模糊数学感官评价模型的建立及紫菜酱调配工艺优化

陈璇，王林江，钱亮亮，郭瑛，马勇，陈昌威，张梦雪，盘赛昆*

(1.江苏海洋大学 食品科学与工程学院，江苏 连云港 222005；2.连云港市质量技术综合检验检测中心，江苏 连云港 222006)

调味酱是一种可以将多种调料混合在一起的酱状调味品，以满足使用者的需求，其调料种类很多。调味酱作为现代调味品的重要组成部分，迎合消费者口味、品味的需要，随着中国广袤的饮食文化和食品产业的发展，其市场潜力很大[1—2]。

食物感官评估是一种通过视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等感知途径对食物的感官品质进行全面的评估[3]。但在实践中，感官评定的属性边界存在着模糊性，难以量化，且容易被主观因素所影响。模糊数学是感官评定中常用的一种数学方法，它能把复杂的感觉因子抽象成数值，从而得出最优的参数和调整方案[4]。

模糊数学综合评价的客观、准确程度取决于评价体系的建立、评价数据的可信度和权值范围，但是它可以有效地降低评价指标和评价对象之间的主观评价偏差，从而使评价的科学性、合理性和客观性得到改善[5—8]。

本文研究利用干紫菜下脚料制备紫菜酱的工艺。固定调味料的基础配方，以模糊感官评分为指标，通过单因素试验确定了食用油、混合豆粉、盐、白砂糖、五香粉添加量的范围，通过正交试验优化调味料的配方，通过测定紫菜酱成品的理化指标、卫生指标和营养成分来评价紫菜酱成品的品质。

1 材料与方法

1.1 材料

干紫菜下脚料：连云港力优食品有限公司；熟豆粉：成都人民营养食品厂；五香粉：上海味好美食品有限公司；食用植物调和油：益海(连云港)粮油工业有限公司；食用盐：江苏苏盐井神股份有限公司。

1.2 主要仪器设备

BS323S电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；WSC-S色差计 上海仪电物理光学仪器有限公司。

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1.3 试验方法

1.3.1 紫菜酱的感官评价

1.3.1.1 感官评价方法

感官评价最贴近消费者的实际感受，能对其做出全面的评价，但其评价结果更易受到感官评价人员构成和个人喜好的影响，在评价过程中容易产生偏差。而模糊数学综合评判是基于模糊转换的基本原理，利用模糊矩阵对评价结果进行量化，以排除主观和模糊性，从而科学、准确、公正地判断产品的质量[9—11]。因此，本文应用模糊数学的感官评定方法，对色泽、风味、体态、口感进行了感官评定。组织10位20～40岁的食品专业评审员。在评估之前，严禁抽烟、饮酒、进食、互相交谈。参与评分者根据表1中4项指标分为好、较好、一般、差4个级别。紫菜酱感官评价标准见表1。

表1 调味酱成品的感官品质评价标准Table 1 Sensory quality evaluation standards of the finished product of flavoring sauce

1.3.1.2 建立评价因素集

评价因子又称为“参数”，能够从多个角度全面地反映紫菜酱的感官品质。建立了第一个评价因子集合U1={颜色u1，气味u2，形状u3，成分u4}和二级评价因素集U2={颜色u21，光泽度u22，香气u23，异味u24，均一性u25，流动性u26，粗糙度u27，滋味u28}。

1.3.1.3 建立评价评语集

评价等级集可以用等级、文字或者具体数值来表示。建立紫菜酱评价等级集V={好v1，较好v2，一般v3，差v4}。

1.3.1.4 评价指标集的权重系数的确定

在感官评定中，感官评定的各个指标所赋予的权重对模糊评判的效果有很大的影响。按指数权值的大小，一次评价因素加权的确定A=(a1，a2，…，an)和二级评价因素加权的确定B=(b11，b12，b21，b22，b31，b32，b41，b42)，然后计算出各感官评价因素的综合权重wij=ai×bij，i=1，2，3，4；j=1，2。其次，建立了感官综合评定的权值集合W。

B

B

B

B

1.3.1.5 确定评估矩阵及综合评估值的计算

模糊评判矩阵是指参与模糊综合评定的各个因子按照各自的隶属程度而构成的评定结果，按照不同的评价指标进行票数分布，建立矩阵R,同时为求出模糊综合评判的值，设定为好、较好、一般、差4个评定等级，分值分别设为 95，85，65，15，将 Fuzzy子集引入评估集，来判断矩阵R和权域矩阵A进行模糊转换可得，将综合评价结果Y=W·R[12]乘以对应的等级分值，最后求和可以得出成品的最终综合评价值T，即为感官评分。

