基于模糊數學與感官質構分析建立鮮涼皮食用品質評價標準

林致通，張東霞，雷雯，黃思雨，鐘耕

(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)

涼皮歷史久遠，是我國廣受歡迎的傳統食品之一[1]。我國北方用小麥淀粉、木薯淀粉等原料制作的涼皮，稱為面皮；南方用土豆淀粉、豌豆淀粉等原料制作的涼皮，稱為米皮或粉皮[2]。根據標準[3]，該類產品均歸為涼皮類。目前，市場上已有鮮涼皮、速食干涼皮和冷藏保鮮涼皮等產品，但關于涼皮工業化及標準化加工生產技術方法的系統研究較少，其品質好壞無統一評價標準。大多數關于涼皮的品質評價只能通過感官評定，即以色澤、表觀狀態、口感、韌性、黏性和味道評價為主[1,4]，但感官評價會因人為因素而出現較大的誤差，且多以文字表達為主，量化、標準化不足。因此，為適應工業化生產，開展對涼皮感官評價標準化的研究工作，對改善涼皮工業化生產進度滯后的局面[5]具有積極意義。

模糊數學是研究和處理模糊性現象的一種數學理論和方法[6]，其發展的主流是在應用方面。模糊數學感官綜合評價(comprehensive evaluation of fuzzy mathematics senses,CEFMS)法，是通過模糊數學評價和分析對無法明確評價的食物進行邏輯思維系統分析從而進行評判的方法。目前已有利用模糊數學綜合感官評價法評價山楂干[7]、茶酒[8]、啤酒[9]等產品的報道。劉莉[10]通過試驗證明，模糊數學感官綜合評價法評價食品感官比傳統百分制總分法更符合客觀認知規律，為感官品質數據化提供了理論支撐。

主成分分析(principal components analysis，PCA)法根據原始變量之間的相關性，利用少量變量代替多個變量大部分信息，來實現降維，再根據各變量的特征值貢獻率計算權重，結合特征向量構建評價模型的方法[11]。目前已有ZHANG等[12]利用PCA法對河豚的感官品質進行綜合評價，篩選理化核心評價指標；DEVER等[13]使用PCA法對甜櫻桃品質的感官評價指標進行了確定；BUDICLETO等[14]通過PCA法對克羅地亞紅酒的感官及理化指標進行了綜合分析。以PCA法篩選可評價感官品質的主要理化指標，為食品感官品質聯合理化指標建立標準提供數據支撐。

將傳統感官評價結合模糊數學，可將人為因素所致誤差降低；PCA法將多種理化參數降維，僅留下核心指標，以便與感官品質進行綜合分析。本實驗以6種不同淀粉為原料，將感官評價、質構參數、色澤等作為評價指標，以模糊數學綜合評價法、主成分分析法處理鮮涼皮品質感官分數及理化參數，將涼皮產品感官品質與理化參數進行結合并建立模型。此種方法還未見報道，實驗結果可為涼皮品質評價體系標準化及工業生產標準化提供支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

小麥淀粉,河南衛輝市康迪粉業有限公司；玉米淀粉,河北玉鋒實業集團有限公司；土豆淀粉,北京好麗宇工貿有限公司；木薯淀粉,泰國曼谷五葉牌木薯淀粉；芭蕉芋淀粉,貴州興義市余江芭蕉芋淀粉廠；豌豆淀粉,山東煙臺雙塔食品股份有限公司；以上樣品均為食品級。直鏈淀粉標準品、支鏈淀粉標準品,北京索萊寶科技有限公司；涼皮,市售(西南大學學生食堂、永輝超市北碚天生橋店及小吃店)。

1.2 儀器與設備

TA-XT2i質構分析儀，英國 stablesystem 公司；RVA-S/N 2143233-TMB快速黏度測定儀，瑞典Perten儀器有限公司；Ultrascan PRO色差儀，亨特立聯合實驗室有限公司；UV-G020紫外分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 涼皮制作工藝

