基于模糊数学的低致敏营养餐包感官评价研究

张 欣，夏 凯，王 俊，刘 娜*

(1. 河北工程大学 生命科学与食品工程学院，河北 邯郸 056038；2.中国食品发酵工业研究院有限公司，北京 100101；3.宁波御坊堂生物科技有限公司，浙江 宁波 315000)

近几十年来，食物过敏在发达和发展中国家的发病率呈上升趋势[1-3]。相关研究数据显示，在儿童群体食物过敏患病率高达0.02%～8%[4]。食物过敏可引发湿疹、恶心、腹泻、肠道不适等疾病，严重者可导致休克或死亡，严重影响到人们的健康生活。对于过敏人群而言，避免与过敏源的接触是最佳的脱敏方式。对于儿童群体，牛奶等易致敏食物又是良好的营养来源。因此，针对易过敏特殊群体的低致敏食品的开发与评价成为研究热点。基于水解蛋白和氨基酸的低致敏餐包，在感官上往往存在风味欠佳、口感苦涩等弊端，儿童群体接受程度差，容易导致喂养困难，进而造成营养摄入不足的状况。此外，由于此产品生产工艺水平参差不齐导致一些产品存在冲调性能差的问题。因此构建低致敏营养餐包评价体系有着重要的作用。

国内外研究显示，通过智能电子感官防生仪器进行辅助感官评价用于改善产品性状已成为行内技术创新点[5]。对于固体饮料、果汁以及奶酪等这些对风味及滋味要求较高的产品，常利用电子舌和电子鼻对味觉特性进行评价研究，进而对产品的感官品质进行改良[6-7]。与此同时，结合模糊数学感官评价法，可以更加客观、准确地选出最优的低致敏营养餐包。餐包的冲调特性决定了产品品质优劣，同时可作为评价产品质量好坏的指标之一，消费者也常将此特征作为选择标准[8-9]。感官评价作为一种行之有效的产品评价方法，既能为产品开发与生产提供意见，又能使现有的产品得到改进[10]。

本文以国内市售品牌的低致敏产品和自制低致敏餐包为研究对象，建立理化与感官评价体系，探究低致敏餐包感官与理化特征的相关性，为加工工艺提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

ARLA-3072水解乳清蛋白，HPW117水解乳清蛋白(上海捷聪贸易有限公司生产)，复合维生素,复合矿物质力得维B-18078 A(上海励成营养产品科技股份有限公司生产)，β-胡萝卜素1%粉剂(武汉星辰现代生物工程有限公司生产)，水苏糖(承德京天食品科技有限公司生产)，结晶果糖(保龄宝生物股份有限公司生产)，红枣粉(北京富海科技术有限公司生产)，中链甘油三酸酯微囊粉，中链甘油三酯粉(大连医诺生物股份有限公司生产)，粉末醋酸生育酚E(山东中食信康生物科技有限公司生产)，市售两款低致敏配方粉(上海妥蒲亚健康科技有限公司、上海雀巢产品服务有限公司生产)。

1.2 仪器与设备

粒子分散稳定性分析仪 Lumisizer PL203，德国 LUMi 仪器公司生产；PL203 电子精密天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司生产；味觉分析系统 Taste Sensing System TS-5000Z Handling Tutorial，日本Insent公司生产；激光粒度分析仪，上海巨纳科技有限公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理方法

称取5 g的低致敏营养餐包粉放入到玻璃杯中，以1∶8的比例进行冲调搅拌，配制成40 mL的冲调液。对照品凯熹和肽敏舒两种低致敏样品(根据此产品冲调要求进行调配)分别称取13.2 g的样品，以1∶3的比例进行冲调搅拌(先称量水再将低致敏样品加入)，配制成一定比例的样品溶液。

1.3.2 粒子分散稳定性的测定

用针管取1 mL的样液贴壁加到粒子分散稳定仪专用的离心管中，盖好样品瓶盖子，待测。每个样品进行3个平行实验。测定条件：测试温度25 ℃，光因子为1，离心速度200 r/min,样品透光特征线每10 s计数1次，共计300次。

1.3.3 样品粒径大小和分布的测定

采用激光粒径分析仪，按照干法测定程序自动测定样品粒径，将低致敏营养餐粉放到仪器测定样品专用小型钥匙中，吸取量以达到仪器可识别测定量进行测定，每个样品进行3个平行实验。方法参数：调零30 s,测定30 s，测定一次，分散折射率1.3。

