基于模糊數(shù)學感官評價法優(yōu)化雜糧代餐粉配方

周玉蓉，姚軼俊，王博，王立峰*

（1.哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱 150028；2.南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京 210023）

青稞和蕎麥在我國傳統(tǒng)飲食文化中占據(jù)了重要地位，其富含的生物活性物質已被證明對人體具有降血糖、降血脂、抗氧化損傷等作用[1-3]。但由于雜糧具有口感粗糙、難以烹煮等缺點，給雜糧相關產品的商業(yè)化帶來一定困難，這也造成了雜糧資源的浪費。盡管我國雜糧產品種類多，但多數(shù)加工產業(yè)是以豆類、米面制品的加工為主，屬于初級加工。相比于其他農業(yè)較發(fā)達的國家，我國針對雜糧的深層次加工占比不到雜糧生產總值的10%[4]，亟需對雜糧資源進行深層次利用。近年來，隨著超微粉碎技術在淀粉改性方面的應用初見成效，將超微粉碎技術應用于糧食作物的研究也越來越多，已有研究表明經超微粉碎技術處理后的小麥超微粉[5]、大米超微粉[6]、大麥超微粉[7]、黑麥超微粉[7]及脫脂大豆超微粉[8]等溶解性增加、糊化溫度減小、持水性和持油性增加，超微粉碎技術對淀粉類食品的感官特性和加工特性具有顯著的改善作用。此外也有研究表明超微粉碎可顯著提高谷物中生物活性組分含量，更有利于人體的吸收利用[9]。

代餐食品是指能夠快速、便捷地為人體提供各種必要的營養(yǎng)物質，使其能完全取代或部分取代正餐的食品。Heymsfield 等[10]研究了不同添加物對代餐粉營養(yǎng)結構的優(yōu)化，結果表明經過適當?shù)膹团洌头郛a品可以滿足正常人膳食營養(yǎng)需求，且能夠有效地降低體重，改善肥胖引起的相關疾病。另有研究表明，高膳食纖維、低熱量的代餐粉不僅能夠控制食欲，還具有調節(jié)血脂、血糖、改善消化系統(tǒng)功能的作用[11]。

目前代餐食品主要有代餐粉、代餐粥、代餐棒和代餐奶昔等，其中代餐粉主要以雜糧代餐粉為主。但由于其口感欠佳、質地粗糙且不易沖調，市售的大多數(shù)雜糧代餐粉添加了較大比例的主糧，使代餐粉的整體沖調性、組織形態(tài)和風味得到改善[12]。然而，這導致雜糧代餐粉中雜糧含量降低，影響產品的營養(yǎng)價值和功能價值。鑒于此，在滿足其營養(yǎng)需求的前提下，通過優(yōu)化烘焙條件、主輔料配方并添加穩(wěn)定劑，創(chuàng)制一款無主糧添加的復配雜糧代餐粉，已成為當下研究的熱點。

本試驗以青稞、蕎麥為主要原料，輔以脫脂奶粉、白砂糖、穩(wěn)定劑，利用模糊數(shù)學感官評價法對雜糧代餐粉進行感官評價，結合單因素試驗、正交試驗篩選，確定最佳雜糧代餐粉配方，并與市售3 種代餐粉的營養(yǎng)成分進行對比，以期開發(fā)一款具有淀粉、脂肪含量較低、膳食纖維含量較高特點的雜糧代餐粉，為雜糧相關產品開發(fā)與資源利用提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞：產自青海西寧；蕎麥：產自山西大同；白砂糖、脫脂奶粉（均為食品級）、A、B、C 3 種雜糧代餐粉（主要成分為紅豆、薏米、大豆、山藥等）：市售；海藻酸鈉、黃原膠、瓜爾豆膠、羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）（均為優(yōu)級純）、α-淀粉酶（250 000 U/mL）、蛋白酶（5 U/mg）、淀粉葡萄糖苷酶（260 U/mL）：美國Sigma 公司；鹽酸、氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硫代硫酸鈉、硼酸、乙酸鉛、石油醚、無水乙醚、無水乙醇、甲基紅、丙酮、重鉻酸鉀、氨丁三醇[tris（hydroxymethyl）aminomethane，TRIS]、嗎啉乙磺酸（2-morpholinoethanesulfonic acid，MES）、冰乙酸（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 設備與儀器

