基于模糊数学感官评价法优化营养复配预熟糙米粉配方工艺

关桦楠 迟振东 吴永存 陈彦宇

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.017

引文格式：关桦楠，迟振东，吴永存，等.基于模糊数学感官评价法优化营养复配预熟糙米粉配方工艺[J].中国调味品，2024，49（5）：106-112.

GUAN H N， CHI Z D， WU Y C， et al. Optimization of formula process of pre-cooked nutritional compound brown rice flour based on fuzzy mathematics sensory evaluation method[J].China Condiment，2024，49（5）：106-112.

摘要：该研究以微波冻干处理后的发芽糙米粉为原料，以吸水指数和水溶指数结合模糊数学感官评分为指标，研究黑豆粉、抗性糊精和赤藓糖醇的添加量对营养复配预熟化发芽糙米粉品质的影响，并对复配发芽糙米粉的营养特性、卫生指标和贮藏稳定性进行分析。研究结果表明，营养复配发芽糙米粉的最优配方为黑豆粉添加量20%、抗性糊精添加量8%、赤藓糖醇添加量4%。复配糙米粉营养价值提高，卫生指标符合国家標准，在贮藏120 d后新鲜度变差但仍高于原粮糙米。

关键词：发芽糙米；模糊数学感官评价；微波预熟；营养复配糙米粉

中图分类号：TS211.43      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）05-0106-07

Optimization of Formula Process of Pre-Cooked Nutritional Compound Brown

Rice Flour Based on Fuzzy Mathematics Sensory Evaluation Method

GUAN Hua-nan， CHI Zhen-dong， WU Yong-cun， CHEN Yan-yu

（College of Food Engineering， Harbin University of Commerce， Harbin 150028， China）

Abstract： In this study， with germinated brown rice flour treated with microwave freeze-drying as the raw material， water absorption index and water solubility index combined with fuzzy mathematics sensory score as the indexes， the effects of the addition amount of black bean flour， resistant dextrin and erythritol on the quality of pre-cooked nutritional compound germinated brown rice flour are studied， and the nutritional characteristics， hygiene indexes and storage stability of compound germinated brown rice flour are analyzed. The research results show that the optimal formula of nutritional compound germinated brown rice flour is 20% black bean flour， 8% resistant dextrin and 4% erythritol. The nutritional value of compound brown rice flour is improved， the hygienic indexes conform to the national standard， and after 120 days of storage， the freshness decreases， but it's still higher than that of raw grain brown rice.

Key words： germinated brown rice; fuzzy mathematics sensory evaluation; microwave pre-cooking; nutritional compound brown rice flour

收稿日期：2023-11-10

基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（2022LHC046）；黑龙江省博士后科研启动项目（LBH-Q19027）；黑龙江省领军人才支持计划（2020376）；中央财政支持地方高校发展专项（YSL036）

作者简介：关桦楠（1983—），男，教授，博士，研究方向：食品加工及安全检测分析。

发芽糙米作为一种功能性食品，富含有益营养物质和生物活性化合物[1]。在发芽过程中，糙米中大量处于休眠状态的酶被激活，由结合态变为游离态，进而发生酶促作用，使糙米的营养成分含量和产品品质得到提升，如酚类化合物、γ-氨基丁酸、膳食纤维和维生素的浓度增加[2]。

黑豆具有蛋白含量高、淀粉含量低的特点，是一种优质的植物性蛋白质来源。黑豆蛋白富含氨基酸，其中必需氨基酸占比达到40%。黑豆中还含有不饱和脂肪酸、异黄酮和维生素等多种营养成分，具有良好的药食两用功效[3]。抗性糊精是一种水溶性膳食纤维，具有溶解性高、黏度低、甜度低、不产生异味的特点，添加到食品中也不会影响食品原有的口感，在调节人体的生理功能方面能发挥非常重要的作用[4]。赤藓糖醇是一种零热量填充型甜味剂，其甜度与70%的蔗糖相当，且甜味纯正爽净，无不良后苦味。赤藓糖醇与其他的多元醇相比，具有高度消化耐受性，能被小肠迅速吸收，并在24 h内被身体快速消化[5]。

模糊数学评价法可以有效地消除人为误差，减少感官评价指标与评价主体之间的主观评价误差，从而使得评价结果更加客观[6]。本文以经过微波-冻干联用法处理的发芽糙米为主要原料，通过单因素试验和正交试验优化营养复配预熟糙米粉配方，并对营养复配发芽糙米粉的营养特性、卫生指标和贮藏稳定性进行分析，为发芽糙米的开发利用提供借鉴。

