基于儀器測定的油炸馬鈴薯條感官特征分析

王聰，彭毅秦，喬明鋒*，劉陽，范文教，陳云川

(1.四川旅游學(xué)院，成都 610100；2.成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610106)

馬鈴薯(potato，俗稱土豆)營養(yǎng)全面，是我國第四大糧食作物，現(xiàn)今我國馬鈴薯及其制品的國際地位也在不斷增強[1]。油炸是現(xiàn)今馬鈴薯烹飪中流行極為廣泛的一種烹飪方式[2]，因此，油炸馬鈴薯條的感官品質(zhì)也漸漸引起消費者們的關(guān)注。但大多數(shù)馬鈴薯經(jīng)高溫油炸后，感官品質(zhì)會因風(fēng)味(薯香味)、果肉色差、干物質(zhì)和淀粉含量、還原糖含量等品種屬性的影響而有所不同[3]。因此，單靠感官評價已無法滿足其復(fù)雜的感官分析。目前，除模糊數(shù)學(xué)綜合評價法彌補傳統(tǒng)的人為感官缺陷外[4]，智能感官儀器結(jié)合多元數(shù)據(jù)分析也在食品感官分析中廣泛應(yīng)用。Ouyang Qin等[5]利用紅外光譜技術(shù)對紅茶顏色的感官品質(zhì)進行智能評價；Xia Dong等[6]通過智能傳感技術(shù)對干腌火腿的產(chǎn)地和等級進行評價；賈茹[7]利用電子鼻結(jié)合化學(xué)計量法研究羊奶中蛋白質(zhì)摻假及多組分混合摻假的識別。而儀器測定結(jié)合多元數(shù)據(jù)分析能避免感官評價的模糊性，使感官分析結(jié)果更加全面和精準[8]。智能感官與多種評價方法的優(yōu)化組合將是食品感官綜合評價發(fā)展的一個重要趨勢[9]。

本文以12種油炸馬鈴薯條為研究對象，利用智能感官設(shè)備(色差、質(zhì)構(gòu)、電子鼻、電子舌)和感官評價相結(jié)合，以模糊數(shù)學(xué)評價法、主成分分析研究不同品種間油炸馬鈴薯條的感官特征，以期篩選出適宜加工油炸薯條的馬鈴薯品種，同時為進一步探索油炸馬鈴薯條的感官綜合評價方法打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯品種：克新1號、興佳2號、馬爾科、希森6號、雪川7號、雪川8號、青薯9號、巫溪洋芋、云薯603、黑美人、荷蘭14、荷蘭15，記作1～12號，具體品種屬性見表1。食用油：上海嘉里食品工業(yè)有限公司。

表1 12個馬鈴薯品種Table 1 Twelve kinds of potatoes

1.2 主要儀器與設(shè)備

FOX 4000電子鼻、ASTREE電子舌 法國Alpha M.O.S.公司；TMS-PRO食品物性分析儀 美國FTC公司；DC-P3新型全自動測色色差計 北京興光測色儀器有限公司；HY-871電熱炸爐 福建莆田市海闊天空貿(mào)易有限公司。

1.3 樣品處理[19]

將每種馬鈴薯洗凈，去皮，切條(5 cm×1 cm×1 cm)，各稱取150 g，用清水漂洗，再將1 L食用油加入電炸鍋內(nèi)，預(yù)熱15 min至185 ℃，將馬鈴薯表面的水擦干后，放入185 ℃的油中煎炸5 min后撈起，自然冷卻至常溫待測。

1.4 試驗方法

1.4.1 油炸馬鈴薯條感官評價

試驗采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價法對12組樣品進行感官評定。邀請10名感官評價員5男5女，經(jīng)過培訓(xùn)對油炸馬鈴薯條各項指標(biāo)進行評分，感官評價指標(biāo)：色澤(25分)、滋味(25分)、氣味(25分)、口感(25分)，總分100分。評分細則見表2。

