模糊数学感官评价法优化猕猴桃果糕制作配方

傅志丰,张晓荣,周 鹤,石 燕,涂宗财,*

(1.九江市食品检验检测中心,九江市食品药品检验所,江西九江 332000;2.美庐生物科技股份有限公司技术研发中心,江西九江 332000;3.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)

猕猴桃(ActinidiachinensisPlanch),又称奇异果,为种子门多年生落叶藤本植物,起源于中国,风味鲜美,现今分布在世界各地[1-2]。我国是世界上猕猴桃产量最大的国家,年产量达184万顿,占世界总产量的53.4%[3]。猕猴桃营养物质含量丰富,不仅含有人体必需的Ca、Fe、K等矿物质元素[2],且富含维生素A、C、E,叶酸、蛋白质及酚类化合物等营养成分,其维生素C含量远高于普通水果,是苹果的6倍,西瓜的10倍[4],享有“水果之王”的美誉[5]。现代药理研究表明猕猴桃提取物具有抗氧化[6]、降血脂[7]、抗癌[8]、抑菌抗炎[9]等功效。然而,目前我国猕猴桃产业广泛存在加工程度低,产品技术创新性不强的问题[10]。据统计,全国各省猕猴桃绝大部分以鲜果形式销售,市场储存期短造成了大量积压与腐烂[11-13]。因此,必须加大对猕猴桃的精深加工以提高其附加值。

目前,市场上的猕猴桃加工产品主要有果糕[14]、果酱[15]、果汁饮料[16]、果酒[17]、脆片和果茶[18]等。其中果糕是水果加工中常见的一种产品,因其易保藏、食用方便、口感好等特点,且能最大限度地保留水果中的营养成分,成为众多水果的良好深加工方式[19]。近年来果糕进入市场后越来越受到消费者的喜爱,然而现今各类果糕产品普遍存在含糖量高的问题。例如杨婉媛等[20]采用正交试验确定金桔果糕的最佳工艺配方为金桔果浆∶果葡糖浆∶白砂糖∶复合胶∶柠檬酸=55∶30∶35∶2∶1,配料中含糖物质添加量占总配料比超过50%;袁亚娜等[21]发现市售山楂糕总糖含量高达67.5%;肖嘉琪等[22]研发的桑葚果糕总糖含量为57.6%。随着全世界患肥胖症、糖尿病人数的增多,人们的健康生活意识逐渐增强,开发“减糖”、健康的食品成为未来的流行趋势。同时,许多研究[23-24]报道在果糕加工中采用食用胶复配能使相关胶体协同增效,所制产品口感及咀嚼性更好,工艺操作上易冷却成型及倒盘操作,产品表面光滑,韧性弹性较强,因此复合胶也逐渐被广泛应用于果糕产品的制作工艺中。

迄今为止,有关猕猴桃果糕配方的研究较少,仅顾仁勇等[14]确定猕猴桃果糕生产配方:猕猴桃果浆∶蔗糖∶葡萄糖浆∶氯化钾∶胶凝剂=40∶30∶20∶0.1∶1.8,其中蔗糖和葡萄糖浆含量占总配料比高达54%。因此,本文以无糖食品甜味剂异麦芽酮糖醇代替部分白砂糖,采用卡拉胶、魔芋胶两种食用胶为凝胶剂,并利用模糊数学感官评价法对猕猴桃果糕感官进行评价,结合正交试验优化果糕的制作配方参数,最后对优化后的果糕产品的质构特性进行测定,为猕猴桃的精深加工及其系列“减糖”工艺产品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

中华猕猴桃 南昌市天虹商场有限公司;白砂糖 广西博海实业有限公司;异麦芽酮糖醇 杭州旺源科技有限公司;魔芋胶 石家庄天烨食品科技有限公司;卡拉胶 上海北连食品有限公司;CaCl2、柠檬酸 广州穗欣化工有限公司;D-异抗坏血酸钠 德兴市百勤异VC钠有限公司;猫哆哩酸角糕 云南猫哆哩集团食品有限责任公司;百丈山南酸枣糕 江西百丈山食品有限公司;齐云山南酸枣糕 江西齐云山食品有限公司;千年南酸枣糕 江西万载千年食品有限公司。

TA.XT pLus质构仪 英国Stable Micro System公司;JYL-C91T料理机 九阳股份有限公司;JE1002电子天平 上海浦春计量仪器有限公司;手持式折光仪 上海力辰仪器科技有限公司;DHG-9140电热鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;真空包装机 南翔集团有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程及操作要点