1  材料与方法

1.1  材料

糙米：黑龙江省五常金禾米业有限责任公司；黑豆：深圳市瑞利来实业有限公司；赤藓糖醇：德州汇洋生物科技有限公司；抗性糊精：禹城乐富健生物技术有限公司。

1.2  试剂

甲基红、溴百里酚蓝：天津市天新精细化工开发中心；蛋白质定量试剂盒：南京建成生物工程研究所；总酚、黄酮试剂盒：北京索莱宝科技有限公司。

1.3  主要仪器与设备

TD5A离心机  盐城市凯特实验仪器有限公司；FTEDS4.5L真空冷冻干燥机  杭州富睿捷科技有限公司；UV5500紫外分光光度计  上海元析儀器有限公司；FX202电热真空干燥箱  上海树立仪器仪表有限公司；XL-208高速多功能摇摆式粉碎机  广州市旭朗机械设备有限公司；QSE-24B索氏抽提器  上海比朗仪器制造有限公司；ZD-2调速多用振荡器  常州市金坛区环宇科学仪器厂；HJ-4磁力搅拌器  上海越众仪器设备有限公司；KYC-100恒温培养箱  宁波江南仪器厂；J-HH-6A恒温水浴锅  上海胜卫电子科技有限公司。

1.4  方法

1.4.1  微波-冻干联用处理发芽糙米的制备

将糙米浸入0.1%的NaCl溶液中消毒处理30 min，用蒸馏水冲洗5次并浸泡24 h后，将糙米置于35 ℃恒温箱中发芽36 h[7]。将发芽糙米在微波功率600 W、料液比1∶1、加热8 min的条件下进行预熟处理，然后将预熟后的发芽糙米置于培养皿中，在填料量20 g、预冻18 h、干燥24 h的条件下进行干燥处理。

1.4.2  营养复配发芽糙米粉原料的制备

将微波-冻干处理后的发芽糙米用高速多功能摇摆式粉碎机粉碎，过200目筛备用。

1.4.3  营养复配发芽糙米粉配方单因素试验

1.4.3.1  黑豆粉添加量对发芽糙米粉品质的影响

准确称取处理后的发芽糙米粉10 g（精确至±0.001 g），分别向其中添加6%的抗性糊精、3%的赤藓糖醇和10%、15%、20%、25%、30%的黑豆粉，混匀后加入100 ℃沸水冲调，进行吸水指数（WAI）、水溶指数（WSI）测定和模糊数学感官评价。

1.4.3.2  抗性糊精添加量对发芽糙米粉品质的影响

准确称取处理后的发芽糙米粉10 g（精确至±0.001 g），分别向其中添加20%的黑豆粉、3%的赤藓糖醇和2%、4%、6%、8%、10%的抗性糊精，混匀后加入100 ℃沸水冲调，进行WAI、WSI测定和模糊数学感官评价。

1.4.3.3  赤藓糖醇添加量对发芽糙米粉品质的影响

准确称取处理后的发芽糙米粉10 g（精确至±0.001 g），分别向其中添加20%的黑豆粉、6%的抗性糊精和1%、2%、3%、4%、5%的赤藓糖醇，混匀后加入100 ℃沸水冲调，进行WAI、WSI测定和模糊数学感官评价。

1.4.4  营养复配发芽糙米粉配方正交优化试验

在单因素试验的基础上，选取黑豆粉添加量（A）、抗性糊精添加量（B）和赤藓糖醇添加量（C）3个影响因素，以综合评分为指标，每个因素设计3个水平（根据单因素试验优化得出），选用L9（33）正交表优化试验方案，正交试验因素与水平见表1。

