基于感官模糊綜合評價法與價值工程評價法的市售烤羊肉質量分析評價

席嘉佩，詹 萍*，田洪磊*，王 鵬，未志勝

（1.陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西 西安 710119；2.石河子大學食品學院，新疆 石河子 832000）

烤羊肉制作簡單、味美價廉，既可以作為街頭風味快餐，又可以作為上席待客的美味佳肴，廣受人們喜愛[1]。然而，烤羊肉質量的參差不齊制約了產品的規模化、商業化發展。為了建立一個統一的烤羊肉品質評估系統，需要對烤羊肉的感官屬性及風味物質含量作科學、直觀的分析。由于在食品的感官屬性描述如外觀色澤、質地口感、滋味與香氣等方面的界限具有模糊性和不確定性，近年來，有關模糊決策理論的研究已被高度重視并取得豐碩成果[2]。因此，常使用模糊數學[3]來評價、描述影響感官質量的多因素并建立因素間的關系模型。朱萌[4]采用定量描述分析并結合理化指標分析的方法建立了醬制牛肉的感官分析體系，并依據該體系對醬制牛肉品質優劣進行評判。劉朝建等[5]對燒雞的色澤、氣味、組織狀態和滋味進行感官特性分析以探究燒雞加工工藝的關鍵因素。魏健等[6]在研究不同煮制中心溫度對新疆熏馬肉熟化過程感官品質的影響時采用模糊數學感官綜合評價法確定了最佳煮制溫度。

然而，感官評價人員對食品屬性感知能力的差異有時會對評價結果造成影響[7]。因此，需要從體系的角度出發來考慮風味構成、各組分貢獻度以及二者之間的關聯關系。由于感官模糊綜合評價法（fuzzy comprehensive sensory evaluation，FSE）所推薦產品的偏好比率可以是不同的，或分配出的備選方案的分數是不確定的[8]，所以，結合價值工程評價法（value engineering evaluation，VEE）可以使評價結果更具體、全面地表征產品風味品質及產品可接受度。將價值工程理論融入到產品的方案設計與質量評估中，通過產品功能（或性能）與原料加工方式的合理化匹配以提高產品的價值及消費者的喜好程度。Laprade等[9]在價值工程中基于發明問題的解決理論（theory of inventive problem solving，TRIZ），減小外部因素對擋土墻及相關臨時結構的影響，提出了一種可靠的穩健設計臨時施工方案。價值工程是節約資源、降低成本、提高效用的有效方法，價值系數計算現已在造價控制[10]、建筑業[8]、超市客流量分析等多個領域廣泛應用，但在食品行業的應用鮮有報道。唐春紅等[11]結合價值系數探究不同鹵制方法對雞腿肉中揮發性風味化合物的影響時發現將VEE用于食品質量檢測是可行的。

本實驗以氣相色譜-質譜聯用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技術為檢測手段，結合FSE與VEE以量化、直觀的形式表征不同類別揮發性物質對烤羊肉風味屬性的貢獻程度，并以此作為食品品質監控的價值評判標準，為進一步研究分子感官學應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

5 組市售烤羊肉樣品分別購于新疆石河子市5 個不同的清真餐廳。原料均為綿羊后腿肉，烤制時除食鹽外不添加任何香辛輔料，每組樣品取樣900 g。將5 組烤羊肉樣品依次編號為SS1、SS2、SS3、SS4和SS5。

1.2 儀器與設備

手動固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）進樣器 美國Supelco公司；7890B-5977A GC-MS儀（帶有HP-INNOWax色譜柱） 美國安捷倫科技公司；WNB22型精密數顯恒溫水浴槽 德國Memmert公司；KWS153OLX-H7G電烤箱 廣東格蘭仕集團有限公司；DFT-100手提式高速中藥粉碎機 江蘇同君儀器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 FSE模型的建立

