模糊感官評定結(jié)合響應面優(yōu)化香椿蘇打餅干工藝

劉艷紅，孫瑞雪，劉玉潔，王 景，劉生杰

（1.阜陽師范大學 信息工程學院，安徽阜陽 236000；2.阜陽師范大學 生物與食品工程學院，安徽阜陽 236000）

0 引言

香椿含多種維生素和人體所需的蛋白質(zhì)、磷酸鹽、鐵、鈣、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)[1]，還含有抑制多種致病菌成分及豐富的多酚類抗氧化成分[2]，具有清熱解毒，輔助治療腸道疾病和泌尿系統(tǒng)感染等作用[3]。因此，香椿具有較高的藥用和食用價值。但是，香椿季節(jié)時令性強、易腐爛變質(zhì)、貯藏時間短的特點限制了香椿的食用、生產(chǎn)加工及經(jīng)濟價值[4]。目前香椿的食用多以鮮食和腌制品為主，關(guān)于香椿的研究多集中在對香椿中黃酮類、萜類、多糖類、多酚類等活性物質(zhì)的提取、分離、鑒定，和香椿的保鮮與貯藏技術(shù)，以及香椿芽休眠解除及其機理等方面[5]，關(guān)于香椿在焙烤、發(fā)酵等面制食品中的應用研究較少。

超微粉碎技術(shù)應用廣泛，經(jīng)超微粉碎的物料，粒徑更細小，營養(yǎng)成分更易被人體吸收，功效作用更能完全發(fā)揮[6]。蘇打餅干是一種質(zhì)地酥脆的發(fā)酵型餅干[7]，具有增進食欲、緩解便秘、調(diào)節(jié)人體酸堿平衡等功效[8]。模糊感官評定是利用模糊數(shù)學的方法，將模糊信息數(shù)學化、定量化，處理評定人員的感官檢驗數(shù)據(jù)，減少人為評定因素的影響，從而獲得較為科學、客觀的感官評價結(jié)果[9]。該法在肉制品、發(fā)酵制品、焙烤制品、飲料等食品的感官評價中廣泛應用[10]。

本研究利用超微粉碎技術(shù)制備超微香椿粉，將其與傳統(tǒng)小麥面粉混合制成香椿蘇打餅干。結(jié)合模糊感官評定方法，通過單因素和響應面試驗對香椿蘇打餅干的工藝配方進行優(yōu)化。一方面，以香椿粉代替部分小麥粉制作蘇打餅干，利用香椿中有益活性物質(zhì)，改善食品的結(jié)構(gòu)特點，提高蘇打餅干的營養(yǎng)保健功效；另一方面，將香椿制成超微香椿粉作為食品加工的原輔材料，拓寬香椿在食品產(chǎn)業(yè)中的應用渠道，增加食品行業(yè)產(chǎn)品的多樣性。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

超微香椿粉：將新鮮香椿經(jīng)燙漂和真空冷凍干燥處理后粉碎過100目篩，真空避光保存?zhèn)溆?；面粉、油脂、小蘇打、酵母、植物黃油、食用鹽均為市售。

YXD-F90型遠紅外食品烤箱（上海一喜食品機械有限公司）；JA2003型分析天平（上海越平科學儀器有限公司）；DHWS-P250型恒溫恒濕醒發(fā)箱（合肥華德利科學器材有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 香椿蘇打餅干制備工藝流程

香椿蘇打餅干工藝流程如圖1所示。

圖1 香椿蘇打餅干工藝流程Fig.1 The technological process of Toon soda biscuit

1.2.2 操作要點

（1）面團調(diào)制，稱取一定量酵母用30 ℃左右的溫水融化，然后加入到低筋小麥粉中揉成面團。

（2）第一次發(fā)酵，將調(diào)好的面團用保鮮膜蓋住，放入30 ℃、80%濕度的發(fā)酵箱中，發(fā)酵時間控制在1.5～3 h，直至面團發(fā)酵到原來體積的2～3倍。

