模糊数学感官评价法优化塔格糖酸奶发酵工艺

刘俊艳，王成花，梁真，于海峰

（齐鲁工业大学食品科学与工程学院，山东济南250353）

模糊数学感官评价法优化塔格糖酸奶发酵工艺

刘俊艳，王成花，梁真，于海峰

（齐鲁工业大学食品科学与工程学院，山东济南250353）

为开发新型功能性酸奶，用功能性甜味剂塔格糖部分替代蔗糖，采用正交试验优化了塔格糖酸奶的发酵工艺条件，通过模糊数学感官评价方法从色泽、口感、组织和风味四个方面对塔格糖酸奶的品质进行评价。试验结果表明，塔格糖酸奶的最佳发酵条件为塔格糖添加量2.5%、发酵剂接种量5%、发酵时间5.0 h。在此最佳条件下发酵制得的塔格糖酸奶凝乳紧密，均匀，保形能力较好，口感最佳，同时具有塔格糖和益生菌的功能特性，提高了酸奶的品质和保健功能。用质构仪对塔格糖酸奶的质构指标稠度和黏度进行了测定，分析了酸奶的质构指标与感官分析指标之间的关系。

模糊数学；感官评价法；塔格糖酸奶；质构分析

随着人们对食品保健功能的需求增加，酸奶的功能性也越来越被重视。健康、天然、功能性、环境友好型包装材料和新风味、新文化是目前国际上酸奶发展的五大流行趋势。因此针对特定的人群，调整酸奶的配方，提高酸奶的营养和保健功能，成为酸奶新品开发的研究方向。

D-塔格糖是一种低热量的功能性甜味剂，甜度与蔗糖相似，产生的热量仅为蔗糖的1/3，且D-塔格糖具有降低血糖，改善肠道菌群，抗龋齿等多种功能[1-2]，已经在多个国家作为低热量甜味剂应用于健康饮料、酸乳、果汁、糖尿病患者专用食品。在我国，D-塔格糖已经被批准为新食品原料（国家卫计委2014第10号公告）。用塔格糖部分替代蔗糖制作酸奶，这种酸奶结合了乳酸菌与塔格糖的保健功能，将成为糖尿病患者和肥胖患者理想的健康食品，具有良好的市场前景。

在酸奶质量评价中，感官特性指标是一个重要指标。感官评价是通过人体视觉、味觉等感觉器官所引起反应，用于测量、分析和解释产品的分析方法[3]。感官特性在描述上具有主观性，难以分出清晰的界限，具有模糊性，单纯的算术平均值不能反映不同处理之间的差异，而采用模糊数学的方法来处理感官评价的结果，可以对感官特性进行数学化和定量化的描述和处理，最大限度地保持信息的完整性[4]。宋亚琼等[5]用模糊数学感官评价法优化了臭鳜鱼的发酵工艺；张明等[6]用模糊数学感官评价法优化了豆渣发酵工艺；彭坚等[7]将模糊综合评判法应用到腐乳传统发酵食品的感官评价中，提升了感官评价的客观性和科学性。模糊数学法通过将复杂不确定的感官特性指标转化为精确的数字，可以借助于数学工具进行定量评价，可有效评价评定对象，还可以获得更多的参考信息。

本试验采用正交试验和模糊数学中的模糊关系，对塔格糖酸奶感官品质的结果进行综合评价，以期得到最优发酵工艺参数，同时用质构仪测定了塔格糖酸奶的稠度和胶黏度，分析酸奶的质构指标与感官分析指标之间的关系，为确定塔格糖酸奶制作工艺参数提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料与菌种

纯牛乳、蔗糖：市售；结晶塔格糖：山东绿健生物科技有限公司。

嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌：齐鲁工业大学食品微生物实验室保存。

1.1.2 培养基

试管斜面培养基（MRS培养基）：蛋白胨10.00 g，酵母浸粉5.00 g，牛肉膏10.00 g，葡萄糖20.00 g，磷酸氢二钾2.00 g，柠檬酸氢二铵2.00 g，无水乙酸钠5.00 g，硫酸锰0.25 g，硫酸镁0.58 g，Tween-80 1.00 g，蒸馏水1 L，pH值为6.8，121℃灭菌15 min。

发酵剂制备培养基：脱脂乳培养基、全脂乳培养基。

1.2 仪器与设备

SW-C-J2-G超净工作台：苏州净化设备有限公司；SHP-150恒温培养箱：上海福玛试验设备有限公司；FJ-200高速分散均质机：上海硕光电子科技有限公司；YXQ-LS-75S立式电热压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；TA-XT plus型质构分析仪：英国SMSTextureAnalyzer公司；pHS-25酸度计：上海图新电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 塔格糖酸乳工艺流程[8]