MG38CB 電烤箱：廣東美的廚房電器制造有限公司；CT293 錘式旋風磨：丹麥福斯FOSS 分析儀器有限公司；J-50 氣流式粉碎機：意大利Tecnologia Meccanica公司；101-34S 電熱鼓風干燥箱：上海蘇進儀器設備廠；84-1 磁力攪拌器：上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；HWCL-3 恒溫水浴鍋：鄭州長城科工貿有限公司；TGL16M 高速冷凍離心機：長沙湘智離心機儀器有限公司；SpectraMax M2e 多功能酶標儀：美國Molecular Devices 公司；TecMaster RVA 快速黏度分析儀：瑞典Perten 公司。

1.3 方法

1.3.1 復配雜糧代餐粉制作工藝流程

根據(jù)前期研究結果[13]，由于青稞超微粉與蕎麥粉具有優(yōu)于其他雜糧超微粉的功能特性，因此選擇青稞超微粉與蕎麥超微粉作為雜糧代餐粉的原料。雜糧代餐粉的配方優(yōu)化工藝流程圖如圖1所示。

圖1 雜糧代餐粉配方優(yōu)化工藝流程Fig.1 Formulation optimization process of multigrain meal replacement powder

1.3.2 雜糧超微粉的制備

將青稞、蕎麥置于錘式旋風磨中粉碎，收集得到的粗粉，將青稞粗粉、蕎麥粗粉置于60 ℃電熱鼓風干燥箱中干燥至水分低于5%備用。空壓泵的氣流溫度調節(jié)至4 ℃，打開氣流式粉碎機，環(huán)流氣壓調至1.2 MPa，文丘里噴嘴氣壓調節(jié)至1.0 MPa，進樣器螺桿轉速調至140 r/min 并保證青稞、蕎麥粗粉的粉碎時間相同，制得青稞超微粉與蕎麥超微粉，儲存在-20 ℃冰箱。

1.3.3 雜糧超微粉糊化度的測定

根據(jù)文獻[14]的方法并稍作修改，分別準確稱取1.00 g 青稞超微粉和蕎麥超微粉，加入30 mL 沸水并快速攪拌3 min 后，加入20 mL 蒸餾水，并標記為P1；再次分別準確稱取1.00 g 青稞超微粉和蕎麥超微粉，加入50 mL 蒸餾水，并標記為P2；另取三角瓶加入50 mL 蒸餾水，標記為B。其中，P1為試驗組，P2為對照組，B 為空白組。向P1、P2、B 中分別加入1 mL 1%α-淀粉酶溶液后，置于60 ℃恒溫水浴鍋中振蕩水浴1 h，加入3 mL 1 mol/L 稀鹽酸溶液使酶失活，將溶液定容至100 mL 后待測。取3 組待測溶液各10 mL，加入1 mol/L NaOH 溶液至溶液pH 值＞7.0 后，加入5 mL 1 mol/L 碘液后避光靜置反應10 min。加入1 mL 25%的硫酸溶液，并用0.1 mol/L 的硫代硫酸鈉溶液滴定至藍色變淺后，加入淀粉指示劑，滴定至藍色完全消失，且保持5 min 不變色。記錄P1、P2、B 消耗硫代硫酸鈉溶液的體積。按下式計算樣品糊化度（D，%）。

式中：VB為滴定空白組B 消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積，mL；V1為滴定試驗組P1消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積，mL；V2為滴定對照組P2消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積，mL。

1.3.4 模糊數(shù)學感官評價法優(yōu)化雜糧代餐粉配方

1.3.4.1 感官評價

選擇10 名專業(yè)的老師和同學組成感官評定小組，評定人員培訓標準參照GB/T 23470.1—2009《感官分析感官分析實驗室人員一般導則第1 部分：實驗室人員職責》及GB/T 23470.2—2009《感官分析感官分析實驗室人員一般導則第2 部分：評價小組組長的聘用和培訓》，要求在評價前至少60 min 內不接觸香水、香煙等氣味強烈的物質，24 h 內不接觸辣椒、大蒜等味覺強烈的物質。對雜糧代餐粉的外觀、氣味、口感、組織形態(tài)4 個方面進行感官評定，并設定4 個等級，分別為好、較好、一般、差。感官評分標準見表1。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory rating criteria

