模糊數學結合正交實驗優化孜然風味烘烤花生配方

孫婷 吳衛國 廖盧艷

摘要：我國花生休閑食品以烘烤花生為主，其產品種類較稀少。為豐富烘烤花生的種類，開發了一種以小茴香、迷迭香、八角、孜然、食用鹽、白砂糖為主要調料的孜然風味烘烤花生產品。以模糊數學感官評價結果為指標，著重考察孜然、食用鹽、白砂糖對孜然風味烘烤花生感官品質的影響。采用正交試驗設計優化孜然風味烘烤花生的調味液配方。結果表明，最佳配方為在1 000 mL水中加入4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角、40 g孜然、24 g食用鹽、28 g白砂糖，將其煮至800 mL時加入100 g花生蒸煮浸泡入味。此條件下生產的孜然風味烘烤花生口感醇香濃郁，咸甜適中，孜然風味極其濃郁，其綜合模糊數學感官評分為84.88分。該研究可為孜然風味烘烤花生的生產提供一定的理論依據。

關鍵詞：孜然風味；烘烤花生；模糊數學；正交試驗

中圖分類號：TS207.3 ?????文獻標志碼：A ????文章編號：1000-9973（2024）04-0104-05

Optimization of Formula of Cumin-Flavor Baked Peanuts by Fuzzy

Mathematics Combined with Orthogonal Test

SUN Ting， WU Wei-guo*， LIAO Lu-yan

（School of Food Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China）

Abstract： In China， peanut leisure food mainly includes baked peanuts， and the product types are relatively rare. In order to enrich the types of baked peanuts， a cumin-flavor baked peanut product with fennel， rosemary， star anise， cumin， salt and white granulated sugar as the main seasonings is developed. With fuzzy mathematics sensory evaluation results as the indexes， the effects of cumin， salt and white granulated sugar on the sensory quality of cumin-flavor baked peanuts are investigated. Orthogonal test is used to design and optimize the formula of flavoring liquid of cumin-flavor baked peanuts. The results show that the optimal formula is as follows： 4 g fennel， 2 g rosemary， 4 g star anise， 40 g cumin， 24 g salt and 28 g white granulated sugar are added into 1 000 mL water， and when the water is boiled to 800 mL， add 100 g peanuts， boil and soak the peanuts to make them tasty. The cumin-flavor baked peanuts produced under these conditions have mellow and rich taste， moderate saltiness and sweetness， and extremely rich cumin flavor. The comprehensive fuzzy mathematics sensory score is 84.88 points. This study can provide a theoretical basis for the production of cumin-flavor baked peanuts.

Key words： cumin flavor; baked peanuts; fuzzy mathematics; orthogonal test

收稿日期：2023-09-14

作者簡介：孫婷（1999—），女，碩士研究生，研究方向：食品工程。

*通信作者：吳衛國（1968—），男，教授，博士，研究方向：糧食、油脂與植物蛋白工程。

花生俗稱落花生，富含脂肪、蛋白質和碳水化合物，具有很高的營養價值[1]。雖然花生實際上是豆類，但由于其與堅果具有相似的特性，它們在營養上與堅果歸為一類，并且是單不飽和脂肪、葉酸、維生素E、鎂、鉀、精氨酸、纖維和多酚的來源[2-3]。花生中所含引起腹脹的物質及抗營養因子較少，烘烤后能產生令人愉快的濃郁香味[4]，還可以降低花生的致敏性[5-6]。烘烤花生是目前市面上最常見、最受喜愛的花生類堅果，食用堅果有助于提高人的認知能力[7-8]。采用不同的香辛料作為調味液的佐料可制成不同風味的烘烤花生。袁菊如等[9]選用辣椒、花椒、香蘭素等為佐料，制成麻、辣、咸等口味的香酥多味花生。詹元成[10]采用胡椒、八角、蒜頭、煉乳香精等生產出鹽酥花生產品。

孜然作為常見的香辛料，廣泛用于食品調味中，但在烘烤花生中還沒有孜然風味的花生，因此本研究以模糊數學感官評價結果為指標，著重考察孜然、食用鹽、白砂糖對孜然風味烘烤花生感官品質的影響。采用正交試驗法設計優化孜然風味烘烤花生的調味液配方，為孜然風味烘烤花生的加工及開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

東北四粒紅花生：淘寶五味谷東北特產店；食用鹽：湖南省湘澧鹽化有限責任公司；自來水：湖南省長沙市芙蓉區居民用水；白砂糖：廣西博慶食品有限公司；孜然、小茴香、迷迭香、八角：均購自湖南省長沙市高橋建材市場。