選取玉米、小麥、豌豆、木薯、芭蕉芋、土豆淀粉進行涼皮制作。將一定量的淀粉(以干基計)與水調制成質量分數為50%(下同)的淀粉乳。將干凈的涼皮羅底部均勻刷上少量食用油，倒入適量的淀粉乳均勻分散。將涼皮羅放入沸水中，加蓋，加熱90 s后取出，放入涼水中冷卻至室溫。將涼皮從羅內揭下，表面刷油防止粘連，即完成鮮涼皮的制作。后續的測定在1～2 h內進行。

1.3.2 支、直鏈淀粉測定

參照顧娟[15]使用的雙波長法并作出適當修改，測定6種淀粉的支、直鏈淀粉含量，方法如下：

將標準溶液稀釋為質量濃度0、2、6、10、14、18、22、26 μg/mL的系列直鏈淀粉標準溶液。以同樣的方法制備支鏈淀粉標準溶液，但考慮實際樣品中支鏈淀粉含量較高，系列標準溶液配制為0、20、40、60、80、90、100 μg/mL的梯度標準溶液。選適宜濃度進行雙波長法測定，用作圖法獲得支、直鏈淀粉測定波長及參比波長。

分別稱取各種經脫脂的樣品0.100 g左右，加入10 mL摩爾濃度為1 mol/L NaOH溶液，放入沸水浴至溶解；稍冷卻后用HCl調節pH至3.5左右，在測定液中加入0.5 mL碘試劑，將空白液及測定液定容至50 mL，搖勻后靜置20 min；以空白液為對照進行測定，對照標準曲線進行計算。

1.3.3 質構特性測定

淀粉凝膠硬度測試：將淀粉配制成質量濃度為60 g/L的淀粉乳于燒杯中，攪拌均勻至無結塊殘留，將燒杯置于沸水浴中加熱并不停攪拌30 min，趁熱將淀粉糊倒入質構杯中，冷卻至室溫后置于4 ℃冰箱冷藏24 h后取出，用凝膠模式進行測定[16]。

全質構測試：涼皮樣品切為1 cm×1 cm的塊狀，厚度控制在1 mm。測試用P/36 R型探頭，測試為壓力測試并略作修改[17]。參數設置為：TPA模式；測試前速度：0.1 mm/s；測試速度：0.1 mm/s；測試后速度：0.1 mm/s；2次壓縮時間間隔：5.0 s，受壓形變：30%，觸發力：20 g。

黏度測試：涼皮樣品切為3 cm×3 cm的塊狀，厚度控制在1 mm。測試用P/0.5 S型探頭，測試為黏度測試。質構參數為：測試前速度：1 mm/s；測試速度：1 mm/s；測試后速度：1 mm/s；受壓形變：30%；觸發力：20 g。每塊涼皮上隨機選擇5個點進行測試。

1.3.4 淀粉成糊性質測定

稱取一定量的6種淀粉(以干基計)于RVA專用鋁盒內，加入水定量到28 g，配制質量濃度為60 g/L淀粉乳，將樣品攪拌均勻，用快速黏度儀(rapid visco analyzer, RVA)測定[18]。使用standard 1程序，每種淀粉測3次。

1.3.5 涼皮色差測定

用HunterLab ultrascan型色度儀測定涼皮的色澤，將涼皮置于色度儀開口測試頭進行涼皮的色澤測定[19]，在對角線上隨機取3個點進行測定，結果取平均值。用L、a、b色空間法來表示色澤，值越高表示顏色越紅；b*值表示藍-黃值，值越高表示顏色越黃[20]。樣品的白值(WI)按照公式(1)計算：

(1)

1.3.6 涼皮感官評價

根據地方標準[2]及相關文獻[3-5]中的感官評價標準，制定出鮮涼皮感官評價標準。請10位實驗室人員學習地方標準[2]中鮮涼皮評價術語，并以市售涼皮進行打分評價練習，在正式評價前1 h不抽煙、不進食、不使用含有氣味的化妝品，取適量試樣置于白瓷盤中，在自然光下觀察色澤和雜質，品嘗結束后，用溫水漱口，再進行下一個樣品的品嘗。鮮涼皮樣品按表1的評價標準對不同涼皮樣品的色澤、表觀狀態、口感、韌性、黏性、味道進行單獨打分。

