模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化玉米面條制作工藝

王喜慶，尹 超，石俊姣

面條起源于中國(guó)，距今已有四千多年的歷史，是中國(guó)最為經(jīng)典的傳統(tǒng)主食之一[1］.根據(jù)生產(chǎn)原料的不同可將面條分為小麥面條和含非小麥成分的雜糧面條.與小麥面條相比，雜糧面條營(yíng)養(yǎng)豐富成分多樣，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及藥用價(jià)值[2］，長(zhǎng)期食用有助于治療和預(yù)防多種慢性疾病[3］.玉米是雜糧中最常見的一種，其營(yíng)養(yǎng)豐富，含有鈣、磷、鎂及鐵等人體所需礦物質(zhì)，還富含卵磷脂、賴氨酸及維生素E 等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[4-5］.玉米因其營(yíng)養(yǎng)豐富，常被用來開發(fā)功能食品，最常見的就是玉米面條.白青云等[6］以玉米為原料，對(duì)其進(jìn)行發(fā)芽和超微粉碎處理，然后與小麥粉混合制得玉米面條，玉米粉的添加量達(dá)到了45%.李曉娜等[7］以玉米為原料，選用發(fā)酵改性和添加谷朊粉添、沙蒿膠、黃原膠改良的方法，制成純玉米面條.李康等[8］研究了玉米-粳米混合粉配比對(duì)面條品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)玉米粉和粳米粉按照3∶7 混合時(shí)制得的面條蒸煮損失少、拉伸特性良好，面條蒸煮前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，孔隙率更小.

在對(duì)面條質(zhì)量評(píng)價(jià)體現(xiàn)中，感官特性是一個(gè)重要指標(biāo)，能夠全面反映面條的質(zhì)量情況.感官評(píng)價(jià)通常是指通過人體的視覺、味覺等感覺器官所引起反應(yīng)，用于測(cè)量、分析和解釋產(chǎn)品的分析方法[9］.然而，由于感官評(píng)價(jià)主要依托感覺進(jìn)行評(píng)分，在質(zhì)量評(píng)價(jià)和描述上具有較強(qiáng)的主觀性和不準(zhǔn)確性，且通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求算數(shù)平均值的方法無法將其消除.而采用模糊數(shù)學(xué)的方法用等級(jí)來代替具體分?jǐn)?shù)，可有效地降低單個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)整體評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，能夠最大限度地反映不同處理組之間的差異性[10］.趙芷萱等[11］用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化了發(fā)芽糙米的工藝；LU等[12］用模糊數(shù)學(xué)模型對(duì)添加不同纖維素酶的饅頭的感官特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)；謝小瑜等[13］用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化了紅棗茶發(fā)酵飲料工藝，獲得了感官品質(zhì)較好的紅棗茶發(fā)酵工藝.

本研究對(duì)玉米粉、谷朊粉、黃原膠和食鹽的添加量進(jìn)行了系統(tǒng)研究，通過模糊數(shù)學(xué)和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，研究玉米粉、谷朊粉、黃原膠和食鹽的添加量對(duì)玉米面條感官評(píng)分的影響，以期制作一種營(yíng)養(yǎng)全面的玉米面條，為玉米食品的開發(fā)和玉米資源的利用提供新思路.

1 材料與方法

1.1 材料

小麥粉、玉米粉、食鹽（黑龍江省綏化市華辰超市）；谷朊粉（新鄉(xiāng)封丘縣華豐粉業(yè)有限公司）；黃原膠（山東阜東發(fā)酵有限公司）.

1.2 儀器

HQ350-1 型手動(dòng)壓面機(jī)，天津市宏福來食品機(jī)械廠；TSK-9416 型針式和面機(jī)，廈口燦坤實(shí)業(yè)股份有限公司；ME104E 型電子天平，德國(guó)Sartorius 儀器公司；B5A 多功能攪拌機(jī)，廣州市威萬事實(shí)業(yè)有限公司.