1.2 儀器設備

220 V-1 kW萬用電子爐 興化市滬興電熱電器廠；石棉網、電子天平 寧波金諾天平儀器有限公司；WGL-230B電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司；1 000 mL燒杯 四川蜀玻（集團）有限責任公司；網格烤盤：自制。

1.3 方法

1.3.1 孜然風味烘烤花生工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料分選

以東北四粒紅花生為原料，挑選出100 g顆粒飽滿、無霉變的花生。

1.3.2.2 調味液制備

在1 000 mL燒杯中加入1 000 mL水，加入以4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角以及不同添加量的孜然組成的料包，將水煮沸至800 mL，加入不同配比的食用鹽和白砂糖。

1.3.2.3 蒸煮、浸泡

在煮好的調味液中加入清洗好的100 g花生，先蒸煮10 min，關火，再浸泡30 min。

1.3.2.4 烘烤

將入味完成的花生放入烘箱中，75 ℃烘烤4 h，105 ℃烘烤4 h，115 ℃烘烤30 min。

1.3.2.5 包裝

將冷卻好的花生裝入自封袋中保存，即得到產品。

1.4 感官評價方法

感官評價方法廣泛應用于工業和學術研究中[11]。感官評價方法參考國標GB 22165—2008。感官評價標準見表1。

1.5 模糊數學模型的建立

由于感官評價的個體評價具有較高的主觀性，為減少數據的主觀性[12]，本研究在感官評價環節中采用模糊數學感官評價法，成立一個由10名實驗室學生組成的感官評價小組，其指標是孜然風味烘烤花生的香味、滋味、口感和殼色。參考前人的研究[13-15]選取試驗研究樣品為評價對象，以孜然味花生的香味、滋味、口感和殼色作為評價因素組建模糊數學感官評價因素、評價等級和評價權重。

評價因素是指影響孜然風味烘烤花生感官評價結果的4個因素，即Y=（y1，y2，y3，y4）[16-17]，其中y1表示香味，y2表示口感，y3表示滋味，y4表示殼色。

評價等級是將得到的產品分為4個等級，U=（u1，u2，u3，u4）=（優，良，中，差），其中優為90分，良為80分，中為70分，差為60分[18]。

評價權重是各評價因素在總體中的重要程度。評價權重采用二元比較法測定孜然花生的權重因子W[19]，由10名經過感官評定培訓的食品專業評價人員對香味、口感、滋味、殼色4項感官指標進行確定。逐一比較兩個因素，評估者認為重要的得1分，認為次要的得0分。如果根據實際情況，某一特定因素不合理，則該重要因素將被計算為1分，姬長英[20]研究表明這是必要的，統計結果見表2。W=（w1，w2，w3，w4）=（0.20，0.31，0.32，0.17），其中w1表示香味，w2表示口感，w3表示滋味，w4表示殼色。

1.6 單因素試驗

基于預試驗，著重考察孜然、食用鹽、白砂糖對孜然風味烘烤花生感官品質的影響。通過單因素試驗和正交試驗對孜然風味烘烤花生的調味液配方進行優化，確定最佳的調味液配方。

以4 g小茴香、2 g迷迭香、4 g八角、45 g孜然、22 g食用鹽、24 g白砂糖為基礎調味液配方，通過改變孜然添加量、食用鹽添加量和白砂糖添加量，結合模糊數學感官評價結果，確定正交試驗各因素的水平，再以這3個因素作為考察因素設計三因素三水平的正交試驗，確定最佳的調味液配方。

1.6.1 孜然添加量對孜然風味烘烤花生感官評分的影響

考察孜然添加量（35，40，45，50，55 g）對產品感官評分的影響。

1.6.2 食用鹽添加量對孜然風味烘烤花生感官評分的影響

考察食用鹽添加量（18，20，22，24，26 g）對產品感官評分的影響。

1.6.3 白砂糖添加量對孜然風味烘烤花生感官評分的影響

考察白砂糖添加量（20，22，24，26，28 g）對產品感官評分的影響。

1.7 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，確定孜然添加量、食用鹽添加量、白砂糖添加量的因素水平，建立正交試驗因素水平表，見表3。

1.8 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2016、Origin 2022、SPSS進行分析處理和繪圖。

2 結果與分析

2.1 模糊矩陣的建立及評價結果

模糊數學模型的結構：Xj=W·Aj，其中Xj表示模糊數學感官評價的結果；W表示不同因素的評價權重；Aj表示每個樣本的模糊評價矩陣。然后通過模糊數學模型得到模糊數學綜合評分Sj=U·Xj，其中模糊矩陣Aj為樣品各因素的等級評價人數/總人數[21]。