1.3.4.2 模糊數(shù)學模型的建立

1）評語集與因素集的確定

以外觀、氣味、口感及組織形態(tài)為因素集，以好、較好、一般、較差為評語集，根據(jù)感官評定結果，建立4 個單因素評價矩陣，用模糊數(shù)學評定方法對其進行分析。因素集U=（U1，U2，U3，U4）=（外觀，氣味，口感，組織形態(tài)）；評語集V=（V1，V2，V3，V4）=（好，較好，一般，差）。其中，好（9 分），較好（7 分），一般（5 分），差（3 分），即得分集X=（9，7，5，3）。

2）權重集的確定

評價因素權重集是雜糧代餐粉感官評價因素在評價過程中所占重要程度的集合，W=（W1，W2，W3，W4），Wn與Un是一一對應關系，并且規(guī)定∑Wi= 1。10 名評定人員對雜糧代餐粉的3 個因素進行一一比較，自身比較得1 分，重要因素得1 分，次要得0 分，確定各評價因素權重集W。

3）模糊關系綜合評判集

收集10 位評定人員的感官評價結果，統(tǒng)計對各因素的4 個等級的評定人數(shù)，建立一個從因素集U到評語集V的模糊關系R。Rk=（rij），其中k=1，2，…，為樣品的編號；i表示第i個因素，j表示第j個評語，rij表示做出該評語的評價人員的數(shù)量除以10。

計算感官評價結果，依據(jù)模糊變換原理[15]，模糊關系綜合評判集Y=X·R，其中第k個樣品的綜合評價結果Yk=X·Rk。

4）模糊處理評價分數(shù)

對Yk進行歸一化，得到矩陣Y'，與評價因素權重集W的轉置矩陣相乘，得到模糊處理評價分數(shù)Z=Y'·WT。

1.3.5 單因素試驗設計

選擇熟化后的青稞超微粉與蕎麥超微粉為原料，對不同青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比（20∶80、40∶60、50∶50、60∶40、80∶20）、白砂糖添加量（2%、4%、6%、8%、10%）和脫脂奶粉添加量（2%、4%、6%、8%、10%）進行單因素試驗，試驗中對固定量的控制為青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比40∶60、白砂糖添加量為6%、脫脂奶粉添加量為6%。

1.3.6 正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，進行L9（33）正交試驗，選用的因素和水平如表2所示。

表2 雜糧代餐粉正交試驗因素和水平Table 2 Orthogonal test factors and levels of multigrain meal replacement powder

1.3.7 不同穩(wěn)定劑對雜糧代餐粉沖調穩(wěn)定性的影響

用200 mL 沸水沖調100 g 雜糧代餐粉，分別添加不同濃度（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%）的穩(wěn)定劑（海藻酸鈉、黃原膠、瓜爾豆膠、羧甲基纖維素），并測定穩(wěn)定系數(shù)R 以確定最優(yōu)的單一穩(wěn)定劑添加量。

將樣品沖調后靜置20 min，取上層液體稀釋100 倍后于540 nm 處測定吸光度，記為A1。將沖調樣品以3 000 r/min 的轉速離心20 min，取上清液稀釋100 倍后于540 nm 處測定吸光度，記為A2。穩(wěn)定性系數(shù)R=A1/A2，R＜1。R值越大則表示樣品沖調穩(wěn)定性越好。

1.3.8 雜糧代餐粉營養(yǎng)成分的測定及感官評定

選擇雜糧代餐粉復配的最佳條件，并進行營養(yǎng)成分的測定與感官評價。隨機選擇市售的3 種雜糧粉（A、B、C）記錄其營養(yǎng)成分組成，并對其進行感官評價。

各樣品中蛋白質含量的測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》，采用凱氏定氮法進行測定；淀粉含量的測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》，采用酸水解法進行測定；粗脂肪含量的測定參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》，采用索氏抽提法進行測定；膳食纖維含量的測定參照GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》，采用酶重量法進行測定。各樣品的感官評價參照1.3.3 所述方法，采用模糊數(shù)學感官評價法測定各樣品的感官評分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

每組試驗數(shù)據(jù)重復3 次，數(shù)據(jù)分析與作圖軟件分別采用SPSS 20.0 和GraphPad Prism 9。結果以平均值±標準差表示。數(shù)據(jù)采用ANOVA 進行Ducan 差異分析。