表2 感官評價細則

1.4.2 建立數(shù)學(xué)模型

在本試驗中，12個樣品為評價對象集Y，表示為Y1～Y12。因素集U={U1，U2，U3，U4}={色澤，滋味，氣味，口感}。評語集V={V1，V2，V3，V4}={優(yōu)90，良70，中50，差20}。評價權(quán)重集W= {W1，W2，W3，W4}。根據(jù)小組成員意見，確定色澤、滋味、氣味、口感4個因素的權(quán)重系數(shù)分別為0.3，0.3，0.2，0.2，總和為1，即W={0.3，0.3，0.2，0.2}。模糊關(guān)系綜合評判集 Y=W×Ri，式中：Y為綜合評判集，W為權(quán)重集，R為模糊矩陣。

1.4.3 色差

采用全自動色差儀測定L*、a*、b*，重復(fù)測定3次，取平均值。a*+代表色屬偏紅，a*-代表色屬偏綠色；b*+代表色屬偏黃色， b*-代表色屬偏藍色；L*值在0～100范圍內(nèi)值越大代表越亮。

1.4.4 質(zhì)構(gòu)[20]

選用R25圓柱擠壓探頭，測試程序TPA，測試速度60 mm/min，形變量50%，最小感應(yīng)力0.375 N，停頓2 s，重復(fù)測定6次取平均值。

1.4.5 電子鼻

樣品搗碎成泥，稱取2.00 g置于10 mL頂空瓶中，加蓋密封待檢。檢測參數(shù)：載氣(合成干燥空氣)流速150 mL/min，頂空加熱時間600 s，溫度70 ℃，進樣體積1 mL/s，數(shù)據(jù)采集時間120 s，延滯時間180 s。

1.4.6 電子舌

參照文獻[21]的方法，樣品按照料液比1∶10測定前用相應(yīng)溶液對傳感器進行活化、校準及診斷。電子舌試驗設(shè)置參數(shù)：采樣時間120 s，清洗時間60 s，攪拌速度3 r/s。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計及圖表制作采用Excel軟件，差異顯著性分析、PCA分析由SPSS 23.0完成，圖像由OriginPro 2018和SPSS 23.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 油炸馬鈴薯條模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)果

根據(jù)試驗設(shè)計，油炸馬鈴薯條的感官評價結(jié)果見表3。

表3 油炸馬鈴薯條的感官評價結(jié)果

由表3可知，10名感官評價人員的評分結(jié)果存在差異，以此可建立模糊矩陣。感官評定人員認為1號樣品色澤優(yōu)：0人，良：0人，中：8人，差：2人，則U1={0，0，0.8，0.2}；對滋味感官評分中，選擇優(yōu)：0人，良：4人，中：5人，差：1人，則U2={0，0.4，0.5，0.1}；同理U3={0，0，0.7，0.3}，U4={0，0.3，0.7，0}。4個因素組成一個矩陣R1為：

同理：

依照模糊數(shù)學(xué)變換原理，用矩陣乘法計算12組油炸馬鈴薯條的模糊綜合評價集Y=W×Ri，并將綜合評判結(jié)果分別乘以其對應(yīng)的分值(優(yōu)90，良70，中50，差20)，再進行加和，最終得到每個樣品的最后總分，最終結(jié)果見表4。其中得分最高的是Y7(72.4)和Y2(72.4)，其次是Y8(71.2)。

表4 模糊數(shù)學(xué)綜合得分和評價等級Table 4 The comprehensive scores and evaluation grades of fuzzy mathematics

2.2 油炸馬鈴薯條色澤特性分析

油炸馬鈴薯的色澤是其最重要的品質(zhì)指標(biāo)之一，影響著消費者對其的接受程度[22-23]，這與消費者的感官認知直接相關(guān)。12組樣品的色差結(jié)果見表5。