根據感官評價表（見表1）以及模糊數學感官模型，得到孜然風味花生的模糊數學綜合評分[22]。以1.6.1孜然添加量單因素中1號樣品的模糊數學感官評分為例（見表4），其香味評價結果為1人評定優，4人評定良，3人評定中，2人評定差。X香味=（0.1，0.4，0.3，0.2），同理依次可得X口感=（0.2，0.6.0.1，0.1），X滋味=（0.3，0.4，0.3，0），X殼色=（0，0.4，0.3，0.3），得到1號樣品的模糊矩陣：

A1=

0.10.40.30.2

0.20.60.10.1

0.30.40.30

00.40.30.3

。

其模糊數學感官評分為X1=W·A1=（0.20，0.31，0.32，0.17）×

0.10.40.30.2

0.20.60.10.1

0.30.40.30

00.40.30.3

=（0.18，0.46，0.24，0.12）。

由綜合感官評分公式Sj =Xj ·U得到1號樣品的綜合感官評分S1=X1·U=（0.18，0.46，0.24，0.12）×90807060=76.96。

按照該計算步驟可得到其他樣品的綜合感官評分。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 孜然添加量對花生感官評分的影響

由圖1可知，孜然添加量對孜然風味烘烤花生的感官評分有顯著影響，隨著孜然添加量的增加，孜然風味烘烤花生的感官評分逐漸升高。當孜然添加量為45 g時，感官評分達到最大值，此時孜然風味烘烤花生具有最濃郁、最和諧的孜然風味。繼續增加孜然添加量，感官評分急劇下降，風味和口感不協調。因此，后續選擇孜然添加量40，45，50 g進行正交試驗。

2.2.2 食用鹽添加量對花生感官評分的影響

由圖2可知，隨著食用鹽添加量的增加，孜然風味烘烤花生的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。當食用鹽添加量為22 g時，感官評分達到最大值，此時孜然風味烘烤花生的風味最和諧。當食用鹽添加量與白砂糖添加量搭配不協調時，花生整體滋味會呈現極度不協調。當食用鹽添加量過少時，花生口感整體偏甜，因此食用鹽添加量應該控制在22～26 g之間，后續選擇食用鹽添加量22，24，26 g進行正交試驗。

2.2.3 白砂糖添加量對花生感官評分的影響

由圖3可知，隨著白砂糖添加量的增加，孜然風味烘烤花生的感官評分先上升后下降。當白砂糖添加量為26 g時，感官評分達到最大值，此時孜然風味烘烤花生的總體味道和口感最協調。隨著白砂糖添加量的不斷增加，感官評分呈下降趨勢。然而，當白砂糖添加量和最佳食用鹽添加量相同時，感官評分低于添加28 g白砂糖時。由此可知，食用鹽和白砂糖的比例應該是白砂糖多于食用鹽，因此，白砂糖添加量應該控制在24～28 g之間。因此，后續選擇白砂糖添加量24，26，28 g進行正交試驗。

2.3 正交試驗設計及結果分析

在單因素試驗的基礎上，結合正交試驗結果，對孜然花生的綜合試驗結果進行了分析，見表5。

正交試驗結果表明，孜然風味烘烤花生的最佳工藝配方為A1B2C3，即孜然40 g、食用鹽24 g、白砂糖28 g。在3個因素中，對復合結果的影響順序為A>C>B，這意味著孜然添加量對復合結果的影響最大，其次是白砂糖添加量，最后是食用鹽添加量。

2.4 最佳工藝配方試驗條件驗證

在優化的配方和工藝條件下（添加孜然40 g、食用鹽24 g、白砂糖28 g），對孜然風味花生進行了綜合評價驗證試驗，3組平行試驗結果見表7。

由表7可知，在最佳工藝條件下制備的孜然風味花生的綜合評分優于正交試驗中的所有試驗方案，數據穩定。

3 結論

烘烤花生作為目前國內外市場上最受歡迎的花生休閑食品，其風味種類較少，目前市面上常見的多為咸干花生、蒜香花生、奶香花生等，而其風味區別主要在于調味液配方的不同。由于現在市場上缺少新型風味花生，因此研發出一款不同于市面上現有風味的花生可促進花生休閑食品的發展。本研究基于此，采用模糊數學方法并結合正交試驗設計對孜然風味花生配方進行了優化[23]。結果表明，不同因素對孜然花生感官評分的影響順序為孜然添加量＞白砂糖添加量＞食用鹽添加量。優化得到的孜然風味花生配方為孜然添加量40 g、食用鹽添加量24 g、白砂糖添加量28 g，此條件下生產的孜然風味花生孜然風味濃郁，咸甜適宜，綜合感官評分為84.88分。

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