（3）包油酥，稱取食用油脂，與面粉、超微香椿粉、鹽、小蘇打制成油酥，包入到第一次發(fā)酵好的面團中。

（4）第二次發(fā)酵，將包好油酥的面團用保鮮膜蓋住，在溫度26～30 ℃、濕度80%的條件下，發(fā)酵 2 h 左右。

（5）輥壓，將第二次發(fā)酵后的面團沿一個方向搟平，然后折疊繼續(xù)搟平，重復3～5次。

（6）成型，將包好油酥的面團搟成厚度均勻的面胚，用模具壓制成型，再用牙簽在面餅上戳大小相同的細孔。

（7）烘烤，調(diào)節(jié)烤箱面火 180 ℃、底火 170 ℃，放入烤盤烘烤10 min至成熟。

（8）冷卻，冷卻至室溫裝袋密封即得成品。

1.2.3 單因素試驗設計

選取超微香椿粉、食用油脂、食用鹽的添加量和第一次發(fā)酵時間作為單因素試驗的因素變量[11]。根據(jù)預試驗結(jié)果分析，超微香椿粉的量分別取：1%、2%、3%、4%；食用油脂的量分別?。?%、9%、11%、13%；食用鹽的量分別?。?%、1.5%、2%、2.5%；第一次發(fā)酵時間分別取 1.5 h、2 h、2.5 h、3 h。通過感官評定結(jié)合模糊評定分別討論各因素對香椿蘇打餅干品質(zhì)的影響。

1.2.4 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以感官評分為指標，以超微香椿粉、食用油脂、食用鹽的添加量和第一次發(fā)酵時間為變量因素[12]，進行響應面試驗。

響應面試驗設計見表1。

1.2.5 模糊感官評定

模糊感官評定是將具有“模糊性”的因素數(shù)量化，科學合理地分析和評定食品加工產(chǎn)品等事物的分析方法，能客觀反映食品的感官信息，減少人為的主觀性和片面性。

因素集U、評語集V及權(quán)重集X的確定：

決定香椿蘇打餅干品質(zhì)的有色澤、口感、組織結(jié)構(gòu)和風味4個評價指標，因此因素集U={色澤 u1、口感 u2、組織結(jié)構(gòu) u3、風味 u4}，其中 ui為第i個因素。

對于每個評價指標有優(yōu)、良、中、差4個評定等級，因此評語集 V={優(yōu) v1、良 v2、中 v3、差 v4}，其中vi為第i個因素。參照李新旺等[8]的研究，制定香椿蘇打餅干感官評分標準如表2，采用百分制打分。

表2 香椿蘇打餅干感官評定Tab.2 Sensory evaluation form of Toon soda biscuit （單位：分）

參考孟祥忍[13]和晉圣坤[14]等的研究，根據(jù)各因素對香椿蘇打餅干感官評定的影響作用，確定各因素的權(quán)重分別為組織結(jié)構(gòu)（0.10）、口感（0.35）、色澤（0.15）、風味（0.40），因此權(quán)重集X=（0.10，0.35，0.15，0.40），且 0.10+0.35+0.15+0.40=1。

參考謝秀玲[10]等的研究，假設食品感官因素綜合評判結(jié)果向量為Y，對10位評定人員的各項評語等級次數(shù)進行統(tǒng)計，各評語等級次數(shù)除以10即為各因素對4項評語等級的隸屬度，得到的隸屬度矩陣即構(gòu)成模糊評定矩陣R，該矩陣R與權(quán)重集X合成為模糊感官評定結(jié)果向量Y，即Y=XR。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Design-Expert軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果及分析

2.1.1 超微香椿粉對餅干品質(zhì)的影響

超微香椿粉提高了蘇打餅干的保健功能，但香椿粉中的抗氧化等活性成分物質(zhì)可能會使面團結(jié)合力、黏彈性和可塑性變差，同時還可能影響餅干的色澤和口感[15]。因此，香椿粉添加要適量，才能保證香椿蘇打餅干特有的風味和品質(zhì)。

對分別添加1%、2%、3%、4%超微香椿粉的餅干進行評定，得到評價矩陣分別為R1、R2、R3、R4。評定結(jié)果如表3所示。

表3 香椿粉添加量的感官評定結(jié)果Tab.3 Sensory evaluation results of the adding amount of Chinese toon powder