表5 油炸馬鈴薯條的色差結(jié)果分析Table 5 Analysis of color difference of fried potato chips

由表5可知，7號的a*值最高(6.88)，顯著高于其他品種，整體色澤偏紅；1號的a*值最低(-1.87)，色澤偏綠；4號的b*值(31.59)顯著高于其他品種，色澤偏黃；9號的b*(6.19)最低。偏紅色、偏黃的油炸薯條更符合人們的飲食習(xí)慣，綠色和藍色則代表油炸薯條色澤品質(zhì)欠佳。由色差結(jié)果可以看出， 4號、7號品種的油炸薯條的呈色比其他品種好。

2.3 油炸馬鈴薯條質(zhì)構(gòu)特性分析

質(zhì)地是除了顏色外影響薯條品質(zhì)的重要因素之一，薯條具有不均勻的質(zhì)地，內(nèi)部和外部的質(zhì)地應(yīng)結(jié)合在一起考慮[24]。

表6 油炸馬鈴薯條的質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析Table 6 Analysis of texture results of fried potato chips

由表6可知，8號的硬度69.07 N、膠黏性4.29 N顯著高于其他品種，4號的硬度6.90 N、膠黏性0.68 N最低；9號的內(nèi)聚性0.12 Ratio顯著高于其他品種；7號的黏附性最高，3號的黏附性最低；3號的咀嚼性最高，6號的咀嚼性(0.73 mJ)最低。優(yōu)質(zhì)的油炸薯條的產(chǎn)品質(zhì)地著重于外部的脆性(硬度)與內(nèi)部的柔軟度(膠黏性、內(nèi)聚性)，綜合質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析，這12組樣品中8號的油炸薯條質(zhì)構(gòu)品質(zhì)最好，4號、6號的油炸薯條質(zhì)構(gòu)品質(zhì)最差。

2.4 不同品種的油炸馬鈴薯條智能感官特征分析

2.4.1 油炸馬鈴薯條電子舌測定結(jié)果

除色澤和質(zhì)地外，油炸馬鈴薯條的品質(zhì)評價還包括風(fēng)味指標(biāo)[25]，因此采用智能感官技術(shù)對12組油炸馬鈴薯進行滋味和香氣的感官特征分析。將12組樣品的電子舌數(shù)據(jù)做雷達圖，對比結(jié)果見圖1。

圖1 油炸馬鈴薯條的電子舌響應(yīng)值比較圖

由圖1可知，電子舌檢測結(jié)果在ZZ、BA、BB、GA、HA、JB這6根探頭的響應(yīng)平均值分別為1913.08，1705.60，1932.52，1241.33，1007.3，877.58，其中位數(shù)分別為1781.83，1777.47，1962.71，1131.31，960.525，748.25，這6根探頭的響應(yīng)值和中位數(shù)較高。不同品種的馬鈴薯滋味大致相似，為進一步探究12組樣品的感官特征，選擇這6根探頭數(shù)據(jù)結(jié)合其他指標(biāo)數(shù)據(jù)進行下一步化學(xué)計量統(tǒng)計法分析。

2.4.2 油炸馬鈴薯條電子鼻測定結(jié)果

由圖2可知，電子鼻的傳感器在P30/1(對烴類敏感)上響應(yīng)值最高，其次是PA/2(對醇類敏感)、P30/2(對醇類敏感)、P10/1(對碳氧化合物敏感)、T30/1(對有機化合物敏感)、P40/2(對強氧化氣體靈敏)、P40/1(對強氧化氣體靈敏)、P10/2(對烷類敏感)、T70/2(對芳香族化合物敏感)，然后是T40/1(對強氧化氣體靈敏)、TA/2(對有機化合物敏感)、T40/2(對強氧化氣體靈敏)，所以烴類、醇類、碳氧化合物、強氧化氣體、烷類、芳香族化合物和有機化合物在油炸馬鈴薯條中含量豐富且揮發(fā)性大，是其香氣的主要來源。此外，對氨類、氫類等易造成馬鈴薯不良風(fēng)味成分敏感的LY2/LG、LY2/G等其余傳感器響應(yīng)值變化較小，說明在此過程中并沒有產(chǎn)生不良風(fēng)味[26]。同時說明了不同品種馬鈴薯的香氣成分存在微小差異。由于這12根探頭所測結(jié)果變化幅度不大，所以繼續(xù)進行下一步分析。

