基于模糊数学与感官质构分析建立鲜凉皮食用品质评价标准

林致通，张东霞，雷雯，黄思雨，钟耕

(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)

凉皮历史久远，是我国广受欢迎的传统食品之一[1]。我国北方用小麦淀粉、木薯淀粉等原料制作的凉皮，称为面皮；南方用土豆淀粉、豌豆淀粉等原料制作的凉皮，称为米皮或粉皮[2]。根据标准[3]，该类产品均归为凉皮类。目前，市场上已有鲜凉皮、速食干凉皮和冷藏保鲜凉皮等产品，但关于凉皮工业化及标准化加工生产技术方法的系统研究较少，其品质好坏无统一评价标准。大多数关于凉皮的品质评价只能通过感官评定，即以色泽、表观状态、口感、韧性、黏性和味道评价为主[1,4]，但感官评价会因人为因素而出现较大的误差，且多以文字表达为主，量化、标准化不足。因此，为适应工业化生产，开展对凉皮感官评价标准化的研究工作，对改善凉皮工业化生产进度滞后的局面[5]具有积极意义。

模糊数学是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法[6]，其发展的主流是在应用方面。模糊数学感官综合评价(comprehensive evaluation of fuzzy mathematics senses,CEFMS)法，是通过模糊数学评价和分析对无法明确评价的食物进行逻辑思维系统分析从而进行评判的方法。目前已有利用模糊数学综合感官评价法评价山楂干[7]、茶酒[8]、啤酒[9]等产品的报道。刘莉[10]通过试验证明，模糊数学感官综合评价法评价食品感官比传统百分制总分法更符合客观认知规律，为感官品质数据化提供了理论支撑。

主成分分析(principal components analysis，PCA)法根据原始变量之间的相关性，利用少量变量代替多个变量大部分信息，来实现降维，再根据各变量的特征值贡献率计算权重，结合特征向量构建评价模型的方法[11]。目前已有ZHANG等[12]利用PCA法对河豚的感官品质进行综合评价，筛选理化核心评价指标；DEVER等[13]使用PCA法对甜樱桃品质的感官评价指标进行了确定；BUDICLETO等[14]通过PCA法对克罗地亚红酒的感官及理化指标进行了综合分析。以PCA法筛选可评价感官品质的主要理化指标，为食品感官品质联合理化指标建立标准提供数据支撑。

将传统感官评价结合模糊数学，可将人为因素所致误差降低；PCA法将多种理化参数降维，仅留下核心指标，以便与感官品质进行综合分析。本实验以6种不同淀粉为原料，将感官评价、质构参数、色泽等作为评价指标，以模糊数学综合评价法、主成分分析法处理鲜凉皮品质感官分数及理化参数，将凉皮产品感官品质与理化参数进行结合并建立模型。此种方法还未见报道，实验结果可为凉皮品质评价体系标准化及工业生产标准化提供支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦淀粉,河南卫辉市康迪粉业有限公司；玉米淀粉,河北玉锋实业集团有限公司；土豆淀粉,北京好丽宇工贸有限公司；木薯淀粉,泰国曼谷五叶牌木薯淀粉；芭蕉芋淀粉,贵州兴义市余江芭蕉芋淀粉厂；豌豆淀粉,山东烟台双塔食品股份有限公司；以上样品均为食品级。直链淀粉标准品、支链淀粉标准品,北京索莱宝科技有限公司；凉皮,市售(西南大学学生食堂、永辉超市北碚天生桥店及小吃店)。

1.2 仪器与设备

TA-XT2i质构分析仪，英国 stablesystem 公司；RVA-S/N 2143233-TMB快速黏度测定仪，瑞典Perten仪器有限公司；Ultrascan PRO色差仪，亨特立联合实验室有限公司；UV-G020紫外分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 凉皮制作工艺

选取玉米、小麦、豌豆、木薯、芭蕉芋、土豆淀粉进行凉皮制作。将一定量的淀粉(以干基计)与水调制成质量分数为50%(下同)的淀粉乳。将干净的凉皮罗底部均匀刷上少量食用油，倒入适量的淀粉乳均匀分散。将凉皮罗放入沸水中，加盖，加热90 s后取出，放入凉水中冷却至室温。将凉皮从罗内揭下，表面刷油防止粘连，即完成鲜凉皮的制作。后续的测定在1～2 h内进行。

