模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法優(yōu)化蘆筍果糕加工工藝

程文龍，王麗，李雪，王輝，李正提，劉光憲*

（1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江西 南昌 330100；2.南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047；3.井岡山市甌峰農(nóng)業(yè)科技有限公司，江西 井岡山 343600）

蘆筍（Asparagus officinalis L.）是草本植物石刁柏的幼苗[1]。19世紀(jì)人們發(fā)現(xiàn)蘆筍具有防癌作用[2-3]。蘆筍風(fēng)味濃郁，且綜合利用價(jià)值較高[4-5]，鮮食時味道鮮美、清脆爽口，加工后的蘆筍制品也能保持蘆筍獨(dú)有的風(fēng)味[6-7]，在世界范圍內(nèi)頗受人們喜愛[5]。蘆筍富含多種氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素、天冬酰胺、皂角苷、蘆丁、萜類化合物及微量元素（硒、鉬、鉻、錳等）[8]，能提高人體免疫力，其食用價(jià)值十分顯著[5，9]。另據(jù)報(bào)道，蘆筍動物實(shí)驗(yàn)顯示蘆筍具有緩解體力疲勞的功效[10]。

與國外蘆筍種植資源匱乏、育種復(fù)雜、周期長[5，11]相比，國內(nèi)近年來應(yīng)用生物技術(shù)，加速了優(yōu)良蘆筍單株的擴(kuò)繁和選育，已形成品種優(yōu)勢[5]。借助扶貧政策，蘆筍在我國多省大規(guī)模種植，效益顯著。但蘆筍采摘后不易保存，銷售半徑短，制約了蘆筍行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[2]。研發(fā)相關(guān)深加工產(chǎn)品，深度挖掘產(chǎn)業(yè)價(jià)值迫在眉睫。

果糕是一項(xiàng)傳統(tǒng)風(fēng)味食品，口味眾多，比較暢銷的有南酸棗糕[12]、金桔果糕[13]、臍橙果糕[14]、獼猴桃果糕[15]、無花果果糕[16]等。同時果糕具有易于制作、工藝成熟、原料豐富、便于儲藏等優(yōu)點(diǎn)。且隨著人們生活水平的提高和健康意識的增強(qiáng)，消費(fèi)者對食品多元化、多樣化的需求不斷增長。蘆筍藥食同源的特性和風(fēng)味特色可以滿足消費(fèi)者健康和風(fēng)味要求。迄今為止，有關(guān)蘆筍果糕的配方及工藝研究報(bào)道較少。開發(fā)蘆筍果糕功能產(chǎn)品，既能豐富蘆筍深加工產(chǎn)品系列，又利于促進(jìn)蘆筍行業(yè)發(fā)展，提升蘆筍的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，鞏固產(chǎn)業(yè)扶貧成果。為開發(fā)利用蘆筍制作成果糕產(chǎn)品，且保留特色風(fēng)味，優(yōu)化口感品質(zhì)的配方及工藝，滿足消費(fèi)者對于綠色健康食品的需求，本研究以蘆筍、高酯果膠、瓊脂粉、卡拉膠等為原料互配，通過單因素和正交試驗(yàn)確定蘆筍風(fēng)味果糕工藝參數(shù)，再通過模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法優(yōu)化蘆筍果糕工藝，最后采用質(zhì)構(gòu)儀檢測優(yōu)化后果糕的質(zhì)構(gòu)特性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘆筍：市售；高酯果膠、瓊脂粉、檸檬酸、卡拉膠、異VC鈉、蔗糖（均為食品級）：溫縣甘淳電子商務(wù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micro System公司；C21-RH2162電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；LS8916不粘鍋：浙江愛仕達(dá)電器股份有限公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 操作方法

新鮮蘆筍經(jīng)低溫干燥、機(jī)械粉碎、低溫超微粉碎制得蘆筍粉。

量取蒸餾水300.00 mL，加熱至45℃保溫，并依次加入稱量好的高酯果膠1.80 g、卡拉膠4.50 g、瓊脂粉3.00 g、異 VC鈉 0.30 g、檸檬酸 1.80 g、蔗糖 15.00 g，不斷攪拌使原料完全溶解，待無核狀不溶物質(zhì)后，邊攪拌溶液邊加熱至沸騰，保持1 min。將熬煮完成的液態(tài)果糕迅速倒入預(yù)制模具中，冷卻凝固后，置于50℃下熱風(fēng)干燥12 h。干燥后，即為蘆筍果糕成品。為更準(zhǔn)確控制物料比例，本試驗(yàn)中物料添加量變化以質(zhì)量為單位，后期換算成相應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