1.3.4 样品湿润性的测定

根据吴玉莹[11]的方法进行了适当的修改，称取5 g的样品均匀平铺到放有200 mL H2O(水温达37 ℃)的烧杯中，记录从样品加入到完全沉降所需时间(s)。

1.3.5 电子舌检测条件

电子舌一般有5个测试传感器和2个参比传感器，其中AAE、CTO、CAO、AE1、COO分别代表测定的鲜味、咸味、酸味、涩味、苦味，甜味的测试使用甜味专用传感器[12]。测定方法为：电极清洗90 s—缓冲液清洗120 s—缓冲清洗120 s—调节30 s—样品液30 s—缓冲清洗3 s—缓冲清洗3 s—标准溶液30 s。样品处理同1.3.1，循环测定4次，舍弃一次，并利用电子舌自带软件进行数据分析。

1.3.6 电子鼻检测条件

称取1 g样品放入到20 mL上样瓶内，室温放置20 min,待电子鼻检测器经过校准之后，将样品依次放入到样品托盘中进行测定。电子鼻检测参数设置：高纯空气流速150 mL/min,采集时间120 s,进样量500 μL，进样速度400 μL/s,总进样体积2 mL。进样器参数条件设置：孵化时间120 s，孵化温度40 ℃。

1.3.7 主观感官评价方法的建立

建立了一支由中国食品发酵工业研究院内人员组成的10人评价小组，为了减少一些外在因素的影响，采用双盲的实验法，将样品进行随机编号。评定人员根据要求对样品属性进行评分，每品尝一种样品都要进行漱口，最后将评价表提交。

本试验根据RHB/201—2004[13]，如表2可知，色泽、组织状态、气味及滋味、冲调性是低致敏营养餐包的重要指标，评价人员将根据表2，从4个因素对产品进行评定。全部评价结束后，收集评价表进行统计分析。

1.3.8 模糊数学模型的建立

(1)因素集、评语集及权重的确定：因素集U={色泽U1，组织状态U2，冲调性U3，滋味及风味U4}；评语集U={好，较好，一般，差}。权重的确定：采用模糊数学的方法，权重的分配正确与否直接影响到审评结果的正确性，本实验根据RHB/201—2004[13]婴儿配方乳粉的标准作为确定权重系数分配的根据，色泽、组织状态、冲调性、滋味及气味权重系数为:0.1、0.2、0.3、0.4，总和为1及权重集X=(0.1， 0.2，0.3，0.4)。(2)模糊关系综合评判集Y=X*R,X为权重系数，R为模糊矩阵。

1.4 数据处理

电子鼻、电子舌利用自带软件对低致敏营养餐包进行数据分析，以数据聚类程度及区分指数为基础对样品进行定性分析。模糊数学利用Excel进行分析处理， 其余各指标测定最终数据取测定平均值，利用SPSS24.0软件进行方差及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 低致敏营养餐包冲调特性评价

2.1.1 不同配方对低致敏营养餐包粒径分布的比较及影响

粒径大小是影响餐包冲调液沉降及絮凝稳定性的重要因素[14]，由图1可知，1#、3#餐包与市售样品粒径分布规律相似，坡峰相同，说明分布均匀程度相当，但1#、3#相比市售样品(6#、5#)分布范围稍微向左偏移，粒径尺寸稍小，更有利于冲调液的稳定性；2#、4#粒径分布范围明显增宽，粒径较大，不利于餐包冲调液的稳定性。

图1 不同餐包粒径曲线分布Fig.1 Distribution of particle size curve of different meal packs

不同样品的粒径分布见表3所示，自制1#、3#餐包相比2#、4#餐包的细粉颗粒(100 μm以下)体积占比相对较少，粗粉颗粒(200～500 μm)体积占比相对较多，且均<20%。市售样品(5#、6#)细粉颗粒占比明显低于自制低致敏营养餐包，粗粉颗粒均高于自制餐包，说明市售样品相比自制餐包冲调性好，且餐包1#、3#的冲调性优于餐包2#、4#。各配方粒度分布不同可能与餐包成分组成相关，如蛋白质、脂肪的含量与类型；另外，各原料加工工艺的不同导致其自身粒径大小不同，从而影响复配产品的冲调特性[15]。

表3 不同低致敏营养餐包粉体粒度分布比较(单位：μm)

