基于模糊数学法的婴幼儿磨牙饼干加工工艺优化

谭 沙，翁 盼，常永春，朱仁威，罗潞潞，冯绍彪

（1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁554300；2.福建农林大学食品科学学院，福建 福州350000）

婴儿乳牙的生长大多在6～12月之间[1]，在此阶段中，可提供磨牙饼干以缓解出牙的不适症状和促进婴儿乳牙的生长，同时也可以训练口腔咀嚼的能力[2]。根据世界卫生组织定义，磨牙饼干是一种适宜的辅助食品[3-4]。大量研究表明[5]：婴幼儿的辅食不应添加盐、糖及任何具有刺激性的调味产品，以便于提高婴幼儿对各种天然食物味道的接受程度，也可降低营养摄入不均衡的风险；同时，减少盐和糖的摄入量，还可防止儿童期及成人期的糖尿病、高血压及心血管疾病等危害；但项目组成员随机查询6种市售不同品牌的磨牙饼干配方，发现目前的磨牙饼干产品质量参差不齐，其中添加糖、食盐等成分的情况较为严重，收集的6种样品中，4种品牌的磨牙饼干均添加糖和食盐，5种品牌均添加食盐，5种品牌均添加糖，5种品牌添加食品添加剂。

感官评价法由于评定人员的主观条件因素有所限制，往往评定的分数会出现比较大的偏离程度，如果只是采用平均数的计算方法就很难得到某个指标准确对应的分数[6-7]，为了解决这类问题，本研究使用了模糊数学法的评价方式。模糊数学法是建立模糊数学模型[8]，先对单项指标进行评价，然后对各单项指标分别授予权重，最后使用模糊矩阵运算方法得到综合评价的结果。使用模糊数学法与感官分析的方法，可更全面地表现出每个评定人员的意见，更客观地得出产品感官评价结果，更多地了解和掌握产品质量以及改进方法。孙娜等[9]和张伟等[10]将模糊数学法分别用于五叶草莓果脯、全银杏饮料配方的优化，获得的产品均符合相应国家标准要求，且质量稳定。

因此，为解决磨牙饼干添加物的安全问题，降低因糖、盐等摄入而导致的婴幼儿患病的风险[11]，保证婴儿健康安全，本文基于模糊数学确定感官评价方法，通过单因素试验和正交试验，优化磨牙饼干产品的加工工艺，旨在为婴幼儿辅食食物的生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

低筋小麦粉：潍坊风筝面粉有限公司；鲜鸡蛋：德清源农业科技股份有限公司；纯牛奶：贵阳三连乳业有限公司；香蕉：三汁源生态农业有限公司；黄油：新西兰恒天然集团。

1.1.2 仪器与设备

CX-12000型电子天平：东莞南城长协电子制品厂；AJP-30型和面机：爱普达乐斯有限公司；CF340C型醒发箱：卡士机械设备有限公司；YQ-Y30A型压面机：俊凌厨具有限公司；LGX-CO2-2型烤箱：阁兰喜电器科技有限公司；CX-6631型打蛋器：志高有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

原料称量→混合揉面→静置→压片成型→烘烤→冷却→密封包装

1.2.2 操作要点

准确称量各原材料所需用量，于和面机中搅拌20 min，面团于38℃下静置30 min后，一次压片成型，压片厚度0.3～0.5 cm，之后放入烤箱烘烤，烘烤完成后，于室温下冷却5 min左右，密封后进行包装。