1.3.2 支、直链淀粉测定

参照顾娟[15]使用的双波长法并作出适当修改，测定6种淀粉的支、直链淀粉含量，方法如下：

将标准溶液稀释为质量浓度0、2、6、10、14、18、22、26 μg/mL的系列直链淀粉标准溶液。以同样的方法制备支链淀粉标准溶液，但考虑实际样品中支链淀粉含量较高，系列标准溶液配制为0、20、40、60、80、90、100 μg/mL的梯度标准溶液。选适宜浓度进行双波长法测定，用作图法获得支、直链淀粉测定波长及参比波长。

分别称取各种经脱脂的样品0.100 g左右，加入10 mL摩尔浓度为1 mol/L NaOH溶液，放入沸水浴至溶解；稍冷却后用HCl调节pH至3.5左右，在测定液中加入0.5 mL碘试剂，将空白液及测定液定容至50 mL，摇匀后静置20 min；以空白液为对照进行测定，对照标准曲线进行计算。

1.3.3 质构特性测定

淀粉凝胶硬度测试：将淀粉配制成质量浓度为60 g/L的淀粉乳于烧杯中，搅拌均匀至无结块残留，将烧杯置于沸水浴中加热并不停搅拌30 min，趁热将淀粉糊倒入质构杯中，冷却至室温后置于4 ℃冰箱冷藏24 h后取出，用凝胶模式进行测定[16]。

全质构测试：凉皮样品切为1 cm×1 cm的块状，厚度控制在1 mm。测试用P/36 R型探头，测试为压力测试并略作修改[17]。参数设置为：TPA模式；测试前速度：0.1 mm/s；测试速度：0.1 mm/s；测试后速度：0.1 mm/s；2次压缩时间间隔：5.0 s，受压形变：30%，触发力：20 g。

黏度测试：凉皮样品切为3 cm×3 cm的块状，厚度控制在1 mm。测试用P/0.5 S型探头，测试为黏度测试。质构参数为：测试前速度：1 mm/s；测试速度：1 mm/s；测试后速度：1 mm/s；受压形变：30%；触发力：20 g。每块凉皮上随机选择5个点进行测试。

1.3.4 淀粉成糊性质测定

称取一定量的6种淀粉(以干基计)于RVA专用铝盒内，加入水定量到28 g，配制质量浓度为60 g/L淀粉乳，将样品搅拌均匀，用快速黏度仪(rapid visco analyzer, RVA)测定[18]。使用standard 1程序，每种淀粉测3次。

1.3.5 凉皮色差测定

用HunterLab ultrascan型色度仪测定凉皮的色泽，将凉皮置于色度仪开口测试头进行凉皮的色泽测定[19]，在对角线上随机取3个点进行测定，结果取平均值。用L、a、b色空间法来表示色泽，值越高表示颜色越红；b*值表示蓝-黄值，值越高表示颜色越黄[20]。样品的白值(WI)按照公式(1)计算：

(1)

1.3.6 凉皮感官评价

根据地方标准[2]及相关文献[3-5]中的感官评价标准，制定出鲜凉皮感官评价标准。请10位实验室人员学习地方标准[2]中鲜凉皮评价术语，并以市售凉皮进行打分评价练习，在正式评价前1 h不抽烟、不进食、不使用含有气味的化妆品，取适量试样置于白瓷盘中，在自然光下观察色泽和杂质，品尝结束后，用温水漱口，再进行下一个样品的品尝。鲜凉皮样品按表1的评价标准对不同凉皮样品的色泽、表观状态、口感、韧性、黏性、味道进行单独打分。

表1 鲜凉皮感官评价标准

1.3.7 模糊数学与感官评价

模糊数学由美国控制论专家L.A.扎德教授所创立，其基本思想是集合论，通过特定的隶属函数关系来计算确定一个评价对象对一定等级的隶属度，其核心思想是利用各个评价参数之间的不确定性替代数学假设基础上的解析关系，选择评价参数后，对要评价的对象进行综合评价的一种方法[21]。

模糊数学感官综合评价法，是通过模糊数学评价和分析对无法明确评价的食物进行逻辑思维系统分析从而进行评判的方法，它可对不同属性进行定量化和数学化加以描述和处理，构建一个反应其本质特征和动态过程的理想化评价模式来对产品的感官特性做出科学合理客观的评价。其优势在于可以判断评价对象对某一类别的隶属度，并确定类别，使感官评价项目与仪器数据的类别能够相对应。计算出每个项目的权重，使主观评价带来的误差减小，便于进行下一步的综合数据处理。模糊数学在食品中感官数据化的应用非常广泛、算法多样，能够满足不同数据处理的数学需求，因此模糊数学是食品感官品质研究中的重要工具。主要步骤如下：