1.3.1.1 評價指標和評語論域的確定

采用模糊數學對需要研究的各指標進行權重確定時，選擇最能反映烤羊肉特征的6 個指標作為論域U，評語可以用文字表示，也可以用具體數值或評語等級來表示[12]，即U＝{μ1，μ2，μ3，μ4，μ5，μ6}＝{“色澤”，“質地”，“肉香味”，“烤香味”，“苦味”，“膻味”}。

評語論域為V，V＝{v1，v2，v3，v4，v5}＝{優，好，良，中，差}＝{10，8，6，4，2}。

1.3.1.2 指標權重的確定

由于在評定過程中各指標對烤羊肉感官質量的影響程度不同，它們之間的關系不完全是平權的，故采用強制確定法對6 個指標重新進行權重配比。確定指標后，設權重向量為X，X＝{X1，X2，X3，X4，X5，X6}，且X1+X2+X3+X4+X5+X6＝1，Xi[Xi∈（0，1）]實際上代表各指標的重要程度，是各評價指標相應的隸屬度。

根據0～1強制確定法按重要程度作一對一比較。以xi表示各因素的所得分數，Xi表示各因素的權重向量。

1.3.1.3 確定模糊評判矩陣

為了排除少數評價人員因感情偏好、對指標質量標準理解不同等因素帶來的偏高或偏低的錯誤信息，需要培訓并篩選出對風味強度感知相近、評分尺度相似的感官評定員，并組成評價小組。根據綜合隸屬度判別準則得出各個樣品的綜合評價得分。對評價不同指標的評價次數進行統計，得到模糊矩陣Ri＝{Kss1，Kss2，Kss3，Kss4，Kss5}。

1.3.2 感官評價

邀請15 位具有食品專業背景的人員（6男9女），分別對5 組市售烤羊肉樣品進行感官評價。進行感官分析之前，將烤羊肉樣品用鋁箔紙包裹，并貼上隨機三位碼的標簽，每組樣品均設置3 個平行。實驗采用10點制定量描述感官分析法對產品的感官屬性進行評價，評價原始得分的模糊關系矩陣為Ki，Ki包含了與評審有關的所有模糊信息。食品感官屬性評判的結果Yi是模糊向量Xi與模糊關系矩陣Ki的合成。

1.3.3 VEE模型的建立

價值工程指的是價值管理、價值分析和價值控制，產品的功能是指產品（或作業）的性能或用途，即產品（或作業）的使用價值[13]。因此，實驗采用價值功能評價系數，即價值系數F來表示烤羊肉產品揮發性組分對產品質量的貢獻程度。

首先采用0～4評分法得到各組分的功能系數，即各組分權重Xi，公式同式（1）；其次根據公式（3）得到加權得分；然后依據公式（4）計算得到價值系數；最終，市售烤羊肉產品中，各揮發性組分的加權得分占總加權得分的百分比即為該樣品的價值系數F。

1.3.4 GC-MS分析

GC條件為：色譜柱為HP-INNO Wax石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），以高純氦氣（99.99%）為載氣，柱流量為1.1 mL/min，以總流量9 mL/min進行5∶1分流，進樣方式為手動進樣。儀器分析條件：進樣口溫度250 ℃，程序升溫起始50 ℃維持8 min，以3 ℃/min速率升至120 ℃，維持5 min；以5 ℃/min速率升至180 ℃，維持5 min；以20 ℃/min速率升至260 ℃，維持5 min。

MS條件為：電離方式電子電離，電子能量70 eV，進樣口溫度260 ℃，離子源溫度230 ℃，掃描離子采集（SCAN），溶劑延遲時間為1 min。

1.4 數據統計與分析

每組樣品進行3 次平行實驗，揮發性物質含量以 ±s的形式表示。實驗數據采用SPSS 23軟件進主成分分析（principal component analysis，PCA）、單因素分析（鄧肯氏法）。

