基于感官剖面分析法、熵权法和灰色关联度法的扬州兰花干品质评价
2022-10-24谢成城陈佳敏曹仲文
谢成城 陈佳敏 曹仲文,2
(1. 扬州大学旅游烹饪学院,江苏 扬州 225127; 2. 扬州大学中餐非遗技艺传承文化和旅游部重点实验室,江苏 扬州 225127)
兰花干作为淮扬名菜之一,酥软多汁,豆香满满,也是历来备受推崇的“席上美馔”。在扬州,兰花干作为街坊小吃历史悠久且深受老百姓喜爱。而目前有关兰花干的研究主要集中于制作工艺等方面,为规模化、标准化需要,亟需建立关于兰花干的品质评价体系。
目前在品质综合评价过程中,相关性分析和主成分分析是数据处理过程中强有力的工具,已经被广泛应用于苹果[1]、荔枝[2]、茶叶[3]、蜜枣[4]等食品的研究中。熵权法是一种客观赋权法,与主观赋权法相比,其精确度高,客观性强[5]。灰色关联分析近些年也开始应用于各种产品的品质评价中[6-8],能够较为全面地反映品种的优劣程度。为了能够科学评价出扬州兰花干的品质特征,研究拟利用M值法、主成分分析法和相关性分析法对扬州兰花干的描述词进行一步步地整理分析,最终得出最精确的感官指标描述词,以期为兰花干及同类产品品质控制提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
5种兰花干(见表1):市售;
物质分析仪:TMS-Pro型,美国FTCg公司;
全自动色差计:SC-80C型,北京康光光学仪器有限公司;
数显示嫩度仪:C-LM型,东北农业大学工程学院。
表1 兰花干品种信息
1.2 试验方法
1.2.1 感官描述词的建立 利用M值法对感官描述词进行初次筛选,通过主成分分析法(PCA)对初筛获得的描述词进行二次筛选,再利用相关性分析对上述筛选出的各个描述词分别进行定义,选择程度参照物并进行程度打分。
1.2.2 质构特性 参考王承克等[9]和马春芳等[10]的方法。将兰花干切成2 cm×2 cm×1 cm的方块,采用P/50探头,测试速度为1.0 mm/s,压缩形变量为20%,循环两次,每种样品重复试验3次。
1.2.3 色差测定 参考陈泠等[11]的方法。色差计先用白板矫正,然后在同一样品的5个不同位置进行测量,获得L*、a*、b*的5次测量值,取平均值进行数据分析。
1.2.4 剪切力测定 参考夏建新等[12]的方法。采样器随机在兰花干不同部位取样,测试5次后取平均值进行数据分析。
1.3 数据处理
1.3.1M值法[13]
(1)
式中:
M——感官描述词的贡献率,%;
F——描述词实际被述及的次数占该描述词所有可能被述及总次数的百分率,%;
I——评价小组实际给出的一个描述词的强度和占该描述词最大可能所得强度的百分率,%。
1.3.2 筛选核心指标 先通过主成分分析,确定核心评价指标的个数;再结合主成分载荷矩阵和相关性分析结果筛选出影响兰花干品质的核心评价指标。使用IBM SPSS Statistics 20进行相关性分析和主成分分析。
1.3.3 熵权法赋予权重 假设有m个评价样本和每个样本有n个评价指标,xij表示第i个对象的第j个指标数据,其中i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n;其中m=5,n=3,即5个兰花干品种,筛选得到3个评价指标[14]。
首先对数据进行标准化处理,再求取指标j信息熵,最后求指标j权重系数。
1.3.4 灰色关联度分析 先对数据进行无量纲化处理,求关联度系数,最后求灰色关联度[15]。
2 结果与分析
2.1 感官描述词的建立
2.1.1M值法初步筛选兰花干感官评价 根据外观、风味、质地3个指标,10位感官评价员共讨论出72个感官描述词,经再次探讨研究后,剩余52个描述词。M值越大,对感官评价的贡献越大。以10名感官评价员对5种兰花干的感官评价数据为基础,计算各描述词的M值,结果如表2所示。
根据表2可知,油亮、多汁的、不光滑的,这3个感官描述词的M值≥50%,说明这些感官评价描述词被提及的次数很多或对应的感官强度极强,是评价兰花干的最主要的描述词。因此,去掉那些M值<40%的描述词,初步筛选出兰花干的描述词为金黄色、油亮、油炸香味、香味、鲜香味、香气扑鼻、多汁的、不光滑的、疏松的、粗糙感、韧性、弹性、咬劲足、柔韧共14个词语。
表2 兰花干描述词的M值
2.1.2 利用主成分分析法筛选感官描述词 采用PCA对14个感官描述词进行降维分析,结果见表3。
表3 各主成分的累计方差贡献†
由表3可知,前2个主成分的方差累计贡献率为88.730%,因此可以使用前2个主成分来代替M值法筛选出的14个描述词,对扬州兰花干进行研究。表4是成分1和成分2中各描述词初始因子载荷矩阵表。图1 为根据描述词初始因子载荷矩阵表成分数量得出的描述词矩阵分布图。
由表4和图1可知,描述词弹性、疏松的、油亮、粗糙感、不光滑的载荷因子数分别为0.984,0.981,0.981,0.965,0.961,作为第1主成分,由于描述词涉及到了扬州兰花干的外观和质地这两个指标,而且主要是指向质地这个指标,因此定义为质地因子。第2主成分的方差贡献率是24.76%,其中描述词咬劲足、香味、鲜香味、柔韧、香气扑鼻的载荷因子数依次是0.628,0.594,0.481,0.344,0.260,代表了兰花干的风味和质地。通过主成分分析,筛选得到6个兰花干的感官指标描述词,分别是咬劲足、鲜香味、柔韧、弹性、疏松的、油亮,包括质地、风味2个方面的特征,可以表征产品感官品质的关键属性,具有典型的代表性。
