基于模糊數(shù)學(xué)法的嬰幼兒磨牙餅干加工工藝優(yōu)化

譚 沙，翁 盼，常永春，朱仁威，羅潞潞，馮紹彪

（1.銅仁學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州 銅仁554300；2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州350000）

嬰兒乳牙的生長大多在6～12月之間[1]，在此階段中，可提供磨牙餅干以緩解出牙的不適癥狀和促進(jìn)嬰兒乳牙的生長，同時(shí)也可以訓(xùn)練口腔咀嚼的能力[2]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織定義，磨牙餅干是一種適宜的輔助食品[3-4]。大量研究表明[5]：嬰幼兒的輔食不應(yīng)添加鹽、糖及任何具有刺激性的調(diào)味產(chǎn)品，以便于提高嬰幼兒對各種天然食物味道的接受程度，也可降低營養(yǎng)攝入不均衡的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，減少鹽和糖的攝入量，還可防止兒童期及成人期的糖尿病、高血壓及心血管疾病等危害；但項(xiàng)目組成員隨機(jī)查詢6種市售不同品牌的磨牙餅干配方，發(fā)現(xiàn)目前的磨牙餅干產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，其中添加糖、食鹽等成分的情況較為嚴(yán)重，收集的6種樣品中，4種品牌的磨牙餅干均添加糖和食鹽，5種品牌均添加食鹽，5種品牌均添加糖，5種品牌添加食品添加劑。

感官評(píng)價(jià)法由于評(píng)定人員的主觀條件因素有所限制，往往評(píng)定的分?jǐn)?shù)會(huì)出現(xiàn)比較大的偏離程度，如果只是采用平均數(shù)的計(jì)算方法就很難得到某個(gè)指標(biāo)準(zhǔn)確對應(yīng)的分?jǐn)?shù)[6-7]，為了解決這類問題，本研究使用了模糊數(shù)學(xué)法的評(píng)價(jià)方式。模糊數(shù)學(xué)法是建立模糊數(shù)學(xué)模型[8]，先對單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后對各單項(xiàng)指標(biāo)分別授予權(quán)重，最后使用模糊矩陣運(yùn)算方法得到綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。使用模糊數(shù)學(xué)法與感官分析的方法，可更全面地表現(xiàn)出每個(gè)評(píng)定人員的意見，更客觀地得出產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)結(jié)果，更多地了解和掌握產(chǎn)品質(zhì)量以及改進(jìn)方法。孫娜等[9]和張偉等[10]將模糊數(shù)學(xué)法分別用于五葉草莓果脯、全銀杏飲料配方的優(yōu)化，獲得的產(chǎn)品均符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且質(zhì)量穩(wěn)定。

因此，為解決磨牙餅干添加物的安全問題，降低因糖、鹽等攝入而導(dǎo)致的嬰幼兒患病的風(fēng)險(xiǎn)[11]，保證嬰兒健康安全，本文基于模糊數(shù)學(xué)確定感官評(píng)價(jià)方法，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，優(yōu)化磨牙餅干產(chǎn)品的加工工藝，旨在為嬰幼兒輔食食物的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

低筋小麥粉：濰坊風(fēng)箏面粉有限公司；鮮雞蛋：德清源農(nóng)業(yè)科技股份有限公司；純牛奶：貴陽三連乳業(yè)有限公司；香蕉：三汁源生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司；黃油：新西蘭恒天然集團(tuán)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

CX-12000型電子天平：東莞南城長協(xié)電子制品廠；AJP-30型和面機(jī)：愛普達(dá)樂斯有限公司；CF340C型醒發(fā)箱：卡士機(jī)械設(shè)備有限公司；YQ-Y30A型壓面機(jī)：俊凌廚具有限公司；LGX-CO2-2型烤箱：閣蘭喜電器科技有限公司；CX-6631型打蛋器：志高有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料稱量→混合揉面→靜置→壓片成型→烘烤→冷卻→密封包裝

1.2.2 操作要點(diǎn)

準(zhǔn)確稱量各原材料所需用量，于和面機(jī)中攪拌20 min，面團(tuán)于38℃下靜置30 min后，一次壓片成型，壓片厚度0.3～0.5 cm，之后放入烤箱烘烤，烘烤完成后，于室溫下冷卻5 min左右，密封后進(jìn)行包裝。

1.2.3 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1），對磨牙餅干的口感、色澤、外形、香氣進(jìn)行感官評(píng)定，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[12-13]，建立感官模糊綜合評(píng)價(jià)體系。