表1 鮮涼皮感官評價標準

1.3.7 模糊數學與感官評價

模糊數學由美國控制論專家L.A.扎德教授所創立，其基本思想是集合論，通過特定的隸屬函數關系來計算確定一個評價對象對一定等級的隸屬度，其核心思想是利用各個評價參數之間的不確定性替代數學假設基礎上的解析關系，選擇評價參數后，對要評價的對象進行綜合評價的一種方法[21]。

模糊數學感官綜合評價法，是通過模糊數學評價和分析對無法明確評價的食物進行邏輯思維系統分析從而進行評判的方法，它可對不同屬性進行定量化和數學化加以描述和處理，構建一個反應其本質特征和動態過程的理想化評價模式來對產品的感官特性做出科學合理客觀的評價。其優勢在于可以判斷評價對象對某一類別的隸屬度，并確定類別，使感官評價項目與儀器數據的類別能夠相對應。計算出每個項目的權重，使主觀評價帶來的誤差減小，便于進行下一步的綜合數據處理。模糊數學在食品中感官數據化的應用非常廣泛、算法多樣，能夠滿足不同數據處理的數學需求，因此模糊數學是食品感官品質研究中的重要工具。主要步驟如下：

評價因素集U是指產品的感官質量的構成因素的集合，根據上述6項指標，形成涼皮的評價因素集：U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，其中，u1～u6分別代表本研究中色澤、表觀狀態、口感、韌性、黏性和味道6個指標。將由木薯淀粉、芭蕉芋、豌豆、玉米、小麥、土豆淀粉做成的涼皮作為試驗評價對象，構成評價對象集：Y={y1,y2,y3,y4,y5,y6}，其中，y1～y6分別代表6種淀粉做成的涼皮。

關于資料的規定：按照股份公司SEC管理辦法規定，油田分公司需要按照采油廠、油氣田、評估單元準備靜態、動態、經濟、開發鉆井計劃等資料，并對提交資料進行初審之后提交股份公司審查，總部相關部門組織勘探、開發、經濟等相關專家對油田分公司提交的資料進行審查和驗收。

請10位評價員采用二元對比法確定各指標的權重，各指標兩兩比較，其中主要指標記1分，次要指標記0分，指標自身比較記1分，某指標的得分與其他指標的總分之比即為某指標的權重。

權重集A是指產品感官質量構成因素分別占權重大小的合集，根據表1指標，形成涼皮評價項目權重集：A={a1,a2,a3,a4,a5,a6}。評價等級集V為對前述每個因素的評價，可以是一組定性形容詞的集合：V={v1,v2,v3,v4,v5}，本研究中的v1～v5分別代表單項評價分1～5分。

1.4 數據處理

基礎數據處理、顯著性差異分析及相關性分析使用EXCEL 2010和IBM SPSS 23軟件。

2 結果與分析

2.1 支、直鏈淀粉含量與凝膠強度

測定直鏈淀粉擬合方程為：y=0.024 4x-0.012 3,R2=0.998 4；支鏈淀粉擬合方程為：y=0.006 8x-0.014 2,R2=0.999。在前人[23]的研究中，淀粉中直鏈淀粉含量及支、直鏈比與淀粉形成的凝膠強度有顯著性關系。

淀粉經糊化后，冷卻形成具有一定剛性度和彈性的凝膠，淀粉凝膠的硬度、彈性等質地特性對其加工性能和產品質量具有較大影響[16],涼皮屬于凝膠短程老化產品，鮮涼皮在常溫下放置24 h后會嚴重老化，質地變硬[24]。通過對短期老化凝膠硬度的測定可反映不同淀粉制作的涼皮凝膠強度不同。6種淀粉的支、直鏈含量及凝膠硬度如表2所示。