預(yù)試驗(yàn)中蘆筍風(fēng)味濃郁，異VC鈉、檸檬酸、蔗糖對感官評價(jià)影響平穩(wěn)，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)添加量分別固定為0.30、1.80、15.00 g，考察蘆筍、高酯果膠、瓊脂粉、卡拉膠等原料添加量對果糕感官評價(jià)和質(zhì)構(gòu)特性的影響。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 不同高酯果膠添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響

調(diào)整高酯果膠添加量為0.03%、0.19%、0.57%、0.94%、1.31%、1.68%、2.05%，考察不同高酯果膠添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響。

1.3.2.2 不同卡拉膠添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響

調(diào)整卡拉膠添加量為0.48%、0.95%、1.42%、1.88%、2.34%、2.80%、3.25%，考察不同卡拉膠添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響。

1.3.2.3 不同瓊脂粉添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響

調(diào)整瓊脂粉添加量為 0.32%、0.63%、0.95%、1.87%、2.78%、3.68%、4.55%，考察不同瓊脂粉添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響。

1.3.2.4 不同蘆筍粉添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響

調(diào)整蘆筍粉添加量為0.32%、0.95%、1.89%、4.60%、7.16%、8.79%、10.36%，考察不同蘆筍粉添加量對蘆筍果糕感官品質(zhì)的影響。

1.3.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在前期預(yù)試驗(yàn)與單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)方案優(yōu)化蘆筍果糕的制作配方參數(shù)，各因素水平見表1[17-18]。

表1 蘆筍果糕正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of asparagus fruit cake

1.3.4 感官評價(jià)方法

參照文獻(xiàn)[19]的評價(jià)方法，設(shè)定蘆筍果糕感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)分為4個感官品質(zhì)指標(biāo)（風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)、色澤），每個指標(biāo)分為優(yōu)（S1）、中（S2）、差（S3）3個等級。評價(jià)具體標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 蘆筍果糕感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criterions of sensory evaluation for asparagus fruit cake

1.3.5 模糊數(shù)學(xué)建模

1.3.5.1 評價(jià)對象

評價(jià)對象集是指評定的果糕樣品的集合，X={X1，X2，X3，…，X9}，X1～X9分別代表本次正交試驗(yàn)中的 9 組樣品。用Xj代表第j組果糕的綜合評價(jià)結(jié)果，其中j=1，2，3，…，9[20]。

1.3.5.2 評價(jià)因素

評價(jià)因素集是指果糕品質(zhì)影響因素的集合，F(xiàn)={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4}，其中 F1、F2、F3、F4分別代表果糕的色澤、組織形態(tài)、口感和風(fēng)味[19，21]。

1.3.5.3 評價(jià)等級

評價(jià)等級集是對各因素評價(jià)分級的集合。本試驗(yàn)將蘆筍果糕分為 3 個等級，S={S1，S2，S3}，其中 S1、S2、S3分別代表優(yōu)、中、差。

1.3.5.4 評價(jià)權(quán)重

1.3.5.5 矩陣分析感官評分

感官評價(jià)人員分別根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對9組樣品進(jìn)行評價(jià)，然后將結(jié)果中優(yōu)、中、差次數(shù)除以評價(jià)員人數(shù)，即得出評價(jià)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(jì)算各果糕的綜合評價(jià)結(jié)果[22]。為更好地比較各樣品感官品質(zhì)的優(yōu)劣，分別賦予差、中、優(yōu)3個等級65、80、95，再將綜合評價(jià)結(jié)果的各數(shù)值乘以對應(yīng)的等級分?jǐn)?shù)，結(jié)果相加可得出每個樣品的最終模糊感官評分[23]。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)分析

測定蘆筍果糕的質(zhì)構(gòu)特性，試驗(yàn)時連續(xù)壓縮果糕3次，設(shè)置試驗(yàn)高度為2 mm，并從計(jì)算機(jī)上讀數(shù)。測試條件：模式TPA；探頭P/5；探頭速度0.5 mm/s；觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5.0 g，觸發(fā)類型自動。測定參數(shù)指標(biāo)為硬度、黏性、彈性、凝聚性、膠黏性、咀嚼性和回復(fù)性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用Excel 2016統(tǒng)計(jì)，分析圖由Origin 2019繪制，質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果采用SPSS 25.0軟件分析，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析采用正交設(shè)計(jì)助手II V3.1專業(yè)版完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 高酯果膠添加量對果糕感官品質(zhì)的影響

