模糊评价结合响应面实验优化黑蒜软糖配方

胡虹敏,张 民,*,李 鑫,徐锦令,张黎明,兰 玲

(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457;2.徐州黎明食品有限公司,江苏徐州 221000)



模糊评价结合响应面实验优化黑蒜软糖配方

胡虹敏1,张 民1,*,李 鑫1,徐锦令1,张黎明2,兰 玲2

(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457;2.徐州黎明食品有限公司,江苏徐州 221000)

本研究以黑蒜为主要原料,在单因素实验的基础上,对黑蒜软糖配方进行4因素3水平的响应面实验设计,并结合模糊数学综合评判对软糖进行感官评价,以确定软糖的最佳配方。实验结果表明:模糊数学综合评判可以客观而准确地对黑蒜软糖感官质量进行综合评判。经优化后的黑蒜软糖的最佳配方为:糖溶液添加量、黑蒜匀浆添加量、卡拉胶添加量、柠檬酸添加量的配比为55.37∶18.36∶1.92∶0.57(质量比)在此条件下制得的软糖色泽光亮、口感独特、具有黑蒜特有的风味。

模糊数学综合评判,黑蒜软糖,响应面

黑蒜又名黑大蒜、发酵黑蒜,是用新鲜的生蒜,带皮放在高温高湿的环境里发酵60～90d,让其自然发酵制成的食品[1]。黑蒜的含糖量是鲜蒜的5倍,蛋白质含量是鲜蒜的2倍,而脂肪含量是鲜蒜的二分之一[2],微量元素同大蒜相比也有明显的提高,这都对维持人体生命活动具有重要意义[3]。它首先由日本发明,近年来传入中国。因其在保健等领域内占有越来越重要的地位,引起人们的普遍关注。经国内外研究发现黑蒜具有抗肿瘤[4]、抗氧化[5]、提高免疫力[6]等作用。但是,目前黑蒜的市场占有率并不是太高,很多人还不了解黑蒜,而且黑蒜的价格相对来说也比较高。以黑蒜为主要原料研制软糖,不仅成本较低,而且口感独特、风味诱人,易于消化吸收。在充分利用原料和保存黑蒜丰富营养的同时,提高黑蒜的附加值,丰富黑蒜制品的种类,使黑蒜更加广泛地普及到人们的日常生活中。

在黑蒜软糖开发研制过程中,感官质量评价控制至关重要,因感官评价依赖各种感官特征,结构复杂,使结果难于准确表达[7]。模糊数学综合评判法由于考虑了各项指标权重差异以及应用模糊关系综合评判,克服了感官评价的主观性和片面性,使评定结果更趋于合理性。本实验以黑蒜为主要原料,采用响应面分析法和模糊数学综合评价法确定软糖的最佳配方,为生产黑蒜软糖提供技术参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑蒜 按照文献自制[8];卡拉胶 福建省绿麒食品胶体有限公司,食品级;葡萄糖浆 郸城财鑫糖业有限责任公司,食品级;白砂糖 光明食品集团,食品级;柠檬酸 天津均尧联赢生物试剂有限公司,食品级。

JYL-A070九阳料理机 九阳股份有限公司;WAY-2W阿贝折光仪 上海精密科学仪器有限公司;XMTD-204显数式电热恒温水浴锅 天津欧若仪器仪表有限公司;GZX-9070MBE电热鼓风干燥箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点 黑蒜匀浆制备:黑蒜去皮以后与水按质量比1∶1打浆备用;糖浆原液制备:白砂糖2.5份加到1份热水中,放到90℃水浴锅中,待其全部溶解后再将葡萄糖浆加入其中搅拌均匀,然后将黑蒜匀浆加入浆液中,搅匀备用;卡拉胶预处理:将1份卡拉胶加到30份冷水中使其溶胀1h。使用前在90℃水浴锅中热溶;熬糖:将制作好的糖浆原液加入到卡拉胶溶液中,在100℃水浴锅中熬煮,熬糖过程中要不停搅拌加速水分蒸发,待可溶性固形物含量达到65%即可;调酸:将柠檬酸与水按质量比1∶1配成溶液加入到熬好的糖液中,搅匀即可浇模,冷却成型;干燥:将成型的糖坯移入45℃的鼓风干燥箱中烘至含水量为15%左右即得黑蒜软糖。