1.2.1.1 工艺流程 猕猴桃鲜果→筛选→清洗→去皮去芯→护色打浆→过滤溶胶→熬糖、配比混合→熬煮浓缩→倒模成型→热风干燥→成品。

1.2.1.2 操作要点 筛选、清洗:挑取新鲜、成熟、完整、大小一致的猕猴桃,洗净后手工剥去表皮、用工具剔除内核及杂质备用。护色打浆:称取CaCl21 g,D-异抗坏血酸钠1 g,水120 g,混合制成护色液,然后再称取200 g切好的猕猴桃果肉与护色液混合,置于料理机中打浆2 min。过滤溶胶:用纱布(100目)将果肉匀浆液过滤除去渣粒后,加入一定质量的魔芋胶和卡拉胶,搅拌混合均匀。熬糖:称取一定质量的白砂糖与异麦芽酮糖醇,加入1/2白砂糖质量的水,边搅拌边升温至浆液变粘稠,控制温度110 ℃左右,熬糖约5 min,然后冷却至60 ℃。熬煮浓缩:向准备好的糖液中加入果肉匀浆液,保持60 ℃,边熬煮边搅拌,且每隔一段时间用折光仪测定其固形物含量,当读数显示为60%即为终点[25],并加入一定比例的柠檬酸使产品酸甜适宜。倒模成型:将熬煮完成的猕猴桃果浆迅速倒入预制模具中,厚度约7 mm。热风干燥:果糕冷却凝固后脱模,置于烤网上,50 ℃干燥15 h至表面干爽,不沾手为宜。然后切成适宜大小的正方形小块,包装、封口后即为果糕产品。

1.2.2 单因素实验 以果肉匀浆液重量100%为标准,固定异麦芽酮糖醇添加量15%,魔芋胶添加量1.0%,卡拉胶添加量0.75%,柠檬酸添加量0.7%,考察不同白砂糖添加量(10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%)对果糕感官评分的影响;固定白砂糖添加量40%,魔芋胶添加量1.0%,卡拉胶添加量0.75%,柠檬酸添加量0.7%,考察不同异麦芽酮糖醇添加量(5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%)对果糕感官评分的影响;固定白砂糖添加量40%,异麦芽酮糖醇添加量15%,卡拉胶添加量0.75%,柠檬酸添加量0.7%,考察不同魔芋胶添加量(0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%、1.75%、2.0%)对果糕感官评分的影响;固定白砂糖添加量40%,异麦芽酮糖醇添加量15%,魔芋胶添加量1.0%,柠檬酸添加量0.7%,考察不同卡拉胶添加量(0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%、1.75%)对果糕感官评分的影响;固定白砂糖添加量40%,异麦芽酮糖醇添加量15%,魔芋胶添加量1.0%,卡拉胶添加量0.75%,考察不同柠檬酸添加量(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%)对果糕感官评分的影响。

1.2.3 感官评价方法 按照GB/T 16291.1-2012标准的要求挑选10名经过专业培训的品评员(5男5女),组成评价小组,依次对猕猴桃果糕进行感官品质(色泽、组织状态、口感和风味)评价。每个评价指标分为优(V1),中(V2),差(V3)3个等级,评定具体标准见表1。

表1 果糕感官评价标准

1.2.4 模糊数学模型的建立

1.2.4.1 正交试验优化配方 在单因素实验基础上,设计L16(45)正交试验方案优化果糕的制作配方参数,各因素水平见表2(以果肉匀浆重量100%为标准)。

表2 果糕制作工艺正交实验因素水平表

1.2.4.2 确定评价对象集 评价对象集是须评定的果糕样品的集合,X={X1,X2,X3…X16},X1～X16分别代表本次正交试验中的16组样品。用Xj代表第j组果糕的综合评价结果,其中：j=1,2,3…16。

1.2.4.3 确定评价因素集 评价因素集是指果糕品质影响因素的集合,U={U1,U2,U3,U4},其中 U1、U2、U3、U4分别代表果糕的色泽、组织形态、口感和风味。

1.2.4.4 确定评价等级集 评价等级集是对各因素评价分级的集合。本实验将猕猴桃果糕分为3个等级,V={V1,V2,V3},其中V1、V2、V3分别代表优、中、差。

1.2.4.6 确定模糊数学矩阵及感官评分 感官评价人员分别根据评价标准对16组样品进行评价,然后将结果中优、中、差次数除以评价员人数,即得出评价因素集中优、中、差所占比例从而建立样品的模糊矩阵R,再依据公式X=W·R计算各果糕的综合评价结果。为了更好地比较各样品感官品质的优劣,分别赋予优、中、差三个等级95、80、65分,再将综合评价结果的各数值乘以对应的等级分数,结果相加可得出每个样品的最终模糊感官评分。

