基于模糊數(shù)學綜合評價方法的馬鈴薯工程米適口性研究

苑鵬，段盛林*，歐陽道福，劉士偉，劉義鳳，劉亞旭，杜玉蘭，喻勤，嚴建剛，王璽

1(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京，100015) 2(完美(中國)有限公司，廣東 中山，528402)

隨著人們對功能食品更深地了解與對健康的進一步關注，國際、國內(nèi)市場對“多樣化、營養(yǎng)、健康、安全、方便”的糧食類健康食品的需求日漸增強，對主糧食品的研究與深度開發(fā)引起了世界關注。馬鈴薯是排名第四的糧食作物，在我國種植已有400多年的歷史。2012年初，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《馬鈴薯加工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》；2013年，農(nóng)業(yè)部提出實施馬鈴薯主食產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略，其中明確提出為推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結構性改革，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，加快農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，把馬鈴薯作為主糧產(chǎn)品進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，以營養(yǎng)功能為重點，引導居民消費主食產(chǎn)品。

在國家大力倡導使用馬鈴薯粉制成其他食品形式的號召下，通過擠壓重組得到馬鈴薯工程米是實現(xiàn)這一策略的良好途徑[1]。馬鈴薯工程米作為米狀主食的消費形式，具備同大米一樣的加工和食用方式，并不改變我國人群的主食消費習慣和飲食文化。馬鈴薯工程米與普通大米相比其血糖生成指數(shù)(GI)值低，微量元素豐富，營養(yǎng)價值高，膳食結構可調(diào)，更適合開展營養(yǎng)干預，比如給糖尿病人群、肥胖人群食用等。馬鈴薯工程米能起到防控慢病的作用，不僅有助于慢病人群開展食療，提高生活品質(zhì)，更能減輕國家醫(yī)療負擔。然而迄今沒有系統(tǒng)的評價雜糧加工食品中馬鈴薯工程米的體系，因此建立馬鈴薯工程米的適口性評價體系，評價其與普通大米的適口差異性顯得尤為重要[2]。

1材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品：1號為秈米，2號粳米，均為超市中采購的普通大米；3號為含有5%馬鈴薯全粉的工程米，4號為含有10%馬鈴薯全粉的工程米，5號為含有15%馬鈴薯全粉的工程米，6號為含有20%馬鈴薯全粉的工程米。以上4種馬鈴薯工程米的配方和工藝見表1。

設備：物理特性測定儀TA-XT2i，Stable Micro Systems, Reading UK。

1.2 試驗方法

1.2.1 米飯的制備

米飯和工程米樣品的制作方法、流程及要點如圖1所示。

1.2.2 大米和工程米的蒸煮食用品質(zhì)感官評價

根據(jù)國家標準GB/T 15682-2008，品評人員對米飯的外觀、氣味、滋味、適口性(包括黏性、彈性、軟硬度)進行評定，以10分制填寫評分。

1.2.3 質(zhì)構儀測定參數(shù)的確定

通過采用表中不同的檢測探頭、壓縮比、壓縮速率及不同的取樣方式，對米飯的質(zhì)構特性指標(硬度、彈性、適口性)進行測定，比較所測指標與感官指標的相關性及同品種大米的重復性，得到最優(yōu)的壓縮檢測探頭、壓縮比、壓縮速率[3]。表2給出了質(zhì)構特性指標的測定數(shù)據(jù)。

表1 四種馬鈴薯工程米的配方

圖1 米飯樣品的制作方法流程

Fig.1 The method of making rice samples

質(zhì)構測定方法：直接取樣法：將煮熟的約50 g米飯盛入玻璃器皿中，溫度在40～65 ℃之間，每6 min測1次。冷卻整盒法：米飯冷卻1 h后，取約50 g放入玻璃器皿中進行質(zhì)構測定。冷卻散粒法：冷卻1 h后，經(jīng)四分法取3粒米飯進行質(zhì)構測定，結果見表2。

表2 質(zhì)構儀的測定參數(shù)