1.2.3 单因素实验设计 白砂糖和葡萄糖浆比例的确定:固定糖液添加量60g、卡拉胶添加量1.5g、黑蒜匀浆添加量12g、柠檬酸添加量0.5g、以白砂糖和葡萄糖浆比例分别为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3设置5水平的单因素实验。糖溶液添加量的确定:固定白砂糖和葡萄糖浆比例为1∶1、卡拉胶添加量1.5g、黑蒜匀浆添加量12g、柠檬酸添加量0.5g、以糖液添加量分别为40、50、60、70、80g设置5水平单因素实验。卡拉胶用量的确定:固定白砂糖和葡萄糖浆比例为1∶1、糖液添加量60g、黑蒜匀浆添加量12g、柠檬酸添加量0.5g、以卡拉胶的添加量分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5g设置5水平单因素实验。黑蒜匀浆添加量的确定:固定白砂糖和葡萄糖浆比例为1∶1、糖液添加量60g、卡拉胶添加量1.5g、柠檬酸添加量0.5g、以黑蒜匀浆添加量分别为4、8、12、16、20g设置5水平单因素实验。柠檬酸添加量的确定:固定白砂糖和葡萄糖浆比例为1∶1、糖液添加量60g、卡拉胶添加量1.5g、黑蒜匀浆添加量12g,以柠檬酸添加量分别为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8g设置5水平单因素实验(糖液添加量是白砂糖和葡萄糖浆的总量)。

1.2.4 响应面实验设计 在单因素实验的基础上,选取糖液、卡拉胶、黑蒜匀浆、柠檬酸添加量四个因素,以感官评分为响应值进行优化实验。实验因素水平编码设计见表1。

2.进一步优化政府财政支出结构，提高政府公共服务财政支出效率。针对性地改变公共服务财政结构，减少用于经济建设类的地方财政开支，加大公共服务领域资金在地方财政的比重，扩大对公共教育、医疗卫生、社会安全服务等方面的财政支出。在地方政府财政收入约束下，增强地方基本公共服务有效供给能力，关键是要提高政府公共服务财政支出效率。要充分发挥政府公共服务财政支出的杠杆作用和撬动能力，充分吸引民间资本投入教育、医疗、卫生和社会保障等基本公共服务领域，积极探索民间资本在基本公共服务领域的盈利模式。政府公共服务财政支出应重点放在基础设施和共享平台的建设。

表1 响应面实验因素水平编码表Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.5 模糊数学模型的建立 因素集为U={色泽U1,组织状态U2,口感U3,风味U4};评语集为V={差V1,较差V2,一般V3,较好V4,好V5};其中,差(1分),较差(2分),一般(3分),较好(4分),好(5分)。

权重的确定[9]:采用“0～4评判法”确定每个因素的权重,得到权重集X={0.18,0.26,0.29,0.27},即色泽18分、组织状态26分、口感29分、风味27分。

建立模糊矩阵,对每一个被评价的因素建立一个从U到的V模糊关系R。矩阵R可以通过对单因素的评判获得,即从Ui着眼而得到单因素评判,构成R中的第i行。

即R=(rij),i=1,2,…,4;j=1,2,…,5。

1.2.6 评定人员的选择及评定标准 邀请10名经过培训和筛选的具有食品专业背景的研究生组成评价小组,分别对黑蒜软糖的色泽、组织状态、口感、风味进行感官评定,评价标准如表2所示。

2 结果与分析

2.1.1 白砂糖与葡萄糖浆比例的确定 软糖制作过程中,只使用白砂糖达不到纯正温和的甜度,因其具有结晶性所以使用量过高时,软糖不仅糖体较硬、甜味较重、还容易返砂。而葡萄糖浆具有温和的甜味和保湿性,适量葡萄糖浆可以阻止糖果返砂、延长糖果储存期[11]。根据最大隶属度原则,由图1可以看到,当比例为2∶1时对应的峰值最大,评语为“较好”。当比例为1∶2和1∶1时峰值虽然不是最大,但对应的评语为“较好”,表明比例对软糖品质的影响较小,因此确定白砂糖与葡萄糖浆的比例为2∶1进行后续实验。

表2 黑蒜软糖评分项目表Table 2 Score table of black garlic sort candy

图1 白砂糖与葡萄糖浆不同比例的模糊关系曲线Fig.1 The fuzzy relation curve of white sugar and glucose syrup in different proportions