1.2.5 果糕质构分析 对果糕的质构特性进行测定,实验时不间断压缩果糕2次,设置高度为2 mm,并从计算机上读数。同时取市售的4种知名果糕作为对照以确定受消费者喜欢的果糕质构特性区间。

质构仪的仪器方法设定为:模式T.P.A;探头P/5;探头速度0.5 mm/s;触发点负载5.0 g,触发类型自动。测定的各参数指标包括:硬度、黏性、弹性、凝聚性、胶黏性、咀嚼性和回复性。

1.2.6 果糕基本理化性质及微生物指标的测定 果糕基本理化性质(水分、总糖、铅)及微生物指标按照国家标准GB/T 10782-2006规定的方法进行测定。

1.3 数据处理

质构特性结果采用SPSS 18.0软件分析,表示为“X±SD”,正交试验设计及分析采用正交助手软件完成。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 白砂糖添加量 添加白砂糖能显著影响果糕的甜度和凝胶效果[27],在果糕的制作过程中起着十分重要的作用。如图1,在浓度10%～40%范围内,随着白砂糖添加量的增加,猕猴桃果糕的感官评分逐渐增大,当添加量为40%时,评分达到最大值89分,当白沙糖添加量继续增大时,果糕感观评分有所下降,这可能由于柠檬酸添加量不变,影响果糕感官品质的主要因素是糖酸比[28];另一方面过多的糖也会影响美拉德反应的进程,从而影响果糕的色泽[24],因此确定白砂糖的添加量为20%～50%。

图1 白砂糖添加量对果糕感官评分的影响

2.1.2 异麦芽酮糖醇添加量 异麦芽酮糖醇是近年来国际上新兴的一种功能性糖醇,是蔗糖、淀粉糖及其它糖醇的优良替代品[29]。如图2,随着异麦芽酮糖醇添加量的增加,猕猴桃果糕的感官评分迅速增大,而后有所下降,在5%～10%范围内,感官评分从79分增加至89分,由此确定异麦芽酮糖醇的添加量为10%～25%。

图2 异麦芽酮糖醇添加量对果糕感官评分的影响

2.1.3 魔芋胶添加量 食用胶的加入能影响果糕的组织形态和品质,由图3可知,随着魔芋胶添加量的逐渐增大,感观评分也逐渐增加,当添加量达到1.25%时,果糕评分达到最大值(87分),而当魔芋胶添加量大于1.25%,感官评分有所降低,这是因为胶添加量增多时,果糕成型较快,不易入模,使果糕口感较硬,弹性较差[30]。因此确定魔芋胶的添加量为0.75%～1.5%。

图3 魔芋胶添加量对果糕感官评分的影响

2.1.4 卡拉胶添加量 如图4,卡拉胶添加量对感官评分的影响与魔芋胶的变化趋势相似,当添加量达到0.75%时,感官评分最高89分,而后有所下降,因此确定卡拉胶添加量为0.5%～1.25%。

图4 卡拉胶添加量对果糕感官评分的影响

2.1.5 柠檬酸添加量 柠檬酸酸味圆润滋美,主要影响果糕的风味。如图5,柠檬酸添加量在0.1%～0.5%之间,猕猴桃果糕感官评分逐渐升高,到0.5%时最高(90分),这是因为当柠檬酸添加量较少时,果糕相对较甜,而柠檬酸的添加使酸甜适口,风味突出,且还具有一定的抑菌、护色作用[29]。当添加量超过0.5%时,感官评分呈下降趋势,这是因为当柠檬酸添加过多时,果糕风味过酸,且酸过量会使果糕粘度下降,同时白砂糖过度转化,发生流糖现象,进而风味欠佳[24],因此确定柠檬酸添加量为0.3%～0.9%。

图5 柠檬酸添加量对果糕感官评分的影响

2.2 模糊数学感官评价

2.2.1 权重的确定 运用“0～4”评判法确定权重。10人的权重记录结果见表3。本实验将猕猴桃果糕各感官指标的权重系数确定为:色泽0.20,组织形态0.26,口感0.38,风味0.16,即W=(0.20,0.26,0.38,0.16)。在影响猕猴桃果糕感官品质的4因素中,口感所占权重最大,组织形态、色泽次之,风味权重最小。

表3 果糕品质评价因素权重的确定

2.2.2 建立模糊矩阵 10名感官评价人员对正交实验16组果糕的评价结果见表4,参照劲松等[31]的方法建立果糕的模糊矩阵R。

表4 果糕感官评价结果

以1号猕猴桃果糕为例,色泽投票结果中优、中、差投票人数分别为1、2、7,则R色泽=(1,2,7)。同理R组织状态=(0,1,9);R口感=(0,2,8);R风味=(0,2,8)。将以上4因素的评价结果转化为矩阵,