由表2可見，木薯、土豆、芭蕉芋和玉米淀粉支直鏈比最大，小麥和豌豆淀粉支直鏈比較小。豌豆和芭蕉芋淀粉凝膠硬度最高，其次是小麥、土豆和玉米淀粉凝膠，木薯淀粉凝膠硬度最小。

將淀粉凝膠硬度與支、直鏈含量進行相關性分析，如表3所示。

表2 6種淀粉支直鏈比及凝膠強度

注：不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)(下同)

表3 支直鏈含量與凝膠強度相關性

注：**代表差異極顯著(P<0.01)

由表3可見，凝膠硬度與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關；與支鏈含量成極顯著負相關；與支、直鏈比呈極顯著負相關。有研究發現[25]，直鏈淀粉易于回生并形成堅韌的凝膠；另一方面，支鏈淀粉更穩定，形成柔軟的凝膠。在淀粉糊冷卻形成凝膠網絡時，直鏈淀粉含量是影響凝膠強度的主要因素。直鏈淀粉有利于網狀結構的形成，而支鏈淀粉有利于層狀結構的形成，有序良好的網狀結構能夠顯著提升凝膠硬度。故通常直鏈淀粉含量與凝膠強度呈正相關，支鏈淀粉含量與凝膠強度呈反相關[26]。

2.2 涼皮質構結果

TPA測試所得部分參數能準確地反映感官特征[27]。有研究發現，感官評價的咀嚼性、韌性、黏性與儀器測定的硬度、內聚性、咀嚼性等參數有很高的相關性[28]。涼皮全質構測定結果如表4所示。

TPA測定所得的硬度、彈性、咀嚼性分別代表了牙齒擠壓樣品的力量[17]，樣品恢復形變的比率，咀嚼樣品所需要的能量[29]，豌豆涼皮的硬度最高，木薯涼皮硬度最低；小麥涼皮彈性最高，木薯涼皮彈性最低；豌豆涼皮咀嚼性最高，木薯涼皮咀嚼性最低。根據CAO等[30]的研究，小麥淀粉的直鏈淀粉含量與面條硬度、彈性、咀嚼性、黏聚性均呈顯著負相關。黏性代表了克服食品表面同其他物質表面接觸之間的吸引力所需要的能量[31]，在表4中，木薯涼皮黏性最大，豌豆涼皮黏性最小。以上數據的相對大小與感官評價結果基本相符，證明質構參數值能夠在一定程度上反映食品感官特征。

表4 六種淀粉制作鮮涼皮全質構結果

2.3 淀粉糊化性質

用RVA測定6種淀粉的糊化特性指標參數，具體參數結果如表5所示。

表5 六種淀粉糊化性質

峰值黏度反映淀粉糊化升溫過程中淀粉顆粒膨脹程度[32]。由表5可知，土豆淀粉峰值黏度最大，小麥淀粉峰值黏度最小。回生值反映淀粉冷糊穩定性和老化趨勢，一定程度的回生使淀粉凝膠硬度增加，對韌性的形成有良好的貢獻，芭蕉芋淀粉回生值最高，玉米淀粉回生值最低。崩解值反應淀粉的熱糊穩定性，結果顯示芭蕉芋、土豆淀粉的崩解值較大，豌豆、小麥、玉米淀粉崩解值較小，說明芭蕉芋、土豆淀粉熱糊穩定性較差，豌豆、小麥、玉米淀粉熱糊穩定性較好[33]。

由表5可以觀察到不同淀粉的峰值、谷值和終值黏度之間的差異，其中土豆和芭蕉芋淀粉糊化后黏度最大；小麥、玉米和豌豆淀粉的黏度相對較小。根據表2，小麥、玉米和豌豆淀粉的直鏈淀粉含量相對更高，可推測支鏈淀粉較多時，淀粉糊的黏度將較高[34]。淀粉的糊化特性還可能受到直鏈淀粉和支鏈淀粉的支鏈含量及分布的影響[35]。支鏈淀粉有助于淀粉顆粒的膨脹和糊化，而直鏈淀粉和脂質抑制膨脹[36]。