A

A

A

A

1.3.2 调配过程的单因素试验

1.3.2.1 混合豆粉(玉米淀粉、熟豆粉)添加量对紫菜酱成品感官品质的影响

熟豆粉可以增加产品的风味，并能提高产品的颜色及组织状况。在制备成品时，以打浆后的干紫菜下脚料的重量为基准，食盐添加量为2%，白砂糖添加量为3%，五香粉添加量为1.5%，控制食用油添用量为2%，混合豆粉添加量为 5%、10%、15%、20%、25%，测定不同混合豆粉添加量对紫菜酱成品感官品质的影响。

1.3.2.2 食盐添加量对紫菜酱成品感官品质的影响

在日常烹调时，盐是必不可少的。中国古代的人们在调味时，都会用到盐和梅子，《尚书》中记载：“若作和羹，尔惟盐梅。”控制混合豆粉添加量为15%，白砂糖添加量为3%，五香粉添加量为 1.5%，油添加量为2%，选取食盐添加量为1%、2%、3%、4%、5%，考察不同食盐添加量对紫菜酱产品感官品质的影响。

1.3.2.3 白砂糖添加量对紫菜酱成品感官品质的影响

在日常生活中，白砂糖是一种常见的甜味剂，它能提高食品的口味，特别是当它与咸味、鲜味等调味料合用时，能遮盖住某些杂味，使消费者更容易接受。控制混合豆粉添加量为15%，食用油添加量为2%，食盐添加量为3%,五香粉添加量为 1.5%，食用油添加量为2%，控制白砂糖添加量为2%、3%、4%、5%、6%，探究不同白砂糖添加量对紫菜酱产品感官品质的影响。

1.3.2.4 五香粉添加量对紫菜酱成品感官品质的影响

五香粉，顾名思义，是由5种以上的香料混合而成的调料。五香粉是集多种食材之精华而制成，具有辛温、健脾温中、消炎利尿、增强人体免疫力的作用。在制备紫菜酱成品时，以打浆后的干紫菜下脚料的重量为基准，固定混合豆粉添加量为 15%，食盐添加量为 3%，白砂糖添加量为4%，食用油添加量为2%，五香粉添加量为1%、1.5%、2%、2.5%、3%，探究五香粉添加量对成品感官品质的影响。

1.3.2.5 食用油添加量对紫菜酱成品感官品质的影响

油能让菜变得五颜六色。油的作用是水或蒸气的1倍，能快速地将原料的表面和内部的水分排出，油脂的分子会渗入到食材的内部，使得食物的香味变得更加浓郁。同时在烹饪时，油脂会渗入到食材的组织中，既能改善菜品的味道，又能弥补部分低脂食物的营养，增加食物的卡路里，即营养价值。固定混合豆粉添加量为15%，食盐添加量为3%，白砂糖添加量为4%，五香粉添加量为1.5%，控制食用油的添加量为1%、2%、3%、4%、5%，考察不同食用油添加量对紫菜酱成品感官品质的影响。

1.3.3 成品的色泽分析

参考高雅文等[13]的方法，将预热后的色差计进行校准，再将样品填充在比色皿内，压实、抹平。置于色差计测色指定的位置，测定调味料成品的L*值(亮度值/暗度值)、a*值(红度值/绿度值)和b*值(黄度值/蓝度值)。

1.3.4 正交试验

基于单因素试验，以五因素四水平正交试验为依据，运用模糊数学感官评价方法，对其配方进行优选。试验因素和水平见表2。

表2 紫菜酱成品正交试验因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test for Porphyra yezoensis sauce

2 结果与讨论

2.1 成品感官评价指标集权重系数的确定

2.1.1 一级考察因素权重的确定

采用问卷调查的方式，对评价指标进行了集中的再集中[13]，食品专业评审员共10人，年龄在20～40岁之间，身体健康，精神状态良好，大部分是从事食品行业的学生。根据所占比例的比重，对色泽、风味、形态、口感等对影响风味的因素进行了分析与评价，得出了各个指标的权重，从而进行权重系数的计算：对问卷调查结果进行整理和分析，将各个指标的总得分除以总人数，即可得出某一指标的权重(W)，结果见表3。

表3 感官评价一级考察因素的权重Table 3 Weight of first-level investigation factors in sensory evaluation

续 表

2.1.2 二级考察因素权重的确定

需要考察后确定同一个一级考察因素下的两个二级考察因素a和b的重要程度。若两个指标具有相同的重要性则用1表示；若两个指标相比前者比后者更重要，则用 2～8表示，2表示稍微重要，8表示最重要，结果见表4。

表4 感官评价二级考察因素的权重Table 4 Weight of second-level investigation factors in sensory evaluation

