基于模糊数学评价法优化风味油莎豆的加工工艺

白瑕 任骁萌 汪海峰 周文龙 李东华

摘要：为探究可以使油莎豆满足人们对低糖风味健康食品需求的加工方法，该研究以油莎豆、木糖醇和甘草为材料，通过单因素试验得到各因素的最适条件，应用模糊数学评价法与正交试验法相结合优化风味油莎豆的工艺条件。结果表明，最佳工艺条件为煮制时间90 min、二次浸泡时间60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g，此工艺条件下的模糊感官评分为79.59分，风味油莎豆的口感独特，甜度适宜，品质稳定。该研究为油莎豆成为低糖风味休闲产品提供了理论基础。

关键词：油莎豆；低糖；工艺优化；模糊数学；感官评价

中图分类号：TS201.1

文献标志码：A

文章编号：1000-9973（2024）06-0126-05

Optimization of Processing Technology of Flavored Cyperus esculentus

Based on Fuzzy Mathematics Evaluation Method

BAI Xia， REN Xiao-meng， WANG Hai-feng， ZHOU Wen-long， LI Dong-hua^*

（School of Pharmacy and Bioengineering， Shenyang University of Chemical Technology，

Shenyang 110142， China）

Abstract： To explore the processing method that can make Cyperus esculentus meet people's demand for low-sugar flavored healthy food， in this study， with Cyperus esculentus， xylitol and licorice as the materials， the optimum conditions of various factors are obtained through single factor test， and then fuzzy mathematics evaluation method combined with orthogonal test is used to optimize the technology conditions of favored Cyperus esculentus. The results show that the optimal technology conditions are cooking time of 90 min， secondary soaking time of 60 min， xylitol addition amount of 8 g and licorice addition amount of 7 g. The fuzzy sensory score under these technology conditions is 79.59 points， the taste of favored Cyperus esculentus is unique， sweetness is moderate and quality is stable. This study has provided a theoretical basis for Cyperus esculentus to become low-sugar favored leisure products.

Key words： Cyperus esculentus; low sugar; technology optimization; fuzzy mathematics; sensory evaluation

收稿日期：2023-12-09

基金项目：2021年度辽宁省教育厅科学研究面上项目（LJKZ0444）；辽宁省教育厅科学研究经费项目青年科技人才“育苗”项目（LQ2020021）

作者简介：白瑕（1998—），女，硕士研究生，研究方向：药品、食品的质控与无损检测。

*通信作者：李东华（1981—），女，讲师，硕士生导师，博士，研究方向：农副产品和食品品质无损检测技术。

油莎豆又称虎坚果、油莎草，原产于非洲，是一种莎草科草本植物^[1-2]。油莎豆有着较高的营养价值，含有大量的油脂、淀粉、水溶性糖、蛋白质和膳食纤维等营养成分^[3-7]。此外，油莎豆还具有丰富的药用活性成分，如酚酸类、甾醇类、黄酮类和蒽醌类等，使油莎豆具有降血糖、杀菌、抗氧化、抑制肿瘤等药物功效^[8-10]，油莎豆还可用于治疗胃肠疾病和女性荷尔蒙分泌异常^[11]等问题。国内外对油莎豆的研究颇多，不仅针对油脂的提取、精炼与成分分析，而且涉及到食品各个行业，而国内对油莎豆深层次加工方面的研究较少。目前，关于油莎豆食用产品的研究主要集中于油莎豆面条、油莎豆饮品、发酵制品和糕点^[12-13]等营养健康食品的开发方面，而关于油莎豆的低糖即食类产品的研究尚少。

采用模糊数学感官评价法对食品类生产工艺进行优化的应用广泛，模糊数学感官评价法是一种新颖且具有科学性、规范性的评价方法。传统的感官评价方法往往会受到个人偏见和喜好的影响，导致数据误差。而通过模糊数学感官评价法，可以使用数学原理和计算方法，将数据进行修正，从而最小化误差并提高数据的可靠性和权威性^[14-16]。而应用模糊数学感官评价法对油莎豆类食品的研究尚未见报道。

随着人民生活水平的提高和对绿色健康产品的重视，消费者对食品的要求不再局限于食品的口感，更多关注于产品自身的营养价值。近几年来，油莎豆作为一种新兴的多用途经济农作物，因其本身具有丰富的营养物质和保健功能强等优点，符合现代人们对低糖、低能量食品的要求。

