基于模糊数学综合感官评价的 甘薯淀粉面包的工艺优化

孙 莹,苗榕芯

(哈尔滨商业大学旅游与烹饪学院,黑龙江哈尔滨 150000)

我国是世界甘薯生产和种植第一大国,年产量约1亿吨左右,约占世界的85.9%[1-3]。甘薯含维生素C、膳食纤维等,具有抗癌、降血脂、降胆固醇、降血糖和增强免疫的作用[4],淀粉是甘薯的主要组成成分,约占干重的50%～80%[5]。在制作面包时加入淀粉,面团的流变性会发生改变,烘焙食品的色香味也会改变[6]。甘薯淀粉有很好的粘性、弹性、延伸性、薄膜成型性和吸脂性,并且和甘薯全粉相比含水量低,容易储存,有更好的起筋性、胀发性[7-8]。所以,甘薯淀粉是一种优良的面包改良剂。近年来甘薯用于面包的研究越来越多。适量添加在面包配方中不仅使其在普通面包的基础上具有清理肠胃、降低血脂、减肥通便等多种保健功能,降低面包的老化速度,延长面包的保质期,而且为甘薯深度加工利用开辟了一条途径[9]。据研究表明,甘薯淀粉对面团品质起到了很好的改良作用,同时也增加了面包的营养价值和风味[6]。随着甘薯淀粉粉丝、粉条等产品出现[10],甘薯淀粉制品朝着可持续性发展轨道进行。因此,甘薯淀粉面包将成为极易被广大群众接受的保健食品且具有广阔的发展前景。

在食品加工工艺研究过程中,感官特性通常是评价其质量的一个重要指标,而评价感官属性的描述上难以划分出清晰的界限,往往具有模糊性,如外观、香气、滋味以及口感等因素,因此采用模糊数学评价法对这些性质进行数学化和定量化的描述和处理,可以很好地减少感官评价指标间及感官评价主体间的主观评定误差,得到较为客观的检验结果[11-14]。本文对甘薯淀粉面包的配方和工艺进行了系统的研究,通过单因素实验、正交优化实验以及模糊数学感官评价等方法评定甘薯淀粉面包的色泽、形态、香味、口感、触感,通过对甘薯淀粉面包甘薯淀粉、黄油和干酵母添加量的研究,确定最佳添加组合,建立了科学的甘薯淀粉面包感官评定体系,为制作甘薯淀粉面包工艺研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯淀粉 友加甘薯淀粉;黄油 福瑞克烘焙黄油;面包用高筋小麦粉、鸡蛋、干酵母、糖 哈尔滨家乐福超市。

SGB-3Y烤箱 广州三麦烤箱有限公司;MP5002电子天平 上海恒平科学仪器有限公司;TA. XT-Plus型质构仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司;16/13豪华型食品发酵箱 广州市澳联斯厨具有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 甘薯淀粉面包制作工艺流程 甘薯淀粉与小麦粉混合成混合粉→加入白糖、盐进行混合→加入鸡蛋、温水和溶解好的干酵母→揉制面团→加入黄油,并将黄油全部揉进面团→一次醒发→整形→二次醒发→入烤箱烘焙→冷却

1.2.2 甘薯淀粉面包的操作要点 原料预处理:红薯淀粉与小麦粉混合后过筛;干酵母预先用温水溶解好;鸡蛋打成全蛋液。

面团调制:现将材料混合后揉成面团,然后再加入黄油,一定要将黄油均匀的全部揉进面团,直至面团抻开可形成一层薄膜。

面团醒发:揉好的面团一次醒发后,要进行整形,进行二次醒发。

烘烤:烤箱需预热15 min,使烤箱内部温度均匀保持烘焙温度180 ℃,烘烤15 min。

冷却:烘烤完毕后,采用自然冷却。

1.2.3 甘薯淀粉面包配方优化

1.2.3.1 单因素实验 固定醒发温度25 ℃、一次醒发时间60 min和烘焙时间9 min,以甘薯淀粉的添加量(12、13.5、15、16.5、18 g)、黄油添加量(11、13、15、17、19 g)、干酵母添加量(4、4.5、5、5.5、6 g)为考察因素进行单因素试验。

1.2.3.2 正交实验 为减少实验次数使实验具有代表性，采用均匀分布方法[15],选择较好的三个水平设计了L9(34)正交实验(正交实验因素水平表见表1),确定甘薯淀粉面包最佳配方。

表1 甘薯淀粉面包配方的正交实验因素与水平表Table 1 Factors and levelsTable of the formula of sweet potato starch bread of orthogonal test