1.2.3 评价方法

根据评分标准（表1），对磨牙饼干的口感、色泽、外形、香气进行感官评定，根据相关文献[12-13]，建立感官模糊综合评价体系。

表1 磨牙饼干品质评价表Table 1 Qualities evaluation form for molar cookies

1.2.4 单因素试验设计

以100 g低筋面粉为基准，结合模糊数学法进行感官评分筛选。固定鸡蛋、牛奶、香蕉添加量分别为5%、10%、10%，于150℃烘烤35 min，考察黄油添加量（10%、15%、20%、25%、30%）对磨牙饼干品质的影响；固定黄油、牛奶、香蕉添加量分别为15%、10%、10%，于150℃烘烤35 min，考察鸡蛋添加量（5%、10%、15%、20%、25%）对磨牙饼干品质的影响；固定黄油、鸡蛋、香蕉添加量分别为15%、20%、10%，于150℃烘烤35 min，考察牛奶添加量（10%、15%、20%、25%、30%）对磨牙饼干品质的影响；固定黄油、鸡蛋、牛奶添加量分别为15%、20%、20%，于150℃烘烤35 min，考察香蕉添加量（10%、15%、20%、25%、30%）对磨牙饼干品质的影响；固定黄油、鸡蛋、牛奶、香蕉添加量分别为15%、20%、20%、15%，烘烤时间35 min，考察烘烤温度（150、160、170、180、190℃）对磨牙饼干品质的影响；固定黄油、鸡蛋、牛奶、香蕉添加量分别为15%、20%、20%、15%，烘烤温度160℃，考察烘烤时间（35、40、45、50、55 min）对磨牙饼干品质的影响。

1.2.5 模糊数学模型的建立[14-16]

本试验采用色泽、香气、外形、口感4个因素作为评定论域（U），此时的U={u1，u2，u3，u4}表示本次试验在进行感官评价时所需评价的指标，u1为色泽，u2为香气，u3为外形，u4为口感；评价的分数集合为V，即表示各项评价结果的集合；评语论域V={v1，v2，v3，v4，v5}，即表示好（5分）、较好（4分）、一般（3分）、较差（2分）、差（1分）；权重集A={a1，a2，a3，a4}，表示各评价因素权重数的集合，其中权重向量a1、a2、a3、a4分别为色泽、香气、外形、口感，本试验所研究磨牙饼干的权重向量表示为A={0.2,0.2,0.3,0.3}，且总和等于1。Y则表示整个产品感官指标综合评价的结果，Y为权重（A）和模糊矩阵（R）的乘积，即Y=A×R。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 黄油添加量试验

使用模糊数学法和感官评价相结合的方式进行评价分析，根据评定结果建立模糊评定矩阵（见表2）。

表2 黄油添加量对产品品质的影响Table 2 The effects of butter additions on products qualities

根据模糊数学法原理，利用矩阵乘法计算样品对各种因素的综合表现程度Y=A×R，磨牙饼干感官品质综合评价结果计算方式如下：

同理可得：Y2=A2×R2=（0.29，0.71，0，0，0）；

由综合评分可知，随着黄油添加量的提升，感官评分呈先增加后降低的趋势。油脂可以改善焙烤食品的体积，赋予其良好的口感、风味和外观[17-19]。黄油添加量低于15%时，饼干香气较淡，且饼干表面无光泽、粗糙、口感不好。当黄油添加量高于15%时，饼干所带的黄油气味过于浓郁，食用时油腻易碎，从而使感官评分降低。当添加量为15%时磨牙饼干的评分最高，口味最佳。

2.1.2 鸡蛋添加量试验

鸡蛋液可以改变饼干烘焙后的色泽，因鸡蛋中的蛋白质和氨基酸会发生美拉德反应，产生特有棕黄色泽，鸡蛋液还能增加饼干的韧性，鸡蛋蛋白质在受热之后凝固失水变少，使烘焙出来的饼干口感有一定的柔韧性，起到蓬松的效果[20]。不同的鸡蛋添加量（5%、10%、15%、20%、25%）的试验结果处理方法同“2.1.1”，结果如下：H1=3.18，H2=3.49，H3=3.89，H4=4.15，H5=2.94。磨牙饼干评分随着鸡蛋添加量的增加先上升后下降，当鸡蛋添加量为20%时评分最高。因为鸡蛋添加量低于20%时，饼干外形扁塌不饱满，色泽泛白，感官评分低。当鸡蛋添加量高于20%时，饼干过于膨松而出现裂纹，同时由于美拉德反应使饼干表面色泽呈褐色，影响感官评价，而使感官评分降低。当鸡蛋添加量为20%时，磨牙饼干感官评分最高，这主要是鸡蛋使磨牙饼干的外形饱满，色泽呈浅黄色。综上，确定鸡蛋添加量为20%。

