基于感官模糊综合评价法与价值工程评价法的市售烤羊肉质量分析评价

席嘉佩，詹 萍*，田洪磊*，王 鹏，未志胜

（1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西 西安 710119；2.石河子大学食品学院，新疆 石河子 832000）

烤羊肉制作简单、味美价廉，既可以作为街头风味快餐，又可以作为上席待客的美味佳肴，广受人们喜爱[1]。然而，烤羊肉质量的参差不齐制约了产品的规模化、商业化发展。为了建立一个统一的烤羊肉品质评估系统，需要对烤羊肉的感官属性及风味物质含量作科学、直观的分析。由于在食品的感官属性描述如外观色泽、质地口感、滋味与香气等方面的界限具有模糊性和不确定性，近年来，有关模糊决策理论的研究已被高度重视并取得丰硕成果[2]。因此，常使用模糊数学[3]来评价、描述影响感官质量的多因素并建立因素间的关系模型。朱萌[4]采用定量描述分析并结合理化指标分析的方法建立了酱制牛肉的感官分析体系，并依据该体系对酱制牛肉品质优劣进行评判。刘朝建等[5]对烧鸡的色泽、气味、组织状态和滋味进行感官特性分析以探究烧鸡加工工艺的关键因素。魏健等[6]在研究不同煮制中心温度对新疆熏马肉熟化过程感官品质的影响时采用模糊数学感官综合评价法确定了最佳煮制温度。

然而，感官评价人员对食品属性感知能力的差异有时会对评价结果造成影响[7]。因此，需要从体系的角度出发来考虑风味构成、各组分贡献度以及二者之间的关联关系。由于感官模糊综合评价法（fuzzy comprehensive sensory evaluation，FSE）所推荐产品的偏好比率可以是不同的，或分配出的备选方案的分数是不确定的[8]，所以，结合价值工程评价法（value engineering evaluation，VEE）可以使评价结果更具体、全面地表征产品风味品质及产品可接受度。将价值工程理论融入到产品的方案设计与质量评估中，通过产品功能（或性能）与原料加工方式的合理化匹配以提高产品的价值及消费者的喜好程度。Laprade等[9]在价值工程中基于发明问题的解决理论（theory of inventive problem solving，TRIZ），减小外部因素对挡土墙及相关临时结构的影响，提出了一种可靠的稳健设计临时施工方案。价值工程是节约资源、降低成本、提高效用的有效方法，价值系数计算现已在造价控制[10]、建筑业[8]、超市客流量分析等多个领域广泛应用，但在食品行业的应用鲜有报道。唐春红等[11]结合价值系数探究不同卤制方法对鸡腿肉中挥发性风味化合物的影响时发现将VEE用于食品质量检测是可行的。

本实验以气相色谱-质谱联用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技术为检测手段，结合FSE与VEE以量化、直观的形式表征不同类别挥发性物质对烤羊肉风味属性的贡献程度，并以此作为食品品质监控的价值评判标准，为进一步研究分子感官学应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

5 组市售烤羊肉样品分别购于新疆石河子市5 个不同的清真餐厅。原料均为绵羊后腿肉，烤制时除食盐外不添加任何香辛辅料，每组样品取样900 g。将5 组烤羊肉样品依次编号为SS1、SS2、SS3、SS4和SS5。

1.2 仪器与设备

手动固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）进样器 美国Supelco公司；7890B-5977A GC-MS仪（带有HP-INNOWax色谱柱） 美国安捷伦科技公司；WNB22型精密数显恒温水浴槽 德国Memmert公司；KWS153OLX-H7G电烤箱 广东格兰仕集团有限公司；DFT-100手提式高速中药粉碎机 江苏同君仪器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 FSE模型的建立