2 結果與分析

2.1 FSE評價市售烤羊肉的結果

2.1.1 指標權重的確定結果

將參加評價的因素按照表1的格式排列，請15 名感官評分人員對5 組取自不同餐廳的烤羊肉樣品SS1～SS5的6 個評價因素打分，參考公式（1）。

當一對一比較時，自身相比暫記0 分；不同因素之間，重要的得1 分，次要的得0 分。如μ1與μ2相比，μ1更重要記1 分，對應的位置μ2則記0 分。但實際工作中，特別是主要因素作比較時，必須考慮這個因素是否取消或與其他因素合并，而選擇取消某個因素不太合理，則自身相比可記1 分，表明它既是必要的，但又是最次要的。

表1 強制確定法確定權重的結果矩陣Table 1 Matrix for weight determination by forced decision method

2.1.2 感官評價員的篩選

在感官分析中，感官評價員是評定樣品感官特性的關鍵因素，由于不同的感官評定人員對于風味強度的感知不同，或者在描述感覺時采用的評分尺度不同[14]，評定結果將直接影響樣本感官屬性評價結果，并可對后續實驗的操作及感官得分分析帶來極大的影響。為了獲得較準確的評定結果，需要篩選并剔除感知能力與其他人員差異較大感官人員的實驗結果[14]，以消除或減少主觀評定因素的影響，增加評判結果的可信度[7]。

15 名評價人員分別對5 組市售樣品依次進行感官評分，實驗采用10點制定量描述感官分析法對產品的感官屬性進行評價，依據公式（2）得到結果Yi。

表2展示了感官評價人員對SS1的模糊評價信息K1和Y1，比較后發現8號評價員的總評分最低，僅為5.15 分，其次是11號（5.74 分）與4號（5.77 分）；總評分最高的是6號評價員（6.70 分）。

表2 感官評價人員對SS1的定量描述感官分析結果Table 2 Quantitative descriptive sensory analysis of SS1

感官評價人員對SS2、SS3、SS4、SS5樣品的評定計算方法與SS1相同，評定結果在此省略。

圖1 15 位評價人員對5 組樣品原始評分PCA分析Fig. 1 PCA plot for sensory evaluation results of five groups of samples by fifteen panelists

PCA法是一種通過降維思想來篩選變量的方法[15]，采用PCA可以對15 位評價人員的評價結果進行降維和區分。由圖1可得，PC1貢獻率為83.49%，PC1與PC2貢獻率之和為95.19%。結果表明，4號、8號評價員可被明顯區分出來，其余13 位評價人員對樣品評價程度基本一致，因此在之后實驗分析中不再采用4號與8號評價員的評價結果。

2.1.3 市售烤羊肉樣品模糊評判結果

13 名評價人員對5 組市售烤羊肉樣品的模糊評定結果如表3所示，將表3中數據分別除以品評總次數39，得到5 個模糊評判矩陣Ri，結果見表4。

表3 13 名評價人員對烤羊肉的感官評定結果Table 3 Sensory evaluation of roast mutton by 13 selected panelists

表4 模糊評判矩陣（Ri）Table 4 Fuzzy judgment matrix (Ri)

續表4

采用矩陣乘法計算綜合隸屬度G及綜合評分W[16]，最終可得市售烤羊肉樣品的感官質量綜合評分，結果見表5。

表5 市售烤羊肉樣品的感官質量綜合評分Table 5 Comprehensive scores for sensory quality of roast mutton

SS4市售樣品得分大于8 分，可被認為屬于“優”級，其余4 個市售烤羊肉樣品得分為6.0～7.9 分，被認為屬于“好”級，這個結果與實際銷售中5 個清真餐廳烤肉的口碑及消費者偏好結果一致。因此，結合模糊數學的感官評價模型應用于烤羊肉產品是切實可行的。

2.2 VEE評價市售烤羊肉的結果

2.2.1 GC-MS檢測結果

經過GC-MS檢測分析后可以發現（表6），市售烤羊肉樣品中共檢測發現42 種揮發性物質，其中萜烯類物質12 種，醇類物質10 種，醛類物質7 種，醚類、酮類物質5 種，芳香類物質4 種，含硫含氮物質2 種，其他2 種。