2.1.3 牛奶添加量试验

不同的牛奶添加量（10%、15%、20%、25%、30%）的试验结果处理方法同“2.1.1”，结果如下：H1=3.24，H2=3.79，H3=4.09，H4=3.26，H5=3.27。由综合评分可知，当牛奶添加量低于20%时，产品奶香味淡，感官评分较低。而当牛奶添加量高于20%时，含水量高，饼干质地发软，口感差，从而使感官评分降低。牛奶添加量为20%时，磨牙饼干感官评分最高，这主要是由于牛奶使磨牙饼干的奶香味增加。综上，确定牛奶添加量为20%。

2.1.4 香蕉添加量试验

不同的香蕉添加量（10%、15%、20%、25%、30%）的试验结果处理方法同“2.1.1”，结果如下：H1=3.45，H2=4.18，H3=3.73，H4=3.45，H5=2.77。由综合评分可知，当香蕉添加量低于15%时，饼干中香蕉风味及口感不足。香蕉添加量为15%时，磨牙饼干感官评分最高，这主要是由于磨牙饼干的香蕉味增加。而当香蕉添加量高于15%时，饼干质地口感变差，且香蕉风味会部分掩盖牛奶的的风味，从而使感官评分降低，因此选择香蕉添加量为15%。

2.1.5 烘烤温度试验

不同的烘烤温度（150、160、170、180、190℃）的试验结果处理方法同“2.1.1”，结果如下：H1=4，H2=4.09，H3=3.79，H4=3.48，H5=2.94。由综合评分可见，当烘烤温度低于160℃时，饼干中含水分量大，饼干未熟，口感软黏，色泽泛白，感官评分较低。当烘烤温度为160℃时，磨牙饼干感官评分最高，饼干口感和色泽达到最佳。当烘烤温度高于160℃时，温度过高，导致硬度增加，淀粉、蛋白质膨化糊化[21]，表面色泽过深，从而使感官评分降低。因此选择烘烤温度为160℃。

2.1.6 烘烤时间试验

不同的烘烤时间（35、40、45、50、55 min）的试验结果处理方法同“2.1.1”，结果如下：H1=2.80，H2=3.13，H3=3.90，H4=3.36，H5=2.72。由综合评分可知，当烘烤时间低于45 min时，因饼干不熟，导致口感软黏，色泽泛白、香味不足。当烘烤时间高于45 min时，饼干色泽为焦黑色且食用时有焦糊味，口感差，香味成分丧失严重，从而使感官评分降低。因此选择烘烤时间为45 min。

2.2 正交试验结果

本试验采用L18(37)正交设计及模糊感官评分法确定磨牙饼干的最优组合，其中正交试验因素水平见表3，正交试验综合模糊感官评分结果见表4。

表3 磨牙饼干正交试验因素水平表Table 3 Orthogonal factors and levels table for molar cookies

表4 磨牙饼干正交试验结果Table 4 Orthogonal test results of molar cookies

由正交试验结果可知：RC＞RE＞RB＞RA＞RD＞RF，各因素对磨牙饼干模糊感官评分影响的顺序为：牛奶添加量＞烘烤时间＞鸡蛋添加量＞黄油添加量＞香蕉添加量＞烘烤温度。最优水平组合为A2B1C3D3E2F2，即黄油添加量为15%，鸡蛋添加量为18%，牛奶添加量为22%，香蕉添加量为17%，烘烤时间为45 min，烘烤温度为160℃。

2.3 验证试验

由正交试验结果可得，磨牙饼干加工工艺为A2B1C3D3E2F2，与正交表中评价最佳组合不同，因此对两种不同组合进行3次验证试验，结果见表5。

表5 最优组合感官评价结果Table 5 Validates experimental results

如表5所示，磨牙饼干加工的最优组合是A2B1C3D3E2F2，即黄油添加量15%；鸡蛋添加量18%；牛奶添加量22%；香蕉添加量17%，烘烤时间45min，烘烤温度160℃。

3 结论

为解决磨牙饼干添加不恰当成分的安全问题，防止或降低婴幼儿患病的风险，并改善因感官评价法评定人员主观条件因素有所限制导致评定分数出现较大偏离程度的情况，在模糊数学法的基础上，进行单因素试验和正交试验，获得磨牙饼干加工最优组合为：黄油添加量15%，鸡蛋添加量18%，牛奶添加量22%，香蕉添加量17%，烘烤时间45 min，烘烤温度160℃。产品质量稳定，可为生产安全的婴幼儿磨牙饼干提供参考依据。