2.1.3 综合感官评价权重的确定

各感官评价因素的综合权重wij=ai×bij，i=1，2，3，4；j=1，2。计算结果如下:w11=0.19×0.666 7=0.126 7,w12=0.19×0.333 3=0.063 3,w21=0.28×0.200 0=0.056 0，w22=0.28×0.800 0=0.224,w31=0.21×0.500 0=0.105 0,w32=0.21×0.500 0=0.105 0,w41=0.32×0.750 0=0.240 0，w42=0.32×0.250 0=0.080 0。即：W={0.126 7，0.063 3，0.056 0，0.224 0，0.105 0，0.105 0，0.240 0，0.080 0}。

2.2 调配过程的单因素试验

2.2.1 混合豆粉(玉米淀粉+熟豆粉)添加量对成品的影响

L*与豆酱加入量之间存在着显著的负相关关系，而a*和b*则与豆酱的加入量成正比。其主要原因是黄豆酱是主要的辅料，其添加量的增大会使豆酱的颜色变得更加暗淡。

由图1可知，随着混合豆粉添加量的增加，成品酱汁颜色的L*值呈下降趋势，而红度指数a*值、黄色指数b*值增加。结果表明，青菜酱色的光亮指数L*与熟豆粉的加入量之间存在着显著的负相关关系，而红度指数a*、黄色指数b*则与熟豆粉的加入量成正比。可能是因为逐步加入的混合豆粉色度更高，使紫菜酱的色泽更深。

由图2可知，随着混合豆粉添加量的不断增加，产品的感官评分显著增加(P<0.05)。当混合豆粉添加量为15%时，其感官评分最高，随着混合豆粉添加量的不断增加，紫菜酱成品过于浓稠，整体的酱汁颜色暗淡，感官评分也随之下降，因而可以确定混合豆粉添加量为15%是最佳的单因素水平。

图2 混合豆粉添加量对紫菜酱成品感官评分的影响Fig.2 Effect of the addition amount of mixed soybean powder on the sensory score of finished Porphyra yezoensis sauce product

2.2.2 食盐添加量对成品的影响

由图3可知，颜色的光亮指数L*随着食盐添加量的增加而逐渐降低，而红度指数a*值和黄色指数b*则逐渐升高。由此可以看出，紫菜酱的光亮指数L*与食盐添加量之间存在着显著的负相关关系，红色指数a*和黄色指数b*与食盐添加量之间存在着显著的正相关关系，因此，随着食盐添加量的增加，酱汁的颜色也会变深，但颜色上的差异并不大。

由图4可知，当食盐添加量为3%时，紫菜酱的感官评分最高，食盐添加量的多少决定了酱本身的口感，如果添加太多会导致过咸，食盐添加量在1.0%时咸度适宜，是最佳食盐添加量。

图4 食盐添用量对紫菜酱成品感官评分的影响Fig.4 Effect of salt addition amount on the sensory score of finished Porphyra yezoensis sauce product

2.2.3 白砂糖添加量对成品的影响

由图5可知，颜色的亮度指数L*随白砂糖添加量的增加而降低，而红度指数a*、黄色指数b*则呈逐渐增加的趋势。由此可知，紫菜酱的光亮指数L*与白砂糖添加量之间存在着显著的负相关关系，红度指数a*、黄色指数b*与其添加量之间存在着显著的正相关关系。加入的白砂糖越多，温度越高，颜色越黑。

由图6可知，白砂糖添加量为4%时甜味比较容易被接受，使得紫菜酱的口感较佳。随着白砂糖添加量的增加，在添加量为4%时感官评分最高，继续添加会使紫菜酱的口感太过甜腻，不宜食用。因此，确定白砂糖的最佳添加量为4%。

图6 白砂糖添加量对紫菜酱成品感官评分的影响Fig.6 Effect of white granulated sugar addition amount on the sensory score of finished Porphyra yezoensis sauce product

2.2.4 五香粉添加量对成品的影响

由图7可知，五香粉添加量越多，其光亮指数L*值越低，而红度指数a*、黄色指数b*则越高。并且该数值随五香粉添加量的增大而有明显的改变(P<0.05)。结果表明，紫菜酱的L*值与五香粉添加量之间存在着显著的负相关关系，而与a*、b*值之间存在着显著的正相关关系。

由图8可知，当五香粉添加量逐渐增加时，产品的感官评分呈现显著变化(P<0.05)。当五香粉添加量为2%时，产品的感官评分最高。由于五香粉的香味过大，添加过多会掩盖紫菜酱本身的风味，因而，需要选出五香粉的最佳添加量水平。由图8可知，选择2%为五香粉最佳添加量。

图8 五香粉添加量对紫菜酱成品感官评分的影响Fig.8 Effect of five-spice powder addition amount on the sensory score of finished Porphyra yezoensis sauce product