因此，本研究以油莎豆为主要原料，甘草与木糖醇为辅料，先通过单因素试验法确定各个因素的最适条件，再通过模糊数学评价法与正交试验法结合，对低糖即食油莎豆配方进行条件优化，并确定了最佳工艺条件。即食油莎豆口感独特、营养丰富，为油莎豆的深层次加工利用提供了基础理论，使油莎豆可以成为生活中常见的低糖类休闲食品。

1 材料与方法

1.1 试验材料

原料：脱皮油莎豆1 000 g（市售）。

辅料：木糖醇500 g（食品级）、甘草片140 g（市售切片状）。

1.2 仪器与设备

HX102T电子天平 沈阳龙腾电子有限公司；HH-6数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；C21-RT2160多功能电磁炉 上海元山电器工业有限公司。

1.3 低糖即食油莎豆加工工艺流程

木糖醇、甘草片

↓

原料→挑选、整理→清洗→（温水）浸泡→煮制→二次浸泡→成品。

1.4 操作要点

挑选、整理：挑选出颗粒饱满、表皮无明显破损的油莎豆作为试验原料，并将个别油莎豆残留的表皮去除干净。

清洗：将挑选好的油莎豆用清水冲洗3～5次。

浸泡：将清洗好的油莎豆放入恒温水浴锅中浸泡10 h左右，使油莎豆吸水膨胀。

煮制：将浸泡好的油莎豆再次冲洗，放入锅中，加入适量的水，煮制1.5 h左右。

二次浸泡：将煮制好的油莎豆和残留的液体一并放入水浴锅中，再次浸泡1 h左右。

1.5 单因素试验

1.5.1 浸泡时间对低糖即食油莎豆加工工艺的影响

取50 g脱皮的油莎豆为原料，分为五等份，放入40 ℃水浴锅中，设置浸泡时间分别为6，8，10，12，14 h。浸泡完成后，探究不同浸泡时间对低糖即食油莎豆吸水程度的影响，并分析最佳的浸泡时间。

1.5.2 木糖醇添加量对低糖即食油莎豆加工工艺的影响

取50 g脱皮的油莎豆为原料，分为五等份，放入40 ℃恒温水浴锅中浸泡10 h，捞出沥干，添加一定比例的木糖醇（5，8，11，14，17 g）、5 g甘草、500 mL水进行煮制。煮制完成后，将油莎豆连带汤汁置于水浴锅中二次浸泡30 min。探究不同木糖醇添加量对低糖即食油莎豆感官评价的影响，并分析最佳的木糖醇添加量。

1.5.3 甘草添加量对低糖即食油莎豆加工工艺的影响

取50 g脱皮的油莎豆为原料，分为五等份，放入40 ℃恒温水浴锅中浸泡10 h，捞出沥干，添加8 g木糖醇、一定比例的甘草（3，5，7，9，11 g）、500 mL水进行煮制。煮制完成后，将油莎豆连带汤汁置于水浴锅中二次浸泡30 min。探究不同甘草添加量对低糖即食油莎豆感官评价的影响，并分析最佳的甘草添加量。

1.5.4 煮制时间对低糖即食油莎豆加工工艺的影响

取50 g脱皮的油莎豆为原料，分为五等份，放入40 ℃恒温水浴锅中浸泡10 h，捞出沥干，添加8 g木糖醇、7 g甘草、500 mL水进行煮制。煮制时间分别为45，60，75，90，105，120 min。煮制完成后，将油莎豆连带汤汁置于水浴锅中二次浸泡30 min。探究不同煮制时间对低糖即食油莎豆感官评价的影响，并分析最佳的煮制时间。

1.5.5 二次浸泡时间对低糖即食油莎豆加工工艺的影响

取50 g脱皮的油莎豆为原料，分为五等份，放入40 ℃恒温水浴锅中浸泡10 h，捞出沥干，添加8 g木糖醇、7 g甘草、500 mL水进行煮制。煮制完成后，将油莎豆连带汤汁置于水浴锅中进行二次浸泡，时间分别为45，60，75，90，105，120 min。探究不同二次浸泡时间对低糖即食油莎豆感官评价的影响，并分析最佳的二次浸泡时间。

1.6 正交试验

根据单因素试验结果，选择煮制时间、二次浸泡时间、木糖醇添加量和甘草添加量4个因素作为产品的主要影响因素，进行 L₉（3 ⁴）正交试验，选用的因素和水平见表1。

1.7 感官评价

由15名食品专业的师生组成感官评价小组，根据感官评分标准（见表2），从外形、风味、组织和口感4个方面对即食油莎豆进行感官评定，每个指标分为优、良、中、差4个等级，然后利用模糊数学感官评价法计算感官评分，并利用感官评分的高低来评判成品的优良^[17]。