2 結果與分析

2.1 雜糧超微粉焙烤熟化條件

將經過不同條件焙烤后的青稞、蕎麥超微粉沖調，測定其糊化度，結果如圖2所示。

圖2 不同熟化條件下雜糧超微粉的糊化度Fig.2 Gelatinization degrees of multigrain ultrafine powder under different curing conditions

在焙烤過程中，焙烤溫度為180 ℃、焙烤3 min 后的雜糧超微粉出現(xiàn)焙烤不均勻、部分焦糊、夾生的現(xiàn)象，且隨著焙烤時間的延長焙烤不均勻的現(xiàn)象更為嚴重。由圖2 可知，當焙烤溫度為120 ℃和140 ℃時，糊化度均小于85%，說明此時雜糧超微粉具有難蒸煮的特性，不符合代餐粉能夠即食的食用要求；焙烤溫度為180 ℃、焙烤時間大于3 min 時，雜糧超微粉的糊化度大于95%，此條件下制得的雜糧代餐粉在沖泡時會過于熟爛，并伴有高溫的帶來蛋白質變性的異味[16]。綜合以上因素，選擇焙烤溫度160 ℃、焙烤時間12 min作為兩種雜糧超微粉的焙烤熟化條件。在此條件下得到的熟化青稞超微粉幾乎無顏色變化，具有獨特的芳香氣味；熟化蕎麥超微粉顏色略黃，無焦糊味且香味濃郁。

2.2 模糊綜合評價數(shù)學模型的建立

雜糧代餐粉的感官評價權重結果見表3。

由表3 可得感官評價權重集W=（W1，W2，W3，W4）=（0.28，0.20，0.31，0.21）。

2.3 雜糧代餐粉配方單因素試驗結果分析

單因素試驗感官評定結果如表4、表5、表6所示。

表4 不同青稞、蕎麥質量比代餐粉的感官評分分布Table 4 Distribution of sensory evaluation scores of meal replacement powder with different mass ratios of barley and buckwheat

表5 不同白砂糖添加量代餐粉的感官評分分布Table 5 Distribution of sensory evaluation scores of meal replacement powder with different addition amounts of white granulated sugar

表6 不同脫脂奶粉添加量代餐粉的感官評分分布Table 6 Distribution o of sensory evaluation scores of meal replacement powder with different addition amounts of skimmed milk powder

模糊處理流程以不同青稞、蕎麥配比雜糧代餐粉的感官評價為例。

統(tǒng)計5 種不同配比代餐粉樣品的各個評價語域的評價人數(shù)并除以10，得到如下5 個模糊關系矩陣。

依據(jù)模糊變換原理，Y=X·R，得到5 個模糊關系綜合評價集。

對Y進行歸一化，得到矩陣Y'，與評價因素權重集W的轉置矩陣相乘，得到5 個模糊處理評價分數(shù)。

Z1=0.6042Z2=0.6550Z3=0.6064Z4=0.5844Z5=0.5686

由此可得，當青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比為40∶60 時，模糊處理評分Z2最高，為最佳比例。

同理，得到不同白砂糖添加量的5 個模糊處理評價分數(shù)：

Z1=0.5842Z2=0.6226Z3=0.6550Z4=0.6338Z5=0.6012

可得，當白砂糖添加量為6%時，模糊處理評分Z3最高，為最佳比例。

不同脫脂奶粉添加量的5 個模糊處理評價分數(shù)：

Z1=0.5924Z2=0.6326Z3=0.6550Z4=0.6816Z5=0.6142

可得，當脫脂奶粉添加量為8%時，模糊處理評分Z4最高，為最佳比例。

綜上，各單因素最佳條件分別為青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比40∶60、白砂糖添加量6%、脫脂奶粉添加量8%。

2.4 雜糧代餐粉配方正交試驗結果分析

為得到最優(yōu)的雜糧代餐粉配方，根據(jù)單因素試驗結果，選擇與之相鄰的比例或添加量作為適當?shù)囊蛩嘏c水平進行L9（33）正交試驗。通過正交試驗得到的感官評價票數(shù)分布如表7所示。

表7 正交試驗感官評分分布Table 7 Distribution of sensory evaluation scores in orthogonal test

通過2.3 中模糊數(shù)學感官評分法，分析正交試驗結果，得到編號為1～9 的樣品的模糊處理評價分數(shù)Zk，感官評分Sk=Zk×100（k=1，2，…，9）。統(tǒng)計分析得到正交試驗結果，見表8。

