基于模糊數學法的嬰幼兒磨牙餅干加工工藝優化

譚 沙，翁 盼，常永春，朱仁威，羅潞潞，馮紹彪

（1.銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁554300；2.福建農林大學食品科學學院，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嬰兒乳牙的生長，同時也可以訓練口腔咀嚼的能力[2]。根據世界衛生組織定義，磨牙餅干是一種適宜的輔助食品[3-4]。大量研究表明[5]：嬰幼兒的輔食不應添加鹽、糖及任何具有刺激性的調味產品，以便于提高嬰幼兒對各種天然食物味道的接受程度，也可降低營養攝入不均衡的風險；同時，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；但項目組成員隨機查詢6種市售不同品牌的磨牙餅干配方，發現目前的磨牙餅干產品質量參差不齊，其中添加糖、食鹽等成分的情況較為嚴重，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。

感官評價法由于評定人員的主觀條件因素有所限制，往往評定的分數會出現比較大的偏離程度，如果只是采用平均數的計算方法就很難得到某個指標準確對應的分數[6-7]，為了解決這類問題，本研究使用了模糊數學法的評價方式。模糊數學法是建立模糊數學模型[8]，先對單項指標進行評價，然后對各單項指標分別授予權重，最后使用模糊矩陣運算方法得到綜合評價的結果。使用模糊數學法與感官分析的方法，可更全面地表現出每個評定人員的意見，更客觀地得出產品感官評價結果，更多地了解和掌握產品質量以及改進方法。孫娜等[9]和張偉等[10]將模糊數學法分別用于五葉草莓果脯、全銀杏飲料配方的優化，獲得的產品均符合相應國家標準要求，且質量穩定。

因此，為解決磨牙餅干添加物的安全問題，降低因糖、鹽等攝入而導致的嬰幼兒患病的風險[11]，保證嬰兒健康安全，本文基于模糊數學確定感官評價方法，通過單因素試驗和正交試驗，優化磨牙餅干產品的加工工藝，旨在為嬰幼兒輔食食物的生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

低筋小麥粉：濰坊風箏面粉有限公司；鮮雞蛋：德清源農業科技股份有限公司；純牛奶：貴陽三連乳業有限公司；香蕉：三汁源生態農業有限公司；黃油：新西蘭恒天然集團。

1.1.2 儀器與設備

CX-12000型電子天平：東莞南城長協電子制品廠；AJP-30型和面機：愛普達樂斯有限公司；CF340C型醒發箱：卡士機械設備有限公司；YQ-Y30A型壓面機：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

準確稱量各原材料所需用量，于和面機中攪拌20 min，面團于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，密封后進行包裝。

1.2.3 評價方法

根據評分標準（表1），對磨牙餅干的口感、色澤、外形、香氣進行感官評定，根據相關文獻[12-13]，建立感官模糊綜合評價體系。

表1 磨牙餅干品質評價表Table 1 Qualities evaluation form for molar cookies

1.2.4 單因素試驗設計

以100 g低筋面粉為基準，結合模糊數學法進行感官評分篩選。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%，烘烤時間35 min，考察烘烤溫度（150、160、170、180、190℃）對磨牙餅干品質的影響；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℃，考察烘烤時間（35、40、45、50、55 min）對磨牙餅干品質的影響。

1.2.5 模糊數學模型的建立[14-16]

本試驗采用色澤、香氣、外形、口感4個因素作為評定論域（U），此時的U={u1，u2，u3，u4}表示本次試驗在進行感官評價時所需評價的指標，u1為色澤，u2為香氣，u3為外形，u4為口感；評價的分數集合為V，即表示各項評價結果的集合；評語論域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）；權重集A={a1，a2，a3，a4}，表示各評價因素權重數的集合，其中權重向量a1、a2、a3、a4分別為色澤、香氣、外形、口感，本試驗所研究磨牙餅干的權重向量表示為A={0.2,0.2,0.3,0.3}，且總和等于1。Y則表示整個產品感官指標綜合評價的結果，Y為權重（A）和模糊矩陣（R）的乘積，即Y=A×R。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 黃油添加量試驗