评价因素集U是指产品的感官质量的构成因素的集合，根据上述6项指标，形成凉皮的评价因素集：U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，其中，u1～u6分别代表本研究中色泽、表观状态、口感、韧性、黏性和味道6个指标。将由木薯淀粉、芭蕉芋、豌豆、玉米、小麦、土豆淀粉做成的凉皮作为试验评价对象，构成评价对象集：Y={y1,y2,y3,y4,y5,y6}，其中，y1～y6分别代表6种淀粉做成的凉皮。

关于资料的规定：按照股份公司SEC管理办法规定，油田分公司需要按照采油厂、油气田、评估单元准备静态、动态、经济、开发钻井计划等资料，并对提交资料进行初审之后提交股份公司审查，总部相关部门组织勘探、开发、经济等相关专家对油田分公司提交的资料进行审查和验收。

请10位评价员采用二元对比法确定各指标的权重，各指标两两比较，其中主要指标记1分，次要指标记0分，指标自身比较记1分，某指标的得分与其他指标的总分之比即为某指标的权重。

权重集A是指产品感官质量构成因素分别占权重大小的合集，根据表1指标，形成凉皮评价项目权重集：A={a1,a2,a3,a4,a5,a6}。评价等级集V为对前述每个因素的评价，可以是一组定性形容词的集合：V={v1,v2,v3,v4,v5}，本研究中的v1～v5分别代表单项评价分1～5分。

1.4 数据处理

基础数据处理、显著性差异分析及相关性分析使用EXCEL 2010和IBM SPSS 23软件。

2 结果与分析

2.1 支、直链淀粉含量与凝胶强度

测定直链淀粉拟合方程为：y=0.024 4x-0.012 3,R2=0.998 4；支链淀粉拟合方程为：y=0.006 8x-0.014 2,R2=0.999。在前人[23]的研究中，淀粉中直链淀粉含量及支、直链比与淀粉形成的凝胶强度有显著性关系。

淀粉经糊化后，冷却形成具有一定刚性度和弹性的凝胶，淀粉凝胶的硬度、弹性等质地特性对其加工性能和产品质量具有较大影响[16],凉皮属于凝胶短程老化产品，鲜凉皮在常温下放置24 h后会严重老化，质地变硬[24]。通过对短期老化凝胶硬度的测定可反映不同淀粉制作的凉皮凝胶强度不同。6种淀粉的支、直链含量及凝胶硬度如表2所示。

由表2可见，木薯、土豆、芭蕉芋和玉米淀粉支直链比最大，小麦和豌豆淀粉支直链比较小。豌豆和芭蕉芋淀粉凝胶硬度最高，其次是小麦、土豆和玉米淀粉凝胶，木薯淀粉凝胶硬度最小。

将淀粉凝胶硬度与支、直链含量进行相关性分析，如表3所示。

表2 6种淀粉支直链比及凝胶强度

注：不同小写字母代表差异显著(P<0.05)(下同)

表3 支直链含量与凝胶强度相关性

注：**代表差异极显著(P<0.01)

由表3可见，凝胶硬度与直链淀粉含量呈极显著正相关；与支链含量成极显著负相关；与支、直链比呈极显著负相关。有研究发现[25]，直链淀粉易于回生并形成坚韧的凝胶；另一方面，支链淀粉更稳定，形成柔软的凝胶。在淀粉糊冷却形成凝胶网络时，直链淀粉含量是影响凝胶强度的主要因素。直链淀粉有利于网状结构的形成，而支链淀粉有利于层状结构的形成，有序良好的网状结构能够显著提升凝胶硬度。故通常直链淀粉含量与凝胶强度呈正相关，支链淀粉含量与凝胶强度呈反相关[26]。

2.2 凉皮质构结果

TPA测试所得部分参数能准确地反映感官特征[27]。有研究发现，感官评价的咀嚼性、韧性、黏性与仪器测定的硬度、内聚性、咀嚼性等参数有很高的相关性[28]。凉皮全质构测定结果如表4所示。

TPA测定所得的硬度、弹性、咀嚼性分别代表了牙齿挤压样品的力量[17]，样品恢复形变的比率，咀嚼样品所需要的能量[29]，豌豆凉皮的硬度最高，木薯凉皮硬度最低；小麦凉皮弹性最高，木薯凉皮弹性最低；豌豆凉皮咀嚼性最高，木薯凉皮咀嚼性最低。根据CAO等[30]的研究，小麦淀粉的直链淀粉含量与面条硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性均呈显著负相关。黏性代表了克服食品表面同其他物质表面接触之间的吸引力所需要的能量[31]，在表4中，木薯凉皮黏性最大，豌豆凉皮黏性最小。以上数据的相对大小与感官评价结果基本相符，证明质构参数值能够在一定程度上反映食品感官特征。

