遺傳算法在豆腐乳感官評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

李曉敏，董素芬

(1.保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071051；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071051)

豆腐乳品種繁多，產(chǎn)地遍布全國(guó)，按照添加配料顏色的差異，可將豆腐乳分為白豆腐乳和紅豆腐乳。豆腐乳發(fā)酵過(guò)程中，加入紅曲霉紅素和紅曲霉黃素等紅色素，將豆腐乳表面染紅，紅色素不僅能夠?qū)Χ垢樯仙?，同時(shí)能夠使豆腐乳中的淀粉得到更加徹底的分解[1-3]。對(duì)豆腐乳品質(zhì)產(chǎn)生影響的因素較多，一般通過(guò)理化特性和感官特性?xún)蓚€(gè)不同的角度直接對(duì)豆腐乳品質(zhì)進(jìn)行分析[4]。

本文以不同品牌的豆腐乳為研究對(duì)象，利用主成分分析法對(duì)豆腐乳品質(zhì)的主要影響因素進(jìn)行分析，基于遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)豆腐乳進(jìn)行感官綜合評(píng)價(jià)和品質(zhì)預(yù)測(cè)。

1 豆腐乳理化檢測(cè)及感官評(píng)價(jià)

對(duì)豆腐乳進(jìn)行理化成分檢測(cè)時(shí)，主要為豆腐乳中水分含量、總酸含量、還原糖含量、蛋白含量、氨基酸態(tài)氮含量和氨基酸組成等13個(gè)不同的檢測(cè)指標(biāo)[5]。10種不同品牌豆腐乳理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 豆腐乳理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table 1 The testing results of physicochemical indexes of fermented bean curd mg/g

對(duì)豆腐乳進(jìn)行感官評(píng)定時(shí)，主要包含豆腐乳總香、酯香、咸味、苦味、酸味、鮮味、硬度、粗糙度和粘牙性等13個(gè)不同評(píng)定方向[6]。評(píng)定等級(jí)為香味非常協(xié)調(diào)(5分)、香味協(xié)調(diào)(4分)、香味較協(xié)調(diào)(3分)、香味欠協(xié)調(diào)(2分)、香味不協(xié)調(diào)(1分)；口感優(yōu)(5分)、口感良(4分)、口感一般(3分)、口感差(2分)、口感非常差(1分)。10種不同品牌豆腐乳的感官評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 豆腐乳感官評(píng)定結(jié)果Table 2 The sensory evaluation results of fermented bean curd

續(xù) 表

2 豆腐乳主成分分析

利用主成分分析法分別對(duì)豆腐乳的理化特性指標(biāo)和感官評(píng)定結(jié)果進(jìn)行主成分分析。豆腐乳理化特性主成分特征值分析結(jié)果見(jiàn)表3，豆腐乳感官評(píng)定主成分特征值分析結(jié)果見(jiàn)表4，豆腐乳理化指標(biāo)主成分特征向量表見(jiàn)表5，豆腐乳感官評(píng)定主成分特征向量表見(jiàn)表6。

表3 豆腐乳理化指標(biāo)主成分特征值分析結(jié)果Table 3 Analysis results of principal component eigenvalues of physicochemical indexes of fermented bean curd

表4 豆腐乳感官評(píng)定特征值分析結(jié)果Table 4 Analysis results of sensory evaluation elgen values of fermented bean curd

表5 豆腐乳理化指標(biāo)主成分特征向量表Table 5 Principal component eigenvector table of physicochemical indexes of fermented bean curd

表6 豆腐乳感官評(píng)定主成分特征向量表Table 6 Principal component eigenvector table for sensory evaluation of fermented bean curd

由表3可知，豆腐乳中理化指標(biāo)主成分占豆腐乳理化指標(biāo)特征值總變異的79.07%，第1主成分占理化指標(biāo)特征值的32.67%，第2主成分占理化指標(biāo)特征值的21.33%，第3主成分占理化指標(biāo)特征值的17.85%，第4主成分占理化指標(biāo)特征值的7.22%。

