基于模糊綜合評判法的穇子糊的工藝研究

卜亞強(qiáng)，張 旺，李媚竹，羅育才，余書奇，彭鑫美，謝彥瑰，盧 超，吳福平，謝 晶,2

(1湖南人文科技學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，湖南婁底 417000；2福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002；3湖南隆慶農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，湖南新化 417600)

0 引言

穇子(Eleusinecoracana(L.)gaertn)，又名堿谷、雞爪粟、鴨腳粟、龍爪稷等，為禾本科穇屬一年生草本植物。在中國廣西、西藏、新疆、內(nèi)蒙、河北、湖南、浙江等10多個(gè)省區(qū)皆有規(guī)模或零星栽培[1]。穇子營養(yǎng)豐富，營養(yǎng)價(jià)值高于一般農(nóng)作物[2]，其脂肪含量與小麥粉相當(dāng)，富含天然有機(jī)硒、鍶、鐵、鋅、鋰、鍺，且含有19種氨基酸以及維生素[3]。穇子籽粒味甘澀，具有厚腸之功效，對腹瀉等疾病有獨(dú)特療效[4]。Srimathi K等研究表明穇子有抗氧化與抗衰老、抗癌、預(yù)防糖尿病、保護(hù)心臟和抗高血脂等生理功能[5]。穇子多用于加工成穇子粑、穇子團(tuán)、穇子酒等[6]傳統(tǒng)食品，除此之外還可以被制作成穇子球、穇子粉、穇子餅、發(fā)酵食品、穇子麥芽[7]等食品。但整體而言，有關(guān)穇子的即食類產(chǎn)品幾乎沒有[8-10]。國內(nèi)外對穇子的研究重點(diǎn)主要放在穇子對鹽堿地的改善作用上[11-12]，宋長銑等研究子（龍爪稷）的有關(guān)營養(yǎng)成分后，指出它在食品或其他產(chǎn)品加工方面具有開發(fā)前途[13-14]。

糊類是一種由多種雜糧經(jīng)過一系列的工藝制作而成的產(chǎn)品，具有方便性、適口性、營養(yǎng)性等。糊類中的雜糧含量是膳食纖維的主要來源，能降低膽固醇，并在一定程度上預(yù)防心血管等疾病[15]。由于是雜糧類食品，因此糊類富含維生素A、維生素B1、維生素B2、維生素C及維生素E等，在人體生長、代謝、發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用[16]，其鎂和鐵的含量也較高，可在一定程度上加速體內(nèi)廢物的代謝[17]。因此將穇子制成穇子糊，可開發(fā)為一種新的雜糧糊狀產(chǎn)品，在添加穇子的基礎(chǔ)上，搭配其他粗糧，以提高穇子糊的營養(yǎng)價(jià)值，既提升即食性糊類產(chǎn)品的色、香、味、形等品質(zhì)，又滿足人們對營養(yǎng)、健康、快速食品需求。即食糊類產(chǎn)品關(guān)鍵在于其在水中的分散性以及黏度，因此本研究以穇子為主要研究對象，通過模糊綜合評判法結(jié)合感官分析考察子糊的品質(zhì)，最終得到子糊的最佳配方，為此類淀粉類作物的糊類產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

穇子，湖南省新化縣當(dāng)?shù)胤N植；黃原膠、結(jié)晶果糖、麥芽糊精、單硬脂酸甘油酯，廣州客源食品配料有限公司；白砂糖、糯米粉、黑米、大米、黑豆均購于市場。

胰蛋白胨（分析純）、酵母浸膏（分析純）、葡萄糖（分析純）、氯化鈉（分析純），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；瓊脂（分析純），廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

101-3AB型鼓風(fēng)干燥機(jī)，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；SEG-3Y型烤箱，江蘇三麥?zhǔn)称窓C(jī)械有限公司；XDW-2200型電磁爐，中山市翔得威電器有限公司；800Y型粉碎機(jī)，永康市珀歐五金制品有限公司；HWS型恒溫恒濕培養(yǎng)箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；LDZW-40L型立式高壓蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠；HZQ-C型空氣浴振蕩器，東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；FA2004型分析電子天平，上海良平儀器表有限公司；101-3AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；ZHJH-C1106B型超凈工作臺，上海智城分析儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 穇子、黑米、糯米→篩選→清洗→烘炒→冷卻→混合→粉碎→添加輔料→混勻→包裝→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）選料。選擇飽滿、色澤鮮艷的穇子，去除雜質(zhì)，用水清洗多次，洗至無透明薄膜上浮為止，放置烤盤于鼓風(fēng)干燥機(jī)烘干表面水分，烘制溫度為90～100℃，時(shí)間為3～4 h。選擇顆粒飽滿無霉變的黑米。