2.2.5 食用油添加量对成品的影响

食用油是制作紫菜酱过程中不可或缺的。由图9可知，当食用油添加量为3%时，感官评分最高，若继续添加食用油，则会导致酱体过于油腻，严重影响口感。

图9 食用油添加量对紫菜酱成品感官评分的影响Fig.9 Effect of edible oil addition amount on the sensory score of finished Porphyra yezoensis sauce product

2.3 紫菜酱成品配方的优化

根据正交试验方案所确定的配方，按生产工艺生产酱料，并按表1所规定的标准，对16份样品进行了感官评价，结果见表5。

表5 紫菜酱成品感官评价票数分布Table 5 Distribution of votes for sensory evaluation of finished Porphyra yezoensis sauce product

2.3.1 紫菜酱成品评价矩阵的建立

参考傅志丰等[14]的方法，对16组正交试验的评价结果建立成品的评价矩阵R。以试验组1为例，颜色投票结果中好、较好、一般、差的投票人数分别为1，6，3，0，所以R颜色=(1，6，3，0)。同理，R光泽度=(4，4，2，0)，R香气=(2，2，4，2)，R异味=(4，3，2，1)，R均一性=(6，2，2，0)，R流动性=(2，3，3，2)，R粗糙度=(3，3，4，0)，R滋味=(4，3，2，1)。将以上8 个因素的感官评定票数转换为矩阵，则有:

同理可得：

2.3.2 紫菜酱成品综合评价结果的计算

(0.3713，0.328 7，0.267 1，0.032 9)。

同理，对试验组 2～16 的综合评价结果进行计算，可以得到其余试验组的结果。

Y1=(0.371 3,0.328 7,0.267 1,0.032 9),Y2=(0.444 8,0.331 2,0.212 7,0.011 2)，Y3=(0.271 3,0.325 7,0.337 5,0.065 4),Y4=(0.369 8,0.307 8,0.301 7,0.020 7)，Y5=(0.494 1,0.310 9,0.188 7,0.006 3),Y6=(0.366 4,0.333 4,0.243 3,0.046 3)，Y7=(0.337 9,0.420 1,0.242 0,0.000 0),Y8=(0.423 4,0.255 7,0.289 8,0.031 2)，Y9=(0.234 4,0.376 5,0.328 3,0.060 8),Y10=(0.268 7,0.359 2,0.329 9,0.042 3)，Y11=(0.427 4,0.342 3,0.217 6,0.012 7),Y12=(0.240 8,0.389 3,0.309 1,0.060 8)，Y13=(0.251 1,0.378 1,0.328 3,0.042 5),Y14=(0.310 7,0.321 2,0.307 3,0.060 8)，Y15=(0.210 4,0.400 5,0.328 3,0.060 8),Y16=(0.256 8,0.400 5,0.281 9,0.060 8)。

2.3.3 紫菜酱成品综合评价值的计算

将综合评价结果乘以评语集对应的等级分值并求和，得出每个成品最终的综合评价值Ti，其中i=1，2,…,n，n=16，即感官评分。以试验组1为例，T1=Σ(0.371 3，0.328 7，0.267 1，0.032 9)×(95，85，65，15)=Σ(35.275，27.938，17.362，0.494)=81.07。用同样的方法，可以得到其他试验组产品的感官评分，见表6。

表6 香紫菜酱成品正交试验结果Table 6 Orthogonal test results of finished Porphyra yezoensis sauce product

续 表

以感官品质为指标的方差分析结果见表7。

表7 紫菜酱成品方差分析Table 7 Analysis of variance of finished Porphyra yezoensis sauce products

由表6和表7可知，A、C和E3个因素在0.05水平上都显著，紫菜酱生产工艺最佳条件为A2B1C2D2E4，即混合豆粉添加量为15%，食盐添加量为2%，白砂糖添加量为4%，五香粉添加量为2%，食用油添加量为4%。由极差分析结果可知，5个因素对感官品质的影响程度不同，其重要性顺序为A>E>D>C>B，即在紫菜酱的配方研究中，混合豆粉添加量>食用油添加量>五香粉添加量>白砂糖添加量>食盐添加量。为了确保食品的质量，必须严格控制混合豆粉、食用油、五香粉的添加量。

由表8可知，对根据正交法优选出的最优配方进行了3个平行检验试验，得到紫菜酱检验的平均感官评分为85.78。

表8 紫菜酱成品感官评价验证试验结果Table 8 Results of sensory evaluation verification test of finished Porphyra yezoensis sauce product

3 结论

本研究采用模糊数学感官评分作为评价指标，采用单因素试验和正交试验，结合成品的色差分析，对紫菜酱的工艺配方进行了优化。结果表明，紫菜酱成品的最佳配方为混合豆粉添加量15%、食盐添加量2%、白砂糖添加量4%、五香粉添加量2%、食用油添加量4%，此工艺下配制的紫菜酱光泽度最好，且口感细腻，甜咸适中。