1.8 模糊数学模型的建立

根据低糖即食油莎豆的品质特点，以外形、风味、组织、口感4个评价指标组成低糖即食油莎豆的评价因素集，即U＝{U₁，U₂，U₃，U₄}。以优、良、中、差4个等级组成对低糖即食油莎豆每个因素的评价集，即V＝{V₁，V₂，V₃，V₄}。试验中优、良、中、差4个等级对应的分值分别为90，70，50，20，即评价等级集V＝{V₁，V₂，V₃，V₄}＝{90，70，50，20}。

权重集的确定采用问卷调查法，请评价小组成员对油莎豆成品的外形、风味、组织、口感4个方面按照在感官评价中的重要性程度进行评价，确定权重集T＝{T₁，T₂，T₃，T₄}，权重总和为1，由15名食品专业师生组成的感官评价小组对低糖即食油莎豆的感官因素进行对比，重要因素得1分，次要因素得0分，自身比较得1分，权重结果见表3。

各感官评价因素得分与总分（150分）的比重即为权重，计算得出感官评价权重集T=（T₁，T₂，T₃，T₄）=（0.22，0.293，0.20，0.287）。

根据表2感官评价表对低糖即食油莎豆各感官评价指标得分对应的优、良、中、差4个评分等级的打分人数进行统计和处理，构成模糊矩阵R。模糊关系综合评价结果为P_i＝T×R_i，综合评分Y_i＝P_i×V_i。

1.9 数据分析^[18]

所有试验进行3次平行试验，取平均值进行数据分析，以“平均值±标准偏差”表示，采用Excel软件对试验数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 浸泡时间对低糖即食油莎豆品质的影响

将油莎豆放入40 ℃温水中，在不同浸泡时间下油莎豆的吸水量见图1，试验结果见图2。

由图1和图2可知，浸泡时间为10 h时，切面和胀润程度最佳，内外层分界清晰明显。当浸润时间小于10 h时，油莎豆切面不平整，胀润程度不够完全。当浸润时间大于10 h时，内外层分界不明显，内部全是白色，胀润过度。所以，选择10 h作为即食油莎豆的浸泡时间较合适。

2.1.2 木糖醇添加量对低糖即食油莎豆品质的影响

木糖醇添加量对油莎豆感官评分的影响见图3。

由图3可知，木糖醇添加量为8 g时，甜度适宜，风味最佳，感官评分最高，为81分。随着木糖醇添加量的继续增加，感官评分反而降低。油莎豆本身具有一定的含糖量，木糖醇添加过多会使油莎豆的口感过甜，不利于油莎豆的风味。所以，选择8 g/500 mL水作为即食油莎豆木糖醇的最佳添加量。

2.1.3 甘草添加量对低糖即食油莎豆品质的影响

甘草添加量对油莎豆感官评分的影响见图4。

由图4可知，甘草添加量为7 g时，甘草风味浓郁，味道适中，感官评分最高，为82分。随着甘草添加量的增加，感官评分降低。甘草添加量过少导致油莎豆风味不足；甘草添加量过多导致甘草气味过重，感官评价结果不理想。所以，选择7 g/500 mL水作为即食油莎豆甘草的最佳添加量。

2.1.4 煮制时间对低糖即食油莎豆品质的影响

煮制时间对油莎豆感官评分的影响见图5。

由图5可知，煮制时间为90 min时口感最好，效果最佳，感官评分最高，为86分。随着煮制时间的增加，感官评分降低。煮制时间过短达不到产品熟制的目的，导致油莎豆表层松软；煮制时间过长导致口感下降，热量不适宜。所以，选择90 min作为即食油莎豆的煮制时间较合适。

2.1.5 二次浸泡时间对低糖即食油莎豆品质的影响

二次浸泡时间对油莎豆感官评分的影响见图6。

由图6可知，二次浸泡时间为60 min时，入味加快，味道浓郁，感官评分最高，为87分。二次浸泡时间继续增加会使感官评分降低。二次浸泡时间过短导致入味不足，感官评分降低；二次浸泡时间过长，入味过于饱和，对风味的影响不大，可能会产生异味。所以，选择60 min作为即食油莎豆的最佳二次浸泡时间。

2.2 低糖即食油莎豆的正交试验结果与分析

通过单因素试验得出结果后，选择各因素较优水平进行L₉（3⁴）正交试验。选择煮制时间、二次浸泡时间、木糖醇添加量和甘草添加量为试验因素，利用模糊数学感官评价法对正交试验结果进行计算，得出油莎豆模糊感官评分，并对数据进行分析，确定低糖即食油莎豆的最佳配方。

