模糊数学评判法在大麦若叶牛奶研制中的应用

（黑龙江完达山乳业股份有限公司，哈尔滨 150060）

大麦若叶即大麦苗，是指大麦刚越冬长至15～30cm的幼麦苗嫩叶[1]。大麦若叶经过先进的冷冻干燥粉碎技术可制备成粉末状的食品原料。经研究表明，大麦若叶营养丰富，含有叶绿素（提取量达到13.622mg/g[2]）、膳食纤维（含量是普通青菜的50倍[3]）、总黄酮（提取量为946.63µg/g[4]）、蛋白质（含量是牛肉的1.6倍、大米的4.2倍[5]）、氨基酸（种类高达26种，其中水解氨基酸Glu含量高达1390.873mg/100g，Asp含量达1 219.391mg/100g，8种人体必需氨基酸占总水解氨基酸的40%以上[6]）、维生素（VC含量可达15.2 mg/100g[7]、VE含量可达6.94mg/100g）、微量元素（钾和钙含量最丰富，其次为铁、镁、锌等元素，其中钙含量是牛奶的4倍[8]）及抗氧化酶类（如SOD[9]）等多种功能营养成分。大麦若叶粉具有调节血糖、改善血压、降血脂、抗溃疡和防治心血管疾病等多种生理功能[10,11]，同时有修复损伤DNA的作用，还有消炎、镇痛[12]、降低脂蛋白胆固醇含量、预防和控制肥胖[13,14]、提高睡眠质量、增强免疫力、促进伤口愈合、排毒养颜、延缓衰老、抗氧化、解毒、缓解抑郁等保健功效[15,16]。经过长期服用未见毒副作用[3]。

模糊数字评判法是以模糊数学为基础，运用模糊变换原理，对感官评定中模糊不清、难以定量的多个因素进行合理性、科学性、客观性的评价。该方法已广泛应用于食品工艺和配方优化的感官评价[17～20]。本试验在牛奶中加入大麦若叶粉，研制口感丰富的大麦若叶调制乳，通过正交试验优化确定各原料的添加量，以模糊数学评判法对产品的感官质量进行评判，预期确定最佳配方方案，为实际生产提供参考。

1 材料与方法

1．1 原料与设备

1.1.1 原料

生牛乳，白砂糖，大麦若叶粉，复配稳定剂。

1.1.2 设备

剪切罐，过滤器，高压均质机，超高温杀菌机，灌装机。

1．2 试验方法

1.2.1 大麦若叶牛奶制备工艺

1.2.2 操作要点

①配料：在剪切状态下，将白砂糖加入到50～55℃奶中，持续剪切、过滤15min。待料液完全溶解后，再次启动化料程序，升温至75～80℃，将稳定剂和大麦若叶粉在剪切状态下加入到料液中，持续剪切15min。然后经过滤器（80目），走冷排，打入待装罐与生牛乳混合20min，此时料液温度在20℃以下。

②定容：用工艺水准确定容，搅拌15min后检测半成品指标。

③均质、杀菌、灌装：均质压力为（20±1）MPa，温度65～75℃，超高温杀菌温度为139～143℃，4s杀菌，进行无菌灌装。

1.2.3 大麦若叶正交试验

根据影响大麦若叶牛奶感官品质的主要因素确定了四个考察因素：牛奶蛋白含量（A）、大麦若叶粉添加量（B）、白砂糖添加量（C）、稳定剂添加量（D）。根据预实验确定最优因素水平，按正交表L9(34)进行四因素三水平正交试验，确定最佳组合配方（表1）。