（2）烘炒。將烘干后的穇子放置于烤箱烘烤，溫度上火120℃、下火110℃，時(shí)間30～35 min，烘烤后的穇子顏色加深、散發(fā)穇子香味，出烤箱后風(fēng)冷卻至室溫備用。

黑米炒制時(shí)溫度控制在160～180℃，不斷翻炒使黑米均勻受熱，時(shí)間為10～15 min為宜，炒至黑米有少量爆開、散發(fā)較強(qiáng)香味為宜，稍放涼后備用。

炒制糯米粉時(shí)，鍋底無溫度加入糯米粉，防止炒焦，炒制時(shí)特別注意底部以及鍋四周與糯米粉接觸的部分，不斷翻攪使其均勻受熱。炒制糯米粉溫度控制在120～140℃，時(shí)間為20～30 min，使糯米粉呈微黃色，有較強(qiáng)香味無生粉味。

（3）粉碎：將各種原料按一定的比例稱量后，混合，使用多功能粉碎機(jī)粉碎，120目過篩。

（4）添加輔料：將白砂糖、麥芽糊精、單硬脂酸甘油酯等輔料與粉碎后的樣品混合均勻。

（5）包裝：將粉碎過篩后的產(chǎn)品按量進(jìn)行包裝。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）穇子粉添加量確定。在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定糯米、白砂糖、黑米的質(zhì)量分別是30、10、10 g，麥芽糊精和單硬脂酸甘油酯的添加量分別為原料總質(zhì)量的8%和0.3%，設(shè)置穇子粉的添加量分別為6、8、10、12、14 g，制作完成后加入等質(zhì)量的水沖泡后進(jìn)行感官評價(jià)，根據(jù)感官評價(jià)確定穇子粉適宜的添加量。

（2）麥芽糊精添加量確定。麥芽糊精是以淀粉為原材料經(jīng)酸法和酶法低程度水解的產(chǎn)品，添加食用增稠劑能改善和增加體系粘稠度、保持體系相對穩(wěn)定性的親水物質(zhì)、改善食品的物理性狀、并能使食品更加滑潤適口，延長保質(zhì)期[18]。

糯米、白砂糖、黑米的添加量同（1），穇子添加量為（1）得出的最佳添加量，研究不同麥芽糊精添加量對穇子糊的影響，設(shè)置麥芽糊精添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%，制作完成后加入等質(zhì)量的水沖泡后進(jìn)行感官評價(jià)，根據(jù)感官評價(jià)確定麥芽糊精適宜添加量。

（3）單硬脂酸甘油酯添加量確定。單硬脂酸甘油酯是一種優(yōu)質(zhì)高效食用乳化劑和表面活化劑，能耐受高溫，可顯著提高溶解性和穩(wěn)定性，具有淀粉抗老化、防止沉淀、分離、賦香著色等作用[19]，本研究加入單硬脂酸甘油酯以改善產(chǎn)品的乳化性能。

糯米、白砂糖、黑米的添加量同（1），麥芽糊精為（2）得出的最佳添加量，研究不同的單硬脂酸甘油酯添加量對穇子糊的影響，設(shè)置單硬脂酸甘油酯添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，制作完成后加入等質(zhì)量的水沖泡后進(jìn)行感官評價(jià)，根據(jù)感官評價(jià)確定單硬脂酸甘油酯適宜添加量。

1.4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過單因素試驗(yàn)優(yōu)選出各因素適宜的添加量范圍，優(yōu)選出3種因素的最佳配比，分別算出各因素同一水平之和，求算出極差R，根據(jù)比較極差大小從而判定影響穇子糊最顯著的因素。正交因素水平表見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