纯牛乳→配料（添加不同比例的蔗糖和塔格糖）→预热（50～60℃）→均质（15～20 MPa，5 min）→杀菌（90℃，10 min）→冷却（45℃）→接种发酵剂→发酵→冷却（15～20℃）→破碎凝乳→冷却（4℃）→后熟

1.3.2 生产发酵剂制备

将斜面菌种嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、双歧杆菌先用脱脂乳单一菌种活化培养，再将活化后的嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌按1∶1∶1的比例接种到全脂乳培养基中，总接种量3%，42℃发酵至凝固后，冷却至4℃备用。

1.3.3 塔格糖酸奶的工艺优化

塔格糖酸奶的质量与塔格糖替代蔗糖的比例、发酵剂接种量和发酵时间有密切关系。在预试验的基础上，采用L9（34）正交试验设计方案对塔格糖酸奶中塔格糖含量（总加糖量为6.0%，给出塔格糖的含量其余的糖为蔗糖）、发酵剂接种量、发酵时间进行筛选确定，正交试验因素与水平见表1。

表1 塔格糖酸奶发酵条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for tagatose yogurt fermentation conditions optimization

1.3.4 塔格糖酸奶质构分析[8]

选用A/BE探头，直径为35 mm的压力盘，测定参数设置：下降速度与测试速度为1.0 mm/s提升速度为10.0 mm/s测试深度30.0 mm记录探入过程中所需的应力（g）。探入过程中的最大峰值为硬度，探头回缩过程中的负峰值为内聚性，曲线的负值区域代表黏度，每个样品重复测定3次。

1.3.5 感官评价方法

通过感官灵敏试验筛选出10名食品与生物工程学院学生（4男6女）组成感官评定小组，在评价之前，对评价组成员进行评价标准培训，使评价员能客观地进行评价，增强评价一致性[9]。所有样品均采用3位随机数编码，常温下供评价员进行评价[10]，评定员在单独的房间进行评定，评定过程禁止相互讨论，评定完每个样品后以清水漱口[11]。

1.3.6 建立模糊综合评价模型

评价因素集M的确立：选择酸奶的色泽（m1）、组织（m2）、口感（m3）、风味（m4）构成评价因素集，得到塔格糖酸奶的评价因素集M={m1，m2，m3，m4}。

评价等级集N的确立：评价等级集N为对前述M集中每个因素的评价，经过感官评定人员的讨论，确定塔格糖酸奶的评价为优（n1）、良（n2）、中（n3）、差（n4），即塔格糖酸奶的评价等级集为N={n1，n2，n3，n4}。塔格糖酸奶的感官评价标准见表2。

表2 塔格糖酸奶感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of tagatose yogurt

评价权重集A的确立：评价权重实际上就是各因素的重要程度。请10名感官评定小组成员分别对塔格糖酸奶的色泽、组织、口感、风味进行权重的确定，评价两个因素的重要程度时，按照参考文献[12]的方法评分。4个指标的得分与总分数的比值即为权重，权重确定结果见表3。

表3 塔格糖酸奶感官权重的确定Table 3 Sensory evaluation weights of tagatose yogurt

由表3可知，塔格糖酸奶各因素的权重分别为色泽0.22、组织0.26、口感0.28、风味0.24。权重集A={0.22，0.26，0.28，0.24}。

2 结果与分析

2.1 塔格糖酸奶的感官评价结果

10名感官评定员根据塔格糖酸奶感官评定标准（表2），对正交试验制得的9组样品的4个感官特性指标进行感官评价。根据评价因素集分别进行评价等级确定，记录各个因素在每个等级中的票数分布（表4），每个因素各级的票数与总评定的人数的比值即为赞成比率，再将各个因素各级的赞成比率排列得到样品模糊评判矩阵Rj。

其中j表示样品的编号，Rj表示第j个样品的模糊评判矩阵。i表示质量评价因素，ri1、ri2、ri3、ri4分别表示第i个质量因素对应各等级的赞成比率。

表4 塔格糖酸奶感官评价结果Table 4 Sensory evaluation results of tagatose yogurt

由表4可得到1～9号塔格糖酸奶样品的模糊矩阵如下：

2.2 模糊数学综合评价结果

根据模糊变换原理[13-15]，用权重A乘以模糊关系矩阵Rj，得到综合评价结果Yj。

Y1=（0.046 0.100 0.322 0.532）即为1号试验塔格糖酸奶样品的综合评价结果，该结果说明在塔格糖含量2.5%、接种量3%、发酵时间4 h的条件下得到的酸奶，4.6%的人认为优，10%的人认为良，32.2%的人认为中，53.2%的人认为差。

