灰色聚類評估法對冷凍魚糜品質分析

黃　瀟

(山西省分析科學研究院,山西太原 030006)

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灰色聚類評估法對冷凍魚糜品質分析

黃瀟

(山西省分析科學研究院,山西太原 030006)

為對冷凍魚糜的品質進行綜合評定,建立一種冷凍魚糜品質的灰色聚類評估方法。以專業評價為基礎,采用層次分析法確定指標權重,建立白化權函數及聚類權系數矩陣,并判斷各冷凍魚糜樣品所屬的灰類。結果表明,所評的冷凍魚糜品質的聚類結果分別為:樣品C1、C3、C4、C7、C11、C12、C13屬于“優”類產品,C2、C5、C6、C8屬于“中”類,而C9、C10屬于“差”類。灰色聚類評估結果與專業評估方法相比較,結果一致。結果表明,構建的冷凍魚糜品質的灰色聚類評估方法可靠。

冷凍魚糜,灰色聚類評估,層次分析法

冷凍魚糜是上世紀60年代左右由日本研究人員以狹鱈魚為原料,研究開發的一種新型水產品,是魚糜制品的主要原料。我國自上世紀90年代開始迅速發展,進入冷凍魚糜規模化生產[1-3],但直到2014年,才出臺了統一的冷凍魚糜國家標準,這導致在相當長的時間內冷凍魚糜質量參差不齊,不同的原料魚種,不同工廠生產的相同等級的魚糜,質量卻仍大不相同[4-5]。冷凍魚糜國家標準制定的滯后性,導致其質量評價體系的建立也相對滯后,這不僅給生產企業造成不小的困擾,也給冷凍魚糜品質的評定帶來極大的不便,此問題亟待解決。

冷凍魚糜評估的指標眾多,由于測試誤差或主觀判斷等原因,實測數據也是在某個范圍內變化的,因素與因素之間,各因素與冷凍魚糜品質評估之間的關系不完全明確,導致這些因素對冷凍魚糜品質的影響,難以用準確的數學模型來表示。因此,冷凍魚糜的評估是一個“部分信息已知,部分信息未知”的灰色系統[6]。

灰色理論是中國學者鄧聚龍教授于1982年在國際上首先提出來的,是一種研究小樣本、貧信息不確定性的新方法,目前已廣泛應用于經濟建設、安全應用、環境評價等領域。灰色評估是基于灰色系統理論,根據系統或因子在某一時期所處的狀態,做出一種半定性半張量的評價與描述,并通過定性方法與定量分析相結合,來確定一個或幾個滿意的解[7-10]。本研究正是以此為出發點,建立一種冷凍魚糜綜合質量的灰色聚類評估方法,以期為冷凍魚糜生產企業及相關部門冷凍魚糜品質評定提供一個簡單實用、快速有效的評價方法。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

冷凍魚糜榮成海龍王水產食品有限公司;無水Na2SO4、NaOH、CuSO4等國藥集團化學試劑有限公司,試劑純;正己烷、丙酮、甲醇等天津市風船化學試劑科技有限公司,色譜純。

表1　冷凍魚糜感官評定標準

RHEO TEXSD-700物性測定器日本SUN科學機械株式會社;SH10A水份快速測定儀上海精密科學儀器有限公司;UV-2450型紫外分光光度計日本島津;SBD-1B型數字白度儀溫州儀器儀表有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1感官評定標準冷凍魚糜外觀及風味指標請6名專家分5個等級進行評價打分,分數越高,品質越好,滿分100。冷凍魚糜感官評定標準參照表1。

1.2.2指標數據測定

1.2.2.1菌落總數測定以無菌操作,稱取冷凍魚糜樣品20 g于裝有100 mL無菌水的三角瓶中,混合均勻,梯度稀釋后,按GB4789.2-2010規定的方法進行稀釋平板計數[11]。

1.2.2.2總酸度測定取混合均勻的冷凍魚糜樣品放于20 g三角瓶中,加100 mL水,浸泡50 min,離心,取上清液5 mL用0.01 mol/L的標準NaOH溶液直接滴定[12]。

1.2.2.3揮發性鹽基氮(TVB-N)值測定稱取混合均勻樣品20 g于三角瓶中,加水100 mL,浸泡50 min,離心,過濾,取上清液,按GB 5009.44微量擴散法測定[13]。