1.5 感官評定

感官評定小組由10名食品專業(yè)成員組成，評定之前要明確感官評定的目的、指標(biāo)及相關(guān)注意事項(xiàng)，感官評定采用雙盲法；對樣品進(jìn)隨機(jī)編號，評定樣品隨機(jī)抽取，評定單獨(dú)進(jìn)行。將樣品沖泡好放置透明容器中，在光線良好環(huán)境中觀察樣品色澤、溶解性及黏性，在空氣清新的情況下聞其氣味，品嘗其滋味。評定期間，評定人員不得相互交換評定意見，每次樣品評定人員要用清水漱口，2次評定時(shí)間間隔不得短于3 min，評定結(jié)束后要對評定人員的意見或建議進(jìn)行記錄。感官品質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 穇子糊感官評價(jià)表

1.6 基于模糊綜合評價(jià)的感官評價(jià)法

1.6.1 建立穇子糊的因素集U因素集即影響穇子糊質(zhì)量的指標(biāo)集合，表示方式為：U=(u1，u2，u3，...，un)。其中：U為因素集，ui為第i個(gè)因素[20]，在穇子糊的研究中有5項(xiàng)指標(biāo)決定其感官品質(zhì)，即U=（u色澤，u滋味與氣味，u黏性，u溶解性，u口感）。

1.6.2 建立穇子糊評語集V將穇子糊樣品的感官質(zhì)量采用百分制打分[20]：90分以上為優(yōu)，80～90分為良，60～80分為中，60分以下為差，表示為V=(v1，v2，v3，…，vn),（2＜n＜8，n為整數(shù)），其中V為評語集，vi為第i級評語。在穇子糊中，即V=(v優(yōu)，v良，v中，v差)。

1.6.3 建立穇子糊權(quán)重集X10名感官評價(jià)員分別對穇子糊色澤、滋味與氣味、黏性、溶解性、口感進(jìn)行打分，總分為100分，占評分越高代表質(zhì)量因素越重要，所占權(quán)重越大。因此確定了穇子糊中的色澤、滋味與氣味、黏性、溶解性、口感權(quán)重分別為0.1，0.2，0.2，0.3，0.2。所以穇子糊的權(quán)重集X=(0.1，0.2，0.2，0.3，0.2)。5個(gè)權(quán)重結(jié)果為：溶解性＞滋味與氣味=黏性=口感＞色澤。

1.6.4 建立模糊矩陣 在穇子糊的研究中，影響感官質(zhì)量的指標(biāo)有：色澤、滋味與氣味、黏性、溶解性、口感。10名感官評價(jià)員進(jìn)行感官評價(jià)，感官評價(jià)表見表2，按一定的排列方式得出樣品的質(zhì)量評價(jià)模糊關(guān)系矩陣[21]，采用模糊綜合評價(jià)法處理穇子糊的綜合評價(jià)結(jié)果，將權(quán)重集X與模糊關(guān)系矩陣R相結(jié)合，依據(jù)模糊原理B=XRj(j為1～9)，比較各樣品的結(jié)果，峰值最高的即可認(rèn)為其風(fēng)味物質(zhì)模糊感官評分最高，此條件下的工藝最佳[22]。

1.6.5 綜合評判結(jié)論 將4個(gè)等級優(yōu)、良、中、差分別賦予90、80、70、60分值[23]，將綜合評判數(shù)據(jù)B分別乘以其對應(yīng)值并相加，得出每個(gè)樣品總分值。

1.7 理化指標(biāo)

1.7.1 水分含量測定[24]固體飲料中水分含量≤5%。

1.7.2 菌落總數(shù)測定[25]固體飲料中菌落總數(shù)不得超過1000 cfu/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 穇子粉添加量對穇子糊品質(zhì)的影響 由圖1的結(jié)果可知，隨著穇子粉添加量的增加，感官評分先升高后降低，但穇子粉添加量為10 g時(shí)，分值最高，因?yàn)榉_子粉的添加量在穇子糊中影響其香味及口感，穇子粉口感較粗糙，隨著添加量升高，口感先轉(zhuǎn)好后變差，考慮到成本以及價(jià)格多個(gè)因素，穇子粉添加量為10 g時(shí)最合適，即確定在穇子糊中穇子粉添加量為10 g。