1.2.4 米飯質(zhì)構特性指標的測定

米飯的質(zhì)構指標(硬度、黏性、彈性、內(nèi)聚性、黏聚性、適口性)等用質(zhì)構儀來測定。

1.3 統(tǒng)計方法

為減小主觀性，采用組合賦權法對評價指標分配權重，再用模糊數(shù)學綜合評價法計算綜合評價值，使綜合評價值的科學性得到提高，為米質(zhì)量進一步客觀評價提供依據(jù)[4]。

2 結果與分析

2.1 質(zhì)構儀測定參數(shù)的確定

質(zhì)構儀進行測試時，由于壓縮探頭型號的不同，被測樣品在探頭壓縮的過程中所受力也不同，因此，應該根據(jù)被測樣品及測試方式來選擇合適的探頭[5]。探頭的測定結果如表3所示。

表3 質(zhì)構儀檢測探頭的測定結果

結果顯示：采用φ18 mm圓柱形檢測探頭、60%的壓縮比，測定質(zhì)構指標與米飯感官評價的指標和綜合評分具有顯著相關性，測定指標的變異系數(shù)最小，穩(wěn)定性也最優(yōu)。所以選用φ18 mm的探頭，20 mm/min的壓縮速率，60%的壓縮比進行后面的實驗。米飯測定時取樣方式對質(zhì)構特性測定結果重現(xiàn)性有一定的影響。因此，米飯質(zhì)構特性測試的關鍵是選用合理的米飯取樣方式。直接取樣法測定質(zhì)構特性(硬度、彈性、適口性)與米飯感官評價指標的綜合評分具有顯著相關性[6-8]。

2.2 權重的建立

2.2.1 感官指標權重的建立

主觀評價法，首先歸一化處理每位專家的評分值，歸一化的公式為：

(1)

式中：Yi為樣品歸一化值；Xi為專家對樣品某指標評分值。

求不同專家對不同樣品的各項評分的均值和標準差，大米4個指標的主觀權重即為專家對每個樣品的歸一化值[9]，如表4所示。

表4 四個指標的主觀權重

經(jīng)過計算，外觀所占的權重最大，滋味與氣味接近。對樣品感官評定結果見表5。

結果反映人們很重視米飯樣品的外觀，但產(chǎn)品的質(zhì)量是由內(nèi)外共同決定的，要全面反映產(chǎn)品的品質(zhì)需要主客觀的結合。

各專家對某指標的總均值為主觀權重，各專家對某指標的歸一化值為客觀權重，將主客觀權重相結合的方法即組合賦權法。

表5中V為標準差除以均值，歸一化處理就得到樣品每個指標的客觀權重Ki(結果見表5)，即，

(2)

根據(jù)各專家對6個樣品4項指標的均值得出大米的氣味、外觀、適口性和滋味的客觀權重分別為0.295、0.188、0.307和0.289。

設指標Xi的主觀賦權結果是αi，客觀賦權結果是βi，那么主客觀賦權結果即是αiβi，將它們歸一化處理得到組合權重為

(3)

由公式(3)計算出大米的氣味、外觀、適口性和滋味的組合權重分別為0.275、0.178、0.279和0.268。這顯示了在大米的感官指標中，人們還是最重視適口性，對外觀的要求最低。

表5 感官評分及其統(tǒng)計分析結果

2.2.2 客觀指標權重的建立

對米綜合評價的前提與基礎是建立米的質(zhì)量評價指標體系，它對評價結果的科學性、可靠性和準確性有直接的影響。測定米的彈性、硬度和適口性，測定方法依據(jù)優(yōu)化的條件進行。

米的硬度是米局部抵抗硬物穿透的抵抗能力，在感官上是指將米咬碎所需的力。彈性是物品發(fā)生形變再回復到原來形狀的性質(zhì)。咀嚼度是將樣品破碎到吞咽所需的能量。8位專家協(xié)商后統(tǒng)一對6種樣品氣味、外觀和滋味感官指標打分。樣品相關分析結果見表6。