表1 大麦若叶牛奶的L9(34)正交试验因素水平

1．3 感官评价方法

1.3.1 感官评价标准（表2）

表2 感官评价标准

1.3.2 建立模糊数学评判法模型

1.3.2.1 根据感官指标内容设定两个评定论域：

（1）因素集，即感官质量指标集U={色泽（U1），香气（U2），组织状态（U3），口感（U4）}。

（2）评语集，即感官质量评语集V={V1优(90-100)，V2良(70-79)，V3中(79-60)，V4中(＜60)}。以百分制为标准，各项目得分90～100分为优，得分80～89分为良，得分60～79分为中等，得分小于60分为差。

1.3.2.2 确定权重域及隶属函数

根据各指标权重值确定权重矩阵为 A＝（A1，A2，A3…An），A1，A2，A3…An [An∈(0,1)]为各评价指标的隶属度，满足（A1+A2+A3… +An）=1。请11位食品专业测评员对每个因素Ui(i＝1,2,3…)进行单因素的权重分配统计并计算结果。

1.3.2.3 确定模糊综合评定矩阵

（1）从U到V的一个模糊映射R，设U上模糊集为A＝（A1，A2，A3，A4） 表示色泽、香气、组织状态、口感的加权数集，则有B＝A○R，式中，B表示综合评判结果集，A表示权重数集，R表示评判矩阵。

1.3.2.4 模糊数学综合评定

根据11位专业测评员对正交试验9个组合的感官品质进行评价，并进行统计分析，得到综合评价分数，确定最佳组合配方。

2 结果与分析

2．1 确定模糊数学的权重

表3 权重统计结果

根据表3的统计结果，计算出模糊数学权重向量为A=（0.173,0.245,0.255,0.327）。

2．2 模糊数学感官评价结果

11位食品专业测评员对9个大麦若叶牛奶样品的色泽、香气、组织状态、口感进行感官评价，结果见表4所示。

表4 感官评定试验结果

由表4可见，大麦若叶牛奶感官评定结果差异较大，用平均法来确定感官级别会存在明显差异，采用模糊数学评定法可以有效的消除认为误差，对模糊事物进行定量评价[21]。

2．3 确定模糊综合评定矩阵

根据表3的统计结果分别除以人数11，得到九个模糊矩阵。

2．4 模糊综合评价结果

根据模糊变换原理[22]：B=A○R；采用加权平均模型 M=（●，+）计算，得到大麦若叶牛奶感官质量综合评判结果，计算结果如下：

2．5 模糊综合评判结论

将评语集中的各参数量化，将优、良、中、差四个等级依次赋予分值为90、80、70、60分。利用模糊综合评判结果集中四个等级的各个量分别乘以相应的分值后进行相加，最终得到每个样品的总分（F）。得分越高则反映样品的感官综合指标越好。

2．6 正交试验结果

表5 大麦若叶牛奶L9(34)正交试验结果

由表5可知，影响大麦若叶牛奶感官的因素由主到次排序为：白砂糖的添加量（C）＞大麦若叶粉的添加量（B）＞蛋白质含量（A）＞稳定剂添加量（D）。通过试验结果分析得到最佳方案为A1B2C2D3。其结果与模糊综合评判的最高分组合A1B2C2D2不对应，通过验证试验和食品专业测试人员的感官评定得到评价结果为B=（0.674,0.302,0.024,0.000），最佳方案A1B2C2D3的综合得分为86.5，高于模糊综合评判的最高分组合（A1B2C2D2）[23]，可以确定大麦若叶牛奶配方中蛋白含量为2.3%，大麦若叶粉添加量为1%，白砂糖添加量为5%，稳定剂添加量为0.3%。

3 结论

本文利用模糊数学评判法克服了感官评定中存在的主观因素的影响，获得了客观、可靠的评判结果。通过正交试验和模糊数学评判法的结合应用，确定了大麦若叶牛奶最佳配方：蛋白含量2.3%，大麦若叶粉添加量1%，白砂糖添加量5%，稳定剂添加量0.3%。用此配方生产的大麦若叶牛奶色泽靓丽、均匀，麦苗香气与奶香味和谐，组织状态稳定，口感细腻、醇厚、甜度适宜。