基于模糊數學評價法優化風味油莎豆的加工工藝

白瑕 任驍萌 汪海峰 周文龍 李東華

摘要：為探究可以使油莎豆滿足人們對低糖風味健康食品需求的加工方法，該研究以油莎豆、木糖醇和甘草為材料，通過單因素試驗得到各因素的最適條件，應用模糊數學評價法與正交試驗法相結合優化風味油莎豆的工藝條件。結果表明，最佳工藝條件為煮制時間90 min、二次浸泡時間60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g，此工藝條件下的模糊感官評分為79.59分，風味油莎豆的口感獨特，甜度適宜，品質穩定。該研究為油莎豆成為低糖風味休閑產品提供了理論基礎。

關鍵詞：油莎豆；低糖；工藝優化；模糊數學；感官評價

中圖分類號：TS201.1

文獻標志碼：A

文章編號：1000-9973（2024）06-0126-05

Optimization of Processing Technology of Flavored Cyperus esculentus

Based on Fuzzy Mathematics Evaluation Method

BAI Xia， REN Xiao-meng， WANG Hai-feng， ZHOU Wen-long， LI Dong-hua^*

（School of Pharmacy and Bioengineering， Shenyang University of Chemical Technology，

Shenyang 110142， China）

Abstract： To explore the processing method that can make Cyperus esculentus meet people's demand for low-sugar flavored healthy food， in this study， with Cyperus esculentus， xylitol and licorice as the materials， the optimum conditions of various factors are obtained through single factor test， and then fuzzy mathematics evaluation method combined with orthogonal test is used to optimize the technology conditions of favored Cyperus esculentus. The results show that the optimal technology conditions are cooking time of 90 min， secondary soaking time of 60 min， xylitol addition amount of 8 g and licorice addition amount of 7 g. The fuzzy sensory score under these technology conditions is 79.59 points， the taste of favored Cyperus esculentus is unique， sweetness is moderate and quality is stable. This study has provided a theoretical basis for Cyperus esculentus to become low-sugar favored leisure products.

Key words： Cyperus esculentus; low sugar; technology optimization; fuzzy mathematics; sensory evaluation

收稿日期：2023-12-09

基金項目：2021年度遼寧省教育廳科學研究面上項目（LJKZ0444）；遼寧省教育廳科學研究經費項目青年科技人才“育苗”項目（LQ2020021）

作者簡介：白瑕（1998—），女，碩士研究生，研究方向：藥品、食品的質控與無損檢測。

*通信作者：李東華（1981—），女，講師，碩士生導師，博士，研究方向：農副產品和食品品質無損檢測技術。

油莎豆又稱虎堅果、油莎草，原產于非洲，是一種莎草科草本植物^[1-2]。油莎豆有著較高的營養價值，含有大量的油脂、淀粉、水溶性糖、蛋白質和膳食纖維等營養成分^[3-7]。此外，油莎豆還具有豐富的藥用活性成分，如酚酸類、甾醇類、黃酮類和蒽醌類等，使油莎豆具有降血糖、殺菌、抗氧化、抑制腫瘤等藥物功效^[8-10]，油莎豆還可用于治療胃腸疾病和女性荷爾蒙分泌異常^[11]等問題。國內外對油莎豆的研究頗多，不僅針對油脂的提取、精煉與成分分析，而且涉及到食品各個行業，而國內對油莎豆深層次加工方面的研究較少。目前，關于油莎豆食用產品的研究主要集中于油莎豆面條、油莎豆飲品、發酵制品和糕點^[12-13]等營養健康食品的開發方面，而關于油莎豆的低糖即食類產品的研究尚少。

采用模糊數學感官評價法對食品類生產工藝進行優化的應用廣泛，模糊數學感官評價法是一種新穎且具有科學性、規范性的評價方法。傳統的感官評價方法往往會受到個人偏見和喜好的影響，導致數據誤差。而通過模糊數學感官評價法，可以使用數學原理和計算方法，將數據進行修正，從而最小化誤差并提高數據的可靠性和權威性^[14-16]。而應用模糊數學感官評價法對油莎豆類食品的研究尚未見報道。

隨著人民生活水平的提高和對綠色健康產品的重視，消費者對食品的要求不再局限于食品的口感，更多關注于產品自身的營養價值。近幾年來，油莎豆作為一種新興的多用途經濟農作物，因其本身具有豐富的營養物質和保健功能強等優點，符合現代人們對低糖、低能量食品的要求。