羊肉中的主要成分如脂肪酸、氨基酸等，在高溫環境中發生劇烈氧化反應，分解成為脂肪醛、萜烯類等物質[17]。酚類、醚類物質的閾值整體較低，風味感知略強于脂肪烴類物質，對烤肉的整體風味貢獻低于萜烯類、醇類、醛類等物質。

萜烯類化合迄今為止已發現近3萬 種。蒎烯、苧萜、alpha-柏木烯、1-石竹烯等萜烯類物質具有兩個或兩個以上的雙鍵。萜類物質大多數是含氧衍生物[18]，據此又可分為萜醇、萜醛、萜酮、萜羧酸和萜酯等。

醇類物質主要來源于脂肪氧化，飽和醇的嗅覺閾值較高[19]，對烤肉的整體風味貢獻較小；1-辛烯-3-醇、4-萜烯醇（單萜烯醇）以及對異丙基苯甲醇（芳香醇）等不飽和醇類物質在烤羊肉中可被檢出。Ma等[20]發現一些不飽和醇類因具有蘑菇香氣而影響烤肉的肉品風味的形成。

醛類物質主要由脂肪氧化和降解、Strecter氨基酸反應產生的。作為常見的呈味醛類，糠醛、桃醛、反式-2-癸烯醛、苯甲醛（杏仁香）[21]、壬醛（玫瑰、柑橘香、強烈脂肪味）等在實驗中均可被檢測到。詹萍[22]在制備羊肉香精時發現對羊肉風味起較重要作用的物質包括Z-2-癸烯醛，并被其他學者認為是烤羊肉中香氣活性值（odour active values，OAVs）最高的物質；蘇里陽等[23]發現醛類物質會影響烤全羊冷藏復熱后肉中香氣品質。Zhan Ping等[24]采用偏最小二乘法判別分析（partial least squares discrimination analysis，PLS-DA）從25 個羊肉樣品中篩選14 種成分作為主要化學標記物，其中，糠醛、反式-2-癸烯醛、苯甲醛、壬醛（玫瑰、柑橘香、強烈脂肪味）等物質被認為是對羊肉的質量和可追溯性探究的重要對象。此外，在實驗中還檢測到了桃醛、對異丙基苯甲醛、棕櫚醛等醛類物質。張同剛等[25]認為醛類物質一般閾值很低，且被認為可能是組成手抓羊肉的特征風味物質。因此，醛類物質對烤羊肉的香氣成分有重要意義。

含硫含氮化合物是熟肉品最重要的風味物質[26]，在烤羊肉中檢測到了二甲基三硫和4-甲基-5-羥乙基噻唑，雜環化合物雖然含量較低但對產品的烤味貢獻顯著[25]。

2.2.2 烤羊肉的價值系數計算結果

依據表6 對烤羊肉中各風味物質的呈味能力[25,27-28]進行分類，大致分為Z1、Z2、Z3、Z44 組。其中Z1代表萜烯類和醇類；Z2代表醛類和含硫含氮化合物；Z3代表醚類和酮類；Z4代表芳香類和其他。

采用0～4評分法確定權重[29-30]，各方案的得分占總分數的百分比即為權重，結果見表7。具體評分標準為：非常重要的一方計4 分，另一方計0 分；較重要的一方計3 分，另一方則計1 分；兩者同等重要，則各得2 分；自身對比不得分。

依照式（3）將Z1、Z2、Z3、Z4組的含量分別乘以各自權重Xi后可得到每個樣品的加權得分W，并根據式（4）計算價值系數Fi。

表6 不同烤羊肉的揮發性物質GC-MS鑒定結果Table 6 Volatile compounds identi fied in different samples of roast mutton by GC-MS