2.1.2 糖液添加量的确定 糖液添加量对黑蒜软糖品质的影响比较大[12]。根据最大隶属度原则,由图2可以看到,当糖液添加量为40g时对应的峰值最大,评语为“一般”,而且峰值左边出现一个次峰,表明峰值向低位移动,产生重心偏移;当糖液添加量为50g时对应的峰值与40g时相差不大,评语为“好”而且评语比较集中,表明评审员的综合意见比较一致,所以确定糖液添加量为50g。当糖液添加量高于60g时,评分明显降低,这主要是因为甜味掩盖了软糖的酸味和黑蒜味。

2.1.3 卡拉胶添加量的确定 卡拉胶赋予软糖硬度、咀嚼度等特性。用量过少无法形成凝胶,用量过多又会使软糖变得太硬,难以咀嚼。根据最大隶属度原则,由图3可以看到,当卡拉胶添加量为1.5、2.0g时对应的峰值最大,评语为“较好”,表明卡拉胶添加量为1.5g、2g都可以。当卡拉胶添加量为2.5g时对应的峰值虽然不是最大,但评语呈上升趋势,当1.0g时评分比较差,说明适当增加卡拉胶的用量有助于改善软糖品质,所以最终确定卡拉胶用量为2.0g。

图2 不同糖液添加量的模糊关系曲线Fig.2 Fuzzy relation curve of different amount of addition of sugar solution

图3 不同卡拉胶添加量的感官品质模糊关系曲线Fig.3 Fuzzy relation curve of different amount of addition of carrageenan

2.1.4 黑蒜匀浆添加量的确定 黑蒜匀浆添加量直接影响到黑蒜软糖的风味和色泽,添加量太少黑蒜味不突出,添加太多,黑蒜味又会太重,而且糖体表面粗糙并发硬。根据最大隶属度原则,由图4可以看到,当黑蒜匀浆添加量为16g和20g时对应的峰值最大,评语为“较好”,模糊关系曲线完全一致,所以本着节约成本的原则,选择黑蒜匀浆添加量为16g。

图4 不同黑蒜匀浆添加量模糊关系曲线Fig.4 Fuzzy relation curve of different amount of addition of black garlic pulp

2.1.5 柠檬酸添加量的确定 根据最大隶属度原则,由图5可以看到,即使是少量的柠檬酸对软糖的品质都有很大影响,当柠檬酸添加量为0.6g时评价结果的峰值最大,评语为“好”。所以选择柠檬酸添加量为0.6g。当柠檬酸添加量高于0.6g时,感官评分明显下降,可能是过量的柠檬酸破坏了卡拉胶在形成胶体时的网状结构,导致糖体变软,而且过酸掩盖了软糖的风味,因此影响了感官品质。

图5 不同柠檬酸添加量的模糊关系曲线Fig.5 Fuzzy relation curve of different amount of addition of citric acid

2.2 响应面法优化实验

对上述实验数据进行多元回归拟合,得到糖液(A)、卡拉胶(B)、黑蒜(C)、柠檬酸(D)多项回归方程为:

感官评分=-8.23620-1.71392A+117.16913B+12.22086C-671.74756D-0.87100AB+0.10050AC+17.40492AD-1.05750BC+20.65000BD-4.08125CD -0.030976A2-23.15478B2-0.34382C2+524.42852D2-7.56755×10-3A2B-3.12500×10-4A2C-13.52285AD2+4.26689×10-3A2B2

对该模型进行显著性检验及方差分析[13],结果见表4。

由回归模型系数的显著性检验结果可以看到,模型的一次项中A(糖液添加量)、C(黑蒜浆添加量)极显著、D(柠檬酸添加量)显著,且影响大小依次为A>C>D,交互项中除了AB交互项没有显著差异外,其它交互项均有显著差异,其中CD具有极显著性。二次项A2、B2极显著,C2、D2高度显著。因此可以说明,响应值的变化比较复杂,各因素对感官评分的影响不是一个简单的线性关系。