表4 描述词初始因子载荷矩阵表
图1 描述词的旋转空间成分图
2.1.3 相关性分析法再次筛选兰花干感官评价描述词
根据上述进一步研究得到的描述词,继续做相关性分析。邀请10名经感官培训的人员再次对上述筛选出的6个描述词分别做定义,选择程度参照物并给程度打分。主要描述词的定义见表5,评分原则见表6,得分表见表7,各描述词间的相关性见表8。
表5 主要描述词的定义表
表6 各主要描述词尺度的参考物
表7 各描述词相对应的样品的得分
由表8可知,咬劲足和疏松的呈正相关,并且强度最大,相关系数r=0.995;弹性和柔韧两个描述词呈负相关,而且强度最大,相关系数r=-0.999。为了能够最简单地概括扬州兰花干的感官指标,筛选出了最具有代表性的描述词:咬劲足、柔韧、鲜香味、油亮。
表8 各描述词间的相关性
2.2 兰花干品质分析
硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性等物性参数是兰花干品质评价极为重要的指标。由表9可知,在5种样品中,4号样品的硬度最大,为5.47 N,显著大于其他样品;硬度最低的是样品1,为2.05 N。5种样品的黏附性无显著差异,范围在0.04~0.06 MJ。内聚性反映兰花干内部黏结的强度,3号样品内聚性最大;咀嚼性数值由小到大反映食品咀嚼程度由易到难,4号样品咀嚼性最大。3号样品的L*值和b*值均为5种样品中最大,由此可知3号样品色泽光亮金黄,可作为兰花干色泽评价标准。
表9 兰花干品质指标
2.2.1 相关性分析 如表10所示,硬度和弹性呈显著正相关,相关系数为0.937(P<0.05);硬度和胶黏性、咀嚼性呈极显著正相关,相关系数分别为0.977(P<0.05),0.982(P<0.05);内聚性和b*呈显著正相关,相关系数为0.894(P<0.05);弹性和胶黏性、咀嚼性分别呈极显著正相关和显著正相关,相关系数分别为0.964(P<0.05),0.910(P<0.05);胶黏性和咀嚼性呈正显著相关,相关系数为0.926(P<0.05)。因此,硬度、弹性、咀嚼性、胶黏性、色差等指标可以从客观上评价兰花干的品质。
表10 质构特性、剪切力和色差各因素间相关性分析†
2.2.2 主成分分析 对5种样品的10项指标采用主成分分析,以特征值λ>1为原则[16]。由表11可知,第一主成分代表全部信息的48.966%;第二主成分和第三主成分包含了全部信息量的28.081%,14.424%。
表11 主成分的特征值、贡献率和权重
由表12可知,第一主成分主要包括咀嚼性、硬度、弹性和胶黏性的信息且在第一主成分上呈正向分布。在第一主成分中,由于咀嚼性的载荷系数最大,为0.98,且咀嚼性与硬度、弹性、胶黏性呈显著相关(表10),故选择咀嚼性为第一主成分代表指标。主成分1可命名为质构因子。第二主成分主要综合了b*,且在第二主成分上呈正态分布,故选择b*为第二主成分代表指标。主成分3主要综合了L*和a*的信息,L*在第三主成分上呈正向分布,载荷因子为0.744;a*在第三主成分上呈负向分布,载荷因子为-0.817。故选择L*为第三主成分代表指标。主成分3可命名为色泽品质因子。综合以上分析,从兰花干的质构特征因子和外在品质因子最终筛选出咀嚼性、L*、b*为兰花干综合品质的核心评价指标。
表12 主成分分析因子载荷矩阵
2.2.3 熵权法赋予指标权重 表13为通过熵权法得到各指标的权重,可知咀嚼性、L*和b*的指标权重,分别为0.364 661,0.304 287,0.331 052;其中咀嚼性的权重系数最大,表明兰花干品质评价中咀嚼性对评价结果影响最大。
表13 指标的信息熵、指标权重
2.2.4 灰色关联度分析 由于指标单位的差异,数据经无量纲化处理后组成单元序列{xij},计算出与参考序列相比较的关联度系数,如表14所示。
表14 指标灰色关联度系数
由熵权法确定的各指标权重Wj,计算出各品种加权关联度。样品的加权关联度越大,表明与理想品种的品质越接近[17],结果见表15。综合评价对兰花干的品质进行排名,在5个品种中,加权关联度最大的是4号样品,说明4号样品是综合评价品质最好的品种。其次是5号和3号样品。
表15 不同兰花干的加权关联度及综合排名
3 结论
(1) 根据感官剖面分析,采用M值法、PCA和相关性分析法并选择程度参照物进行程度打分,最终选出咬劲足、柔韧、鲜香味和油亮4个描述词作为兰花干感官评价的关键性描述词,能较准确描述兰花干的感官品质。
(2) 通过对5个品种兰花干的质构指标和色泽品质参数进行测定,并对指标进行相关性分析、主成分分析和灰色关联度分析,最终得出品种4和品种5排名靠前。
(3) 研究将主观评价和客观评价相结合,通过熵权法和灰色关联度法相结合的方法,对兰花干进行综合评价,在后续的研究中可以结合兰花干所含营养素和风味物质等方面,为兰花干品质评价指标的建立和完善提供指导。