淀粉的糊化性能表示了淀粉顆粒在加熱和冷卻過程中吸水膨脹及冷卻重排的難易程度及過程，尤其冷糊穩定性與淀粉形成的凝膠質構有直接關系。在淀粉糊冷卻形成凝膠時，淀粉分子之間的作用力大于氫鍵，該作用力越強，形成的凝膠強度也就越大，形成凝膠的質構性質就會有所不同[37]。通過相關性分析，峰值和終值黏度與淀粉凝膠的硬度、彈性、黏性和咀嚼性有顯著的相關性。峰值和終值黏度與硬度呈反相關，與黏性、彈性和咀嚼性呈正相關。

2.4 涼皮色差測定

6種淀粉制成涼皮色差及WI如表6所示

表6 六種鮮淀粉涼皮色差測定

由表6可知，小麥的WI是最大的，豌豆與玉米淀粉WI僅次于小麥，而木薯淀粉偏黃，WI最小。在標準中[2]，涼皮的色澤應呈白色或淡黃色，色澤均勻一致。其中，玉米、豌豆和芭蕉芋淀粉所做涼皮色澤最接近小麥涼皮。

2.5 涼皮感官得分

根據10位評價員的評價結果，采用二元對比法確定各指標權重[39]，將結果進行歸一化,得到各評價指標所占權重比例為：色澤占0.14；表觀占0.22；口感占0.22；韌性占0.19；黏性占0.15；味道占0.08。得到權重集A：

A={0.14,0.22,0.22,0.19,0.15,0.08}

(2)

對6種淀粉做的涼皮打分結果如表7所示。

表7 六種淀粉鮮涼皮感官打分 單位：分

所得分數以小麥涼皮為例：

根據所得到的感官評價打分，可以得到矩陣R1：

(3)

(4)

依據模糊變換原理[39]：B=A·R，第1號樣品的綜合評價結果為：

B1=A·R1

(5)

(6)

將B1與T進行相乘賦值，得到T1=91.66分。

其余幾種淀粉評分操作與此相同，得到分數分別為：小麥91.66分、土豆77.29分、豌豆82.76分、木薯79.4分、芭蕉芋85分、玉米77.87分。由此可見，小麥淀粉得分最高，芭蕉芋和豌豆淀粉做出的涼皮得分較好，而木薯、玉米和土豆所做涼皮評分較低。

2.6 涼皮感官數據化評價標準

涼皮的質量品質與原料淀粉的多項品質指標有關。為了降低評價人員在感官評價時因人為因素帶來的實驗誤差[40]。除了感官評分以外，本實驗還測定了涼皮質構指標、糊化性質等，將所有數據用SPSS軟件進行相關性置信分析，得到一個相關置信矩陣，矩陣中相關性>0.5的參數才能進行主成分分析，17個指標在經過相關性分析后，僅有12個指標滿足要求進行主成分分析。X1～X12分別表示感官評分、WI、直鏈淀粉含量、峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回生值、硬度、黏性、彈性、咀嚼性。如果質量標準量綱不同[5]，會對分析結果造成較大影響，故先將指標數據進行標準化[41]，從而消除量綱的影響，標準化后的數據如表8所示。

用主成分分析法對6種淀粉進行綜合評價，保留原有指標大多數信息[20]。

通過因子分析得到KMO值為0.653，Bartlett球形度檢驗P<0.001。涼皮整體品質指標主成分特征值、貢獻率、累積貢獻率見表9所示。

由表9可知，前3個主成分的特征值均>1，貢獻率累積達到92.982%，故選取前3個主成分進行分析。各指標特征旋轉向量見表10所示。

表8 六種鮮涼皮整體品質參數標準化

表9 鮮涼皮品質參數主成分分析

表10 涼皮品質參數正交旋轉因子載荷

可見主成分1主要為感官評價與淀粉糊化性質，稱為糊化因子；主成分2主要為質構參數，稱為物理因子；主成分3主要與直鏈淀粉含量及回生相關，稱為老化因子。根據因子得分矩陣來構建主成分與涼皮品質指標之間的線性關系式[41]，各線性關系式如公式(7)～(10)所示：

