二次旋轉和模糊評價在南瓜子殼餅干研制中的應用

張珍林 杜先鋒 劉天成 陳秋玲

二次旋轉和模糊評價在南瓜子殼餅干研制中的應用

張珍林1杜先鋒1劉天成2陳秋玲3

(安徽農業大學食品科學工程系1，合肥 230036)
(安徽小劉食品有限公司2，合肥 230051)
(安徽樂健綠色食品有限公司3，桐城 231400)

以富含膳食纖維的南瓜子殼粉為輔料，在單因素試驗的基礎上，通過添加南瓜子殼粉對餅干生產配方進行4因素(南瓜子殼粉、植物油、水、白砂糖)5水平的二次旋轉試驗設計，并應用模糊數學對產品進行感官評定，以模糊感官評定結果作為二次旋轉試驗值，通過DPS軟件進行二次旋轉優化。試驗結果表明:該試驗模型的F值為8．919，P＜0．001，大于在0．01水平上的F值，而失擬項的F值為1．464，小于0．05水平的F值，該試驗模型的R2=0．856 0，說明該試驗模型擬和結果好，自變量與旋轉值之間線性關系顯著，可以用于該試驗的理論預測。經優化后的餅干制作最佳工藝參數:南瓜子殼粉添加量4．13%，白砂糖添加量23．64%，水添加量12．89%，植物油添加量30．45%。

模糊評價 二次旋轉 南瓜子殼 參數優化

南瓜子殼是南瓜子的主要副產品，富含膳食纖維［1］。膳食纖維作為功能性食品的原料廣泛用于生產各種食品。其具有降低血清膽固醇、改善腸道功能、減少食物殘渣在腸內滯留時間的功能，可預防高血壓、高血脂、動脈硬化、冠心病、糖尿病和便秘等疾病，被稱為“第七營養素”［2－3］。適量的攝取食物纖維有利于維持身體健康。

感官評價是一門用于制定、測量、分析和說明人類通過視覺、嗅覺、味覺、觸覺和聽覺而感知的感覺的科學。針對食品感官質量指標描述的模糊性，通過模糊數學的應用來評價食品感官質量更為科學，更為準確。模糊數學將需要研究的一系列現象作為論域(即討論范圍)，并將論域中一部分相互聯系的因素稱為集合;采用計算方法對論域中的各個元素迸行處理，就可以得到用數值表示的結果［4－5］。應用模糊數學評價食品的感官質量不僅能獲得與現行評分法一致的結果，而且還能解決評分法難以解決的名次排列問題。再通過二次旋轉分析把感官評價的綜合得分作為二次旋轉分析的指標值，可以更好地優化工藝條件，確定最佳的工藝配方，以獲得最佳的產品［6－7］。

在試驗統計分析的研究中，多以試驗測得的數值性指標作為分析值，類似以模糊感官評定結果作為回歸值的研究很少。在餅干的感官評價中，大多采用差別檢驗、描述分析和情感試驗，很難避免感官評價中的誤差［8－9］。試驗擬以餅干的模糊感官評定結果作為統計分析的值，研究二次旋轉法和模糊評價法結合在餅干研制中的應用，為此類食品的研制提供感官評價方法指導。

1 材料與方法

1．1 材料與設備

南瓜子殼粉:自制;低筋粉、白砂糖、植物油:市售。

HMBTO1型超微粉碎機:臺灣弘荃機械企業有限公司;DZF－6050型真空干燥箱:上海三發科學儀器有限公司;DF－101T型集熱式恒溫磁力攪拌器:鞏義市予華儀器有限責任公司;B20－F型食品攪拌機:江蘇如東恒宇食品機械有限公司;JF－12型發酵箱:廣州市海蒂機械科技有限公司;DFL－11型遠紅外線食品烘爐:廣州德寶廚房設備有限公司。

1．2 餅干工藝

1．2．1 南瓜子殼粉制備工藝流程

南瓜子殼→預處理(去雜、50℃水清洗)→干燥(105℃鼓風干燥)→粉碎→過篩(200目)→干燥密閉保存備用

1．2．2 餅干制作工藝

配料(各輔料以低筋粉為基準，依次按順序加入)→預混→面團調制(以26 r/min的速度調制6～12 min)→靜置→輥軋(2～3對)→成形→烘烤(220℃，10 min)→冷卻→包裝→成品

1．2．3 餅干制作基本配方［10］

低筋粉200 g、白砂糖50 g、植物油60 g、水24 g、淀粉10 g、碳酸氫鈉1．2 g、食鹽0．24 g、南瓜子殼粉12 g。

1．3 試驗方法

1．3．1 模糊綜合評定方法［11－12］

1．3．1．1 確定產品因素集U和評語集V

確定產品質量由組織、口感、外觀、氣味、色澤5個因素構成，即U=(組織、口感、外觀、氣味、色澤);對每個因素的評價按好、中等、差3個等級評定，即V={好(v1)、中等(v2)、差(v3)}。

