基于模糊數學感官評價法對紅棗核桃粹配方的優化

陳樹俊，吳夢月

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

核桃（Juglans regia L.）又名萬歲子，胡桃，羌桃等[1]，營養價值極高，其中蛋白質含量14%～17%，包含8 種人體必需氨基酸[2-3]；核桃仁中油脂含量60%～70%，且以不飽和脂肪酸為主，含有豐富的亞油酸、亞麻酸。除此之外還含有豐富的維生素，鉻、鋅、硒等微量元素和角鯊烯、黃酮、胡蘿卜素等微量成分[4]，具有健腦益智、防治心血管疾病[5]、輔助降糖降脂[6]、抗氧化[7]和防癌[8-9]等作用。而傳統中醫認為核桃性溫、味甘、無毒，有健胃、補血、潤肺、養神等功效[10]。棗是我國傳統藥食兼用果品，營養成分豐富且全面[11]，被人們譽為“百果之王”。紅棗中豐富的營養成分對體力虛乏、貧血等癥狀有補血益氣之功效。此外，紅棗還具有抗癌[12]、抗過敏[13]、養肝護肝[14]、安神益氣和降血脂[15-16]等作用。目前，關于核桃的產品主要有原核桃、核桃粉[17-18]、核桃油[19]、核桃露、核桃乳[20]以及棗夾核桃、琥珀桃仁等休閑食品；關于紅棗的產品主要有干制紅棗、蜜棗、棗泥、棗汁、棗酒[21]、紅棗乳飲品[22]等，還出現了脆棗片等新型棗產品。但是紅棗核桃相結合產品除棗夾核桃、臺灣南棗核桃糕以外，鮮有其他產品出現。

真空冷凍干燥在低溫低壓條件除去物料水分，盡可能保持物料原有色、香、味及形態，是保留食品品質較好的干燥方式[23]。近年來，果蔬脆片等凍干零食悄然進入市場，因其較好的保留了果蔬營養成分及色香味等特點，深受年輕人群喜愛[24]。本試驗采用真空冷凍干燥技術，以核桃、紅棗、藕粉、紅豆沙等為原料，研制補血益氣、營養全面的紅棗核桃粹休閑食品，并采用模糊數學綜合感官評價對紅棗核桃進行感官評價，確定最佳配方。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

紅棗：陜西北方谷雨特產食品有限公司；核桃：汾陽市迅達土特產品有限責任公司；佳一粒紅糖：廣東中輕糖業集團；展藝水洗紅豆沙：寶清縣廣晟農產品有限公司；藕粉、枸杞：市購。

HHS-21-4 電熱恒溫水浴鍋：上海博訊事業有限公司醫療設備廠；ACS-15 型電子臺秤：長治市青鸞衡器有限公司；TFDS25 型食品真空冷凍干燥機：煙臺中孚冷鏈設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紅棗核桃粹工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 紅棗切丁復水

挑選無蟲眼干制紅棗，清洗去核，切成約6 mm×8 mm 棗粒。20%糖液浸泡棗粒，使紅棗充分吸水溶脹避免凍干之后口感過硬，料液比1 ∶4（g/mL），復水溫度60 ℃，水浴40 min。棗粒復水前后質量比為1 ∶2。

1.2.2.2 藕粉沖調

確稱取藕粉于燒杯中，加入少量涼水，使藕粉充分溶解后加入沸水，立即攪拌均勻。沖調成功的藕粉糊透明且無結塊現象、有一定黏性、流動性良好。準確稱取紅糖，少量熱水溶解后加入沖調好的藕粉中，稱取一定質量紅豆沙與藕粉糊中，并加水到所需質量，攪拌均勻，并測其可溶性固形物，得到液體物料備用。

1.2.2.3 灌裝入模

實驗室自制模具，準確稱取固體物料和液體物料，按一定比例加入模具中，使液體物料充分包裹固體物料。

1.2.2.4 預凍

將灌裝后的模具放于物料托盤，-40 ℃冷凍12 h。

1.2.2.5 冷凍干燥

凍干曲線如圖1 所示。在凍干過程中維持冷阱溫度-45 ℃、干燥倉內真空度保持10 Pa 左右。升華干燥階段，隨加熱板溫度升高物料溫度緩慢升高，在9 h 左右達到0 ℃，此時升華干燥基本結束。加熱板溫度繼續升高至60 ℃，物料溫度明顯升高并在15 h 后與加熱板溫度基本保持一致，至此紅棗核桃粹真空冷凍干燥過程基本結束。