1.2.4 甘薯淀粉面包加工工艺优化

1.2.4.1 单因素实验 固定甘薯淀粉添加量15 g、黄油添加量15 g和干酵母添加量5.5 g,以醒发温度(21、23、25、27和29 ℃)、一次醒发时间(40、50、60、70和80 min)、烘焙时间(8、9、10、11和12 min)为考察因素进行单因素试验,对三个主要单因素进行实验,以感官评分和质构为标准,确定适宜的水平范围。

1.2.4.2 正交实验 在单因素的基础上，设计了L9(34)正交实验(正交实验因素水平表见表2),确定甘薯淀粉面包最优加工工艺。

表2 甘薯淀粉面包加工工艺的正交实验因素与水平表Table 2 Falevelsctors and levels tabl of the processing technology of sweet potato starch bread of orthogonal test

1.3 质构特性测定

质构仪可以根据样品的物性特点,做出数据化的表达[16]。因此将两次正交实验中的9组甘薯淀粉面包用质构仪进行测定。测定条件为:测定速度:60 mm/min,设置形变量为40%,输入起始力为250 N每组样品测定3次取平均值。测试甘薯淀粉面包硬度、弹性、咀嚼性、黏性。

1.4 甘薯淀粉面包感官品质的评定

品尝小组成员由经过感官评定培训的食品专业学生10人(4男6女)组成。所有待评定样品随机取样并由统一容器盛装,评价员品评时相互不交流,每个样品品评前清水漱口[17]。评定人员根据甘薯淀粉面包的色泽、形态、香味、口感、触感根据感官评定标准分别给甘薯淀粉面包打分,评分结果取小组各成员评分的平均分。甘薯淀粉面包感官评价方法参照魏永义[18]方法进行。甘薯淀粉面包感官评定标准见表3。

表3 甘薯淀粉面包的感官评价标准(分)Table 3 Eualuation standard of sweet potato starch bread(score)

1.5 建立模糊综合评价数学模型

1.5.1 评价对象集Y 研究中需要进行感官评价的产品的集合。Y={Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9},Y1～Y9分别代表本研究正交实验中分别制作的9组甘薯淀粉面包,用Yj表示9组面包的综合评价,其中j=1,2,3,……,9。

1.5.2 评价因素集U 是本研究中产品感官质量所构成因素的集合。U={U1,U2,U3,U4,U5},U1～U5分别代表本研究中色泽、形态、香味、口感、触感等指标。

1.5.3 评价等级集V 是指每个因素的评价集合。V={V1,V2,V3,V4,V5},V1～V5分别代表本研究中优、良、中、差和极差。

1.5.4 评价权重X 各因素的重要程度,权重集X的元素综合为1[19]。面包的色泽、形态、香味、口感、触感几个因素的重要程度是不一样的。本实验采用用户调查法[20]和二次对比决定法[21],根据10位评判员的打分,确定权重集X={X1,X2,X3,X4,X5},见表4计算出各因素的权重值。

表4 权重评分表Table 4 Weight scoringTable

以10人为一组,每人一张打分表,根据自己的感官对每道菜的色泽、形态、香味、口感、触感先做一个权重评价,总分为100分,见表4。

1.6 数据统计分析

质构数据和作表采用SPSS 20.0软件进行数据分析,测定结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 甘薯淀粉面包最佳配方优化

2.1.1 甘薯淀粉面包配方模糊感官评价结果 由10个感官评价员对9组甘薯淀粉面包按照色泽、形态、香味、口感以及触感进行了逐一评价,感官评价结果如表5所示。

表5 甘薯淀粉面包感官评定票数分布Table 5 Distribution of sensory evaluation of potato starch bread

2.1.2 建立模糊矩阵 评分完成后统计权重评分结果见表6。

表6 权重评分结果Table 6

X=[0.2 0.185 0.215 0.235 0.165]

将对9组实验的数据分别除以品评总人数10人,得到9个模糊评判矩阵,分别对应1～9号实验,例如1号样品模糊矩阵如下:

同理可得R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9。

2.1.3 计算综合隶属度 根据模糊矩阵变换原理:Y=X·R,则对第j号样品评价结果为Yj=X·Rj,以第一组样品为例的总和评价结果为:

按照此方法对各个样品的评分结果进行综合分析得到评判结果Yj,见表7。

表7 综合评判结果Table 7 Comprehensive evaluation result

2.1.4 正交实验结果 感官评价得分计算参照汪瑶[22]方法进行。将表7综合评价结果分别乘以其对应的分值(优、良、中、差、极差依次被赋予分值100、90、80、70、60分)[23],并进行加和,最后可得出每个样品的最后总得分,结果如表8所示。