1.4.5  吸水指数（WAI）

称取3 g米粉样品，用蒸馏水溶解，于30 ℃水浴30 min，搅拌，然后以3 000 r/min离心10 min。将上清液移入蒸发皿中，称量剩余的胶体质量。

WAI（%）=m2-m1m×100%。

式中：m1为离心管质量，g；m2为盛有胶体的离心管质量，g；m为样品质量（湿重），g。

1.4.6  水溶指数（WSI）

将WAI测定中的上清液蒸发后，测得溶解于上清液中的样品质量，计算WSI。

WSI（%）=m4-m3m×100%。

式中：m3为蒸发皿质量，g；m4为上清液蒸发后的蒸发皿质量，g；m为样品质量（湿重），g。

1.4.7  营养复配发芽糙米粉综合评分

综合评分=40% WAI+40% WSI+20%感官评分。

1.4.8  模糊数学感官评价

组织10名食品专业评定人员，选取复配发芽糙米粉的形态、风味、口感和质地作为感官评价指标，以《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》为参考制定感官评价表，从优、良、中和差4个等级进行评分。感官评分标准见表2，评语集与对应分值区域见表3。

评价指标权重集的确定：采用问卷调查法确定各指标的权重。权重集W＝｛W1，W2，W3，W4｝，即W=｛0.25，0.25，0.3，0.2｝。

因素集的建立：因素集U＝｛U1，U2，U3，U4｝，即U=｛形态，风味，口感，质地｝。

评语集的建立：评语集V＝｛V1，V2，V3，V4｝，即V=｛优，良，中，差｝。

模糊关系综合评判集：Y＝W瘙簚T（Y表示综合评判集；W表示权重集；T表示模糊评判矩阵）。

模糊综合评分：S＝K瘙簚Y（S表示模糊综合评分；K表示评价集；Y表示综合评判集）。

1.4.9  营养指标测定方法

本试验中，水分的测定采用GB 5009.3—2016中的直接干燥法，淀粉的测定采用GB 5009.9—2016中的酸水解法，蛋白质的测定采用考马斯亮蓝法蛋白质定量试剂盒（A045-2-1），脂肪的测定采用GB 5009.6—2016中的索氏提取法，γ-氨基丁酸的测定采用溴甲酚绿比色法，总酚的测定采用北京索莱宝科技有限公司总酚试剂盒（BC1340），黄酮的测定采用北京索莱宝科技有限公司黄酮试剂盒（BC1175），维生素D的测定采用GB 5009.82—2016中的第四法，维生素E的测定采用GB 5009.82—2016中的第一法。

1.4.10  卫生指标测定方法

本试验中，菌落总数、大肠杆菌、霉菌和致病菌的测定均采用GB 4789.3—2016中的方法。

1.4.11  贮藏稳定性的测定

使用酸度指示剂结合紫外分光光度计进行测定[8]。将样品粉碎后过200目筛，准确称取5 g样品（精确至±0.001 g）过筛后，将样品置于40 mL检测液中（检测液配制方法：在750 mL乙醇中加入1.5 g溴百里酚蓝和0.5 g甲基红溶解后定容到1 L，将溶液和水按1∶50的比例混合稀释），振荡5 min，静置15 min后观察滤液颜色，滤液颜色越绿表明新鲜程度越高，最后在420 nm波长处测定溶液的吸光度值，吸光度值的大小与新鲜程度呈正相关，每组样品平行3次。

2  结果与分析

2.1  营养复配发芽糙米粉模糊数学感官评价统计结果

2.1.1  营养复配发芽糙米粉模糊矩阵建立

营养复配发芽糙米粉模糊数学感官评价统计结果见表4。

由表4可知，在10名评审员对第1组样品的感官评价中，U形态=（6，3，1，0）；U风味=（5，4，1，0）；U口感=（6，3，1，0）；U质地=（6，3，1，0）。进行归一化处理，得模糊矩阵T1：

T1=0.60.30.100.50.40.100.60.30.100.60.30.10。

已知4项评价指标的权重集为W＝{0.25，0.25，0.3，0.2}，评价结果Yi=W×Ti。

所以Y1＝W×T1＝0.250.250.30.2×0.60.30.100.50.40.100.60.30.100.60.30.10={0.575，0.325，0.1，0}。