1.3.1.1 评价指标和评语论域的确定

采用模糊数学对需要研究的各指标进行权重确定时，选择最能反映烤羊肉特征的6 个指标作为论域U，评语可以用文字表示，也可以用具体数值或评语等级来表示[12]，即U＝{μ1，μ2，μ3，μ4，μ5，μ6}＝{“色泽”，“质地”，“肉香味”，“烤香味”，“苦味”，“膻味”}。

评语论域为V，V＝{v1，v2，v3，v4，v5}＝{优，好，良，中，差}＝{10，8，6，4，2}。

1.3.1.2 指标权重的确定

由于在评定过程中各指标对烤羊肉感官质量的影响程度不同，它们之间的关系不完全是平权的，故采用强制确定法对6 个指标重新进行权重配比。确定指标后，设权重向量为X，X＝{X1，X2，X3，X4，X5，X6}，且X1+X2+X3+X4+X5+X6＝1，Xi[Xi∈（0，1）]实际上代表各指标的重要程度，是各评价指标相应的隶属度。

根据0～1强制确定法按重要程度作一对一比较。以xi表示各因素的所得分数，Xi表示各因素的权重向量。

1.3.1.3 确定模糊评判矩阵

为了排除少数评价人员因感情偏好、对指标质量标准理解不同等因素带来的偏高或偏低的错误信息，需要培训并筛选出对风味强度感知相近、评分尺度相似的感官评定员，并组成评价小组。根据综合隶属度判别准则得出各个样品的综合评价得分。对评价不同指标的评价次数进行统计，得到模糊矩阵Ri＝{Kss1，Kss2，Kss3，Kss4，Kss5}。

1.3.2 感官评价

邀请15 位具有食品专业背景的人员（6男9女），分别对5 组市售烤羊肉样品进行感官评价。进行感官分析之前，将烤羊肉样品用铝箔纸包裹，并贴上随机三位码的标签，每组样品均设置3 个平行。实验采用10点制定量描述感官分析法对产品的感官属性进行评价，评价原始得分的模糊关系矩阵为Ki，Ki包含了与评审有关的所有模糊信息。食品感官属性评判的结果Yi是模糊向量Xi与模糊关系矩阵Ki的合成。

1.3.3 VEE模型的建立

价值工程指的是价值管理、价值分析和价值控制，产品的功能是指产品（或作业）的性能或用途，即产品（或作业）的使用价值[13]。因此，实验采用价值功能评价系数，即价值系数F来表示烤羊肉产品挥发性组分对产品质量的贡献程度。

首先采用0～4评分法得到各组分的功能系数，即各组分权重Xi，公式同式（1）；其次根据公式（3）得到加权得分；然后依据公式（4）计算得到价值系数；最终，市售烤羊肉产品中，各挥发性组分的加权得分占总加权得分的百分比即为该样品的价值系数F。

1.3.4 GC-MS分析

GC条件为：色谱柱为HP-INNO Wax石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），以高纯氦气（99.99%）为载气，柱流量为1.1 mL/min，以总流量9 mL/min进行5∶1分流，进样方式为手动进样。仪器分析条件：进样口温度250 ℃，程序升温起始50 ℃维持8 min，以3 ℃/min速率升至120 ℃，维持5 min；以5 ℃/min速率升至180 ℃，维持5 min；以20 ℃/min速率升至260 ℃，维持5 min。

MS条件为：电离方式电子电离，电子能量70 eV，进样口温度260 ℃，离子源温度230 ℃，扫描离子采集（SCAN），溶剂延迟时间为1 min。

1.4 数据统计与分析

每组样品进行3 次平行实验，挥发性物质含量以 ±s的形式表示。实验数据采用SPSS 23软件进主成分分析（principal component analysis，PCA）、单因素分析（邓肯氏法）。