表8 正交实验结果Table 8 Result of orthogonal test design

由表8可知,优化方案为A2B2C3,即混合粉中甘薯淀粉的添加量15 g,黄油用量15 g,干酵母用量5.5 g。由于甘薯淀粉颗粒比小麦粉颗粒较大,甘薯淀粉的吸水能力会比小麦粉强,从而使面团的吸水率不断提高[6]如果淀粉添加过多会使面包口感粗糙;当黄油添加过量时,黄油中的盐分导致酵母发挥作用的能力变差,面包咸味也变重[24]。,此外,三种因素对甘薯淀粉面包的影响力为RB>RC>RA,所以各因素的从主到次的顺序为:B(黄油添加量)>C(干酵母添加量)>A(混合粉中甘薯淀粉添加量)。结合感官评价结果可知，5号样品等级为优且得分最高,因此全面客观地评定为5号样品最佳。

2.1.5 验证实验 确定淀粉面包最佳配方后每组实验取三次结果平均值。验证实验结果见表9。

表9 验证实验结果Table 9 Verify test results

具表9可知,验证实验结果显示与正交实验的结果是符合的。

2.2 甘薯淀粉面包最优加工工艺

2.2.1 甘薯淀粉面包加工工艺模糊感官评价结果 由10个感官评价员对9组甘薯淀粉面包按照色泽、外观、香气、味道以及口感进行了逐一评价,感官评价结果如表10所示。

表10 最优加工工艺正交实验统计表Table 10 The orthogonal test statisticalTable of the optimal machining process

2.2.2 建立模糊矩阵 将对9组实验的数据分别除以品评总人数10人,得到9个模糊评判矩阵,分别对应1～9号实验,例如1号样品模糊矩阵如下:

同理可得R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9。

2.2.3 计算综合隶属度 综合隶属度见表11。

表11 综合隶属度Table 11 Comprehensive feudatory degree

2.2.4 正交实验结果 正交实验结果见表12。

表12 正交实验结果Table 12 Result of orthogonal test design

由表12可知,优方案为A2B2C1,即醒发温度25 ℃,一次醒发时间60 min,烘焙时间9 min;因RB>RC>RA,所以各因素的从主到次的顺序为:B(一次醒发时间)>C(烘焙时间)>A(醒发温度)。

2.2.5 验证实验 对甘薯淀粉面包最佳工艺组进行验证实验,每组实验取三次结果的平均值,验证实验结果见表13。

表13 验证实验结果Table 13 Verify test results

由表13可知,甘薯淀粉醒发温度25 ℃,一次醒发时间60 min,烘焙时间9 min时,感官评价最好,综合均分98.0分为最高分。验证结果与正交实验的结果是符合实际的。

2.3 质构(texture profile analysis,TPA)测定

面包硬度、咀嚼性越大,口感发硬,缺乏弹性;胶粘性越大吞咽呈稳定状态所需的能量越大[25-26]。由表14可得,甘薯淀粉面包最佳配方实验组中,甘薯淀粉面包的平均硬度为27.95 N,弹性为15.18 mm,咀嚼性为228.30 mJ,胶粘性为15.05 N,因此,感官评价最优的实验组质构测定结果相对较好,易咀嚼爽口且柔软劲道。质构评价结果可针对不同人群适当调整甘薯淀粉面包工艺,得到适合其食用的甘薯淀粉面包。

表14 TPA测定结果Table 14 TPA determination results

3 结论

本实验通过模糊评价与正交实验设计方法的综合运用,系统地对甘薯淀粉面包最佳配方及最优制作工艺进行探讨,即甘薯淀粉面包最佳配方为:

混合粉中甘薯淀粉的添加量15 g,黄油添加量15 g,干酵母添加量5.5 g;影响甘薯淀粉面包品质配方的因素主次顺序为:黄油添加量>干酵母添加量>混合粉中甘薯淀粉添加量。最优加工工艺条件是:一次醒发时间60 min,醒发温度25 ℃,烘焙时间9 min;影响甘薯淀粉面包加工工艺的因素主次顺序为:一次醒发时间>烘焙时间>醒发温度。该方法制作出的甘薯淀粉面包不仅符合面包的生产标准,提高面包的营养价值,开发了一种营养丰富的保健型面包,而且为甘薯的深加工开辟了一条新途径。