同理可其他8组试验制得的塔格糖酸奶样品的综合评价结果：

Y2=（0.192 0.348 0.306 0.154），Y3=（0.558 0.246 0.148 0.024），Y4=（0.022 0.218 0.400 0.360），Y5=（0.096 0.322 0.352 0.230），Y6=（0.122 0.276 0.450 0.153），Y7=（0.226 0.326 0.276 0.172），Y8=（0.114 0.194 0.458 0.234），Y9=（0.096 0.310 0.388 0.206）

从以上综合评价的结果可以看出，认为3号试验制得样品优的人数最多，为55.8%。认为优和良的比率总和为80.4%，只有2.4%的人认为差。因此确定综合评价结果最好的3号试验的发酵条件，即塔格糖含量2.5%、接种量5%、发酵时间5.0 h为塔格糖酸奶的最佳发酵条件。

2.3 塔格糖酸奶正交试验结果

酸奶的黏稠度对酸奶口感有较大的影响，稠度越小，口感越稀薄，酸奶的风味越弱；黏度越小，酸奶在口中的滞留感越小，余味也越短。但黏稠度过高，也会产生糊口感，影响酸奶的爽滑性等不利影响。对正交试验9组试验获得的塔格糖酸奶样品，用质构仪对后熟24 h后的酸奶样品进行稠度和黏度进行分析。正交试验结果见表5。

表5 塔格糖酸奶发酵工艺优化正交试验结果Table 5 Results and analysis of orthogonal experiments for tagatose yogurt fermentation technology optimization

由表5可知，对稠度的影响大小的因素排序为C＞B＞A，即发酵时间＞接种量＞塔格糖含量，最佳组合为A1B3C3。对黏度的影响大小的因素排序为C＞A＞B，与对稠度的影响一致，即发酵时间＞接种量＞塔格糖含量，最佳组合为A1B3C3，感官评定得分的影响因素排序为B＞C＞A，最佳组合为A2B3C2。感官评分法与质构仪测定的结果稍有偏差，这与感官评分法的主观局限性有关。

但是质构仪测定试验结果的最佳组合A1B3C3与模糊数学综合感官评价获得的3号试验结果一致，3号试验感官评分最高94.5分。

因此确定塔格糖酸奶的最佳发酵条件为塔格糖含量2.5%、接种量5%、发酵时间5.0 h。

3 结论

将功能性甜味剂塔格糖部分替代蔗糖，利用乳酸菌发酵制得的塔格糖酸奶新产品，该产品同时具有酸奶益生菌和甜味剂塔格糖的功能特性，特别适合糖尿病患者饮用，丰富了酸奶的新品种。运用模糊数学法综合评价克服了单纯感官评分法的主观局限性，最大限度的保留了感官品评的信息完整性，模糊数学综合评价法的最佳组合质构仪对塔格糖酸奶样品稠度和胶黏度的测定最佳组合结果一致，确定塔格糖酸奶发酵工艺条件为塔格糖含量2.5%、接种量5%、发酵时间5.0 h。说明运用模糊数学的感官评价方法具有较高的准确性和公正性。在最佳工艺条件下制得的酸奶样品凝乳紧密，均匀，保形能力较好，感官评分为94.5分。

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[6]张明，王燕，欧阳楚云.模糊数学感官评价法优化豆渣发酵工艺[J].中国酿造，2015，34（9）：75-79

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Optimization of tagatose yogurt fermentation technology based on fuzzy mathematics sensory evaluation method

LIU Junyan,WANG Chenghua,LIANG Zhen,YU Haifeng
(College of Food Science and Engineering,Qilu University of Technology,Jinan 250353,China)

To develop the new type functional yoghurt,sucrose was partly replaced by functional sweetening agent tagatose in the yoghurt.The tagatose yogurt fermentation process was optimized by orthogonal tests,and the quality of tagatose yogurt was evaluated by fuzzy mathematics method from the aspects of color,taste,texture and flavor.The experimental results showed that the optimal fermentation conditions of tagatose yogurt were tagatose 2.5%,starter inoculum 5%,fermentation time 5.0 h.The yogurt was with tight and uniform texture,with good shape-preserving character and good taste,meanwhile,the product had the nutritional value of yogurt and the health functions of probiotics,which improved the quality and healthcare function of yogurt.The hardness and adhesiveness of yogurt were measured by texture analyzer,and the correlation analysis between texture indexes and sensory evaluation indexes were studied.

fuzzy mathematics;sensory evaluation;tagatose yogurt;texture analysis

TS252.5

0254-5071（2017）03-0099-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.03.021

2016-09-15

山东省科技发展计划项目（2014GSF121039）；山东省高等学校科技计划项目(J13LE01)；山东省研究生教育创新计划（SDYC15028）

刘俊艳（1991-），女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。

*通讯作者：于海峰（1975-），女，教授，博士，研究方向为功能性食品与食品添加剂。