表8 雜糧代餐粉正交試驗感官評分Table 8 Sensory scores of multigrain meal replacement powder in orthogonal test

由表8 可得，不同因素的重要性為青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比＞白砂糖添加量＞脫脂奶粉添加量；最佳組合為A2B2C2，即條件為青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比40∶60、白砂糖添加量6%、脫脂奶粉添加量8%。經驗證，在此條件下雜糧代餐粉感官評分為65.50，高于正交試驗中最優(yōu)組合A2B2C3，故選擇A2B2C2組合作為最終雜糧代餐粉配方。此配方的雜糧代餐粉沖調后色澤均一，具有獨特的雜糧芳香，口感順滑，無較大的團塊狀組織。

2.5 穩(wěn)定劑對雜糧代餐粉沖調穩(wěn)定性的影響

單種穩(wěn)定劑添加對雜糧代餐粉沖調穩(wěn)定性的影響如圖3所示。

圖3 穩(wěn)定劑的添加對雜糧代餐粉穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of stabilizer addition on the stability of multigrain meal replacement powder

由圖3 可知，海藻酸鈉對沖調穩(wěn)定性的影響低于其它3 種穩(wěn)定劑；羧甲基纖維素（CMC）在添加量小于0.4% 時，對沖調穩(wěn)定性的影響較高，當添加量大于0.4%時，隨著CMC 添加量的增加，沖調穩(wěn)定性趨于穩(wěn)定；隨著瓜爾豆膠的添加量增加，雜糧代餐粉的沖調穩(wěn)定性也隨之提高；黃原膠的添加量為0.1%時，能夠明顯提升雜糧代餐粉的沖調穩(wěn)定性，在添加量大于0.5%時，沖調穩(wěn)定性趨于穩(wěn)定。有研究表明，黃原膠比瓜爾豆膠更能穩(wěn)定淀粉體系，降低淀粉糊的峰值黏度并提高熱穩(wěn)定性[17]。

綜上，黃原膠在低添加量的情況下便可對雜糧代餐粉的沖調穩(wěn)定性有顯著的提升作用，因此選擇黃原膠作為雜糧代餐粉的穩(wěn)定劑，添加量為0.5%，此時雜糧代餐粉的沖調穩(wěn)定性良好。

2.6 雜糧代餐粉營養(yǎng)成分及感官評價結果

本產品與市售的3 種雜糧代餐粉（A、B、C）的營養(yǎng)成分表及感官評價如表9所示。

表9 不同雜糧代餐粉的營養(yǎng)成分與感官評分Table 9 Nutrients and sensory scores of multigrain meal replacement powder products

市面上已有的大部分雜糧粉類產品均添加了主糧粉（米粉、小麥粉等）。由表9 可知，A、B、C 3 種產品沖調后的色澤與組織形態(tài)優(yōu)于本產品，但產品B、C 存在入口稍有沙粒感、雜糧香氣淺薄的缺點。本產品具有口感順滑、雜糧香氣濃厚、淀粉與脂肪含量較低、膳食纖維含量高等優(yōu)點，且提高了原料本身的功能特性。本產品與已有研究的綠茶麥胚代餐粉[18]、膨化核桃粉[19]、紫薯代餐粉[20]相比具有高蛋白質含量、低脂肪含量、高膳食纖維含量的優(yōu)點。

3 結論

本試驗主要研究了雜糧代餐粉的制作工藝及配方優(yōu)化與感官評價。結果表明青稞超微粉和蕎麥超微粉在經過160 ℃、12 min 的熟化后，得到具有雜糧特有芳香的熟化青稞粉與熟化蕎麥粉；通過模糊數(shù)學感官評價模型確定雜糧代餐粉的配方為青稞超微粉與蕎麥超微粉質量比40∶60、白砂糖添加量6%、脫脂奶粉添加量8%；通過對雜糧代餐粉沖調穩(wěn)定性的測試，確定添加的穩(wěn)定劑為0.5%的黃原膠。經過制作工藝及配方優(yōu)化后的雜糧代餐粉，在不額外添加主糧的情況下，具有淀粉、脂肪含量較低、膳食纖維含量較高、風味怡人、口感順滑的特點，提高了原料本身的功能性價值，為雜糧相關產品開發(fā)與資源利用提供了思路。