为了更加直观的反映各因素交互作用对感官评分的影响,利用软件绘制3D曲面图,通过每个曲面的弯曲弧度来判断各因素之间的交互效应,弧度越大说明交互效应越强。从图6～图11可以看到,除了图6的曲面比较平缓,其余均呈不同程度弯曲。说明卡拉胶和糖液两因素之间的交互效应不明显,其它因素之间均有交互效应,其中图11随着黑蒜匀浆和柠檬酸添加量的升高,感官评分先增大后减小,而图7、图9、图10与之趋势相似,但图11的响应曲面图相对较陡,所以交互效应最大。从图8可以看出,随着柠檬酸添加量的增大感官评分先增大后减小,而且只有当糖液添加量大时变化较明显,因此二者的交互影响为一般显著。这与显著性检验结果一致。

表3 响应面实验设计及结果Table 3 Experimental design and results of response surface

图6 糖液和卡拉胶对感官评分影响的响应曲面图Fig.6 Response surface plot of the effects of sugar solution and carrageena on the sensory score

表4 模型的显著性检验及方差分析Table 4 Significant test and variance analysis of model

图7 糖液和黑蒜匀浆对感官评分影响的响应曲面图Fig.7 Response surface plot of the effects of sugar solution and black garlic pulp on the sensory score

图8 糖液和柠檬酸对感官评分影响的响应曲面图Fig.8 Response surface plot of the effects of sugar solution and citric acid on the sensory score

图9 黑蒜匀浆和卡拉胶对感官评分影响的响应曲面图Fig.9 Response surface plot of the effects of black garlic pulp and carrageena on the sensory score

图10 卡拉胶和柠檬酸对感官评分影响的响应曲面图Fig.10 Response surface plot of the effects of carrageena and citric acid on the sensory score

注:*为p<0.05,具有显著性;**为p<0.01,具有极显著性;***为p<0.0001,具有高度显著性。回归系数R2=0.9612,R2Adj=0.8914. 通过回归方程,并结合3D曲面图分析得到黑蒜软糖最佳实验组合点为:糖液添加量55.37g、卡拉胶添加量1.92g、黑蒜匀浆添加量18.36g、柠檬酸添加量0.57g,在此条件下感官最佳得分为81.93。

为验证响应面法所得结果的可靠性,采用上述条件做了5次验证实验,结果得出软糖感官评分为

图11 柠檬酸和黑蒜匀浆对感官评分影响的响应曲面图Fig.11 Response surface plot of the effects of citric acid and black garlic pulp on the sensory score

82.23±0.41,与理论预测值81.93非常接近。因此,响应面法分析得到的优化配方数据可靠,具有实用价值。

3 结论

本研究将模糊数学综合评价应用于黑蒜软糖的研制中,解决了在感官评价中各种指标的评分差异以及感官评价人员之间评价结果差异的复杂问题,增强了评价结果的客观性和可靠性,并结合响应面分析法优化软糖配方。研究结果得到黑蒜软糖最佳配方为:糖液添加量、黑蒜匀浆添加量、卡拉胶添加量、柠檬酸添加量的配比为55.37∶18.36∶1.92∶0.57(质量比),按该配方制得的黑蒜软糖色泽光亮、口感独特、具有黑蒜特有的风味。

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Application of fuzzy evaluation combined with response surface test inthe formulation optimization of black garlic gelatinous candy

HU Hong-min1,ZHANG Min1,*,LI Xin1,XU Jin-ling1,ZHANG Li-ming2,LAN Ling2

(1.College of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China;2.Xuzhou Liming Food Co.Ltd,Xuzhou 221000,China)

The purpose of this paper was to prepare a new kind of soft candy with black garlic as the raw material.The four factors and three levels of response surface experiment was designed on the basis of single factor experiment,which combined with fuzzy comprehensive evaluation to determine the best formula.The experimental results showed that:fuzzy comprehensive evaluation can objectively and accurately judge the sensory quality of black garlic soft candy.The optimized process parameters for soft candy was as follows:the content ratio of sugar solution,black garlic pulp,carrageenan,citric acid was 55.37∶18.36∶1.92∶0.57.The soft candy was of bright color,unique taste attractive and black garlic flavor.

fuzzy mathematics comprehensive evaluation;black garlic gelatinous candy;response surface

2014-07-08

胡虹敏(1989-)，女，硕士，研究方向：营养与功能食品。

*通讯作者:张民(1972-)，男，博士，教授，研究方向：食品添加剂与功能性食品。

TS246.5

B

1002-0306(2015)05-0258-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.046