圖1 紅棗核桃粹凍干曲線Fig.1 The freeze-dried curve of Jujube walnut crisp

1.2.3 紅棗核桃粹液體物料配方優化試驗

1.2.3.1 單因素試驗

藕粉、紅豆沙不同添加量不僅影響口感而且對液體物料流動性有一定影響，從而影響最終產品形態，因此需要研究不同添加量對液體物料感官影響。選取藕粉含量為1%、3%、5%、7%、9%，紅糖含量為1%、2%、3%、4%、5%，及紅豆沙含量為10%、20%、30%、40%、50%，初始含量分別藕粉添加量3%、紅糖含量4%、紅豆沙含量40%進行單因素試驗，液體物料感官評價標準見表2。

1.2.3.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇藕粉（A）、紅糖（B）、紅豆沙（C）的含量3 個因素進行正交試驗，各因素水平見表1。

表1 液體物料配方正交試驗因素表Table 1 The orthogonal test factor table of liquid material formula

1.2.3.3 液體物料感官評價

液體物料感官評價標準見表2。

表2 液體物料感官評價標準Table 2 The sensory evaluation of liquid material

根據表2 標準對液體物料的流動性、風味、冷凍干燥后的酥脆度及出模情況進行評價，以確定最適宜配方。

1.2.4 紅棗核桃粹配方優化及模糊數學感官評價

1.2.4.1 感官評價標準的確立

選擇10 名感官品評員，根據GB/T16291.1-2012《感官分析——選拔、培訓與管理評價員一般導則》進行感官評價培訓，評價環境依照GB/T 13868-2009《感官分析——環境建立感官分析實驗室的一般導則》中的要求設置。感官品評員參照紅棗核桃粹感官評分標準進行評價，樣品評價前24 h 禁止抽煙、喝酒、不食辛辣食物，下個樣品評價前清水漱口，獨立品評后對數據進行分析。紅棗核桃粹感官評價標準見表3。

1.2.4.2 模糊數學模型的建立

1）紅棗核桃粹因素集和評價集的確立

最能反映食品感官品質的一組評價指標的集合稱為感官評定論域，也稱感官評定因素集[25]。在本試驗中建立紅棗核桃粹感官評價因素集 U={u1，u2，u3，u4，u5}，其中 u1～u5分別代表紅棗與核桃比例、風味、酥脆度、甜度和組織狀態5 個因素。

表3 紅棗核桃粹感官評價標準Table 3 The sensory evaluation of jujube walnut crisp

評價集又稱感官評價評語論域，是感官品評員對評價因素反饋信息的集合，即需要評定的等級或分數等[26]。在本試驗中建立紅棗核桃粹感官評價集V={v1，v2，v3，v4}，其中 v1～v4分別代表優、良、中、差 4 個等級，即 V={優，良，中，差}={4，3，2，1}。

在本試驗中評價對象集Y 為紅棗核桃粹配方優化正交試驗中 9 組試驗對象，即 Y={y1，y2，y3，y4，y5，y6，y7，y8，y9}。

2）評價權重集的確立

在感官評價時，各因素的權重分配對模糊評價結果有直接影響，權重分配的科學性與評價結果的準確性、科學性與客觀性息息相關[27]。請5 位專業品評人員根據經驗及結果給出紅棗核桃粹的權重模糊子集X={x1，x2，x3，x4，x5}的隸屬度，其中 xi 表示各感官評價因素在整體品評中的重要程度，隸屬度的范圍在0～1 之間，0 表示不重要，1 表示十分重要，數值保留兩位小數。對數據進行歸一化處理，取平均值得到模糊權重集 A={a1，a2，a3，a4，a5}。

3）模糊關系綜合評價集

根據模糊關系原理，將評價權重集A 和模糊關系矩陣R 相乘得到模糊關系綜合評價集Y，即Y=A×R。將感官評價等級優、良、中、差分別賦予等級值為4、3、2、1，模糊關系綜合評價集Y 和等級值對應相乘再求和得到每個樣品感官評價等級。

1.2.4.3 紅棗核桃粹配方優化—單因素試驗

固體物料的增加可以豐富產品的口感層次，提高紅棗核桃粹的感官品質。控制每模樣品中核桃含量為2 g、枸杞 2 粒，以考察不同紅棗粒含量（2、3、4、5、6 g）對紅棗核桃粹感官品質的影響。控制紅棗粒含量為3 g、枸杞 2 粒，添加不同含量核桃（0.5、1、1.5、2、2.5 g）；選擇紅棗含量 3 g、核桃 2 g，添加不同含量枸杞（0、1、2、3、4 粒），分別考察不同核桃、枸杞含量對紅棗核桃粹感官品質的影響。