2.1.2 不同配方对低致敏营养餐包稳定性影响

图2为样品稳定性光谱图，110 mm的位置代表样品液面，130 mm的位置代表样品底部，如果上层透射率增加，表明上层有析水现象，若底部光透射率降低，说明底部发生了沉淀[16-17]。自制低致敏营养餐包(1#、2#)中透光率变化范围不太明显，说明其稳定性相当；市售样品(6#)在130 mm透光率增加，说明有沉淀，可能是粗颗粒体积占比较多，导致自身质量较大，在离心加速的作用下下沉明显。以斯托克斯定律和朗伯比尔定律为基础分析透射光光谱图，得出低致敏营养餐包不稳定指数，如图3，比较六组低致敏营养餐包样品，自制样品1#的澄清指数最小说明其分层最不明显，稳定性最好，2#、3#自制低致敏餐包稳定性介于市售样品(5#、6#)之间，说明在未添加稳定剂的情况下，自制低致敏营养餐包可达到市售产品水准，可被人群接受。

图3 不同餐包澄清指数柱状图Fig.3 Histogram of clarification index for different meal packs

图2 餐包稳定性光谱图Fig.2 Meal bag stability spectrum

2.1.3 不同配方对低致敏营养餐包湿润性的影响

不同低致敏营养餐包的湿润性见图4，各配方餐包在37 ℃的水温下，湿润时间具有一定差异性，1#、3#餐包相比2#、4#餐包湿润时间短，表现出良好的湿润性，2#、4#餐包显示不理想的湿润性，其湿润时间均>20 s。市售低致敏配方相比自制低致敏配方湿润时间均<10 s。分析原因，可能与各样品的加工工艺相关，工艺不同导致样品粒径分布有所差异，粉体大粒径占比增加可能导致润湿时间缩短，展现良好的湿润性，若粒径过小，将会影响配方与水接触，易形成团块而漂浮于水面，流动性差，从而影响其湿润性。

图4 不同餐包湿润性的比较Fig.4 Comparison of wettability of different meal packs

2.2 粉体粒径分布与低致敏营养餐包冲调性的关系

以不同低致敏营养餐包的粉体粒度分布为横坐标，湿润时间为纵坐标，建立线性关系并进行拟合回归，低致敏营养餐包的细粉颗粒主要包括0～30、0～50、0～100 μm，粗粉颗粒为200～500 μm,从图5可以看出，细粉颗粒体积占比与湿润时间呈线性正相关，拟合程度在0.9以上，即随细粉颗粒体积占比增加，低致敏营养餐包的湿润时间不断增长，湿润性不断减弱；粗粉颗粒体积占比与湿润时间呈线性负相关，拟合度在0.85以上，即随着粗粉颗粒体积占比的增加，低致敏营养餐包的湿润时间不断缩短，表明湿润性不断增强。通过上述线性关系得出：当细粉颗粒(0～30、0～50、0～100 μm)占比分别小于0.97%、4%、19.08%,粗粉颗粒(200～500 μm)体积占比大于51.54%时，低致敏营养餐包能够获得理想的湿润性(t<6 s)。湿润性充分体现了餐包的冲调特性[16-17]。与此同时，粗粉颗粒占比越多，则其餐包冲调性越好。

图5 粉体粒度分布与餐包湿润时间的关系Fig.5 Relationship between powder particle size distribution and wetting time of meal pack

2.3 低致敏营养餐包感官评价

2.3.1 不同低致敏营养餐包电子舌分析结果

电子舌通过味觉分析系统，模拟人类味觉感受机制[18]，主要评价样品的酸(Sourness)、甜(Sweet)、苦(Bitterness)、咸(Saltiness)、鲜(Umami)、涩(Astringency)、及苦的回味(Aftertaste-B)、涩的回味(Aftertaste-A)和鲜的回味(Richness)[12]。

图6为低致敏样品的电子舌响应雷达图，坐标轴上的点代表样品在该坐标轴对应相应味觉的响应强度，并和相邻的点相连成闭合的回路[19]，由图6可知：6种样品的味觉轮廓基本相似，但每个样品在不同味觉坐标轴上的响应强度有所不同，表明各样品具有一定的差异性。六种低致敏样品在鲜味、咸味上相比其他味道最为显著，与人体感官评价结果相一致。自制低致敏营养餐包(1#、2#、3#、4#)与市售低致敏样品(5#、6#)在鲜、涩、苦的回味上比较接近；在苦、涩两个味道上的区分度较小，说明其在苦涩味道上差异不大；所有低致敏营养餐包在酸味、咸味上分散的比较开，说明餐包在酸味和咸味上能够较好地区分。从而得出低致敏营养餐包酸咸气泡分析图，如图7所示，横坐标为酸度，纵坐标为咸度，气泡大小表示其涩度。2#、4#有重叠，说明两种餐包在酸咸度没有差别，涩度相当；1#、3#餐包相比市售样品5#、6#在酸度、咸度上有明显性差异，且涩度相对较小，说明其口感相对市售样品更易被接受，分析结果可知：自制低致敏营养餐包在后苦味、后涩味的值较小，鲜、甜味较大，口感柔和香甜，符合产品整体设计理念。