高酯果膠添加量對果糕感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 高酯果膠添加量對果糕感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of high ester pectin addition amount on sensory quality of fruit cake

在制備過程中加入高酯果膠在酸性溶液環(huán)境下能形成非可逆性凝膠，影響蘆筍果糕的組織形態(tài)和品質(zhì)[24-25]，由圖1可知，隨著高酯果膠添加量的逐漸增大，感官評分也逐漸增加，當(dāng)高酯果膠添加量達(dá)到0.94%時，果糕評分達(dá)到最大值，為86.33分。而當(dāng)果膠添加量大于0.94%后，感官評分有所降低，這可能因?yàn)楣z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。因此選取高酯果膠的添加量為0.50%～1.30%，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.1.2 卡拉膠添加量對果糕感官品質(zhì)的影響

卡拉膠添加量對果糕感官品質(zhì)的影響結(jié)果圖2。

圖2 卡拉膠添加量對果糕感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of carrageenan supplemental amount on sensory quality of fructose cake

在制備過程中加入卡拉膠與加入果膠的效果類似，可提高凝膠的彈性和保水性，影響蘆筍果糕的組織形態(tài)和品質(zhì)[26-28]。由圖2可知，隨著卡拉膠添加量的逐漸增大，感官評分也逐漸上升。當(dāng)卡拉膠添加量達(dá)到2.34%時，果糕評分達(dá)到最大值，為84.33分。當(dāng)卡拉膠添加量大于2.34%，感官評分有所降低。因此選取卡拉膠的添加量為1.40%～2.30%，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.1.3 瓊脂粉添加量對果糕感官品質(zhì)的影響

瓊脂粉添加量對果糕感官品質(zhì)的影響結(jié)果見圖3。

圖3 瓊脂粉添加量對果糕感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of agar powder supplementation on sensory quality of fruit cake

在制備過程中加入瓊脂粉可以快速誘發(fā)凝膠的形成，改善蘆筍果糕的口感[29-30]。由圖3可知，隨著瓊脂粉添加量的逐漸增多，感官評分呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)瓊脂粉添加量達(dá)到2.78%時，果糕評分達(dá)到最大值，為88.00分，而當(dāng)瓊脂粉添加量大于2.78%，感官評分開始降低。因此選取瓊脂粉的添加量為0.90%～2.60%，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.1.4 蘆筍粉添加量對果糕感官品質(zhì)的影響

蘆筍粉添加量對果糕感官品質(zhì)的影響結(jié)果見圖4。

圖4 蘆筍粉添加量對果糕感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of asparagus powder supplementation on sensory quality of fruit cake

在制備過程中加入蘆筍粉，可以增加蘆筍特色風(fēng)味和色澤品質(zhì)，但是隨著蘆筍粉添加量增多，青蒿味過重影響果糕的口感。由圖4可知，隨著蘆筍粉添加量的逐漸增多，感官評分逐漸增加然后減小，當(dāng)蘆筍粉添加量達(dá)到4.60%時，果糕評分達(dá)到最大值，為79.00分。而當(dāng)蘆筍粉添加量大于7.16%，感官評分開始降低。因此，選取蘆筍粉的添加量為1.80%～7.00%，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.2 感官評價(jià)與模糊數(shù)學(xué)模型分析

2.2.1 確定評價(jià)系數(shù)

參考文獻(xiàn)[19]的方法，運(yùn)用“0～4評判法”確定不同感官品質(zhì)在蘆筍果糕感官評價(jià)中的系數(shù)，5人（a，b，c，d，e）的權(quán)重評價(jià)評分結(jié)果如表3所示。

表3 蘆筍果糕感官品質(zhì)評價(jià)因素權(quán)重評分Table 3 Asparagus fruit cake sensory quality evaluation weight evaluation

由表3可知，在總分120分中，色澤、組織狀態(tài)、口感、風(fēng)味得分分別為24、24、48、24分，其中口感得分最高，是關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)，色澤、組織狀態(tài)、風(fēng)味得分相同；通過計(jì)算得出色澤、組織狀態(tài)、口感和風(fēng)味的評價(jià)權(quán)重系數(shù)分別為0.2、0.2、0.4和0.2。