2 结果与分析

2.1 FSE评价市售烤羊肉的结果

2.1.1 指标权重的确定结果

将参加评价的因素按照表1的格式排列，请15 名感官评分人员对5 组取自不同餐厅的烤羊肉样品SS1～SS5的6 个评价因素打分，参考公式（1）。

当一对一比较时，自身相比暂记0 分；不同因素之间，重要的得1 分，次要的得0 分。如μ1与μ2相比，μ1更重要记1 分，对应的位置μ2则记0 分。但实际工作中，特别是主要因素作比较时，必须考虑这个因素是否取消或与其他因素合并，而选择取消某个因素不太合理，则自身相比可记1 分，表明它既是必要的，但又是最次要的。

表1 强制确定法确定权重的结果矩阵Table 1 Matrix for weight determination by forced decision method

2.1.2 感官评价员的筛选

在感官分析中，感官评价员是评定样品感官特性的关键因素，由于不同的感官评定人员对于风味强度的感知不同，或者在描述感觉时采用的评分尺度不同[14]，评定结果将直接影响样本感官属性评价结果，并可对后续实验的操作及感官得分分析带来极大的影响。为了获得较准确的评定结果，需要筛选并剔除感知能力与其他人员差异较大感官人员的实验结果[14]，以消除或减少主观评定因素的影响，增加评判结果的可信度[7]。

15 名评价人员分别对5 组市售样品依次进行感官评分，实验采用10点制定量描述感官分析法对产品的感官属性进行评价，依据公式（2）得到结果Yi。

表2展示了感官评价人员对SS1的模糊评价信息K1和Y1，比较后发现8号评价员的总评分最低，仅为5.15 分，其次是11号（5.74 分）与4号（5.77 分）；总评分最高的是6号评价员（6.70 分）。

表2 感官评价人员对SS1的定量描述感官分析结果Table 2 Quantitative descriptive sensory analysis of SS1

感官评价人员对SS2、SS3、SS4、SS5样品的评定计算方法与SS1相同，评定结果在此省略。

图1 15 位评价人员对5 组样品原始评分PCA分析Fig. 1 PCA plot for sensory evaluation results of five groups of samples by fifteen panelists

PCA法是一种通过降维思想来筛选变量的方法[15]，采用PCA可以对15 位评价人员的评价结果进行降维和区分。由图1可得，PC1贡献率为83.49%，PC1与PC2贡献率之和为95.19%。结果表明，4号、8号评价员可被明显区分出来，其余13 位评价人员对样品评价程度基本一致，因此在之后实验分析中不再采用4号与8号评价员的评价结果。

2.1.3 市售烤羊肉样品模糊评判结果

13 名评价人员对5 组市售烤羊肉样品的模糊评定结果如表3所示，将表3中数据分别除以品评总次数39，得到5 个模糊评判矩阵Ri，结果见表4。

表3 13 名评价人员对烤羊肉的感官评定结果Table 3 Sensory evaluation of roast mutton by 13 selected panelists

表4 模糊评判矩阵（Ri）Table 4 Fuzzy judgment matrix (Ri)

续表4

采用矩阵乘法计算综合隶属度G及综合评分W[16]，最终可得市售烤羊肉样品的感官质量综合评分，结果见表5。

表5 市售烤羊肉样品的感官质量综合评分Table 5 Comprehensive scores for sensory quality of roast mutton

SS4市售样品得分大于8 分，可被认为属于“优”级，其余4 个市售烤羊肉样品得分为6.0～7.9 分，被认为属于“好”级，这个结果与实际销售中5 个清真餐厅烤肉的口碑及消费者偏好结果一致。因此，结合模糊数学的感官评价模型应用于烤羊肉产品是切实可行的。

2.2 VEE评价市售烤羊肉的结果

2.2.1 GC-MS检测结果

经过GC-MS检测分析后可以发现（表6），市售烤羊肉样品中共检测发现42 种挥发性物质，其中萜烯类物质12 种，醇类物质10 种，醛类物质7 种，醚类、酮类物质5 种，芳香类物质4 种，含硫含氮物质2 种，其他2 种。