圖2 電子鼻探頭響應(yīng)值變化分析

2.5 油炸馬鈴薯條智能感官主成分分析(PCA)

以電子鼻、電子舌、質(zhì)構(gòu)與色差所有篩選出的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)集，綜合PCA分析，對12個樣品進行區(qū)分。

表7 油炸馬鈴薯條的質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析

由表7可知，主成分累計方差貢獻率達到80.691%，3個主成分已包含了樣品的絕大部分信息。

用27個指標(biāo)的主成分載荷除以主成分相對應(yīng)的特征值開平方根，得到3個主成分中每個指標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)即特征向量，X1～X27代表標(biāo)準化后27個指標(biāo)的數(shù)據(jù)，以特征向量為權(quán)重構(gòu)建3個主成分得分的函數(shù)表達式F1、F2、F3(F1為第一主成分得分；F2為第二主成分得分；F3為第三主成分得分)。

F1=0.278X1+0.278X2+0.277X3+0.276X4+0.275X5+0.275X6+0.274X7+0.273X8+0.272X9+0.266X10+0.233X11+0.206X12+0.202X13+0.147X14+0.013X15+0.106X16+0.037X17-0.117X18+0.153X19+0.062X20-0.136X21+0.074X22+0.036X23+0.014X24+0.028X25-0.006X26-0.089X27。

(1)

F2=0.022X1+0.017X2+0X3+0.021X4+0.036X5+0.017X6+0.041X7-0.066X8-0.076X9-0.105X10-0.192X11+0.007X12-0.223X13+0.052X14+0.391X15+0.356X16+0.307X17+0.296X18+0.295X19-0.280X20+0.264X21+0.068X22+0.196X23-0.121X24+0.270X25-0.238X26-0.029X27。

(2)

F3=0.014X1+0.020X2+0.027X3+0.013X4-0.022X5+0.006X6-0.029X7+0.022X8+0.038X9+0.032X10+0.082X11+0.015X12+0.105X13-0.2X14+0.093X15-0.159X16-0.25X17+0.003X18-0.206X19-0.171X20-0.241X21+0.408X22+0.405X23+0.375X24+0.347X25-0.33X26+0.098X27。

(3)

表8 油炸馬鈴薯條的智能感官各指標(biāo)在主成分中的特征向量及載荷值

續(xù) 表

以3個主成分中每個主成分的貢獻率占所有提取主成分的貢獻率之和的比值為權(quán)重，構(gòu)建綜合評價模型F：

F=0.47450F1+0.17375F2+0.15866F3。

(4)

綜合評價結(jié)果見表9。

表9 品質(zhì)綜合評價結(jié)果Table 9 Comprehensive evaluation results of quality

由表9可知，7號品種的油炸馬鈴薯條的品質(zhì)綜合得分最高，為2.48，其次是2號(2.07)、8號(1.95)與1號(1.92)。

3 結(jié)論

為研究不同品種馬鈴薯條油炸后的感官特性，搜集克新1號、興佳2號等12種馬鈴薯為研究對象，采用人工感官和仿生感官(色差、質(zhì)構(gòu)、電子鼻與電子舌)相結(jié)合，以主成分綜合得分和模糊感官為評價標(biāo)準。分析得出7號(青薯9號)感官品質(zhì)最佳，4號(希森6號)、7號(青薯9號)色澤最好，質(zhì)構(gòu)特征7號(青薯9號)口感最佳；電子鼻和電子舌分析表明12種油炸馬鈴薯條香氣和滋味無明顯差別。綜上所述，青薯9號馬鈴薯最適合油炸馬鈴薯條加工。