因此，本研究以油莎豆為主要原料，甘草與木糖醇為輔料，先通過單因素試驗法確定各個因素的最適條件，再通過模糊數學評價法與正交試驗法結合，對低糖即食油莎豆配方進行條件優化，并確定了最佳工藝條件。即食油莎豆口感獨特、營養豐富，為油莎豆的深層次加工利用提供了基礎理論，使油莎豆可以成為生活中常見的低糖類休閑食品。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

原料：脫皮油莎豆1 000 g（市售）。

輔料：木糖醇500 g（食品級）、甘草片140 g（市售切片狀）。

1.2 儀器與設備

HX102T電子天平 沈陽龍騰電子有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；C21-RT2160多功能電磁爐 上海元山電器工業有限公司。

1.3 低糖即食油莎豆加工工藝流程

木糖醇、甘草片

↓

原料→挑選、整理→清洗→（溫水）浸泡→煮制→二次浸泡→成品。

1.4 操作要點

挑選、整理：挑選出顆粒飽滿、表皮無明顯破損的油莎豆作為試驗原料，并將個別油莎豆殘留的表皮去除干凈。

清洗：將挑選好的油莎豆用清水沖洗3～5次。

浸泡：將清洗好的油莎豆放入恒溫水浴鍋中浸泡10 h左右，使油莎豆吸水膨脹。

煮制：將浸泡好的油莎豆再次沖洗，放入鍋中，加入適量的水，煮制1.5 h左右。

二次浸泡：將煮制好的油莎豆和殘留的液體一并放入水浴鍋中，再次浸泡1 h左右。

1.5 單因素試驗

1.5.1 浸泡時間對低糖即食油莎豆加工工藝的影響

取50 g脫皮的油莎豆為原料，分為五等份，放入40 ℃水浴鍋中，設置浸泡時間分別為6，8，10，12，14 h。浸泡完成后，探究不同浸泡時間對低糖即食油莎豆吸水程度的影響，并分析最佳的浸泡時間。

1.5.2 木糖醇添加量對低糖即食油莎豆加工工藝的影響

取50 g脫皮的油莎豆為原料，分為五等份，放入40 ℃恒溫水浴鍋中浸泡10 h，撈出瀝干，添加一定比例的木糖醇（5，8，11，14，17 g）、5 g甘草、500 mL水進行煮制。煮制完成后，將油莎豆連帶湯汁置于水浴鍋中二次浸泡30 min。探究不同木糖醇添加量對低糖即食油莎豆感官評價的影響，并分析最佳的木糖醇添加量。

1.5.3 甘草添加量對低糖即食油莎豆加工工藝的影響

取50 g脫皮的油莎豆為原料，分為五等份，放入40 ℃恒溫水浴鍋中浸泡10 h，撈出瀝干，添加8 g木糖醇、一定比例的甘草（3，5，7，9，11 g）、500 mL水進行煮制。煮制完成后，將油莎豆連帶湯汁置于水浴鍋中二次浸泡30 min。探究不同甘草添加量對低糖即食油莎豆感官評價的影響，并分析最佳的甘草添加量。

1.5.4 煮制時間對低糖即食油莎豆加工工藝的影響

取50 g脫皮的油莎豆為原料，分為五等份，放入40 ℃恒溫水浴鍋中浸泡10 h，撈出瀝干，添加8 g木糖醇、7 g甘草、500 mL水進行煮制。煮制時間分別為45，60，75，90，105，120 min。煮制完成后，將油莎豆連帶湯汁置于水浴鍋中二次浸泡30 min。探究不同煮制時間對低糖即食油莎豆感官評價的影響，并分析最佳的煮制時間。

1.5.5 二次浸泡時間對低糖即食油莎豆加工工藝的影響

取50 g脫皮的油莎豆為原料，分為五等份，放入40 ℃恒溫水浴鍋中浸泡10 h，撈出瀝干，添加8 g木糖醇、7 g甘草、500 mL水進行煮制。煮制完成后，將油莎豆連帶湯汁置于水浴鍋中進行二次浸泡，時間分別為45，60，75，90，105，120 min。探究不同二次浸泡時間對低糖即食油莎豆感官評價的影響，并分析最佳的二次浸泡時間。

1.6 正交試驗

根據單因素試驗結果，選擇煮制時間、二次浸泡時間、木糖醇添加量和甘草添加量4個因素作為產品的主要影響因素，進行 L₉（3 ⁴）正交試驗，選用的因素和水平見表1。

1.7 感官評價

由15名食品專業的師生組成感官評價小組，根據感官評分標準（見表2），從外形、風味、組織和口感4個方面對即食油莎豆進行感官評定，每個指標分為優、良、中、差4個等級，然后利用模糊數學感官評價法計算感官評分，并利用感官評分的高低來評判成品的優良^[17]。