使用模糊數學法和感官評價相結合的方式進行評價分析，根據評定結果建立模糊評定矩陣（見表2）。

表2 黃油添加量對產品品質的影響Table 2 The effects of butter additions on products qualities

根據模糊數學法原理，利用矩陣乘法計算樣品對各種因素的綜合表現程度Y=A×R，磨牙餅干感官品質綜合評價結果計算方式如下：

同理可得：Y2=A2×R2=（0.29，0.71，0，0，0）；

由綜合評分可知，隨著黃油添加量的提升，感官評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、風味和外觀[17-19]。黃油添加量低于15%時，餅干香氣較淡，且餅干表面無光澤、粗糙、口感不好。當黃油添加量高于15%時，餅干所帶的黃油氣味過于濃郁，食用時油膩易碎，從而使感官評分降低。當添加量為15%時磨牙餅干的評分最高，口味最佳。

2.1.2 雞蛋添加量試驗

雞蛋液可以改變餅干烘焙后的色澤，因雞蛋中的蛋白質和氨基酸會發生美拉德反應，產生特有棕黃色澤，雞蛋液還能增加餅干的韌性，雞蛋蛋白質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%）的試驗結果處理方法同“2.1.1”，結果如下：H1=3.18，H2=3.49，H3=3.89，H4=4.15，H5=2.94。磨牙餅干評分隨著雞蛋添加量的增加先上升后下降，當雞蛋添加量為20%時評分最高。因為雞蛋添加量低于20%時，餅干外形扁塌不飽滿，色澤泛白，感官評分低。當雞蛋添加量高于20%時，餅干過于膨松而出現裂紋，同時由于美拉德反應使餅干表面色澤呈褐色，影響感官評價，而使感官評分降低。當雞蛋添加量為20%時，磨牙餅干感官評分最高，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

不同的牛奶添加量（10%、15%、20%、25%、30%）的試驗結果處理方法同“2.1.1”，結果如下：H1=3.24，H2=3.79，H3=4.09，H4=3.26，H5=3.27。由綜合評分可知，當牛奶添加量低于20%時，產品奶香味淡，感官評分較低。而當牛奶添加量高于20%時，含水量高，餅干質地發軟，口感差，從而使感官評分降低。牛奶添加量為20%時，磨牙餅干感官評分最高，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

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

2.1.5 烘烤溫度試驗

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

2.1.6 烘烤時間試驗

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

2.2 正交試驗結果

本試驗采用L18(37)正交設計及模糊感官評分法確定磨牙餅干的最優組合，其中正交試驗因素水平見表3，正交試驗綜合模糊感官評分結果見表4。

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

表4 磨牙餅干正交試驗結果Table 4 Orthogonal test results of molar cookies

由正交試驗結果可知：RC＞RE＞RB＞RA＞RD＞RF，各因素對磨牙餅干模糊感官評分影響的順序為：牛奶添加量＞烘烤時間＞雞蛋添加量＞黃油添加量＞香蕉添加量＞烘烤溫度。最優水平組合為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%，烘烤時間為45 min，烘烤溫度為160℃。

2.3 驗證試驗

由正交試驗結果可得，磨牙餅干加工工藝為A2B1C3D3E2F2，與正交表中評價最佳組合不同，因此對兩種不同組合進行3次驗證試驗，結果見表5。

表5 最優組合感官評價結果Table 5 Validates experimental results

如表5所示，磨牙餅干加工的最優組合是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%，烘烤時間45min，烘烤溫度160℃。

3 結論

為解決磨牙餅干添加不恰當成分的安全問題，防止或降低嬰幼兒患病的風險，并改善因感官評價法評定人員主觀條件因素有所限制導致評定分數出現較大偏離程度的情況，在模糊數學法的基礎上，進行單因素試驗和正交試驗，獲得磨牙餅干加工最優組合為：黃油添加量15%，雞蛋添加量18%，牛奶添加量22%，香蕉添加量17%，烘烤時間45 min，烘烤溫度160℃。產品質量穩定，可為生產安全的嬰幼兒磨牙餅干提供參考依據。