1.2.4.4 紅棗核桃粹配方優化—正交試驗

在單因素實驗結果基礎上，選擇紅棗含量（D）、核桃含量（E）、枸杞含量（F）進行正交試驗，正交各因素水平見表4。

表4 紅棗核桃粹正交試驗因素水平表Table 4 The orthogonal test factor table of jujube walnut crisp

1.3 數據處理

本試驗每組重復3 次，數據以平均值表示，制圖采用Origin 6.0 繪制，正交設計與分析采用正交助手。

2 結果與分析

2.1 紅棗核桃粹液體物料配方優化試驗結果

2.1.1 單因素試驗結果分析

2.1.1.1 藕粉含量對液體物料感官品質的影響

在其他成分含量確定的前提下，藕粉含量對紅棗核桃粹液體物料感官品質影響如圖2 所示。

圖2 藕粉含量對液體物料感官品質的影響Fig.2 Effect of the content of lotus root starch on the sensory quality of liquid materials

當藕粉含量為3%時感官評分最高，此時液體物料流動性良好，凍干后口感酥脆，無粘牙現象。藕粉含量過高時，液體物料較黏稠，不易灌裝入模，凍干后有粘牙現象。因此選擇藕粉含量3%為單因素最佳結果。

2.1.1.2 紅糖含量對液體物料感官品質的影響

在其他成分含量確定的前提下，紅糖含量對紅棗核桃粹液體物料感官品質影響如圖3 所示。

圖3 紅糖含量對液體物料感官品質的影響Fig.3 Effect of the content of brown sugar on the sensory quality of liquid materials

當紅糖含量為4%時，液體物料感官評分最高，此時甜度適中，具有紅糖特有濃郁風味。紅糖含量低時，甜度較低，紅糖風味平淡；紅糖含量過高時口感甜膩，紅糖風味過于濃厚，會遮蓋藕粉和豆沙香味。因此選擇紅糖含量4%為單因素試驗最佳結果。

2.1.1.3 紅豆沙含量對液體物料感官品質的影響

在其他成分含量確定的前提下，紅豆沙含量對紅棗核桃粹液體物料感官品質影響如圖4 所示。

圖4 紅豆沙含量對液體物料感官品質的影響Fig.4 Effect of the content of red bean paste on the sensory quality of liquid materials

當紅豆沙含量為40%時，感官評分最高，此時液體物料具有紅豆沙特有香甜滋味，口感協調。紅豆沙含量過低時，豆沙風味平淡，含量過高時會增加液體物料整體甜度，因此選擇紅豆沙含量40%為單因素最佳結果。

2.1.2 正交試驗結果分析

液體物料感官評價正交試驗結果見表5。

由表5 可知，A、B、C 三因素的 R 值分別為 7.44、3.78 和3.00，即對液體物料的感官評分A 因素影響最高，B 次之，C 最低；紅棗核桃粹液體物料最佳配方為A2B1C1，即藕粉含量3 %、紅糖含量3 %、紅豆沙含量30%。經試驗驗證，最佳配方感官評分為88.67。

表5 正交試驗結果Table 5 The result of orthogonal experiments

2.2 紅棗核桃粹配方優化及模糊數學感官評價結果分析

2.2.1 感官評價

10 位感官品評員按表3 中標準對單因素條件1下，即紅棗含量2 g、核桃含量2 g、枸杞2 粒，制作的紅棗核桃粹進行感官評價，結果見表6，對結果進行歸一化處理得到模糊關系矩陣R 單1。同樣方法得到其他條件下模糊數學矩陣。

表6 單因素條件1 品評結果Table 6 The evaluation result of single factor condition 1

2.2.2 評價權重集

由表7 可知紅棗核桃粹的評價權重集A={0.23，0.29，0.17，0.18，0.13}，權重結果為風味＞紅棗與核桃比例＞甜度＞酥脆度＞組織狀態。

表7 權重分配結果Table 7 The result of weight distribution

2.2.3 模糊關系綜合評價模型

以單因素條件1 為例，按模糊關系原理得到單因素1 的模糊關系綜合評價模型Y單1。經過計算得單因素1 的感官等級為2.646，介于良與中之間，更偏向良。同樣方法可得到其它樣品的感官等級。

2.2.4 紅棗核桃粹配方優化—單因素試驗結果分析

2.2.4.1 紅棗含量對紅棗核桃粹感官質量的影響

在其他成分含量確定的前提下，紅棗含量對紅棗核桃粹感官品質影響如圖5 所示。

當濕紅棗粒含量為3 g 樣品感官等級最高，此時紅棗與核桃比例較為合適，整體甜度適中。當紅棗含量逐漸增加，樣品感官等級逐漸降低。這是因為紅棗含量的增加破壞了紅棗與核桃的比例，使得紅棗香味突出，掩蓋核桃、紅糖等其他物料的特有香氣，口感協調度降低；紅棗中含糖量較高，紅棗含量的增加也使樣品整體甜度過高，口感較差，因此選擇紅棗含量3 g為單因素最佳結果。