表1 磨牙餅干品質(zhì)評(píng)價(jià)表Table 1 Qualities evaluation form for molar cookies

1.2.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以100 g低筋面粉為基準(zhǔn)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行感官評(píng)分篩選。固定雞蛋、牛奶、香蕉添加量分別為5%、10%、10%，于150℃烘烤35 min，考察黃油添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對磨牙餅干品質(zhì)的影響；固定黃油、牛奶、香蕉添加量分別為15%、10%、10%，于150℃烘烤35 min，考察雞蛋添加量（5%、10%、15%、20%、25%）對磨牙餅干品質(zhì)的影響；固定黃油、雞蛋、香蕉添加量分別為15%、20%、10%，于150℃烘烤35 min，考察牛奶添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對磨牙餅干品質(zhì)的影響；固定黃油、雞蛋、牛奶添加量分別為15%、20%、20%，于150℃烘烤35 min，考察香蕉添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對磨牙餅干品質(zhì)的影響；固定黃油、雞蛋、牛奶、香蕉添加量分別為15%、20%、20%、15%，烘烤時(shí)間35 min，考察烘烤溫度（150、160、170、180、190℃）對磨牙餅干品質(zhì)的影響；固定黃油、雞蛋、牛奶、香蕉添加量分別為15%、20%、20%、15%，烘烤溫度160℃，考察烘烤時(shí)間（35、40、45、50、55 min）對磨牙餅干品質(zhì)的影響。

1.2.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立[14-16]

本試驗(yàn)采用色澤、香氣、外形、口感4個(gè)因素作為評(píng)定論域（U），此時(shí)的U={u1，u2，u3，u4}表示本次試驗(yàn)在進(jìn)行感官評(píng)價(jià)時(shí)所需評(píng)價(jià)的指標(biāo)，u1為色澤，u2為香氣，u3為外形，u4為口感；評(píng)價(jià)的分?jǐn)?shù)集合為V，即表示各項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果的集合；評(píng)語論域V={v1，v2，v3，v4，v5}，即表示好（5分）、較好（4分）、一般（3分）、較差（2分）、差（1分）；權(quán)重集A={a1，a2，a3，a4}，表示各評(píng)價(jià)因素權(quán)重?cái)?shù)的集合，其中權(quán)重向量a1、a2、a3、a4分別為色澤、香氣、外形、口感，本試驗(yàn)所研究磨牙餅干的權(quán)重向量表示為A={0.2,0.2,0.3,0.3}，且總和等于1。Y則表示整個(gè)產(chǎn)品感官指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果，Y為權(quán)重（A）和模糊矩陣（R）的乘積，即Y=A×R。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 黃油添加量試驗(yàn)

使用模糊數(shù)學(xué)法和感官評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，根據(jù)評(píng)定結(jié)果建立模糊評(píng)定矩陣（見表2）。

表2 黃油添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響Table 2 The effects of butter additions on products qualities

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)法原理，利用矩陣乘法計(jì)算樣品對各種因素的綜合表現(xiàn)程度Y=A×R，磨牙餅干感官品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算方式如下：

同理可得：Y2=A2×R2=（0.29，0.71，0，0，0）；

由綜合評(píng)分可知，隨著黃油添加量的提升，感官評(píng)分呈先增加后降低的趨勢。油脂可以改善焙烤食品的體積，賦予其良好的口感、風(fēng)味和外觀[17-19]。黃油添加量低于15%時(shí)，餅干香氣較淡，且餅干表面無光澤、粗糙、口感不好。當(dāng)黃油添加量高于15%時(shí)，餅干所帶的黃油氣味過于濃郁，食用時(shí)油膩易碎，從而使感官評(píng)分降低。當(dāng)添加量為15%時(shí)磨牙餅干的評(píng)分最高，口味最佳。

2.1.2 雞蛋添加量試驗(yàn)

雞蛋液可以改變餅干烘焙后的色澤，因雞蛋中的蛋白質(zhì)和氨基酸會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生特有棕黃色澤，雞蛋液還能增加餅干的韌性，雞蛋蛋白質(zhì)在受熱之后凝固失水變少，使烘焙出來的餅干口感有一定的柔韌性，起到蓬松的效果[20]。不同的雞蛋添加量（5%、10%、15%、20%、25%）的試驗(yàn)結(jié)果處理方法同“2.1.1”，結(jié)果如下：H1=3.18，H2=3.49，H3=3.89，H4=4.15，H5=2.94。磨牙餅干評(píng)分隨著雞蛋添加量的增加先上升后下降，當(dāng)雞蛋添加量為20%時(shí)評(píng)分最高。因?yàn)殡u蛋添加量低于20%時(shí)，餅干外形扁塌不飽滿，色澤泛白，感官評(píng)分低。當(dāng)雞蛋添加量高于20%時(shí)，餅干過于膨松而出現(xiàn)裂紋，同時(shí)由于美拉德反應(yīng)使餅干表面色澤呈褐色，影響感官評(píng)價(jià)，而使感官評(píng)分降低。當(dāng)雞蛋添加量為20%時(shí)，磨牙餅干感官評(píng)分最高，這主要是雞蛋使磨牙餅干的外形飽滿，色澤呈淺黃色。綜上，確定雞蛋添加量為20%。

2.1.3 牛奶添加量試驗(yàn)

不同的牛奶添加量（10%、15%、20%、25%、30%）的試驗(yàn)結(jié)果處理方法同“2.1.1”，結(jié)果如下：H1=3.24，H2=3.79，H3=4.09，H4=3.26，H5=3.27。由綜合評(píng)分可知，當(dāng)牛奶添加量低于20%時(shí)，產(chǎn)品奶香味淡，感官評(píng)分較低。而當(dāng)牛奶添加量高于20%時(shí)，含水量高，餅干質(zhì)地發(fā)軟，口感差，從而使感官評(píng)分降低。牛奶添加量為20%時(shí)，磨牙餅干感官評(píng)分最高，這主要是由于牛奶使磨牙餅干的奶香味增加。綜上，確定牛奶添加量為20%。