根據(jù)最大隸屬度原則[16]，當香椿添加量為1%時，模糊感官評定向量中最大值為0.30，出現(xiàn)在“中”級；當香椿添加量為2%時，模糊感官評定向量中最大值為0.33，出現(xiàn)在“優(yōu)”級；當香椿添加量為3%時，模糊感官評定向量中最大值為0.32，出現(xiàn)在“中”級；當香椿添加量為4%時，模糊感官評定向量中最大值為0.30，出現(xiàn)在“中”級。綜合上述結(jié)果，當香椿添加量為2%時，香椿蘇打餅干的模糊感官評定結(jié)果最好。

2.1.2 油脂對餅干品質(zhì)的影響

油脂能賦予食品酥脆口感和濃郁香味，增加食品營養(yǎng)價值和風味，使食品組織結(jié)構(gòu)層次分明，有利于食品的塑型[17]。在香椿蘇打餅干制作過程中，食用油脂添加量過低時，餅干表面干燥無光澤，口感較硬不酥松，組織結(jié)構(gòu)層次不分明，香味不足；當食用油脂添加量過高時，餅干口感較油膩，不易塑型，形態(tài)不佳。

對油脂添加量分別為7%、9%、11%、13%時的餅干進行評定，得到評價矩陣分別為R1、R2、R3、R4，歸一化處理后得到4個向量：

同理，當油脂添加量分別為7%、9%、11%、13%時，香椿蘇打餅干的模糊感官價結(jié)果依次為“中”、“優(yōu)”、“良”、“良”。因此，當油脂添加量為9%時，香椿蘇打餅干的模糊感官評定結(jié)果最好。

2.1.3 鹽對餅干品質(zhì)的影響

鹽具有增強面團中面筋彈性和堅韌性的特點，能提高面團的抗脹力和保氣性[18]。適量的鹽能提高組織滲透壓，抑制除酵母菌以外其他雜菌的作用，改善餅干口味。但是，過高的鹽濃度同樣會抑制酵母菌的活性，使其發(fā)酵作用減弱，影響餅干的口感和風味。

對鹽添加量分別為1%、1.5%、2%、2.5%時的餅干進行評定，得到評價矩陣分別為R1、R2、R3、R4，歸一化處理后得到4個向量：

同理，當鹽添加量分別為1%、1.5%、2%、2.5%時，香椿蘇打餅干的模糊感官價結(jié)果依次為“良”、“優(yōu)”、“良”、“差”。因此，當鹽添加量為1.5%時，香椿蘇打餅干的模糊感官評定結(jié)果最好。

2.1.4 第一次發(fā)酵時間對餅干品質(zhì)的影響

隨著發(fā)酵時間延長，酵母呼吸和發(fā)酵作用產(chǎn)生的CO2可使面筋的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)處于膨脹狀態(tài)，使面團呈膨松狀。若發(fā)酵時間過長，面團中產(chǎn)生CO2氣體使面筋中的膨脹力超出其本身的抗脹限度而塌架，甚至出現(xiàn)“產(chǎn)酸”情況。若發(fā)酵時間過短，餅干面團尚未完全發(fā)酵產(chǎn)生充足CO2，會使餅干組織結(jié)構(gòu)差，口感不酥脆，感官評定分值下降[19]。

對第一次發(fā)酵時間分別為1.5 h、2 h、2.5 h、3 h時的餅干進行評定，得評價矩陣分別為R1、R2、R3、R4，歸一化處理后得到4個向量：

同理，當?shù)谝淮伟l(fā)酵時間分別為 1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h 時，香椿蘇打餅干的模糊感官價結(jié)果依次為“中”、“良”、“優(yōu)”、“差”。因此，當?shù)谝淮伟l(fā)酵時間為2.5 h時，香椿蘇打餅干的模糊感官評定結(jié)果最好。