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 玉米面條制作工藝流程

玉米與小麥混合粉→和面→熟化→壓片→切條→干燥→成品.

1.3.2 玉米面條的操作要點(diǎn)

和面：將玉米粉和小麥粉按所需比例混合，待混合均勻后逐漸加入清水?dāng)嚢?，然后置于面團(tuán)攪拌機(jī)中混合均勻，直到面團(tuán)表面光滑成型.

熟化：將和好的面團(tuán)用保鮮膜覆蓋包裹，置于室溫條件下醒發(fā)20~30 min，直至面團(tuán)能夠充分吸收水分、形成良好的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為止.

壓片、切條：面團(tuán)醒發(fā)好后，先用搟面杖搟成一定厚度，再用壓面機(jī)壓制，分別使用1、2、3、4 檔，使面片逐漸變薄，然后改用切片模式，將面片壓成長(zhǎng)約20 cm、粗約2 mm、厚約2 mm 的面條.

煮制：在鍋中放入足夠量的清水，加熱待水沸時(shí)下入面條，并對(duì)面條進(jìn)行不定時(shí)的攪動(dòng)，待面條煮至最佳蒸煮時(shí)間后放入不銹鋼漏網(wǎng)中瀝去水分.最佳蒸煮時(shí)間為面條中間白芯剛好消失的時(shí)間.

1.3.3 玉米面條配方的確定

本實(shí)驗(yàn)參考了相關(guān)文獻(xiàn)資料并通過預(yù)試驗(yàn)選擇玉米粉添加量（A）、谷朊粉添加量（B）、黃原膠添加量（C）和食鹽添加量（D）作為玉米面條的影響因素，通過L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案制備玉米面條，以模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)作為考察指標(biāo)，確定產(chǎn)品指標(biāo)的最佳配方.正交實(shí)驗(yàn)因素與水平見表1.

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

1.3.4 感官評(píng)價(jià)方法

參照LS/T 3202-1993《面條用小麥粉》進(jìn)行細(xì)微修改，選取10 名感官特性正常的品評(píng)員，從色澤、表現(xiàn)狀態(tài)、適口性、韌性、粘性、食味光滑性六個(gè)方面對(duì)成品面條進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2.

1.3.5 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法

玉米面條的因素集，即影響被評(píng)價(jià)對(duì)象感官質(zhì)量的指標(biāo)集合.該集合以玉米面條的色澤、表現(xiàn)狀態(tài)、適口性、韌性、粘性、食味光滑性為構(gòu)成，以優(yōu)、中、差為評(píng)價(jià)等級(jí)集，依據(jù)感官得分結(jié)果，構(gòu)造矩陣模型，并依據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理進(jìn)行綜合分析[14-15］.

（1）評(píng)價(jià)對(duì)象集Y的確定.評(píng)價(jià)對(duì)象集Y代表正交實(shí)驗(yàn)中的9 組試驗(yàn)的集合，即Y={Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7，Y8，Y9}，用Yj表示9 組玉米面條的綜合評(píng)價(jià)，其中j=1，2，3，…，9.

（2）評(píng)價(jià)因素集F的確定.玉米面條的評(píng)價(jià)因素集為：F={F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6}，F(xiàn)1~F6分別代表感官品質(zhì)因素中色澤、表現(xiàn)狀態(tài)、適口性、韌性、粘性、食味光滑性的指標(biāo).

（3）評(píng)價(jià)等級(jí)集Z的確定.評(píng)價(jià)等級(jí)是指每個(gè)因素的評(píng)價(jià)所屬質(zhì)量基本的集合，即Z={Z1，Z2，Z3}，Z1~Z3分別代表感官評(píng)價(jià)中的優(yōu)、中、差.

