圖9 氣味PCA分析圖Fig.9 PCA diagram for odor analysis

2.3.3 不同低致敏營養(yǎng)餐包模糊數(shù)學(xué)分析結(jié)果

根據(jù)1.3.7 感官評價得出結(jié)果如表4：

表4 餐包感官品評統(tǒng)計表

同理可得：Y1#1=0.4，Y1#2=0.3，Y1#3=0.3，Y1#4=0.1，Y2#1=0.2，Y2#2=0.2，Y2#3=0.3，Y2#4=0.4，Y3#1=0.4，Y3#2=0.4，Y3#3=0.2，Y3#4=0.1，Y4#1=0.4，Y4#2=0.2，Y4#3=0.3，Y4#4=0.2。

歸一化后得：

Y1#=(0.36，0.27，0.27，0.09)，Y2#=(0.18，0.18，0.27，0.36)，Y3#=(0.36，0.36，0.18，0.09)，Y4#=(0.36，0.18，0.27，0.18)。

設(shè)定感官特性評分為好為100分，較好為80分，一般為60分，差為40分，則6種樣品整體的得分為：T1#=77.4，T2#=63，T3#=79.2，T4#=73.8，因此四種自制低致敏營養(yǎng)餐包的品質(zhì)優(yōu)劣依次排列為：S3#>S1#>S4#>S2#。

實驗結(jié)果表明：在四種自制低致敏餐包中，3#餐包感官最佳，2#餐包感官最差。

2.4 粉體粒徑分布與低致敏營養(yǎng)餐包感官關(guān)系

以不同低致敏營養(yǎng)餐包的粒徑為橫坐標，餐包感官評價為縱坐標建立線性關(guān)系并進行回歸擬合，如圖10所示：粒徑與感官評分呈顯著性正線性關(guān)系，擬合度在0.9以上，即一定范圍內(nèi)隨著粒徑的增大，餐包感官評分也在隨之升高。

圖10 粒徑與感官得分關(guān)系圖Fig.10 Particle size and sensory scores

3 結(jié)論

1)不同配方的低致敏營養(yǎng)餐包的沖調(diào)性與粉體粒度分布存在差異性。

2)低致敏營養(yǎng)餐包細粉顆粒(<100 μm)體積占比與沖調(diào)性呈線性負相關(guān)，粗粉顆粒(200～500 μm)體積占比與沖調(diào)性呈線性正相關(guān)。

3)自制低致敏營養(yǎng)餐包達到理想沖調(diào)狀態(tài)(t<20 s)時，粒徑分布為 0～30 μm<20%,0～50 μm<30%,0～100 μm<60%,200～500 μm>15%。

4)低致敏營養(yǎng)餐包粒徑大小與感官評分呈線性正相關(guān)。即一定范圍內(nèi)，隨粒徑的增大，感官評分也隨之升高。