1.8 模糊數學模型的建立

根據低糖即食油莎豆的品質特點，以外形、風味、組織、口感4個評價指標組成低糖即食油莎豆的評價因素集，即U＝{U₁，U₂，U₃，U₄}。以優、良、中、差4個等級組成對低糖即食油莎豆每個因素的評價集，即V＝{V₁，V₂，V₃，V₄}。試驗中優、良、中、差4個等級對應的分值分別為90，70，50，20，即評價等級集V＝{V₁，V₂，V₃，V₄}＝{90，70，50，20}。

權重集的確定采用問卷調查法，請評價小組成員對油莎豆成品的外形、風味、組織、口感4個方面按照在感官評價中的重要性程度進行評價，確定權重集T＝{T₁，T₂，T₃，T₄}，權重總和為1，由15名食品專業師生組成的感官評價小組對低糖即食油莎豆的感官因素進行對比，重要因素得1分，次要因素得0分，自身比較得1分，權重結果見表3。

各感官評價因素得分與總分（150分）的比重即為權重，計算得出感官評價權重集T=（T₁，T₂，T₃，T₄）=（0.22，0.293，0.20，0.287）。

根據表2感官評價表對低糖即食油莎豆各感官評價指標得分對應的優、良、中、差4個評分等級的打分人數進行統計和處理，構成模糊矩陣R。模糊關系綜合評價結果為P_i＝T×R_i，綜合評分Y_i＝P_i×V_i。

1.9 數據分析^[18]

所有試驗進行3次平行試驗，取平均值進行數據分析，以“平均值±標準偏差”表示，采用Excel軟件對試驗數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 浸泡時間對低糖即食油莎豆品質的影響

將油莎豆放入40 ℃溫水中，在不同浸泡時間下油莎豆的吸水量見圖1，試驗結果見圖2。

由圖1和圖2可知，浸泡時間為10 h時，切面和脹潤程度最佳，內外層分界清晰明顯。當浸潤時間小于10 h時，油莎豆切面不平整，脹潤程度不夠完全。當浸潤時間大于10 h時，內外層分界不明顯，內部全是白色，脹潤過度。所以，選擇10 h作為即食油莎豆的浸泡時間較合適。

2.1.2 木糖醇添加量對低糖即食油莎豆品質的影響

木糖醇添加量對油莎豆感官評分的影響見圖3。

由圖3可知，木糖醇添加量為8 g時，甜度適宜，風味最佳，感官評分最高，為81分。隨著木糖醇添加量的繼續增加，感官評分反而降低。油莎豆本身具有一定的含糖量，木糖醇添加過多會使油莎豆的口感過甜，不利于油莎豆的風味。所以，選擇8 g/500 mL水作為即食油莎豆木糖醇的最佳添加量。

2.1.3 甘草添加量對低糖即食油莎豆品質的影響

甘草添加量對油莎豆感官評分的影響見圖4。

由圖4可知，甘草添加量為7 g時，甘草風味濃郁，味道適中，感官評分最高，為82分。隨著甘草添加量的增加，感官評分降低。甘草添加量過少導致油莎豆風味不足；甘草添加量過多導致甘草氣味過重，感官評價結果不理想。所以，選擇7 g/500 mL水作為即食油莎豆甘草的最佳添加量。

2.1.4 煮制時間對低糖即食油莎豆品質的影響

煮制時間對油莎豆感官評分的影響見圖5。

由圖5可知，煮制時間為90 min時口感最好，效果最佳，感官評分最高，為86分。隨著煮制時間的增加，感官評分降低。煮制時間過短達不到產品熟制的目的，導致油莎豆表層松軟；煮制時間過長導致口感下降，熱量不適宜。所以，選擇90 min作為即食油莎豆的煮制時間較合適。

2.1.5 二次浸泡時間對低糖即食油莎豆品質的影響

二次浸泡時間對油莎豆感官評分的影響見圖6。

由圖6可知，二次浸泡時間為60 min時，入味加快，味道濃郁，感官評分最高，為87分。二次浸泡時間繼續增加會使感官評分降低。二次浸泡時間過短導致入味不足，感官評分降低；二次浸泡時間過長，入味過于飽和，對風味的影響不大，可能會產生異味。所以，選擇60 min作為即食油莎豆的最佳二次浸泡時間。

2.2 低糖即食油莎豆的正交試驗結果與分析

通過單因素試驗得出結果后，選擇各因素較優水平進行L₉（3⁴）正交試驗。選擇煮制時間、二次浸泡時間、木糖醇添加量和甘草添加量為試驗因素，利用模糊數學感官評價法對正交試驗結果進行計算，得出油莎豆模糊感官評分，并對數據進行分析，確定低糖即食油莎豆的最佳配方。