表6 六種樣品指標分析

將各指標正向化和無量綱化處理，確定各指標的權重。大米的硬度與彈性需要一個最佳范圍，所以為望目指標。最佳范圍是通過對市場流行的優(yōu)質(zhì)大米調(diào)查得出的，硬度最佳范圍是(9500，13500)，彈性最佳范圍為(0.75，0.98)。表6中2和4號樣品的測定值在最佳范圍內(nèi)。硬度轉(zhuǎn)化為正向指標公式為：

R=max|13 500-Xi|=5 535.43，Yi=5 535.43-

|13 500-Xi|

彈性正向化公式

R=max|0.98-Xi|=0.478，Yi=0.478-|0.98-Xi|

式中：Yi分別為硬度和彈性正向化值；Xi為硬度和彈性值。

咀嚼度和感官評分屬于正向指標，數(shù)值就代表其質(zhì)量。根據(jù)本研究特點，對正向化的客觀指標無量綱化和均值化，計算公式同(1)，結果見表7。

表7 客觀指標正向化后無量綱化結果

先進行無量綱化處理，再進行歸一化，即對每個指標賦予權重，選擇3個大米的組織結構指標，感官指標里有氣味、外觀和滋味[10]。

根據(jù)感官指標權重的建立結果可知，氣味、外觀、適口性和滋味4部分的組合賦權值如表8所示，質(zhì)構指標的總權重為0.279，各個指標的分權重應為硬度：0.279×0.369，彈性：0.279×0.104，咀嚼度：0.279×0.527。所有權重之和為1。

表8 四個指標的組合賦權值

2.3 隸屬函數(shù)的建立和綜合評價集的確定

2.3.1 隸屬函數(shù)的建立

根據(jù)評價指標評語集的分類，做出與指標數(shù)據(jù)相應的隸屬函數(shù)，得到大米質(zhì)量的評價指標集及評語集[11]。

當評價值隨著指標增大而增大時:

(4)

當評價值隨著指標值增大而減小時，

(5)

表9給出了Uij(xi)等數(shù)學量的含義。

表9 三個數(shù)學量的注釋

其中：對Uij(xi)進行模糊計算，得到矩陣：R=(rij)n×m,i=1,2,Λ,m,以此計算模糊綜合評價集。正向化處理彈性、硬度指標以便綜合分析，結果如表10所示。

用隸屬函數(shù)對表10中的數(shù)據(jù)進行模糊計算，得到關系矩陣R：

(6)

表10 評價指標

建立評語集如表11所示。

表11 評語集的建立

按分級標準,建立評價級E={e1，e2，Λ，et}，t是目標等級數(shù)，建立I-V級的質(zhì)量分級標準，見表12。將綜合評價集B對照大米質(zhì)量等級表，米的質(zhì)量綜合評價值bj越大，質(zhì)量越好，bj越小，質(zhì)量越差。

表12 大米和工程米感官質(zhì)量標準

將綜合評價集B對照評價級E，根據(jù)模糊數(shù)學來確定評價目標的等級和優(yōu)劣情況。按質(zhì)量綜合評價值的大小順序?qū)?種樣品進行排列為樣品4>樣品2>樣品5>樣品6>樣品1>樣品3，屬于I級米的有4號、2號和5號，其中6號、1號與3號米，等級都在II級以上，說明樣品的質(zhì)量總體較好，分級結果與實際相符。

3 討論

本文建立了一套針對擠壓重組方式獲得的馬鈴薯工程米的綜合評價指標體系，對工程米的生產(chǎn)和應用具有指導意義。采用組合賦權法求得馬鈴薯工程米和大米在氣味、外觀、質(zhì)構和滋味的質(zhì)量權重，表明最重要的是氣味和質(zhì)構，符合人們對大米質(zhì)量的普遍認識。馬鈴薯工程米的質(zhì)量等級通過模糊數(shù)學綜合評價方法來評定，以及與普通大米的質(zhì)量相比較[12]。根據(jù)綜合評價集及分級標準，也可反映出馬鈴薯工程米和普通大米的適口性比較結果。通過以上試驗，證明模糊數(shù)學綜合評價運用到大米和馬鈴薯工程米上，是主觀和客觀的結合，具有合理性，可減少人為主觀上的誤差。