2.2.1 建立模糊评价矩阵

由15名食品专业的师生对根据正交试验方案所制作的9个试验组别的油莎豆成品进行评价，分别从油莎豆的外形、风味、组织和口感4个方面进行打分，评价结果见表4。

由表4统计1～9批次试验成品品质评价因素集中优、良、中、差所占比例，即得1～9批次成品的模糊矩阵：

根据模糊变化原理，计算成品对评价因素的综合评价结果P=T×R得出：

P₁=（0.269，0.301，0.279，0.150）；P₂=（0.368，0.219，0.233，0.179）；P₃=（0.156，0.278，0.288，0.278）；P₄=（0.278，0.201，0.379，0.124）；P₅=（0.280，0.271，0.192，0.257）；P₆=（0.258，0.308，0.229，0.205）；P₇=（0.283，0.251，0.302，0.164）；P₈=（0.273，0.329，0.221，0.177）；P₉=（0.288，0.328，0.265，0.119）。

2.2.2 试验结果与分析

计算模糊综合评价总分Y_i=P_i×V，根据模糊数学感官评价法计算得出的各组感官评价结果见表5。

表5 各组感官评价结果

Table 5 Sensory evaluation results of various groups

试验编号综合评价结果P_i各组感官评分

V/分模糊感官评分

Y_i/分1（0.269，0.301，0.279，0.150）（74，78，75，78）76.012（0.368，0.219，0.233，0.179）（80，76，80，80）79.003（0.156，0.278，0.288，0.278）（75，81，75，73）76.114（0.278，0.201，0.379，0.124）（79，81，72，78）76.505（0.280，0.271，0.192，0.257）（75，80，74，79）77.196（0.258，0.308，0.229，0.205）（71，82，76，82）77.797（0.283，0.251，0.302，0.164）（84，80，72，74）77.738（0.273，0.329，0.221，0.177）（78，81，70，72）76.169（0.288，0.328，0.265，0.119）（75，81，71，71）75.43

计算过程以第一组试验为例，Y₁=P₁×V=76.01分，其中V是感官评价等级，（74，78，75，78）表示第一组试验成品的外形、风味、组织、口感得分分别为74，78，75，78分，最终模糊感官评分为76.01分。同理可得2～9组的模糊感官评分。

得出模糊感官评分后，设计正交试验，探究4个单因素的最佳组合以及各个因素的影响程度，结果见表6。

K值和k值的大小可以反映出油莎豆感官评价的最终结果，由表6可知，A₂B₂C₂D₂为最优条件，即煮制时间90 min、二次浸泡时间60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g。R值的大小可以反映各因素对最终感官评分影响的大小，因素主次顺序为甘草添加量＞二次浸泡时间＞煮制时间＞木糖醇添加量。

2.2.3 验证试验结果与分析

通过正交试验得到最佳试验方案为A₂B₂C₂D₂，与试验结果A₁B₂C₃D₂不同，进一步对方案A₂B₂C₂D₂与A₁B₂C₃D₂进行对比试验，利用Excel软件分析两组数据的差异性，结果见表7。

由表7可知，两组差异性为0.894＞0.05，所以两组数据无显著性差异，证明A₂B₂C₂D₂为最佳试验方案，即煮制时间90 min、二次浸泡时间60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g，此时低糖即食油莎豆更加符合大众口味，证明本试验方法条件和结果可靠。

3 结论

本研究利用单因素试验法得到低糖即食油莎豆的最适条件，再利用模糊数学评价法与正交试验相结合的方法进行优化得到低糖即食油莎豆的最佳工艺条件。以油莎豆为原料，根据单因素试验结果选择木糖醇添加量、甘草添加量、煮制时间、二次浸泡时间为正交试验因素。以问卷调查的方式收集有关模糊数学评价法的关键数据，以此来计算正交试验的最终结果，确定最优的方案组合。试验表明，最优方案为A₂B₂C₂D₂，即煮制时间90 min、二次浸泡时间60 min、木糖醇添加量8 g、甘草添加量7 g，该方案组合感官评分最高。此工艺条件下制得的油莎豆口感独特，甜度适宜，甘草风味适中，品质稳定，油莎豆风味进一步得到提高。通过验证试验，感官评分为79.59分，均高于正交试验中各组的感官评分。低糖即食油莎豆的营养价值更丰富，口味更独特，为油莎豆的新风味开发及油莎豆的深加工提供了理论基础。

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