同理可得Y2～Y24。

2.1.2  营养复配发芽糙米粉模糊综合评分结果

样品1的模糊综合评分：S1=K×Y1=90704010×{0.575，0.325，0.1，0}=78.5。

同理可得试验中样品2～24的模糊综合评分S2～S24。

2.2  营养复配发芽糙米粉配方单因素试验

2.2.1  黑豆粉添加量对发芽糙米粉品质的影响

黑豆粉添加量对营养復配预熟糙米粉品质的影响见图1。

由图1可知，随着黑豆粉添加量的增加，复配发芽糙米粉的吸水指数（WAI）呈上升趋势，在黑豆粉添加量达到30%时，WAI达到最大值（2.75±0.26）%；而水溶指数（WSI）的变化趋势与其相反，随着黑豆粉添加量的增加，复配发芽糙米粉的WSI降低，WSI在黑豆粉添加量为10%时达到最大值（0.17±0.05）%。这可能是因为黑豆粉中蛋白含量较高，且黑豆蛋白的持水性良好，但溶解性一般，所以随着黑豆粉添加量的增加其吸水指数上升，水溶指数下降[9]。感官评分随着黑豆粉添加量的增加呈现先上升后下降的趋势，在黑豆粉添加量为20%时最高，为（79.65±2.14）分。这可能是由于黑豆具有豆腥味，且蛋白溶解性一般，所以当黑豆粉添加量超过20%时，其冲泡产品的风味和口感有所下降[10]。

2.2.2  抗性糊精添加量对发芽糙米粉品质的影响

抗性糊精添加量对营养复配预熟糙米粉品质的影响见图2。

由图2可知，随着抗性糊精添加量的增加，复配发芽糙米粉的吸水指数（WAI）呈下降趋势，在抗性糊精添加量为10%时，WAI达到最小值（2.25±0.32）%；而水溶指数（WSI）的变化趋势与其相反，随着抗性糊精添加量的增加，复配发芽糙米粉WSI升高，在抗性糊精添加量为10%时达到最大值（0.18±0.08）%。抗性糊精对WSI和WAI的影响较小，可能是由于抗性糊精是水溶性膳食纤维且溶解度较高[11]。感官评分与抗性糊精添加量呈正相关，在抗性糊精添加量为10%时感官评分达到最大值（80.62±0.78）分。抗性糊精水溶液黏度低，味甜微，将其加入到米粉中后会小幅提升米粉冲泡后的风味和口感[12]。

2.2.3  赤藓糖醇添加量对发芽糙米粉品质的影响

赤藓糖醇添加量对营养复配预熟糙米粉品质的影响见图3。

由图3可知，随着赤藓糖醇添加量的增加，复配糙米粉的吸水指数（WAI）呈现下降趋势，在赤藓糖醇添加量为5%时，WAI达到最小值（2.08±0.14）%；而水溶指数（WSI）的变化趋势与其相反，随着赤藓糖醇添加量的增加，复配糙米粉的WSI升高，在赤藓糖醇添加量为5%时WSI达到最大值（0.20±0.09）%，可能是由于赤藓糖醇的吸水性较差且极易溶于水[13]。感官评分随着赤藓糖醇添加量的增加呈先上升后下降的趋势，在赤藓糖醇添加量为4%时感官评分最高，为（84.36±1.01）分。由于赤藓糖醇增加了复配糙米粉的甜味，使得感官评分上升，但当赤藓糖醇添加量超过4%时，由于其是高倍甜味剂，在复配米粉中所带来的不良风味也显著提高，导致口感欠佳[14]。

2.3  正交试验优化营养复配发芽糙米粉配方

营养复配发芽糙米粉配方正交试验结果见表5。

因素主次顺序：A>B＞C

最优方案组合：A2B2C2

由表5中极差可知，各因素对复配糙米粉品质影响的主次顺序为A>B>C，即黑豆粉添加量>抗性糊精添加量>赤藓糖醇添加量，通过极差分析确定的最优方案组合为A2B2C2，即黑豆粉添加量20%，抗性糊精添加量8%，赤藓糖醇添加量4%。综合以上分析，可以得出黑豆粉添加量是影响糙米粉品质的主要因素，抗性糊精添加量和赤藓糖醇添加量也会影响其品质。以正交试验结果的最优方案重复试验3次，综合评分为（35.26±1.25）分。