羊肉中的主要成分如脂肪酸、氨基酸等，在高温环境中发生剧烈氧化反应，分解成为脂肪醛、萜烯类等物质[17]。酚类、醚类物质的阈值整体较低，风味感知略强于脂肪烃类物质，对烤肉的整体风味贡献低于萜烯类、醇类、醛类等物质。

萜烯类化合迄今为止已发现近3万 种。蒎烯、苎萜、alpha-柏木烯、1-石竹烯等萜烯类物质具有两个或两个以上的双键。萜类物质大多数是含氧衍生物[18]，据此又可分为萜醇、萜醛、萜酮、萜羧酸和萜酯等。

醇类物质主要来源于脂肪氧化，饱和醇的嗅觉阈值较高[19]，对烤肉的整体风味贡献较小；1-辛烯-3-醇、4-萜烯醇（单萜烯醇）以及对异丙基苯甲醇（芳香醇）等不饱和醇类物质在烤羊肉中可被检出。Ma等[20]发现一些不饱和醇类因具有蘑菇香气而影响烤肉的肉品风味的形成。

醛类物质主要由脂肪氧化和降解、Strecter氨基酸反应产生的。作为常见的呈味醛类，糠醛、桃醛、反式-2-癸烯醛、苯甲醛（杏仁香）[21]、壬醛（玫瑰、柑橘香、强烈脂肪味）等在实验中均可被检测到。詹萍[22]在制备羊肉香精时发现对羊肉风味起较重要作用的物质包括Z-2-癸烯醛，并被其他学者认为是烤羊肉中香气活性值（odour active values，OAVs）最高的物质；苏里阳等[23]发现醛类物质会影响烤全羊冷藏复热后肉中香气品质。Zhan Ping等[24]采用偏最小二乘法判别分析（partial least squares discrimination analysis，PLS-DA）从25 个羊肉样品中筛选14 种成分作为主要化学标记物，其中，糠醛、反式-2-癸烯醛、苯甲醛、壬醛（玫瑰、柑橘香、强烈脂肪味）等物质被认为是对羊肉的质量和可追溯性探究的重要对象。此外，在实验中还检测到了桃醛、对异丙基苯甲醛、棕榈醛等醛类物质。张同刚等[25]认为醛类物质一般阈值很低，且被认为可能是组成手抓羊肉的特征风味物质。因此，醛类物质对烤羊肉的香气成分有重要意义。

含硫含氮化合物是熟肉品最重要的风味物质[26]，在烤羊肉中检测到了二甲基三硫和4-甲基-5-羟乙基噻唑，杂环化合物虽然含量较低但对产品的烤味贡献显著[25]。

2.2.2 烤羊肉的价值系数计算结果

依据表6 对烤羊肉中各风味物质的呈味能力[25,27-28]进行分类，大致分为Z1、Z2、Z3、Z44 组。其中Z1代表萜烯类和醇类；Z2代表醛类和含硫含氮化合物；Z3代表醚类和酮类；Z4代表芳香类和其他。

采用0～4评分法确定权重[29-30]，各方案的得分占总分数的百分比即为权重，结果见表7。具体评分标准为：非常重要的一方计4 分，另一方计0 分；较重要的一方计3 分，另一方则计1 分；两者同等重要，则各得2 分；自身对比不得分。

依照式（3）将Z1、Z2、Z3、Z4组的含量分别乘以各自权重Xi后可得到每个样品的加权得分W，并根据式（4）计算价值系数Fi。

表6 不同烤羊肉的挥发性物质GC-MS鉴定结果Table 6 Volatile compounds identi fied in different samples of roast mutton by GC-MS