同法可得:

2.2.3 计算模糊数学感官评分 根据模糊变换公式X=W·R,可知第一个样品的综合评价结果为:

同理可得2～16号样品的综合评价结果,见表5。

表5 果糕样品综合评价结果

根据果糕评价等级集,分别赋予优、中、差三个等级95、80、65分,再将综合评价结果的各数值乘以对应的等级分数,结果相加得到每个样品的最终模糊感官评分。以1号样品为例,T1=(0.020,0.174,0.806)×(95,80,65)=68.21,同理可得其余各样品结果,见表6。

表6 猕猴桃果糕制作正交试验结果

2.3 正交试验结果与分析

由表6可知,在正交试验16个产品中,感官评价综合得分最高的是第9号样品,对应的组合为A3B1C3D4E2,此时模糊数学感官评分为88.97分。由极差值R可知,各因素影响大小顺序为D>A>C>B>E,即卡拉胶添加量>白砂糖添加量>魔芋胶添加量>异麦芽酮糖醇添加量>柠檬酸添加量。卡拉胶添加量是影响猕猴桃果糕感官品质最重要的因素。K值分析显示的果糕配方最优组合为A3B1C3D2E2,与正交试验最优结果不一致,因此须进行验证性实验以确定结果的科学性、有效性。在最佳配方条件下制作果糕3份,所得感官评分为91.15±0.82分,高于正交试验中的最优样品得分,从而得出产品的最佳配方组合为A3B1C3D2E2,即白砂糖添加量为40%,异麦芽酮糖醇10%,魔芋胶添加量为1.25%,卡拉胶添加量为0.75%,柠檬酸添加量为0.5%,此时产品呈均匀的黄绿色,猕猴桃香味浓郁,酸甜适宜,软硬适中,富有嚼劲,说明模糊数学感官评价法结合正交试验优化猕猴桃果糕制作工艺的实验条件和结果可靠,可运用该方法指导具体实践。

2.4 质构特性

质构特性是用于科学描述和评价食品组织形态和口感的重要指标[29],通常有两种测定方法:感官评定法和质构仪测定法。相对于感官评定法,利用质构仪测定的方法具有准确、灵敏度高的特点。本文对市售的4种知名果糕的质构特性(猫哆哩、百丈山、齐云山、千年)进行测定,并将其结果区间定义为受消费者喜欢的质构区间。如表7,确定的受消费者喜欢的果糕质构区间为:硬度377.02～1421.47 g、黏性-79.96～-4.43 g/s、弹性0.87～0.93、凝聚性0.34～0.76、胶黏性288.12～418.44、咀嚼性268.88～422.35、回复性0.17～0.37。优化后果糕质构特性测定结果为:硬度587.42±19.32 g,黏性(-76.81±8.12) g/s,弹性0.88±0.02,凝聚性0.66±0.00,胶黏性391.24±13.40,咀嚼性343.22±11.53,回复性0.22±0.00,测定结果均在消费者喜爱的质构特性区间内,说明优化后的果糕具有良好的质构特性,受到消费者喜爱。

表7 产品的质构特性测定结果

2.5 猕猴桃果糕基本理化及微生物指标的检测结果

采用优化后配方制备果糕产品,并对其水分、总糖、铅等基本理化指标及微生物指标(菌落总数、大肠菌群、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、霉菌)进行测定。如表8,各项指标均符合GB/T 10782-2006的果糕标准要求,表明此配方的猕猴桃果糕产品符合商业化生产要求。

表8 猕猴桃果糕理化及微生物指标

3 结论

采用模糊数学感官评价法优化猕猴桃果糕的制作配方参数,结果表明,白砂糖添加量为40%,异麦芽酮糖醇添加量为10%,魔芋胶添加量为1.25%,卡拉胶添加量为0.75%,柠檬酸添加量为0.5%时(以果肉匀浆重量100%为标准),模糊数学感官评分最高。由此制得的果糕呈均匀的黄绿色,猕猴桃香气浓郁,酸甜适宜,软硬适中,富有嚼劲。利用质构仪确定了优化后猕猴桃果糕的质构特性:硬度587.42±19.32 g,黏性(-76.81±8.12) g/s,弹性0.88±0.02,凝聚性0.66±0.00,胶黏性391.24±13.40,咀嚼性343.22±11.53,回复性0.22±0.00,测定结果均在受消费者喜爱的质构特性区间内。本研究可为猕猴桃果糕的生产品质控制提供参考依据。