二次旋转和模糊评价在南瓜子壳饼干研制中的应用

张珍林 杜先锋 刘天成 陈秋玲

二次旋转和模糊评价在南瓜子壳饼干研制中的应用

张珍林1杜先锋1刘天成2陈秋玲3

(安徽农业大学食品科学工程系1，合肥 230036)
(安徽小刘食品有限公司2，合肥 230051)
(安徽乐健绿色食品有限公司3，桐城 231400)

以富含膳食纤维的南瓜子壳粉为辅料，在单因素试验的基础上，通过添加南瓜子壳粉对饼干生产配方进行4因素(南瓜子壳粉、植物油、水、白砂糖)5水平的二次旋转试验设计，并应用模糊数学对产品进行感官评定，以模糊感官评定结果作为二次旋转试验值，通过DPS软件进行二次旋转优化。试验结果表明:该试验模型的F值为8．919，P＜0．001，大于在0．01水平上的F值，而失拟项的F值为1．464，小于0．05水平的F值，该试验模型的R2=0．856 0，说明该试验模型拟和结果好，自变量与旋转值之间线性关系显著，可以用于该试验的理论预测。经优化后的饼干制作最佳工艺参数:南瓜子壳粉添加量4．13%，白砂糖添加量23．64%，水添加量12．89%，植物油添加量30．45%。

模糊评价 二次旋转 南瓜子壳 参数优化

南瓜子壳是南瓜子的主要副产品，富含膳食纤维［1］。膳食纤维作为功能性食品的原料广泛用于生产各种食品。其具有降低血清胆固醇、改善肠道功能、减少食物残渣在肠内滞留时间的功能，可预防高血压、高血脂、动脉硬化、冠心病、糖尿病和便秘等疾病，被称为“第七营养素”［2－3］。适量的摄取食物纤维有利于维持身体健康。

感官评价是一门用于制定、测量、分析和说明人类通过视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉而感知的感觉的科学。针对食品感官质量指标描述的模糊性，通过模糊数学的应用来评价食品感官质量更为科学，更为准确。模糊数学将需要研究的一系列现象作为论域(即讨论范围)，并将论域中一部分相互联系的因素称为集合;采用计算方法对论域中的各个元素迸行处理，就可以得到用数值表示的结果［4－5］。应用模糊数学评价食品的感官质量不仅能获得与现行评分法一致的结果，而且还能解决评分法难以解决的名次排列问题。再通过二次旋转分析把感官评价的综合得分作为二次旋转分析的指标值，可以更好地优化工艺条件，确定最佳的工艺配方，以获得最佳的产品［6－7］。

在试验统计分析的研究中，多以试验测得的数值性指标作为分析值，类似以模糊感官评定结果作为回归值的研究很少。在饼干的感官评价中，大多采用差别检验、描述分析和情感试验，很难避免感官评价中的误差［8－9］。试验拟以饼干的模糊感官评定结果作为统计分析的值，研究二次旋转法和模糊评价法结合在饼干研制中的应用，为此类食品的研制提供感官评价方法指导。

1 材料与方法

1．1 材料与设备

南瓜子壳粉:自制;低筋粉、白砂糖、植物油:市售。

HMBTO1型超微粉碎机:台湾弘荃机械企业有限公司;DZF－6050型真空干燥箱:上海三发科学仪器有限公司;DF－101T型集热式恒温磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司;B20－F型食品搅拌机:江苏如东恒宇食品机械有限公司;JF－12型发酵箱:广州市海蒂机械科技有限公司;DFL－11型远红外线食品烘炉:广州德宝厨房设备有限公司。

1．2 饼干工艺

1．2．1 南瓜子壳粉制备工艺流程

南瓜子壳→预处理(去杂、50℃水清洗)→干燥(105℃鼓风干燥)→粉碎→过筛(200目)→干燥密闭保存备用

1．2．2 饼干制作工艺

配料(各辅料以低筋粉为基准，依次按顺序加入)→预混→面团调制(以26 r/min的速度调制6～12 min)→静置→辊轧(2～3对)→成形→烘烤(220℃，10 min)→冷却→包装→成品

1．2．3 饼干制作基本配方［10］

低筋粉200 g、白砂糖50 g、植物油60 g、水24 g、淀粉10 g、碳酸氢钠1．2 g、食盐0．24 g、南瓜子壳粉12 g。

1．3 试验方法

1．3．1 模糊综合评定方法［11－12］

1．3．1．1 确定产品因素集U和评语集V

确定产品质量由组织、口感、外观、气味、色泽5个因素构成，即U=(组织、口感、外观、气味、色泽);对每个因素的评价按好、中等、差3个等级评定，即V={好(v1)、中等(v2)、差(v3)}。