表7 各風味成分的評分Table 7 Scores and weight of each fl avor component

由表8可知，由于不同烤羊肉樣品的工藝參數不同，添加使用的原料及香辛料也有區別，因此檢測所得的揮發性物質組成及含量有顯著差異，各樣品中Z1、Z2、Z3、Z4的功能得分也有明顯不同。其中，SS1樣品中的Z1類功能得分高達51.021，說明SS1的揮發性成分主要為萜烯類和醇類物質；SS2樣品中的Z2功能得分高達36.943，說明SS2中的醛類物質比其他樣品中含量更高；SS3樣品中的Z3的功能得分比其他樣品的得分高，但考慮到醚類、酮類等物質嗅覺感知要弱于Z1和Z2，因此可認為樣品SS3（7.488）和SS5（7.561）感官評分較低是由其Z1、Z2含量均較低造成的；同理，SS4因Z1、Z2的含量均較高、價值系數最高（26.18%）導致感官模糊評分最高（8.687）。

表8 5 組市售烤羊肉各揮發性組分的價值系數Table 8 Value coefficients of volatile components in five groups of roast mutton

2.3 評價模型指標與揮發性物質間PCA分析

一些含量較低或未被檢出的呈味物質會影響到感官評分及價值系數的計算，因此，在比較5 組市售烤羊肉產品品質時，將感官評分與價值系數進行相關性分析后可以全方位地對評價結果進行對比與分析。將由FSE中得到的最大隸屬度綜合評判“優10”、“好8”、“良6”、“中4”、“差2”的結果與從VEE得到的功能得分Z1、Z2、Z3、Z4結果一起進行主成分分析，探究模糊評判指標與功能得分、揮發性物質之間的相關性，結果見圖2。

圖2 評價模型指標與揮發性物質之間的相關性Fig. 2 Correlation between model indicators and volatile compounds

由PCA可知，PC1與PC2累計解釋64.45%的變量。SS1、SS4同位于圖形右側，與PC1呈正相關關系，SS2、SS5、SS3均與PC1呈負相關關系。其中，Z1與“優10”、“良6”之間呈正相關關系，Z2、Z4與“優10”同位于第一區間，Z3與“好8”、“良6”、“中4”同位于PC2負方向區域，因此可認為萜烯類、醇類、醛類等物質含量高是導致SS4、SS1得分、等級較高的主要原因，醚類和酮類物質含量較高可能是造成SS3質量等級模糊的原因。另外，SS4、SS2與評價等級“優10”距離最近且均與PC2呈正相關關系，SS1與評價等級“良6”的投影重合，SS3因與“中4”、“好8”的投影在同一組中導致質量評價等級可能更接近“良”，SS5到“差2”的投影間距離接近表示SS5的質量及接受程度可能是所有樣品中最弱的；因此，5 組市售烤羊肉的質量評價綜合排名為：SS4＞SS1＞SS2＞SS3＞SS5。

3 結 論

本實驗首先對5 組市售烤羊肉產品進行感官模糊評分并建立了FSE，發現感官評價人員對市售烤羊肉的接受度及偏好程度有明顯區別，基于FSE可以對不同樣品依據得分進行等級排序，發現5 組樣品綜合得分排序為SS4＞SS1＞SS2＞SS5＞SS3；對烤羊肉的風味物質種類和含量進行對比分析并建立了VEE，發現可以依據對烤羊肉風味的貢獻能力將烤羊肉不同組分揮發性物質分為4 個價值功能組分Z1（萜烯類和醇類）、Z2（醛類和含硫含氮化合物）、Z3（醚類和酮類）和Z4（芳香類和其他）。通過計算各組分價值系數將不同產品進行等級排序，結果發現SS4＞SS1＞SS2＞SS3＞SS5；FSE與VEE的結果大致相同，考慮到一些含量較低或未被檢出的呈味物質會影響到感官評分及價值系數的計算，因此，在探究不同加工條件、不同來源產品之間的區別時，將感官評分與價值系數進行相關性分析后可以對最終評價結果進行全方位對比與分析，以提高評價標準，結果發現，5 組市售烤羊肉樣品的質量評價綜合排名為：SS4＞SS1＞SS2＞SS3＞SS5，該結論與采用VEE的出的結論一致。VEE的建立可以一定程度彌補FSE帶來的邊界模糊不足，兩者連用可以提高對烤羊肉產品品質檢測的靈敏度。