2.4  发芽糙米产品营养成分测定

发芽糙米粉复配后的营养成分变化见表6。

由表6可知，相较于原粮糙米，营养复配发芽糙米粉的水分含量减少39.78%，这是因为微波预熟导致少量水分进入糙米内部[15]，但冷冻干燥又会导致糙米中水分大量流失，且添加的抗性糊精和赤藓糖醇的吸水性一般，导致复配米粉的水分含量显著降低（P<0.05）。淀粉含量增加2.12%，淀粉含量变化可能是由于糙米发芽时淀粉酶的活性随着时间增加而增加，部分淀粉被水解，而抗性糊精是由淀粉提取的，其添加导致淀粉含量增加[16]。蛋白质含量增加65.69%，这主要是因为黑豆是一种高蛋白全谷物，添加黑豆粉后使得复配糙米粉中蛋白质含量显著增加（P<0.05）。脂肪含量增加67.02%，可能是由于发芽导致脂肪酶水解脂肪产生了游离脂肪酸，游离脂肪酸的含量显著增加（P<0.05）。γ-氨基丁酸含量增加34.92%，这是由于发芽期间激活的胞质酶谷氨酸脱羧酶（GAD）和谷氨酸含量增加。总酚含量增加31.50%，黄酮含量增加77.28%，可能是因为糙米中含有大量与细胞壁成分共价结合的酚类物质，而在发芽过程中，破坏了细胞壁，增加了游离酚的含量。维生素D含量增加393.75%，维生素E含量增加216.3%，可能是由于大多数维生素是由糙米中作为前体物质的氨基酸合成的，发芽期间氨基酸含量的增加导致了维生素含量的增加。微波技术具有辐射功能，减少了这些营养的流失[17]。黑豆中富含蛋白质、脂肪、γ-氨基丁酸、酚类物质、酮类物质及多种维生素，复配后也增加了这些营养成分的含量。

2.5  發芽糙米产品卫生指标测定

菌落总数、大肠杆菌数、霉菌数及是否含有致病菌是衡量食品卫生的重要指标。检测结果均符合食品卫生标准，这主要是因为对发芽糙米原料进行了微波预熟和冷冻干燥处理，高温和低温极端环境杀灭了绝大部分菌类，水分的流失也限制了微生物的生存环境条件。

2.6  发芽糙米产品贮藏稳定性分析

使用酸度指示剂结合紫外分光光度计评价原粮糙米和复配米粉在贮藏期间新鲜度的变化。根据吸光度值来判断新鲜度，颜色越绿表明越新鲜。原粮糙米和发芽糙米产品在贮藏过程中新鲜度的变化见图4。

由图4可知，随着贮藏时间的增加，营养复配发芽糙米粉的吸光度降低，但相比于原粮糙米，其降速较缓慢。原粮糙米的起初吸光度为0.782±0.014，复配米粉的起初吸光度为0.713±0.027，此时显色液均为绿色，说明起初两种样品较新鲜；在第30天时原粮糙米的吸光度降为0.641±0.021，复配米粉的吸光度降为0.595±0.013，显色液均为浅绿色，表示两种样品的新鲜度均降低，这可能是由于黑豆相较于糙米其脂肪酸含量较高，营养复配发芽糙米粉的总酸度高于原粮糙米，导致米粉与酸度指示剂反应颜色较浅，使复配米粉的吸光度低于原粮糙米[18]。在80 d后复配糙米粉的新鲜度流失速度远低于原粮糙米，可能是由于微波处理杀灭了大部分细菌，真空冷冻干燥去除了大部分水分，破坏了细菌的生存环境，抑制了微生物繁殖，减缓了脂肪氧化和米粉酸败，导致其新鲜度远高于未经处理的原粮糙米。在90 d左右两种样品的吸光度值相等，显色液均为浅绿色，样品的新鲜度都有所降低。在120 d左右复配米粉的吸光度高于原粮糙米，复配米粉的吸光度值为0.547±0.019，显色液仍保持浅绿色；原粮糙米样品的吸光度值为0.484±0.008，显色液变为淡黄色，说明原粮糙米变质，这可能是由于未经处理的原粮糙米微生物繁殖速度和脂肪氧化速度较快，导致米粉酸败变质。

3  结论

通过单因素试验和正交优化试验确定了营养复配预熟糙米粉的最优配方为黑豆粉添加量20%、抗性糊精添加量8%、赤藓糖醇添加量4%，此条件下综合评分最高，为（35.26±1.25）分。营养复配预熟糙米粉相较于原粮糙米，水分含量减少39.78%，淀粉含量增加2.12%，蛋白质含量增加65.69%，脂肪含量增加67.02%，γ-氨基丁酸含量增加34.92%，总酚含量增加31.50%，黄酮含量增加77.28%，维生素D含量增加393.75%，维生素E含量增加216.3%，卫生指标符合国家标准。发芽糙米粉在贮藏120 d后新鲜度下降明显，显色液由绿色变为浅绿色，吸光度值由0.713变为0.547，产品的新鲜度较差，但仍高于原粮糙米。

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