2.2.2 構(gòu)建模糊矩陣

5位感官評價(jià)人員對蘆筍果糕的9組正交試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果如表4。參照文獻(xiàn)[19-20，22]構(gòu)建蘆筍果糕的模糊矩陣 R4×3。矩陣的 4 個行向量（1×3）分別代表感官品質(zhì)色澤、組織狀態(tài)、口感、風(fēng)味4個維度，行向量中3個列向量代表此感官品質(zhì)的優(yōu)、中、差3個評分維度。

表4 蘆筍果糕感官評價(jià)結(jié)果Table 4 Results of sensory evaluation of asparagus fruit cake

將以上9組正交試驗(yàn)的蘆筍果糕感官評價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)化為矩陣式，結(jié)果如下。

2.2.3 感官評價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)模糊矩陣計(jì)算公式X=W·R，其中，W=（0.2，0.2，0.4，0.2）為常向量，以第一組試驗(yàn)結(jié)果為例，計(jì)算結(jié)果如下。

由上可知，2～9組試驗(yàn)果糕計(jì)算過程同上，綜合評價(jià)結(jié)果如表5。

表5 蘆筍果糕樣品綜合評價(jià)結(jié)果Table 5 Comprehensive evaluation results of asparagus fruit cake samples

表6 蘆筍果糕工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Orthogonal experiment results of technology optimization of asparagus fruit cake

由表6可知，在正交試驗(yàn)1～9組中，第5組試驗(yàn)感官評分最高，為97.00分，對應(yīng)的組合為A2B2C3D1。由正交試驗(yàn)的極值R可知，各因素影響大小順序?yàn)锳>B>C>D，即高酯果膠添加量>卡拉膠添加量>瓊脂粉添加量>蘆筍粉添加量。通過k值分析可知，最佳試驗(yàn)配方為A1B2C3D1與正交試驗(yàn)結(jié)果不同，故在最佳配方條件下重復(fù)3次試驗(yàn)，感官評分平均值為96.70分，與最優(yōu)結(jié)果差異不顯著。故可知最佳配方為A1B2C3D1，即高酯果膠添加量0.50%、卡拉膠添加量1.80%、瓊脂粉添加量2.60%、蘆筍粉添加量1.80%。

2.3 質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果

質(zhì)構(gòu)特性是用于科學(xué)描述和評價(jià)食品組織形態(tài)和口感的重要指標(biāo)[26]。本文對9組試驗(yàn)樣品及優(yōu)化組樣品（10號）進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性分析測定，測定結(jié)果見表7。

表7 產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性測定結(jié)果Table 7 Test results of product texture characteristics

由表7可知，樣品各質(zhì)構(gòu)指標(biāo)范圍為硬度3 290.21 g～11 453.20 g、黏性－166.62 g·s～－78.82 g·s、彈性0.51～0.75、凝聚性 0.30～0.64、膠黏性 1 474.79～7 303.07、咀嚼性 1 035.08～5 412.99、回復(fù)性 0.11～0.26。各樣品質(zhì)構(gòu)特性中，彈性、凝聚性、回復(fù)性差異不顯著（P＞0.05），硬度、黏性、咀嚼性、膠黏性差異顯著（P＜0.05）。優(yōu)化后蘆筍果糕的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果為硬度（8 062.88±377.08）g、黏性（-141.09±15.30）g·s，彈性 0.71±0.02，凝聚性 0.52±0.01，膠黏性 4 875.11±203.19，咀嚼性3132.20±126.01，回復(fù)性 0.24±0.00。由表 7 可知，正交試驗(yàn)不同配方，樣品的質(zhì)構(gòu)特性標(biāo)準(zhǔn)差存在較大差異。

3 結(jié)論

采用模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法優(yōu)化蘆筍果糕的配方參數(shù)，結(jié)果表明，高酯果膠添加量0.50%、卡拉膠添加量1.80%、瓊脂粉添加量2.60%、蘆筍粉添加量1.80%時，模糊數(shù)學(xué)感官評分最高。在此配方下果糕的蘆筍風(fēng)味濃郁，酸甜適宜，軟硬適中，富有嚼勁。優(yōu)化后蘆筍果糕的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果為硬度（8 062.88±377.08）g、黏性（-141.09±15.30）g·s，彈性 0.71±0.02，凝聚性 0.52±0.01，膠黏性 4 875.11±203.19，咀嚼性 3 132.20±126.01，回復(fù)性0.24±0.00。研究可為蘆筍果糕的生產(chǎn)品質(zhì)控制提供參考依據(jù)。