表7 各风味成分的评分Table 7 Scores and weight of each fl avor component

由表8可知，由于不同烤羊肉样品的工艺参数不同，添加使用的原料及香辛料也有区别，因此检测所得的挥发性物质组成及含量有显著差异，各样品中Z1、Z2、Z3、Z4的功能得分也有明显不同。其中，SS1样品中的Z1类功能得分高达51.021，说明SS1的挥发性成分主要为萜烯类和醇类物质；SS2样品中的Z2功能得分高达36.943，说明SS2中的醛类物质比其他样品中含量更高；SS3样品中的Z3的功能得分比其他样品的得分高，但考虑到醚类、酮类等物质嗅觉感知要弱于Z1和Z2，因此可认为样品SS3（7.488）和SS5（7.561）感官评分较低是由其Z1、Z2含量均较低造成的；同理，SS4因Z1、Z2的含量均较高、价值系数最高（26.18%）导致感官模糊评分最高（8.687）。

表8 5 组市售烤羊肉各挥发性组分的价值系数Table 8 Value coefficients of volatile components in five groups of roast mutton

2.3 评价模型指标与挥发性物质间PCA分析

一些含量较低或未被检出的呈味物质会影响到感官评分及价值系数的计算，因此，在比较5 组市售烤羊肉产品品质时，将感官评分与价值系数进行相关性分析后可以全方位地对评价结果进行对比与分析。将由FSE中得到的最大隶属度综合评判“优10”、“好8”、“良6”、“中4”、“差2”的结果与从VEE得到的功能得分Z1、Z2、Z3、Z4结果一起进行主成分分析，探究模糊评判指标与功能得分、挥发性物质之间的相关性，结果见图2。

图2 评价模型指标与挥发性物质之间的相关性Fig. 2 Correlation between model indicators and volatile compounds

由PCA可知，PC1与PC2累计解释64.45%的变量。SS1、SS4同位于图形右侧，与PC1呈正相关关系，SS2、SS5、SS3均与PC1呈负相关关系。其中，Z1与“优10”、“良6”之间呈正相关关系，Z2、Z4与“优10”同位于第一区间，Z3与“好8”、“良6”、“中4”同位于PC2负方向区域，因此可认为萜烯类、醇类、醛类等物质含量高是导致SS4、SS1得分、等级较高的主要原因，醚类和酮类物质含量较高可能是造成SS3质量等级模糊的原因。另外，SS4、SS2与评价等级“优10”距离最近且均与PC2呈正相关关系，SS1与评价等级“良6”的投影重合，SS3因与“中4”、“好8”的投影在同一组中导致质量评价等级可能更接近“良”，SS5到“差2”的投影间距离接近表示SS5的质量及接受程度可能是所有样品中最弱的；因此，5 组市售烤羊肉的质量评价综合排名为：SS4＞SS1＞SS2＞SS3＞SS5。

3 结 论

本实验首先对5 组市售烤羊肉产品进行感官模糊评分并建立了FSE，发现感官评价人员对市售烤羊肉的接受度及偏好程度有明显区别，基于FSE可以对不同样品依据得分进行等级排序，发现5 组样品综合得分排序为SS4＞SS1＞SS2＞SS5＞SS3；对烤羊肉的风味物质种类和含量进行对比分析并建立了VEE，发现可以依据对烤羊肉风味的贡献能力将烤羊肉不同组分挥发性物质分为4 个价值功能组分Z1（萜烯类和醇类）、Z2（醛类和含硫含氮化合物）、Z3（醚类和酮类）和Z4（芳香类和其他）。通过计算各组分价值系数将不同产品进行等级排序，结果发现SS4＞SS1＞SS2＞SS3＞SS5；FSE与VEE的结果大致相同，考虑到一些含量较低或未被检出的呈味物质会影响到感官评分及价值系数的计算，因此，在探究不同加工条件、不同来源产品之间的区别时，将感官评分与价值系数进行相关性分析后可以对最终评价结果进行全方位对比与分析，以提高评价标准，结果发现，5 组市售烤羊肉样品的质量评价综合排名为：SS4＞SS1＞SS2＞SS3＞SS5，该结论与采用VEE的出的结论一致。VEE的建立可以一定程度弥补FSE带来的边界模糊不足，两者连用可以提高对烤羊肉产品品质检测的灵敏度。