（4）評(píng)價(jià)權(quán)重X的確定.權(quán)重系數(shù)依據(jù)表2 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定，感官評(píng)價(jià)色澤、表現(xiàn)狀態(tài)、適口性、韌性、粘性、食味光滑性的分值分別為10 分、10 分、20 分、25 分、25 分、10 分，因此將色澤、表現(xiàn)狀態(tài)、適口性、韌性、粘性、食味光滑性的權(quán)重系數(shù)分別設(shè)計(jì)為0.10、0.10、0.20、0.25、0.25、0.10，總和為1.X={X1，X2，X3，X4，X5，X6}={0.10，0.10，0.20，0.25，0.25，0.10}.

表2 面條感官評(píng)價(jià)

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

圖表的繪制采用Excel，方差分析使用SPSS 17.0 軟件，在P＜0.05 試驗(yàn)水平上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)定結(jié)果

由10 名品評(píng)員對(duì)9 組實(shí)驗(yàn)（表3）中玉米面條感官品質(zhì)的三個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表3.

2.2 建立模糊矩陣

將表3 中每個(gè)實(shí)驗(yàn)號(hào)所得數(shù)據(jù)分布除以評(píng)定小組成員的總數(shù)10，依次得到9 個(gè)模糊矩陣，分布對(duì)應(yīng)1~9 號(hào)試驗(yàn).

表3 玉米面條感官評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 計(jì)算綜合隸屬度及感官評(píng)分

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)法變換原理Yj=X·Rj，計(jì)算樣品各因素隸屬關(guān)系.

方法計(jì)算可得Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9，結(jié)果Yj如表4 所示.

表4 試驗(yàn)的綜合隸屬度

每組試驗(yàn)的感官評(píng)價(jià)總分由表4 評(píng)分結(jié)果分別乘以其對(duì)應(yīng)的分值（優(yōu)、中、差依次被賦予分值100 分、80 分、60 分），并進(jìn)行加和得出，T1=74.7，T2=74.5，T3=80.5，T4=84.9，T5=78.9，T6=78.7，T7=79.7，T8=72.0，T9=72.6. 根 據(jù)上述模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)總分可以得出，9 個(gè)樣品感官品質(zhì)優(yōu)劣排序?yàn)椋簶悠?＞樣品3＞樣品7＞樣品5＞樣品6＞樣品1＞樣品2＞樣品9＞樣品8.

2.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

玉米粉添加量（A）、谷朊粉添加量（B）、黃原膠添加量（C）、食鹽添加量（D）為研究因素，以模糊感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，采用四水平三因素法進(jìn)行正交試驗(yàn)，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果見表5.

表5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)表5 中極差結(jié)果可知，影響玉米面條感官評(píng)分的因素主次順序A＞B＞C＞D，即玉米粉添加量對(duì)玉米面條的感官評(píng)分影響最大，谷朊粉添加量是較重要因素，黃原膠添加量是次要因素，食鹽添加量對(duì)玉米面條感官影響最小，通過正交實(shí)驗(yàn)得到的最優(yōu)配方組合A2B1C3D3，即玉米粉添加量20%、谷朊粉添加量4%、黃原膠添加量0.9%以及食鹽添加量1.5%.在此基礎(chǔ)上制作的玉米面條，進(jìn)行3 次重復(fù)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，感官評(píng)分結(jié)果見表6.

表6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的感官評(píng)定結(jié)果

通過模糊矩陣轉(zhuǎn)換得到3 次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)X1、X2、X3，對(duì)感官質(zhì)量因素的綜合隸屬度評(píng)價(jià)結(jié)果分別為{0.46，0.38，0.16}、{0.495，0.3，0.205}、{0.47，0.373，0.155}，通過計(jì)算得出感官綜合評(píng)分 結(jié) 果分別為86.0、85.5、86.3，其平均 值 為86.0，高于正交實(shí)驗(yàn)的84.9 分，且相對(duì)誤差平均值為0.33，重現(xiàn)性好.這說明利用模糊數(shù)學(xué)和正交實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)玉米面條的配方進(jìn)行優(yōu)化是行之有效的.在此條件下制作的玉米面條表面光滑、口感細(xì)膩有嚼勁，具有玉米特有的黃色和玉米香味.