Y1=0.161X1-0.032X2+0.005X3-0.202X4+0.205X5+0.190X6+0.201X7+0.122X8+0.023X9+0.077X10+0.026X11+0.014X12

(7)

Y2=0.023X1-0.063X2+0.315X3-0.007X4+0.011X5-0.043X6+0.025X7+0.244X8+0.276X9-0.028X10+0.227X11+0.285X12

(8)

Y3=-0.012X1+0.479X2-0.253X3+0.074X4+0.073X5+0.100X6+0.017X7-0.440X8-0.075X9+0.457X10-0.005X11-0.101X12

(9)

用3個主成分Y1、Y2、Y3的特征值構成涼皮品質綜合評價模型Z[43]：

Z=6.291Y1+3.745Y2+1.122Y3

(10)

用評價模型計算出各淀粉制作涼皮的加工適應性評價，得到小麥Z=3.484；豌豆Z=2.425；芭蕉芋Z=2.823；玉米Z=-5.076；木薯Z=-6.580；土豆Z=-0.554，根據綜合評價結果，把6種淀粉制作涼皮品質分為3個等級：第一等(Z>0)為小麥、豌豆和芭蕉芋淀粉，表明這3種淀粉可制作出優質鮮涼皮；第二等(-1

由此推斷出適合做鮮涼皮評價指標淀粉理化性質要求為：峰值黏度406.75～643.67 cp；谷值黏度281.25～607 cp；崩解值20～125.5 cp；終值黏度643.25～825.67 cp；回生值202～362 cp；峰值時間5.97～6.98 min；峰值溫度79.28～94.65 ℃。淀粉直鏈含量為0.343%～0.441%。L值：41.595～45.812；a值：-0.435～-0.396；b值-6.538～-2.780；WI值：41.229～45.739。

質構指標要求為：硬度1 541.818～1 650.038 g；黏性-0.232～-0.094 9；彈性1.863～2.054；內聚性0.818～0.911；膠黏性1 261.951～1 501.770；咀嚼性2 593.217～2 795.915；回復性0.377～0.539。

2.7 驗證

購買市售的涼皮共6份，請10位感官評價員對每份涼皮進行打分，并使用模糊數學方法統計分數，并進行TPA質構測試。質構結果及感官評分如表11所示。

表11 市售鮮涼皮質構及感官評價

由表11可見，市售涼皮評分在78～88分之間，其硬度值在1 442.358～1 612.179 g；黏性-0.274～-0.091 9 g；彈性1.378～2.037；內聚性0.843～1.121；膠黏性1 275.485～1 646.157；咀嚼性2 424.976～2 865.148；回復性0.394～0.512。市售涼皮的質構區間與標準區間基本重合，證明標準區間可用。

3 結論

適合做鮮涼皮的淀粉有小麥淀粉、芭蕉芋淀粉和豌豆淀粉，其中小麥淀粉最佳；而木薯淀粉和土豆淀粉因為其本身性質及做出涼皮的物理性質而被判定為不適合單獨進行涼皮的制作。以模糊數學及主成分分析得出的涼皮綜合評價模型為Z=6.291Y1+3.745Y2+1.122Y3，依據Z值的大小可以評判新鮮涼皮品質的好壞程度及原料是否適合進行涼皮的制作。

本文就純淀粉制作涼皮感官評價數據化進行了探索，以模糊數學計算感官評分，并結合質構等基礎數據進行主成分分析，篩選出感官評價較高的涼皮的質構數據范圍及制作涼皮所需原料本身性質的適合范圍，為感官評價數據化提供一定支撐。