2.1.4 香蕉添加量試驗(yàn)

不同的香蕉添加量（10%、15%、20%、25%、30%）的試驗(yàn)結(jié)果處理方法同“2.1.1”，結(jié)果如下：H1=3.45，H2=4.18，H3=3.73，H4=3.45，H5=2.77。由綜合評(píng)分可知，當(dāng)香蕉添加量低于15%時(shí)，餅干中香蕉風(fēng)味及口感不足。香蕉添加量為15%時(shí)，磨牙餅干感官評(píng)分最高，這主要是由于磨牙餅干的香蕉味增加。而當(dāng)香蕉添加量高于15%時(shí)，餅干質(zhì)地口感變差，且香蕉風(fēng)味會(huì)部分掩蓋牛奶的的風(fēng)味，從而使感官評(píng)分降低，因此選擇香蕉添加量為15%。

2.1.5 烘烤溫度試驗(yàn)

不同的烘烤溫度（150、160、170、180、190℃）的試驗(yàn)結(jié)果處理方法同“2.1.1”，結(jié)果如下：H1=4，H2=4.09，H3=3.79，H4=3.48，H5=2.94。由綜合評(píng)分可見，當(dāng)烘烤溫度低于160℃時(shí)，餅干中含水分量大，餅干未熟，口感軟黏，色澤泛白，感官評(píng)分較低。當(dāng)烘烤溫度為160℃時(shí)，磨牙餅干感官評(píng)分最高，餅干口感和色澤達(dá)到最佳。當(dāng)烘烤溫度高于160℃時(shí)，溫度過高，導(dǎo)致硬度增加，淀粉、蛋白質(zhì)膨化糊化[21]，表面色澤過深，從而使感官評(píng)分降低。因此選擇烘烤溫度為160℃。

2.1.6 烘烤時(shí)間試驗(yàn)

不同的烘烤時(shí)間（35、40、45、50、55 min）的試驗(yàn)結(jié)果處理方法同“2.1.1”，結(jié)果如下：H1=2.80，H2=3.13，H3=3.90，H4=3.36，H5=2.72。由綜合評(píng)分可知，當(dāng)烘烤時(shí)間低于45 min時(shí)，因餅干不熟，導(dǎo)致口感軟黏，色澤泛白、香味不足。當(dāng)烘烤時(shí)間高于45 min時(shí)，餅干色澤為焦黑色且食用時(shí)有焦糊味，口感差，香味成分喪失嚴(yán)重，從而使感官評(píng)分降低。因此選擇烘烤時(shí)間為45 min。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)采用L18(37)正交設(shè)計(jì)及模糊感官評(píng)分法確定磨牙餅干的最優(yōu)組合，其中正交試驗(yàn)因素水平見表3，正交試驗(yàn)綜合模糊感官評(píng)分結(jié)果見表4。

表3 磨牙餅干正交試驗(yàn)因素水平表Table 3 Orthogonal factors and levels table for molar cookies

表4 磨牙餅干正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Orthogonal test results of molar cookies

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知：RC＞RE＞RB＞RA＞RD＞RF，各因素對磨牙餅干模糊感官評(píng)分影響的順序?yàn)椋号Ｄ烫砑恿浚竞婵緯r(shí)間＞雞蛋添加量＞黃油添加量＞香蕉添加量＞烘烤溫度。最優(yōu)水平組合為A2B1C3D3E2F2，即黃油添加量為15%，雞蛋添加量為18%，牛奶添加量為22%，香蕉添加量為17%，烘烤時(shí)間為45 min，烘烤溫度為160℃。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

由正交試驗(yàn)結(jié)果可得，磨牙餅干加工工藝為A2B1C3D3E2F2，與正交表中評(píng)價(jià)最佳組合不同，因此對兩種不同組合進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 最優(yōu)組合感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Validates experimental results

如表5所示，磨牙餅干加工的最優(yōu)組合是A2B1C3D3E2F2，即黃油添加量15%；雞蛋添加量18%；牛奶添加量22%；香蕉添加量17%，烘烤時(shí)間45min，烘烤溫度160℃。

3 結(jié)論

為解決磨牙餅干添加不恰當(dāng)成分的安全問題，防止或降低嬰幼兒患病的風(fēng)險(xiǎn)，并改善因感官評(píng)價(jià)法評(píng)定人員主觀條件因素有所限制導(dǎo)致評(píng)定分?jǐn)?shù)出現(xiàn)較大偏離程度的情況，在模糊數(shù)學(xué)法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，獲得磨牙餅干加工最優(yōu)組合為：黃油添加量15%，雞蛋添加量18%，牛奶添加量22%，香蕉添加量17%，烘烤時(shí)間45 min，烘烤溫度160℃。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可為生產(chǎn)安全的嬰幼兒磨牙餅干提供參考依據(jù)。