图6 餐包味觉指纹谱Fig.6 Meal package taste fingerprint

图7 餐包酸咸成分分析图Fig.7 Analysis diagram of sour and salty components in meal package

2.3.2 不同低致敏营养餐包电子鼻分析结果

根据相应传感响应值绘制的气味指纹图谱如图8所示，结果表明：市售(6#)与其他自制低致敏营养餐包相比气味相差较大，且P30/2(乙醇、燃烧产物)、T30/1气味较为突出，自制低致敏营养餐包与市售(5#)气味极为相似，且PA/2(乙醇、氨水、胺类化合物)、P30/2(乙醇、燃烧产物)对低致敏营养餐包的香气响应显著，自制低致敏营养餐包之间没有显著性的差异，为进一步探究进行PCA分析。

图8 餐包气味指纹图谱Fig.8 Meal package odor fingerprint

从图9中可以得出，主成分1的贡献率为98.042%，主成分2的贡献率为1.499%，总贡献率为99.541%>85%，说明主成分1和主成分2包含了大量的信息，基本可以反映低致敏营养餐包的整体信息[20-22]。主成分2的贡献率远远大于主成分1的贡献率，说明样品间横坐标的距离越大，则样品差异也较大；由于主成分2的贡献率相对较小，所以样品间在纵坐标的距离再大，实际差异也会非常小。市售样品(6#)与其他样品分布区域分离较远，说明在气味上6#与其他样品存在一定的差别，样品2#、4#分布区域有重叠且与市售5#分布区域分离相对较近，说明样品2#、4#在气味上较为相似，且相比样品1#、3#在气味上与市售5#更为相近，易被人们接受。

图9 气味PCA分析图Fig.9 PCA diagram for odor analysis

2.3.3 不同低致敏营养餐包模糊数学分析结果

根据1.3.7 感官评价得出结果如表4：

表4 餐包感官品评统计表

同理可得：Y1#1=0.4，Y1#2=0.3，Y1#3=0.3，Y1#4=0.1，Y2#1=0.2，Y2#2=0.2，Y2#3=0.3，Y2#4=0.4，Y3#1=0.4，Y3#2=0.4，Y3#3=0.2，Y3#4=0.1，Y4#1=0.4，Y4#2=0.2，Y4#3=0.3，Y4#4=0.2。

归一化后得：

Y1#=(0.36，0.27，0.27，0.09)，Y2#=(0.18，0.18，0.27，0.36)，Y3#=(0.36，0.36，0.18，0.09)，Y4#=(0.36，0.18，0.27，0.18)。

设定感官特性评分为好为100分，较好为80分，一般为60分，差为40分，则6种样品整体的得分为：T1#=77.4，T2#=63，T3#=79.2，T4#=73.8，因此四种自制低致敏营养餐包的品质优劣依次排列为：S3#>S1#>S4#>S2#。

实验结果表明：在四种自制低致敏餐包中，3#餐包感官最佳，2#餐包感官最差。

2.4 粉体粒径分布与低致敏营养餐包感官关系

以不同低致敏营养餐包的粒径为横坐标，餐包感官评价为纵坐标建立线性关系并进行回归拟合，如图10所示：粒径与感官评分呈显著性正线性关系，拟合度在0.9以上，即一定范围内随着粒径的增大，餐包感官评分也在随之升高。

图10 粒径与感官得分关系图Fig.10 Particle size and sensory scores

3 结论

1)不同配方的低致敏营养餐包的冲调性与粉体粒度分布存在差异性。

2)低致敏营养餐包细粉颗粒(<100 μm)体积占比与冲调性呈线性负相关，粗粉颗粒(200～500 μm)体积占比与冲调性呈线性正相关。

3)自制低致敏营养餐包达到理想冲调状态(t<20 s)时，粒径分布为 0～30 μm<20%,0～50 μm<30%,0～100 μm<60%,200～500 μm>15%。

4)低致敏营养餐包粒径大小与感官评分呈线性正相关。即一定范围内，随粒径的增大，感官评分也随之升高。