圖1 穇子粉添加量對穇子糊品質(zhì)的影響

2.1.2 麥芽糊精添加量對穇子糊品質(zhì)的影響 由圖2可知，麥芽糊精添加量會(huì)影響穇子糊的粘稠性、沖調(diào)性和感官質(zhì)量，且隨著麥芽糊精添加量的增加，即食穇子糊感官質(zhì)量呈先上升后下降的趨勢。由于麥芽糊精與穇子粉、糯米粉等會(huì)產(chǎn)生作用，當(dāng)麥芽糊精是增加到8%時(shí)，會(huì)與水生成凝膠，黏度和吸濕性增加，產(chǎn)品的口感提升，使產(chǎn)品口感更加細(xì)膩，但當(dāng)麥芽糊精添加量超過8%，黏度與吸濕性也逐漸增加，使產(chǎn)品過度的粘稠，從而影響產(chǎn)品的口感和失去產(chǎn)品本身的味道，產(chǎn)品品質(zhì)下降，這和李蒙娜[26]在研究小麥淀粉進(jìn)行改性處理時(shí)添加麥芽糊精的影響效果一致，因此確定麥芽糊精最佳添加量為8%。

圖2 麥芽糊精添加量對穇子糊品質(zhì)的影響

2.1.3 單硬脂酸甘油酯對穇子糊品質(zhì)的影響 單硬脂酸甘油酯與蛋白質(zhì)和淀粉可以形成絡(luò)合物，與直連淀粉形成不溶性絡(luò)合物，防止淀粉冷后重結(jié)晶。與蛋白質(zhì)作用時(shí)，與加工過程中散落的面筋蛋白質(zhì)分子相互連接，小分子變成大分子，進(jìn)而形成牢固、緊密的面筋網(wǎng)絡(luò)[19,26]。由圖3可知，隨著單硬脂酸甘油酯添加量增加，穇子糊的感官評價(jià)先增加后下降，當(dāng)單硬脂酸甘油酯添加量為0.4%時(shí)，穇子糊感官評分最高，添加量低于0.4%時(shí)，產(chǎn)品品質(zhì)逐漸上升；當(dāng)添加量高于0.4%，單硬脂酸甘油酯與產(chǎn)品成分結(jié)合強(qiáng)度過大反而引起產(chǎn)品品質(zhì)下降。所以確定單硬脂酸甘油酯最佳添加量為0.4%。

圖3 單硬脂酸甘油酯添加量對穇子糊品質(zhì)的影響

2.2 模糊感官評價(jià)結(jié)果分析

由10位評定人員對研究中9種不同配比的穇子糊感官評價(jià)，按色澤、滋味與氣味、黏性、溶解性、口感以優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級進(jìn)行逐一評價(jià)，并將評定人員的評定結(jié)果記錄起來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表3。

表3 即食穇子糊模糊感官評價(jià)結(jié)果

由表3可知，各感官評價(jià)人員對9種不同配比的穇子糊的評價(jià)結(jié)果并不集中，評價(jià)結(jié)果存在差異。因此，不能僅僅以平均數(shù)法來確定各配方之間的優(yōu)勢，還要通過運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法有效消除誤差，使結(jié)果更客觀可信。

2.2.1 建立模糊矩陣 在10位評價(jià)人員的評價(jià)結(jié)果中，以1號樣品為例，由表3可知，色澤的評價(jià)結(jié)果中：3人選優(yōu)，4人選良，2人選中，1人選差，所以得到的R色澤=(0.3，0.4，0.2，0.1)，同理可得R滋味與氣味=(0.5，0.3，0.1，0.1)，R黏性=(0.4，0.2，0.3，0.1)，R溶解性=(0.3，0.4，0.2，0.1)，R口感=(0.5，0.4，0.1，0.0)。把上面5個(gè)單因素的評價(jià)結(jié)果寫成一個(gè)矩陣的形式，如公式(1)。同理可得2～9號組合的矩陣，見公式(2)～(9)。

2.2.2 樣品綜合評價(jià)數(shù)據(jù)分析 依據(jù)模糊變換原理B=X×R，則對第j號樣品的綜合評價(jià)結(jié)果為：Bj=X×Rj(j為1～9)。因此1號樣品的綜合評價(jià)結(jié)果見算式(10)。同理可知2～9號樣品的綜合評價(jià)結(jié)果見算式(11)～(18)。

因此，得到了穇子糊9個(gè)樣品的4個(gè)不同等級（優(yōu)、中、良、差）的綜合評價(jià)B1～B9。

2.3 正交試驗(yàn)與模糊數(shù)據(jù)結(jié)合所得最佳配方

將4個(gè)等級優(yōu)、良、中、差分別賦予分值90、80、70、60分，將綜合評價(jià)結(jié)果集中各個(gè)量分別乘以其對應(yīng)值，并進(jìn)行相加，得出最后分值。然后將正交實(shí)驗(yàn)與模糊數(shù)據(jù)相結(jié)合起來進(jìn)行客觀分析，結(jié)果見表4。