1．3．1．2 确定权重

采用强制决定法［13］确定各质量因素的权重分别为组织(0．15)、口感(0．3)、外观(0．15)、气味(0．2)、色泽(0．2)，即A=(0．15，0．30，0．15，0．20，0．20)。

1．3．1．3 评定标准

由专业技术人员和食品专业教师制定出南瓜子壳饼干的感官评定标准［10］，见表1。

表1 饼干的感官评定标准

1．3．1．4 模糊综合评判数学模型的选取［11］

设食品感官因素综合评判的结果向量为Y，它是感官因素由向量A和评价矩阵R的合成，即Y=A·R

其中Yi=(x1∧r1i)∨(x2∧r2i)…(xn∧rni)(i=1，2，…，m)。

这里“∧”代表两者相比较后取较小值，“∨”表示两者相比较后取较大值。

1．3．2 单因素试验

固定基本配方中其他成分的添加量，对南瓜子壳粉添加量(2%、4%、6%、8%)，对白砂糖添加量(21%、23%、25%、27%)，对水添加量(8%、10%、12%、14%)，对植物油添加量(26%、28%、30%、32%)分别取4个水平，分析这4个不同水平对饼干的感官评价影响，做2次重复试验，并通过10位评委综合评定打分。

1．3．3 二次正交旋转试验

在单因素试验基础上，确定南瓜子壳粉添加量(X1)、白砂糖添加量(X2)、水添加量(X3)、植物油添加量(X4)及模糊感官评价结果进行四因素五水平的二次正交旋转组合设计(表2)，采用DPS V7．05对试验数据进行分析并预测最佳工艺参数。

表2 试验因素水平表

2 结果与分析

2．1 单因素试验

2．1．1 南瓜子壳粉添加量对饼干感官评价的影响由表3中的D值可以看出，通过感官评价可初步确定南瓜子壳粉添加量为4%。

表3 南瓜子壳粉添加量对饼干感官评价的影响

2．1．2 白砂糖添加量对饼干感官评价的影响

由表4的D值可以看出，通过感官评价可初步确定白砂糖添加量为25%。

表4 不同白砂糖添加量对饼干感官评价的影响

2．1．3 水添加量对饼干感官评价的影响

由表5的D值可以看出，通过感官评价可初步确定水添加量为12%。

表5 水添加量对饼干感官评价的影响

2．1．4 植物油添加量对饼干感官评价的影响

由表6的D值可以看出，通过感官评价可初步确定植物油添加量为30%。

表6 植物油添加量对饼干感官评价的影响

2．2 模糊评价

根据试验方案设计的配方，按工艺要点制作出相应的36组产品，从食品专业教师和同学代表中选出10人组成评委，分别对36组产品的组织、口感、外观、气味和色泽5个方面进行评定。评定标准见表1。

设被评定的饼干感官质量值域为U，则U={组织(u1)、口感(u2)、外观(u3)、气味(u4)、色泽(u5)}。评定集为V，V={好(v1)、中等(v2)、差(v3)}。根据专家经验，确定权重集为X={0．15、0．30、0．15、0．20、0．20}，即组织占15分，口感占30分，外观占15分，气味占20分，色泽占20分，合计100分。将评定系数统计后分别除以10得出评定结果，见表7。

为了避免出现双峰值，选用加权平均型的数学模型M(·，+)，Y=∑XiYji=1，2…n;j=1，2…m，这里n=5，m=36，和表7的数据经归一化处理后可得1～36号产品权重Y1～Y36分别为:

Y1=(0．581、0．323、0．096);Y2=(0．500、0．400、0．100);……Y36=(0．500、0．400、0．100)。

为了正确排序，经评委和有关专家研究，定出如下等级系数h1=80，h2=70，h3=60，从而求出S值。S=∑Yj Hi，i=1，2…n;j=1，2…m，这里n=3，m=36。从而算出S1～S36，列于表8中。

表7 评定结果

2．3 二次旋转设计分析［14］

采用二次旋转设计得到36个组合试验点，测定每次试验中的评定结果获得相应的值，见表8。通过二次旋转组合模型Y=b0+∑bixi+∑bijxixj+∑biixi2+ε(i＜j且i=1…4)并按多元回归加以估计，建立以感官评定的结果Y为目标的参数回归方程如下:

表8 二次旋转分析方案和试验结果

用DPS软件对该多元回归方程进行方差分析［15］，分析结果见表9。从表9可看出，方程的失拟项和回归项均在0．05水平上显著，即F1＜F0．05(10，11)，F2＞F0．05(14，21)，故方程拟合很好，置信度大于95%。

为进一步分析方程中各项系数对指标的影响程度，对回归方程的各回归系数进行检验，剔除不显著项后，得标准的回归方程:

饼干的品质与南瓜子壳粉添加量、白砂糖添加量、水添加量、植物油添加量的相关系数R2=0．856 0，表明该数学模型4个因素对饼干品质的影响达到85．60%，而其他因素的影响和误差达到14．40%。由各回归系数可以判断4个因素对饼干感官的影响顺序为X2＞X1＞X3＞X4。

表9 方差分析表

2．4 主因子及单因子效应分析

由方程分别采用降维分析，即将其余因子固定为零，依次得到X1、X2、X3、X4相对应Y的回归方程，南瓜 子 壳粉 添加量Y1=74．668+0．867X1－1．992X1

2，白砂糖添加量Y2=74．668+1．645X2－2．408X2

2，水添加量Y3=74．668+0．478X3－1．685X3

2，植物油添加量Y4=74．668+0．113X4－1．732X4

2，根据子模型作图1。由图1可知，在设计范围内，南瓜子壳粉添加量，白砂糖添加量，水添加量，植物油添加量均在－2到2水平上感官值先显著增加而后下降，且在0水平时达到最高值。南瓜子壳粉的添加量在编码值2水平后，感官值呈现了较显著的增加，分析可知南瓜子壳粉的添加对饼干品质有明显的增加效果。从图1可以看出，各个曲线的变化趋势与试验所做的单因素曲线趋势基本吻合。表明由二次回归旋转组合设计试验与单因素试验得到的影响趋势一致，可以为日后生产放大选择参数提供依据。

图1 单因子对感官评定值的影响

2．5 最佳产量模拟寻优

经DPS软件计算机模拟，在本试验范围内，饼干品质的感官评定最高值为74．67，对应的组合方案为X1=0，X2=0，X3=0，X4=0即南瓜子壳粉添加量为4%，白砂糖添加量为25%，水添加量为12%，植物油添加量为30%。通过对计算机模拟的最佳试验条件进行试验验证，得到感官评定最高值为76．23，优化后的各因素最佳试验组合点为:南瓜子壳粉添加量4．31%，白砂糖添加量23．64%，水分添加量12．89%，植物油添加量30．45%。与模拟得率十分接近，故最佳产量模拟成功，符合实际。

3 结论

通过单因素试验确定了南瓜子壳粉添加量、白砂糖添加量、水添加量、植物油添加量4个试验因素的取值范围。用DPS软件做二次旋转组合分析，二次回归模型的F值8．919，P值＜0．001，大于在0．01水平上的F值，而失拟项的F值为1．464，小于0．05水平的F值，该试验模型的R2=0．856 0，说明该试验模型拟和结果好，自变量与旋转值之间线性关系显著，可以用于该试验的理论预测。二次回归旋转试验确定了南瓜子壳膳食纤维饼干制作的最佳工艺参数:南瓜子壳粉添加量4．13%，白砂糖添加量23．64%，水添加量12．89%，植物油添加量30．45%。在此工艺条件下制得饼干的感官评定结果达到76．23，验证试验结果证明该方法用于优化饼干的制作工艺切实可行。

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Application of Quadratic Rotation and Fuzzy Evaluation in Development of Pumpkin Seeds Hull Biscuit

Zhang Zhenlin1Du Xianfeng1Liu Tiancheng2Chen Qiuling3
(Department of Food Science and Technology Anhui Agricultural University1，Hefei 230036)
(Anhui Xiaoliu Food Co．，Ltd2，Hefei 230051)
(Anhui Lejian Green Food Co．，Ltd3，Tongcheng 231400)

Taking pumpkin seeds hull rich in dietary fiber as the auxiliary materials，based on single－factor tests the response second rotation was adopted with five levels and four factors that are Pumpkin seeds hull，white sugar，water and Vegetable oil．Fuzzy math was applied in biscuits sensory evaluation．The result of the fuzzy evaluation was used as the data for the Second rotation methodology．DPSwas used to optimize the Second rotation．The result of the experiments demonstrates that F value is 8．919，P＜0．001 which is more than F in the same level．The Lack of F in 1．464 is less than F in 0．05 level，R2of the model is0．8560，which indicates the result of the model is fit well and the relation of the independent variables and the rotation values is remarkable．This concludes that the model could be used in experimental theory forecast．The optimized processing conditions are amount of Pumpkin seeds hull 4．13%，white sugar 23．64%，water 12．89%，and Vegetable oil 30．45%．

fuzzy evaluation，second rotation，pumpkin seeds hull，optimization of parameter

TS217．1

A

1003－0174(2012)08－0098－06

安徽省战略性新兴产业科技计划(11010302147)

2011－10－14

张珍林，女，1985年出生，硕士，食品科学

杜先锋，男，1967年出生，教授，博士生导师，食品生物技术及农副产品深加工