按照同樣的操作步驟,蛋白質、總糖以及組胺的測定分別按照GB5009.5-2010、GB/T 9695.31-2008、GB/T 21970-2008中規定的方法進行[14-15]。

1.2.2.4彈性、白度、水分的測定將冷凍魚糜置于室溫下解凍3～24 h,取解凍樣品100 g,對冷凍魚糜進行彈性、白度、水分測定,具體操作步驟參照文獻[13]。

1.2.3灰色聚類評估模型構建灰色評估方法是以數學模型為基本手段,灰色聚類模型是在灰色理論的基礎上,通過建立灰類型的白化權函數綜合權系數矩陣,按灰類進行歸納,從而判斷聚類對象所屬的灰類。方法步驟如下[7]：

1.2.3.1評估指標體系建立根據己有的數據和資料,建立的冷凍魚糜評估指標體系。設有n個聚類樣本,即各個冷凍魚糜;每個冷凍魚糜有m個聚類指標,對n個聚類樣本的灰類進行評估。

其中,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

1.2.3.2確定各指標灰類界限并建立各指標白化權函數灰類界限的確定有數理統計、經驗判別兩種方法,在此用經驗判別來確定灰類界限。類別界限分高(H)、中(Z)、低(L)三類。確定灰類界限后,就可構建各指標的白化權函數。

一般白化權函數分為三種基本類型,其數學模型如下:

a)高類型

b)中類型

c)低類型

式中:H、Z、L分別代表高類下限,中類中限,低類上限;xij代表樣點指標值;i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

1.2.3.3確定各指標權重采用層次分析法來確定各指標聚類權重。

2　結果與分析

2.1評估指標體系的建立

冷凍魚糜是一個原料來源復雜,評估指標因素眾多的多因素系統,為了評價其質量優劣,必須先建立一套科學的評價體系。根據其特點,建立如下指標評估體系,見圖1。

根據冷凍魚糜生產企業常用質量檢測指標,選取一些常用檢測指標作為聚類指標[16],分別為:外觀、氣味、水分、蛋白質、總糖、白度、彈性、酸度、TVB-N、組胺、菌落總數，共11個(即j=1,2,…,11),以13個有代表性的冷凍魚糜作為聚類樣本(即i=1,2,…,13)。其中外觀、氣味、蛋白質、白度以原數據作為指標值,而對水分、總糖、酸度、TVB-N、組胺、菌落總數的原始檢測數值,取其倒數作為指標值。

表2　冷凍魚糜各指標測定值

圖1　冷凍魚糜評估指標體系Fig.1　The index system of frozen surimi

隨機抽取不同生產批次的冷凍魚糜測定個指標值,分別以C1,C2,…C13代表各冷凍魚糜,各冷凍魚糜相應指標值見表2。

冷凍魚糜質量評估體系中外觀指標是最直接的表現指標,檢驗者通過看、聞等方法進行品質評定。蛋白質、彈性、白度等是衡量冷凍魚糜品質的十分重要的技術指標[17-18],直接影響到冷凍魚糜品質的優劣。而酸度、TVB-N、組胺是判斷冷凍魚糜是否發生變質、腐敗的重要檢測指標[19-20],質量標準中嚴格規定了上限,因而在模型構建中,對原始數據進行轉換處理,取其倒數。作為衛生指標,菌落總數不僅直接表征冷凍魚糜生產過程中的環境衛生情況,同時細菌還可代謝產酸、產生揮發性鹽基TVB-N等[21],影響冷凍魚糜產品的理化性質及貨架期等。從以上指標檢測數據來看,冷凍魚糜指標數據基本都在一定的范圍內小幅度波動。

表3　冷凍魚糜各指標的灰類界限

2.2各指標灰類界限的確定

對于冷凍魚糜質量的評估工作,目前研究的很少。用于冷凍魚糜的外觀、風味等指標因素,在確定時常常需要考慮專業知識,很多情況下需要以生產實踐與經驗歸納積累出來,通過對比人們之前積累的信息之后獲得。因此,在本研究構建的冷凍魚糜質量系統中,各樣品指標界限主要是依據冷凍魚糜行業標準[22],以現有的數據為基礎,結合生產實踐與專家意見來確定。本實驗采用3個灰類,灰類序號為k(k=1,2,3)分別表示“優”、“中”、“差”。各指標的類別界限如表3所示。