3 討論

3.1 制作工藝對(duì)玉米面條品質(zhì)的影響

在面條中加入一定量的玉米粉，可以豐富面條的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但玉米粉的加入也會(huì)破壞小麥面筋的結(jié)構(gòu)，影響面條的食用品質(zhì).本研究選擇谷朊粉、黃原膠以及食鹽來改善玉米面條的品質(zhì).谷朊粉主要是補(bǔ)充面筋蛋白，改善玉米小麥面團(tuán)的筋性，使玉米面條更有嚼勁.但由于要保留一定量的玉米粉添加量，不宜添加過量的谷朊粉，因此還選擇了黃原膠和食鹽膠進(jìn)行改良.根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)獲得了玉米粉添加量20%、谷朊粉添加量4%、黃原膠添加量0.9%、食鹽添加量1.5%.該結(jié)果與張慶霞[16］的研究有一定差異，即玉米粉的添加量明顯低于本研究，這主要是因?yàn)楸狙芯吭谟衩酌鏃l的制作過程中添加了一定量的黃原膠和食鹽，有效地緩解了玉米粉對(duì)面筋蛋白組織的破壞，從而可以在玉米面條品質(zhì)不變的條件下，添加更多的玉米粉.這也說明黃原膠和食鹽可以有效改善玉米面條的食用品質(zhì)，是一種較好的玉米面條品質(zhì)改良劑.

3.2 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法對(duì)玉米面條制作工藝的影響

在研究食品品質(zhì)改良和工藝優(yōu)化的過程中，感官評(píng)價(jià)是一個(gè)重要的衡量指標(biāo).本研究運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法對(duì)四種因素對(duì)玉米面條品質(zhì)的影響進(jìn)行判定，能有效減少人為主觀判斷的影響，從而得到較為客觀和科學(xué)的評(píng)價(jià)結(jié)果.從模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)得分來看：T1=74.7，T2=74.5，T3=80.5，T4=84.9，T5=78.9，T6=78.7，T7=79.7，T8=72.0，T9=72.6.可知，樣品4＞樣品3＞樣品7＞樣品5＞樣品6＞樣品1＞樣品2＞樣品9＞樣品8.

本研究利用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)玉米面條的感官得分，模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用方法與學(xué)者[17］一致，即直接采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)感官得分進(jìn)行處理.而有的學(xué)者[18］在利用模糊數(shù)學(xué)對(duì)感官結(jié)果評(píng)價(jià)之前，首先通過單因素實(shí)驗(yàn)獲最佳范圍，然后再進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)的運(yùn)算.本研究在應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)對(duì)玉米面條感官得分進(jìn)行處理時(shí)沒有選擇單因素實(shí)驗(yàn)，主要原因是考慮選擇的玉米粉、谷朊粉、黃原膠和食鹽四個(gè)因素的變化范圍較小，對(duì)感官評(píng)分的影響變化范圍不是非常大（正交實(shí)驗(yàn)最低分72.0、最高分84.9）.同時(shí)，還選擇了10 名品評(píng)員多次評(píng)分，補(bǔ)充了缺少單因素實(shí)驗(yàn)可能存在的不足.因此，對(duì)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法的應(yīng)用要結(jié)合具體處理對(duì)象及影響因素，不能單純地選擇或者舍棄單因素實(shí)驗(yàn)，這都會(huì)對(duì)模糊數(shù)學(xué)處理感官評(píng)價(jià)得分產(chǎn)生重要的影響，進(jìn)而影響模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法的應(yīng)用.

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)綜合應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)玉米面條的最佳配方進(jìn)行了探討.確定的最佳配方為：玉米粉添加量20%、谷朊粉添加量4%、黃原膠添加量0.9%、食鹽添加量1.5%.在此條件下制作的玉米面條表面光滑、口感細(xì)膩有嚼勁，具有玉米特有的黃色和玉米香味，感官評(píng)分為86.0 分.采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)定法結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化法制定的玉米面條具有較好的食用品質(zhì)，為玉米資源的開發(fā)與利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持.