1．3．1．2 確定權重

采用強制決定法［13］確定各質量因素的權重分別為組織(0．15)、口感(0．3)、外觀(0．15)、氣味(0．2)、色澤(0．2)，即A=(0．15，0．30，0．15，0．20，0．20)。

1．3．1．3 評定標準

由專業技術人員和食品專業教師制定出南瓜子殼餅干的感官評定標準［10］，見表1。

表1 餅干的感官評定標準

1．3．1．4 模糊綜合評判數學模型的選?。?1］

設食品感官因素綜合評判的結果向量為Y，它是感官因素由向量A和評價矩陣R的合成，即Y=A·R

其中Yi=(x1∧r1i)∨(x2∧r2i)…(xn∧rni)(i=1，2，…，m)。

這里“∧”代表兩者相比較后取較小值，“∨”表示兩者相比較后取較大值。

1．3．2 單因素試驗

固定基本配方中其他成分的添加量，對南瓜子殼粉添加量(2%、4%、6%、8%)，對白砂糖添加量(21%、23%、25%、27%)，對水添加量(8%、10%、12%、14%)，對植物油添加量(26%、28%、30%、32%)分別取4個水平，分析這4個不同水平對餅干的感官評價影響，做2次重復試驗，并通過10位評委綜合評定打分。

1．3．3 二次正交旋轉試驗

在單因素試驗基礎上，確定南瓜子殼粉添加量(X1)、白砂糖添加量(X2)、水添加量(X3)、植物油添加量(X4)及模糊感官評價結果進行四因素五水平的二次正交旋轉組合設計(表2)，采用DPS V7．05對試驗數據進行分析并預測最佳工藝參數。

表2 試驗因素水平表

2 結果與分析

2．1 單因素試驗

2．1．1 南瓜子殼粉添加量對餅干感官評價的影響由表3中的D值可以看出，通過感官評價可初步確定南瓜子殼粉添加量為4%。

表3 南瓜子殼粉添加量對餅干感官評價的影響

2．1．2 白砂糖添加量對餅干感官評價的影響

由表4的D值可以看出，通過感官評價可初步確定白砂糖添加量為25%。

表4 不同白砂糖添加量對餅干感官評價的影響

2．1．3 水添加量對餅干感官評價的影響

由表5的D值可以看出，通過感官評價可初步確定水添加量為12%。

表5 水添加量對餅干感官評價的影響

2．1．4 植物油添加量對餅干感官評價的影響

由表6的D值可以看出，通過感官評價可初步確定植物油添加量為30%。

表6 植物油添加量對餅干感官評價的影響

2．2 模糊評價

根據試驗方案設計的配方，按工藝要點制作出相應的36組產品，從食品專業教師和同學代表中選出10人組成評委，分別對36組產品的組織、口感、外觀、氣味和色澤5個方面進行評定。評定標準見表1。

設被評定的餅干感官質量值域為U，則U={組織(u1)、口感(u2)、外觀(u3)、氣味(u4)、色澤(u5)}。評定集為V，V={好(v1)、中等(v2)、差(v3)}。根據專家經驗，確定權重集為X={0．15、0．30、0．15、0．20、0．20}，即組織占15分，口感占30分，外觀占15分，氣味占20分，色澤占20分，合計100分。將評定系數統計后分別除以10得出評定結果，見表7。

為了避免出現雙峰值，選用加權平均型的數學模型M(·，+)，Y=∑XiYji=1，2…n;j=1，2…m，這里n=5，m=36，和表7的數據經歸一化處理后可得1～36號產品權重Y1～Y36分別為:

Y1=(0．581、0．323、0．096);Y2=(0．500、0．400、0．100);……Y36=(0．500、0．400、0．100)。

為了正確排序，經評委和有關專家研究，定出如下等級系數h1=80，h2=70，h3=60，從而求出S值。S=∑Yj Hi，i=1，2…n;j=1，2…m，這里n=3，m=36。從而算出S1～S36，列于表8中。

表7 評定結果

2．3 二次旋轉設計分析［14］

采用二次旋轉設計得到36個組合試驗點，測定每次試驗中的評定結果獲得相應的值，見表8。通過二次旋轉組合模型Y=b0+∑bixi+∑bijxixj+∑biixi2+ε(i＜j且i=1…4)并按多元回歸加以估計，建立以感官評定的結果Y為目標的參數回歸方程如下:

表8 二次旋轉分析方案和試驗結果

用DPS軟件對該多元回歸方程進行方差分析［15］，分析結果見表9。從表9可看出，方程的失擬項和回歸項均在0．05水平上顯著，即F1＜F0．05(10，11)，F2＞F0．05(14，21)，故方程擬合很好，置信度大于95%。

為進一步分析方程中各項系數對指標的影響程度，對回歸方程的各回歸系數進行檢驗，剔除不顯著項后，得標準的回歸方程:

餅干的品質與南瓜子殼粉添加量、白砂糖添加量、水添加量、植物油添加量的相關系數R2=0．856 0，表明該數學模型4個因素對餅干品質的影響達到85．60%，而其他因素的影響和誤差達到14．40%。由各回歸系數可以判斷4個因素對餅干感官的影響順序為X2＞X1＞X3＞X4。

表9 方差分析表

2．4 主因子及單因子效應分析

由方程分別采用降維分析，即將其余因子固定為零，依次得到X1、X2、X3、X4相對應Y的回歸方程，南瓜 子 殼粉 添加量Y1=74．668+0．867X1－1．992X1

2，白砂糖添加量Y2=74．668+1．645X2－2．408X2

2，水添加量Y3=74．668+0．478X3－1．685X3

2，植物油添加量Y4=74．668+0．113X4－1．732X4

2，根據子模型作圖1。由圖1可知，在設計范圍內，南瓜子殼粉添加量，白砂糖添加量，水添加量，植物油添加量均在－2到2水平上感官值先顯著增加而后下降，且在0水平時達到最高值。南瓜子殼粉的添加量在編碼值2水平后，感官值呈現了較顯著的增加，分析可知南瓜子殼粉的添加對餅干品質有明顯的增加效果。從圖1可以看出，各個曲線的變化趨勢與試驗所做的單因素曲線趨勢基本吻合。表明由二次回歸旋轉組合設計試驗與單因素試驗得到的影響趨勢一致，可以為日后生產放大選擇參數提供依據。

圖1 單因子對感官評定值的影響

2．5 最佳產量模擬尋優

經DPS軟件計算機模擬，在本試驗范圍內，餅干品質的感官評定最高值為74．67，對應的組合方案為X1=0，X2=0，X3=0，X4=0即南瓜子殼粉添加量為4%，白砂糖添加量為25%，水添加量為12%，植物油添加量為30%。通過對計算機模擬的最佳試驗條件進行試驗驗證，得到感官評定最高值為76．23，優化后的各因素最佳試驗組合點為:南瓜子殼粉添加量4．31%，白砂糖添加量23．64%，水分添加量12．89%，植物油添加量30．45%。與模擬得率十分接近，故最佳產量模擬成功，符合實際。

3 結論

通過單因素試驗確定了南瓜子殼粉添加量、白砂糖添加量、水添加量、植物油添加量4個試驗因素的取值范圍。用DPS軟件做二次旋轉組合分析，二次回歸模型的F值8．919，P值＜0．001，大于在0．01水平上的F值，而失擬項的F值為1．464，小于0．05水平的F值，該試驗模型的R2=0．856 0，說明該試驗模型擬和結果好，自變量與旋轉值之間線性關系顯著，可以用于該試驗的理論預測。二次回歸旋轉試驗確定了南瓜子殼膳食纖維餅干制作的最佳工藝參數:南瓜子殼粉添加量4．13%，白砂糖添加量23．64%，水添加量12．89%，植物油添加量30．45%。在此工藝條件下制得餅干的感官評定結果達到76．23，驗證試驗結果證明該方法用于優化餅干的制作工藝切實可行。

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Application of Quadratic Rotation and Fuzzy Evaluation in Development of Pumpkin Seeds Hull Biscuit

Zhang Zhenlin1Du Xianfeng1Liu Tiancheng2Chen Qiuling3
(Department of Food Science and Technology Anhui Agricultural University1，Hefei 230036)
(Anhui Xiaoliu Food Co．，Ltd2，Hefei 230051)
(Anhui Lejian Green Food Co．，Ltd3，Tongcheng 231400)

Taking pumpkin seeds hull rich in dietary fiber as the auxiliary materials，based on single－factor tests the response second rotation was adopted with five levels and four factors that are Pumpkin seeds hull，white sugar，water and Vegetable oil．Fuzzy math was applied in biscuits sensory evaluation．The result of the fuzzy evaluation was used as the data for the Second rotation methodology．DPSwas used to optimize the Second rotation．The result of the experiments demonstrates that F value is 8．919，P＜0．001 which is more than F in the same level．The Lack of F in 1．464 is less than F in 0．05 level，R2of the model is0．8560，which indicates the result of the model is fit well and the relation of the independent variables and the rotation values is remarkable．This concludes that the model could be used in experimental theory forecast．The optimized processing conditions are amount of Pumpkin seeds hull 4．13%，white sugar 23．64%，water 12．89%，and Vegetable oil 30．45%．

fuzzy evaluation，second rotation，pumpkin seeds hull，optimization of parameter

TS217．1

A

1003－0174(2012)08－0098－06

安徽省戰略性新興產業科技計劃(11010302147)

2011－10－14

張珍林，女，1985年出生，碩士，食品科學

杜先鋒，男，1967年出生，教授，博士生導師，食品生物技術及農副產品深加工