由表4可知，豆腐乳中感官評(píng)定主成分占豆腐乳感官評(píng)定特征值總變異的85.33%，第1主成分占感官品質(zhì)特征值的49.66%，第2主成分占感官品質(zhì)特征值的16.33%，第3主成分占感官品質(zhì)特征值的12.85%，第4主成分占感官品質(zhì)特征值的6.49%。

由表5可知，豆腐乳理化指標(biāo)第1主成分的主要影響因素為賴(lài)氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甘氨酸和丙氨酸，第1主成分主要代表氨基酸對(duì)豆腐乳品質(zhì)的影響；第2主成分的主要影響因素為總酸、粗蛋白、水分和還原糖；第3主成分的主要影響因素為鹽分和水溶性蛋白；第4主成分的主要影響因素為脂肪和氨基酸態(tài)氮。

由表6可知，豆腐乳感官評(píng)定第1主成分影響因素主要為豆腐乳凝結(jié)性、粘牙性、粗糙度和酸味，主要表現(xiàn)為豆腐乳的口感；第2主成分的影響因素主要為豆腐乳咸味、總香和酯香；第3主成分的影響因素主要為豆腐乳苦味、形態(tài)；第4主成分的影響因素主要為豆腐乳酒香、甜味。

根據(jù)豆腐乳感官評(píng)定主成分特征向量數(shù)據(jù)和豆腐乳理化特性主成分特征向量數(shù)據(jù)，得出豆腐乳綜合評(píng)價(jià)得分計(jì)算公式，豆腐乳感官評(píng)價(jià)的綜合得分見(jiàn)表7。

表7 豆腐乳感官評(píng)價(jià)綜合得分Table 7 Comprehensive scores of sensory evaluation of fermented bean curd

Y=0.4960Y1+0.1676Y2+0.1205Y3+0.0687Y4+0.3268S1+0.2133S2+0.1782S3+0.07195S4。

3 遺傳算法感官評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)

遺傳算法是通過(guò)雜交和變異的類(lèi)似生物學(xué)進(jìn)化過(guò)程，獲取區(qū)局最優(yōu)解的方法，利用遺傳算法進(jìn)行模型優(yōu)化預(yù)測(cè)時(shí)，首先需要構(gòu)建具有染色體功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10]。常見(jiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常為3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含輸入層、隱含層和輸出層。樣本參數(shù)通過(guò)輸入層進(jìn)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)隱含層向輸出層進(jìn)行傳播，輸出層獲取相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行輸出[11-12]。遺傳算法運(yùn)算過(guò)程中，隨機(jī)產(chǎn)生權(quán)值向量初始種群，根據(jù)給定的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)計(jì)算全局誤差，計(jì)算出算法適應(yīng)度值。從適應(yīng)度值中選取下一代群體，根據(jù)交叉概率隨機(jī)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)繁殖過(guò)程中保留最優(yōu)個(gè)體，不斷進(jìn)行充分，直到獲取最優(yōu)權(quán)值[13-14]。

分別從理化指標(biāo)主成分特征向量數(shù)據(jù)和感官評(píng)定主成分特征向量數(shù)據(jù)中挑選4組主成分作為遺傳算法輸入數(shù)據(jù)集合，即輸入單元個(gè)數(shù)為8，將感官評(píng)價(jià)綜合得分作為輸出參數(shù)。豆腐乳感官評(píng)價(jià)綜合得分遺傳算法預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 豆腐乳感官評(píng)價(jià)綜合得分預(yù)測(cè)結(jié)果Table 8 Prediction results of sensory evaluation comprehensive scores of fermented bean curd

4 結(jié)論

對(duì)豆腐乳感官綜合評(píng)價(jià)影響較大的因素為其前4個(gè)主成分，分別從豆腐乳的口感、風(fēng)味、咸味、總香、酯香、酒香、形態(tài)、苦味和甜味等不同的主成分特征方向進(jìn)行豆腐乳綜合評(píng)價(jià)，采用遺傳算法對(duì)豆腐乳的感官綜合評(píng)價(jià)過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)誤差不大于10%，表明建立的遺傳算法模型具有較好的預(yù)測(cè)能力。