圖5 紅棗含量對紅棗核桃粹感官品質的影響Fig.5 The effect of jujube content on the sensible quality of jujube walnut crisp

2.2.4.2 核桃含量對紅棗核桃粹感官質量的影響

在其他成分含量確定的前提下，核桃含量對紅棗核桃粹感官品質影響如圖6 所示。

圖6 核桃含量對紅棗核桃粹感官品質的影響Fig.6 The effect of walnut content on the sensible quality of jujube walnut crisp

當核桃含量為2 g 時樣品的感官等級最高為3.42，介于優良之間，此時紅棗與核桃比例適中，口感協調。當核桃含量由0.5 g 逐漸增加到2 g 時，樣品感官等級也隨之升高，這可能是由于核桃味道較為清淡，含量較低時易被紅棗、紅糖等具有濃郁風味物料遮掩其清甜口感。當核桃含量高于2 g 時，樣品感官等級降低，這是因為核桃仁皮口感苦澀，核桃含量高時苦澀口感逐漸凸顯，降低口感協調度，因此選擇核桃含量2 g 為單因素最佳結果。

2.2.4.3 枸杞含量對紅棗核桃粹感官質量的影響

在其他成分含量確定的前提下，枸杞含量對紅棗核桃粹感官品質影響如圖7 所示。

圖7 枸杞含量對紅棗核桃粹感官品質的影響Fig.7 The effect of medlar content on the sensible quality of jujube walnut crisp

當枸杞含量由0 逐漸增加時，樣品感官等級隨之增加，枸杞含量為2 粒使感官等級最高為3.49。枸杞的加入使樣品口感層次更為豐富，具有枸杞甘甜之感，且色澤宜人。當枸杞含量高于2 粒時，感官等級略有下降，綜合考慮產品感官品質及成本，選擇枸杞含量2粒為單因素最佳結果。

2.2.5 紅棗核桃粹配方優化—正交試驗結果分析

2.2.5.1 模糊評價結果

10 位經過培訓的品評員從紅棗與核桃比例、風味、酥脆度、甜度和組織狀態5 個方面對每個樣品進行評價，評價結果見表8。

表8 感官評價結果Table 8 The result of sensory evaluation

2.2.5.2 模糊關系矩陣及模糊關系綜合評價結果

對感官評價結果進行歸一化處理，得到9 組試驗的模糊關系矩陣。

根據模糊關系原理得到每組樣品模糊關系綜合評價集（Yi=A·Ri），結果見表9。

表9 模糊數學綜合評價結果Table 9 Fuzzy mathematics comprehensive evaluation results

2.2.5.3 基于模糊數學感官評價的正交試驗結果分析

按2.4.2.3 中方法計算感官等級，作為正交試驗結果，見表10。

由表中數據可得影響紅棗核桃粹感官評價的主次因素依次為D＞E＞F，即紅棗含量＞核桃含量＞枸杞含量。紅棗核桃粹最優配方條件為D3E1F2，即紅棗含量4 g、核桃含量 1.5 g、枸杞 2 粒。

表10 紅棗核桃粹正交試驗結果Table 10 The result of orthogonal experiments

在此條件下進行驗證試驗，得到紅棗核桃粹樣品感官等級為3.86，這時樣品紅棗與核桃比例適中、具有食材特有香氣，酥脆可口、甜度適宜，口感協調，出模樣品形態較為完整，基本無破損現象。

3 結論

隨著人們消費水平的提高，休閑食品逐漸普及，并且人們開始追求更健康、更具功能性、營養豐富的食品。真空凍干食品能最大限度保存食物營養，食物充分脫水后更便于儲藏，近年來凍干果蔬食品逐漸在市場上活躍起來，因其滿足消費者對健康、方便的需求而備受喜愛。本試驗以核桃、紅棗、藕粉等為原料，采用真空冷凍干燥技術研制滿足消費族需求的補血益氣、營養豐富的紅棗核桃粹休閑食品，并采用模糊數學感官評價對紅棗核桃粹配方進行優化。結果顯示藕粉含量3%、紅豆沙含量30%、紅糖含量3%時液體物料感官評分最高；每模樣品中濕棗粒4 g、核桃1.5 g、枸杞2 粒時，紅棗核桃粹感官等級最高，此時紅棗核桃粹具有食材特有香氣，酥脆可口、甜度適宜，樣品形態較為完整，基本無破損現象。