2.2.1 建立模糊評價矩陣

由15名食品專業的師生對根據正交試驗方案所制作的9個試驗組別的油莎豆成品進行評價，分別從油莎豆的外形、風味、組織和口感4個方面進行打分，評價結果見表4。

由表4統計1～9批次試驗成品品質評價因素集中優、良、中、差所占比例，即得1～9批次成品的模糊矩陣：

根據模糊變化原理，計算成品對評價因素的綜合評價結果P=T×R得出：

P₁=（0.269，0.301，0.279，0.150）；P₂=（0.368，0.219，0.233，0.179）；P₃=（0.156，0.278，0.288，0.278）；P₄=（0.278，0.201，0.379，0.124）；P₅=（0.280，0.271，0.192，0.257）；P₆=（0.258，0.308，0.229，0.205）；P₇=（0.283，0.251，0.302，0.164）；P₈=（0.273，0.329，0.221，0.177）；P₉=（0.288，0.328，0.265，0.119）。

2.2.2 試驗結果與分析

計算模糊綜合評價總分Y_i=P_i×V，根據模糊數學感官評價法計算得出的各組感官評價結果見表5。

表5 各組感官評價結果

Table 5 Sensory evaluation results of various groups

試驗編號綜合評價結果P_i各組感官評分

V/分模糊感官評分

Y_i/分1（0.269，0.301，0.279，0.150）（74，78，75，78）76.012（0.368，0.219，0.233，0.179）（80，76，80，80）79.003（0.156，0.278，0.288，0.278）（75，81，75，73）76.114（0.278，0.201，0.379，0.124）（79，81，72，78）76.505（0.280，0.271，0.192，0.257）（75，80，74，79）77.196（0.258，0.308，0.229，0.205）（71，82，76，82）77.797（0.283，0.251，0.302，0.164）（84，80，72，74）77.738（0.273，0.329，0.221，0.177）（78，81，70，72）76.169（0.288，0.328，0.265，0.119）（75，81，71，71）75.43

計算過程以第一組試驗為例，Y₁=P₁×V=76.01分，其中V是感官評價等級，（74，78，75，78）表示第一組試驗成品的外形、風味、組織、口感得分分別為74，78，75，78分，最終模糊感官評分為76.01分。同理可得2～9組的模糊感官評分。

得出模糊感官評分后，設計正交試驗，探究4個單因素的最佳組合以及各個因素的影響程度，結果見表6。

K值和k值的大小可以反映出油莎豆感官評價的最終結果，由表6可知，A₂B₂C₂D₂為最優條件，即煮制時間90 min、二次浸泡時間60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g。R值的大小可以反映各因素對最終感官評分影響的大小，因素主次順序為甘草添加量＞二次浸泡時間＞煮制時間＞木糖醇添加量。

2.2.3 驗證試驗結果與分析

通過正交試驗得到最佳試驗方案為A₂B₂C₂D₂，與試驗結果A₁B₂C₃D₂不同，進一步對方案A₂B₂C₂D₂與A₁B₂C₃D₂進行對比試驗，利用Excel軟件分析兩組數據的差異性，結果見表7。

由表7可知，兩組差異性為0.894＞0.05，所以兩組數據無顯著性差異，證明A₂B₂C₂D₂為最佳試驗方案，即煮制時間90 min、二次浸泡時間60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g，此時低糖即食油莎豆更加符合大眾口味，證明本試驗方法條件和結果可靠。

3 結論

本研究利用單因素試驗法得到低糖即食油莎豆的最適條件，再利用模糊數學評價法與正交試驗相結合的方法進行優化得到低糖即食油莎豆的最佳工藝條件。以油莎豆為原料，根據單因素試驗結果選擇木糖醇添加量、甘草添加量、煮制時間、二次浸泡時間為正交試驗因素。以問卷調查的方式收集有關模糊數學評價法的關鍵數據，以此來計算正交試驗的最終結果，確定最優的方案組合。試驗表明，最優方案為A₂B₂C₂D₂，即煮制時間90 min、二次浸泡時間60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g，該方案組合感官評分最高。此工藝條件下制得的油莎豆口感獨特，甜度適宜，甘草風味適中，品質穩定，油莎豆風味進一步得到提高。通過驗證試驗，感官評分為79.59分，均高于正交試驗中各組的感官評分。低糖即食油莎豆的營養價值更豐富，口味更獨特，為油莎豆的新風味開發及油莎豆的深加工提供了理論基礎。

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