2.2 響應面試驗結(jié)果及分析

2.2.1 響應面試驗方案設計及結(jié)果

基于單因素試驗和模糊感官評定，對影響香椿蘇打餅干感官品質(zhì)的4個因素（即油脂添加量A、第一次發(fā)酵時間B、食用鹽添加量C和超微香椿粉添加量D），采用Box-Behnken試驗設計繼續(xù)對香椿蘇打餅干工藝參數(shù)進行優(yōu)化。試驗結(jié)果見表4。

表4 Box-Behnken試驗設計及結(jié)果Tab.4 Box-Behnken experimental design results

2.2.2 回歸方程的擬合及方差分析

利用Design-Expert軟件對試驗結(jié)果進行回歸分析，得到擬合全變量的二次回歸方程如下：

回歸方程方差分析結(jié)果如表5所示。

表5 回歸方程方差分析結(jié)果Tab.5 Variance analysis results of regression equation

2.2.3 各因素交互作用對香椿蘇打餅干感官評分的影響

利用Design-Expert軟件得到響應面圖和等高線圖，直觀分析各因素對餅干感官評分的影響規(guī)律和各因素間的交互作用強弱。響應面的曲面陡峭程度與各因素對感官評分影響顯著性成正相關(guān)[20-22]。等高線形狀及軸變化密集度與各因素交互作用的強弱有關(guān)，一般等高線軸變化密集呈橢圓形，因素間交互作用強；等高線軸變化不密集呈圓形，因素間交互作用弱。

由圖6和圖7可知，香椿粉添加量和油脂添加量、香椿粉添加量和鹽添加量，因素間交互作用較弱；由圖2-5可知，發(fā)酵時間和油脂添加量、鹽添加量和油脂添加量、發(fā)酵時間和鹽添加量、發(fā)酵時間和香椿粉添加量，因素間交互作用較強，其中發(fā)酵時間與鹽添加量之間的交互作用最強。

圖2 發(fā)酵時間和油脂添加量的等高線圖Fig.2 Contour map of fermentation time and oil adding amount

圖3 鹽添加量和油脂添加量的等高線圖Fig.3 Contour map of salt and oil adding amounts

圖4 發(fā)酵時間和鹽添加量的等高線圖Fig.4 Contour map of fermentation time and salt adding amount

圖5 發(fā)酵時間和香椿粉添加量的等高線圖Fig.5 Contour map of fermentation time and Toon powder adding amount

圖6 香椿粉添加量和油脂添加量的等高線圖Fig.6 Contour map of Toon powder and oil adding amount

圖7 香椿粉添加量和鹽添加量的等高線圖Fig.7 Contour map of Toon powder and salt adding amount

經(jīng)二次回歸方程進行響應面分析，得到香椿蘇打餅干感官評分最高時各因素水平：超微香椿粉為1.9%，油脂添加量為9.2%，鹽添加量為1.5%，第一次發(fā)酵時間為2.5 h，預測感官評分可達到86.6分?？紤]實際操作的可行性，取各因素最佳水平值：超微香椿粉為2%，油脂添加量為9%，鹽添加量為1.5%，第一次發(fā)酵時間為152 min。

2.3 模型驗證試驗

根據(jù)響應面試驗的最優(yōu)配方，在超微香椿粉為2%，油脂為9%，鹽為1.5%，第一次發(fā)酵時間為152 min的條件下進行3次平行試驗得到感官評分為85.3分。與回歸方程預測值相吻合，表明該方程與實際情況擬合較好，對香椿蘇打餅干感官品質(zhì)評分具有可靠的預測性。

3 結(jié)語

通過模糊感官評定結(jié)合響應面分析，得到香椿蘇打餅干感官評分的二次回歸模型，回歸方程高度顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P＞0.05），表明該方程對試驗研究擬合較好，預測性良好。優(yōu)化香椿蘇打餅干的最佳工藝參數(shù)：超微香椿粉2%，油脂9%，鹽1.5%，第一次發(fā)酵時間152 min。在此工藝配方條件下制作的香椿蘇打餅干色澤均勻、內(nèi)部結(jié)構(gòu)層次分明、酥松爽口，具有特有的香椿氣味。