表4 六种淀粉制作鲜凉皮全质构结果

2.3 淀粉糊化性质

用RVA测定6种淀粉的糊化特性指标参数，具体参数结果如表5所示。

表5 六种淀粉糊化性质

峰值黏度反映淀粉糊化升温过程中淀粉颗粒膨胀程度[32]。由表5可知，土豆淀粉峰值黏度最大，小麦淀粉峰值黏度最小。回生值反映淀粉冷糊稳定性和老化趋势，一定程度的回生使淀粉凝胶硬度增加，对韧性的形成有良好的贡献，芭蕉芋淀粉回生值最高，玉米淀粉回生值最低。崩解值反应淀粉的热糊稳定性，结果显示芭蕉芋、土豆淀粉的崩解值较大，豌豆、小麦、玉米淀粉崩解值较小，说明芭蕉芋、土豆淀粉热糊稳定性较差，豌豆、小麦、玉米淀粉热糊稳定性较好[33]。

由表5可以观察到不同淀粉的峰值、谷值和终值黏度之间的差异，其中土豆和芭蕉芋淀粉糊化后黏度最大；小麦、玉米和豌豆淀粉的黏度相对较小。根据表2，小麦、玉米和豌豆淀粉的直链淀粉含量相对更高，可推测支链淀粉较多时，淀粉糊的黏度将较高[34]。淀粉的糊化特性还可能受到直链淀粉和支链淀粉的支链含量及分布的影响[35]。支链淀粉有助于淀粉颗粒的膨胀和糊化，而直链淀粉和脂质抑制膨胀[36]。

淀粉的糊化性能表示了淀粉颗粒在加热和冷却过程中吸水膨胀及冷却重排的难易程度及过程，尤其冷糊稳定性与淀粉形成的凝胶质构有直接关系。在淀粉糊冷却形成凝胶时，淀粉分子之间的作用力大于氢键，该作用力越强，形成的凝胶强度也就越大，形成凝胶的质构性质就会有所不同[37]。通过相关性分析，峰值和终值黏度与淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性和咀嚼性有显著的相关性。峰值和终值黏度与硬度呈反相关，与黏性、弹性和咀嚼性呈正相关。

2.4 凉皮色差测定

6种淀粉制成凉皮色差及WI如表6所示

表6 六种鲜淀粉凉皮色差测定

由表6可知，小麦的WI是最大的，豌豆与玉米淀粉WI仅次于小麦，而木薯淀粉偏黄，WI最小。在标准中[2]，凉皮的色泽应呈白色或淡黄色，色泽均匀一致。其中，玉米、豌豆和芭蕉芋淀粉所做凉皮色泽最接近小麦凉皮。

2.5 凉皮感官得分

根据10位评价员的评价结果，采用二元对比法确定各指标权重[39]，将结果进行归一化,得到各评价指标所占权重比例为：色泽占0.14；表观占0.22；口感占0.22；韧性占0.19；黏性占0.15；味道占0.08。得到权重集A：

A={0.14,0.22,0.22,0.19,0.15,0.08}

(2)

对6种淀粉做的凉皮打分结果如表7所示。

表7 六种淀粉鲜凉皮感官打分 单位：分

所得分数以小麦凉皮为例：

根据所得到的感官评价打分，可以得到矩阵R1：

(3)

(4)

依据模糊变换原理[39]：B=A·R，第1号样品的综合评价结果为：

B1=A·R1

(5)

(6)

将B1与T进行相乘赋值，得到T1=91.66分。

其余几种淀粉评分操作与此相同，得到分数分别为：小麦91.66分、土豆77.29分、豌豆82.76分、木薯79.4分、芭蕉芋85分、玉米77.87分。由此可见，小麦淀粉得分最高，芭蕉芋和豌豆淀粉做出的凉皮得分较好，而木薯、玉米和土豆所做凉皮评分较低。

2.6 凉皮感官数据化评价标准

凉皮的质量品质与原料淀粉的多项品质指标有关。为了降低评价人员在感官评价时因人为因素带来的实验误差[40]。除了感官评分以外，本实验还测定了凉皮质构指标、糊化性质等，将所有数据用SPSS软件进行相关性置信分析，得到一个相关置信矩阵，矩阵中相关性>0.5的参数才能进行主成分分析，17个指标在经过相关性分析后，仅有12个指标满足要求进行主成分分析。X1～X12分别表示感官评分、WI、直链淀粉含量、峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回生值、硬度、黏性、弹性、咀嚼性。如果质量标准量纲不同[5]，会对分析结果造成较大影响，故先将指标数据进行标准化[41]，从而消除量纲的影响，标准化后的数据如表8所示。