2.3確定各指標權重

當聚類指標的意義、量綱不同,且在數量上懸殊較大時,采用灰色變權聚類可能導致某些指標參與聚類的作用很小,在冷凍魚糜質量評估體系中,各聚類指標的差別比較大,故冷凍魚糜質量評估采用灰色定權聚類。采用層次分析法計算權重。各指標權重見表4。

表4　冷凍魚糜各指標權重

表5　冷凍魚糜聚類評估與專業評估的結果比較

注:1,表示“優”類產品;2,表示“中”類產品;3,表示“差”類產品。

賦予聚類指標權重時,不僅要考慮指標性能的實用性和綜合性,更要考慮指標數據的可靠性,以使權重更加準確。在冷凍魚糜質量體系中,指標可以分為三大類:感官指標、理化指標和衛生指標。從三大指標總體的情況來看,理化指標對冷凍魚糜質量影響程度要強于其他兩個指標。從單個指標影響來看,微生物指標權重最高,TVB-N、酸度等影響次之。冷凍魚糜作為一種食用產品,其質量首先需滿足衛生安全標準,其次才是彈性、色澤等。本研究中層次分析權重結果與實際情況相符。采用層次分析法對各指標賦值,綜合考察各項指標對魚糜品質的等級貢獻,定性與定量相結合,最大限度減少了不同專家認識差異對判斷結果的影響,使求得的加權值更客觀、科學[23]。

2.4計算綜合權系數矩陣并判斷各樣點所屬灰類

采用灰色系統建模軟件,計算綜合權系數矩陣,并判斷各樣點所屬灰類。將冷凍魚糜樣品個檢測數據帶入到聚類模型中計算,軟件結果顯示樣品C1、C3、C4、C7、C11、C12、C13屬于“優”類產品,C2、C5、C6、C8屬于“中”類,而C9、C10屬于“差”類。

為檢驗構建的冷凍魚糜質量灰色聚類評估方法的可靠性,將聚類結果與傳統專家評鑒打分法相對比。傳統評鑒方法主要是針對冷凍魚糜各質量指標進行打分,并通過計算權重值,進行比較分類[16]。灰色聚類與專業評估比較結果見表5。

傳統的以專家評定打分分類的方法目前仍是一種冷凍魚糜品質優劣的主要方法,從灰色聚類評估方法與專家打分方法比較的結果可以看出,本研究建立的模型聚類結果與專家評價非常吻合,能夠很好的反映出冷凍魚糜品質的實際情況。利用模型,只要知道冷凍魚糜的檢測指標,經軟件聚類分析就可以知道其大致品質情況,為判斷冷凍魚糜品質優劣情況提供一個快速有效的方法。

3　結論

對隨機抽取的不同生產批次的13件冷凍魚糜樣品進行灰色聚類評估,聚類結果表明2件屬于“差”灰類,4件屬于“中”灰類,其余均屬于“優”灰類,與傳統專業評估的結果相一致。冷凍魚糜品質灰色聚類評估模型的建立,可以使冷凍魚糜檢測數據得到最大程度的利用,盡可能減少了人為主觀因素對評估結果的影響,計算簡單,結論明確。因此可以認為,灰色聚類評估應用于冷凍魚糜品質評估體系切實可行。

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Research of gray clustering evaluation on frozen surimi quality

HUANG Xiao

(Shanxi Academy of Analytical Science,Taiyuan 030006,China)

Gray clustering evaluation model was established to evaluate the comprehensive quality of frozen surimi. Based on the methods of expert scoring,index weight was determined by using analytic hierarchy process,definite weighted functions and clustering weight coefficient matrix were established,grey class the frozen surimi belongs to was determined. The gray clustering results indicated that the frozen samples C1,C3,C4,C7,C11,C12,C13belong to the high gray class,the frozen samples C2,C5,C6,C8belong to the middle gray class,while samples C9,C10belong to the low gray class. The results of comparing the methods gray clustering evaluation with the professional assessment were in agreement,which showed that the gray clustering evaluation model established was reliable.

frozen surimi;gray clustering evaluation;analytic hierarchy process

2015-10-19

黃瀟(1984-)，女，碩士，助理研究員，研究方向：微生物檢測及安全，E-mail:155139638@qq.com。

山西省科技攻關項目(20130313028-5)。

TS201.6

A

1002-0306(2016)10-0106-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.012