表4 即食穇子糊正交試驗(yàn)結(jié)果

通過正交試驗(yàn)表4可知，單硬脂酸甘油酯極差最大，麥芽糊精次之，穇子粉最小，由此可知，單硬脂酸甘油酯對穇子糊的影響最為顯著，其次是麥芽糊精和穇子粉。在上述9組綜合質(zhì)量等級頻率，從圖4中可看出第3組具有最高的隸屬優(yōu)秀頻率，其中認(rèn)為綜合感官為優(yōu)秀的達(dá)到60%，遠(yuǎn)超過其他樣品，且綜合感官為差的只有6%，第3組樣品良好的隸屬頻率較低為22%，但優(yōu)秀和良好的總隸屬率達(dá)到了82%，也是樣品中隸屬率最高的，根據(jù)最大隸屬原則，認(rèn)為樣品3的綜合感官最佳，在相應(yīng)的k值當(dāng)中，分別取最高值，最佳組合為A1B3C3，但在正交試驗(yàn)當(dāng)中無A1B3C3組合，所以需要對兩組數(shù)據(jù)再進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，以確定選出最優(yōu)組合。其對比試驗(yàn)最終結(jié)果如表5所示。

圖4 樣品隸屬頻率分布

由表5可知，組合A3B3C3感官評分高于組合A1B3C3。在麥芽糊精與單硬脂酸甘油酯相同的情況下，穇子粉添加量不同，在組合A3B3C3中，穇子糊顏色與香味評價(jià)要高于組合A1B3C3，所以穇子糊品質(zhì)最優(yōu)組合為：A3B3C3。其對應(yīng)的最佳配方為糯米粉30 g，糖10 g，黑米10 g，穇子粉12 g，麥芽糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，單硬脂酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。

表5 對比實(shí)驗(yàn)

2.4 穇子糊理化指標(biāo)

2.4.1 水分含量測定 穇子糊最終產(chǎn)品水分含量為0.680%≤5%，符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.2 菌落總數(shù)測定 通過計(jì)算最后測得菌落總數(shù)為210 cfu/g＜1000 cfu/g，符合規(guī)定。

3 結(jié)論與討論

穇子糊的最佳工藝配方為：糯米粉30 g，白砂糖10 g，黑米10 g，穇子粉12 g，麥芽糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，硬脂酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%。穇子糊的麥芽糊精的添加量為10%，這和孫延修[27]在研究無糖小米南瓜糊的對麥芽糊精的用量為8%基本一致，此時(shí)制備的穇子糊的品質(zhì)最好，且風(fēng)味獨(dú)特，攜帶方便，口感細(xì)膩，沖泡性良好，并且包含了糊類和粗糧穇子兩者的優(yōu)質(zhì)特征，既滿足了糊類的方便性與適口性，又包含了粗糧當(dāng)中的營養(yǎng)全面。

模糊綜合評價(jià)法是模糊數(shù)學(xué)中最基本的數(shù)學(xué)方法之一，它主要是從多個(gè)指標(biāo)對被評價(jià)事物隸屬等級狀況進(jìn)行綜合性評判，把被評判事物的變化區(qū)間做出劃分。此方法不僅解決了感官評價(jià)在產(chǎn)品評定過程中主觀性強(qiáng)的影響，而且通過查看結(jié)果的隸屬頻率，使評判結(jié)果更為客觀，更為可信。

穇子屬于小雜糧品種[28]，穇子糊作為一種新型即食糊類加工食品，其感官品質(zhì)符合即食糊類產(chǎn)品的要求，而且也滿足人們對營養(yǎng)、健康、快速食品需求。穇子糊的研發(fā)不僅豐富了即食糊類產(chǎn)品的多樣性，而且有利于推動(dòng)穇子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為小雜糧品種的綜合開發(fā)和利用提供一定的理論基礎(chǔ)。在今后研究中，應(yīng)進(jìn)一步從穇子中淀粉的結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)和脂肪的含量、膳食纖維的含量以及一些特殊性成分例如黃酮、穇子多糖對淀粉糊化及老化[29]的影響中去進(jìn)一步探究雜糧糊類的加工工藝和添加劑的使用，保證工藝的安全性和可操作性，實(shí)現(xiàn)小雜糧的高品質(zhì)利用。