用主成分分析法对6种淀粉进行综合评价，保留原有指标大多数信息[20]。

通过因子分析得到KMO值为0.653，Bartlett球形度检验P<0.001。凉皮整体品质指标主成分特征值、贡献率、累积贡献率见表9所示。

由表9可知，前3个主成分的特征值均>1，贡献率累积达到92.982%，故选取前3个主成分进行分析。各指标特征旋转向量见表10所示。

表8 六种鲜凉皮整体品质参数标准化

表9 鲜凉皮品质参数主成分分析

表10 凉皮品质参数正交旋转因子载荷

可见主成分1主要为感官评价与淀粉糊化性质，称为糊化因子；主成分2主要为质构参数，称为物理因子；主成分3主要与直链淀粉含量及回生相关，称为老化因子。根据因子得分矩阵来构建主成分与凉皮品质指标之间的线性关系式[41]，各线性关系式如公式(7)～(10)所示：

Y1=0.161X1-0.032X2+0.005X3-0.202X4+0.205X5+0.190X6+0.201X7+0.122X8+0.023X9+0.077X10+0.026X11+0.014X12

(7)

Y2=0.023X1-0.063X2+0.315X3-0.007X4+0.011X5-0.043X6+0.025X7+0.244X8+0.276X9-0.028X10+0.227X11+0.285X12

(8)

Y3=-0.012X1+0.479X2-0.253X3+0.074X4+0.073X5+0.100X6+0.017X7-0.440X8-0.075X9+0.457X10-0.005X11-0.101X12

(9)

用3个主成分Y1、Y2、Y3的特征值构成凉皮品质综合评价模型Z[43]：

Z=6.291Y1+3.745Y2+1.122Y3

(10)

用评价模型计算出各淀粉制作凉皮的加工适应性评价，得到小麦Z=3.484；豌豆Z=2.425；芭蕉芋Z=2.823；玉米Z=-5.076；木薯Z=-6.580；土豆Z=-0.554，根据综合评价结果，把6种淀粉制作凉皮品质分为3个等级：第一等(Z>0)为小麦、豌豆和芭蕉芋淀粉，表明这3种淀粉可制作出优质鲜凉皮；第二等(-1

由此推断出适合做鲜凉皮评价指标淀粉理化性质要求为：峰值黏度406.75～643.67 cp；谷值黏度281.25～607 cp；崩解值20～125.5 cp；终值黏度643.25～825.67 cp；回生值202～362 cp；峰值时间5.97～6.98 min；峰值温度79.28～94.65 ℃。淀粉直链含量为0.343%～0.441%。L值：41.595～45.812；a值：-0.435～-0.396；b值-6.538～-2.780；WI值：41.229～45.739。

质构指标要求为：硬度1 541.818～1 650.038 g；黏性-0.232～-0.094 9；弹性1.863～2.054；内聚性0.818～0.911；胶黏性1 261.951～1 501.770；咀嚼性2 593.217～2 795.915；回复性0.377～0.539。

2.7 验证

购买市售的凉皮共6份，请10位感官评价员对每份凉皮进行打分，并使用模糊数学方法统计分数，并进行TPA质构测试。质构结果及感官评分如表11所示。

表11 市售鲜凉皮质构及感官评价

由表11可见，市售凉皮评分在78～88分之间，其硬度值在1 442.358～1 612.179 g；黏性-0.274～-0.091 9 g；弹性1.378～2.037；内聚性0.843～1.121；胶黏性1 275.485～1 646.157；咀嚼性2 424.976～2 865.148；回复性0.394～0.512。市售凉皮的质构区间与标准区间基本重合，证明标准区间可用。

3 结论

适合做鲜凉皮的淀粉有小麦淀粉、芭蕉芋淀粉和豌豆淀粉，其中小麦淀粉最佳；而木薯淀粉和土豆淀粉因为其本身性质及做出凉皮的物理性质而被判定为不适合单独进行凉皮的制作。以模糊数学及主成分分析得出的凉皮综合评价模型为Z=6.291Y1+3.745Y2+1.122Y3，依据Z值的大小可以评判新鲜凉皮品质的好坏程度及原料是否适合进行凉皮的制作。

本文就纯淀粉制作凉皮感官评价数据化进行了探索，以模糊数学计算感官评分，并结合质构等基础数据进行主成分分析，筛选出感官评价较高的凉皮的质构数据范围及制作凉皮所需原料本身性质的适合范围，为感官评价数据化提供一定支撑。