張宇翔 李幼梅 王雄 白新鵬

摘 要 以熱帶水果番木瓜為原料生產(chǎn)果肉制品，采用模糊綜合評價法對產(chǎn)品進(jìn)行感官質(zhì)量評價，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)確定檸檬酸、護(hù)色劑抗壞血酸、穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、山梨糖醇添加量，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對果肉制品工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。結(jié)果顯示，檸檬酸添加量為0.105%、抗壞血酸為0.112%，CMC-Na為0.098%，山梨糖醇為7.2%時，產(chǎn)品的感官得分為89.93。此條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品色澤均勻，香氣濃郁，口感佳，符合衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 番木瓜；果肉制品；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模糊綜合評價法

中圖分類號 TS255 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Abstract The optimum processing technology and formula of Carica papaya fruit products were studied. The sensory quality of C. papaya fruit products was assessed by fuzzy comprehensive evaluation. The additon of additives such as citric acid， ascorbic acid， CMC-Na and sorbitol were confirmed by single factor experiments and an orthogonal design. The processing parameters were optimized by BP neural network and the model was established. Results indicated that the best product of C. papaya fruit with a pure color and delicious taste was obtained with 0.105% citric acid， 0.112% ascorbic acid， 0.098% CMC-Na and 7.2% sorbitol.

Key words Carica papaya； product development； BP neural network； fuzzy comprehensive evaluation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.04.024

番木瓜（Carica papaya L.）別名木瓜、乳瓜等，屬番木瓜科番木瓜屬[1]，是享譽(yù)世界的熱帶水果[2]，原產(chǎn)中美洲，現(xiàn)廣布在熱帶、亞熱帶地區(qū)，據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)[3]，全球番木瓜年產(chǎn)量超1 000萬t，我國約占10%市場份額，主產(chǎn)區(qū)在海南、廣東、廣西等。在我國，番木瓜的應(yīng)用[4]主要集中在提取其木瓜蛋白酶[5]及作為鮮果出售，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工模式存在資源利用不徹底，附加值不高等弊端，尤其是作為鮮果出售極大受運(yùn)輸、貯藏條件的限制及銷售未及時導(dǎo)致后熟[6]甚至腐敗等問題，很大程度限制了番木瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，直接影響我國熱帶、亞熱帶地區(qū)的農(nóng)業(yè)收入[7]。成熟的番木瓜果肉營養(yǎng)豐富[8]，維C含量高，具有清新的果香及獨(dú)特的木瓜風(fēng)味，此外還具有強(qiáng)筋舒絡(luò)、降壓防癌等功效[9]。

BP網(wǎng)絡(luò)（Back Propagation），是1986年由Rumelhart和McCelland等提出的一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)[10]，是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一[11]，多用于構(gòu)建模型[12]、時間序列分析、模式識別和控制等。果醬是將果蔬與糖混合制成一種凝膠狀物質(zhì)[13]，但因含糖量高，不利健康。結(jié)合番木瓜果肉加工現(xiàn)狀[14]，本研究利用BP網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)果肉產(chǎn)品開發(fā)，構(gòu)建生產(chǎn)模型，確立具體生產(chǎn)加工參數(shù)，旨在開發(fā)研制番木瓜原風(fēng)味濃郁、口感佳、貯藏條件簡單、貨架期長的果肉制品，增加番木瓜產(chǎn)業(yè)附加值，延長產(chǎn)業(yè)鏈。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑 番木瓜：海南本地番木瓜；羧甲基纖維素鈉：青島日昇昌食品配料有限公司，食品級；山梨糖醇：河南久順生物科技有限公司，食品級；檸檬酸：廣東雄遠(yuǎn)化工實(shí)業(yè)有限公司，食品級；抗壞血酸：西安惠邦生物工程有限公司，食品級。

1.1.2 儀器與設(shè)備 WZS手持式糖度計(jì)：上海精科實(shí)業(yè)有限公司；AE300L-H數(shù)顯恒速高速分散均質(zhì)機(jī)：深圳良誼儀器公司；BXM-30R蒸汽滅菌器：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；2WAJ阿貝折射儀：上海光學(xué)儀器廠；KDNX-20X石墨消解儀：上海秉越電子儀器有限公司；EL204 電子天平：梅特勒托利多儀器有限公司；PHS-3D PH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；RS1高級流變儀：賽默飛世爾有限公司；ICP-MS電感耦合等離子質(zhì)譜儀：江蘇天瑞儀器股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 果肉制品制作工藝

（1）工藝流程。成熟番木瓜→去皮去籽→清洗→打漿→調(diào)配→灌裝→排氣→密封→殺菌→冷卻→檢驗(yàn)→成品。

（2）操作要點(diǎn)。選擇形態(tài)盡量一致的成熟果實(shí)，將果肉以外的皮、籽、果囊均去除干凈，為保證制品的口感細(xì)膩，充分打漿，直至為均一流體，無顆粒狀。打漿后為橙色流體。按一定的比例添加檸檬酸、羧甲基纖維素鈉、山梨糖醇調(diào)配后，控制火力加熱果醬，要求果醬中心的溫度為80 ℃左右。對罐裝好的樣品置于沸水中排氣10 min，迅速密封，使罐內(nèi)形成一定的真空度。該果肉制品為酸性食品，可使用常壓殺菌，殺菌條件為100 ℃，40 min。殺菌后迅速冷卻至室溫，檢查產(chǎn)品有無破損等異常現(xiàn)象，貼標(biāo)。

（3）感官評定標(biāo)準(zhǔn)。感官評定小組由50人組成，將果肉制品分為5個等級，評定標(biāo)準(zhǔn)及分值轉(zhuǎn)換如表1、2所示。

采用模糊綜合評價法[15]評定所制果醬的感官質(zhì)量：

評價因素集合U={色澤，氣味，滋味，形態(tài)，凝膠性}。

權(quán)重集合W={0.1，0.15，0.35，0.25，0.15}。

評判集合C={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。

第i個因素的評價為Ri={ri1，ri2，ri3，....rin}，Ri是U的模糊子集，rin表示從因素i到評判結(jié)果Ci的隸屬度，以此類推可知其余因素的R集。然后對R和W進(jìn)行模糊變換：Y=W·R={y1，y2，y3，y4，y5}，將等級區(qū)間分值的平均數(shù)組成分?jǐn)?shù)矩陣G={93.5，83，75，68，62.5}，計(jì)算各個產(chǎn)品的最終得分S=Y·G。

（4）試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。采用哈克流變儀測量室溫下的果肉制品粘度，結(jié)合感官評價結(jié)果與粘度值，對羧甲基纖維素鈉、檸檬酸、山梨糖醇等進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，并采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化制作工藝。產(chǎn)品的水分、粗脂肪、粗蛋白、總糖、可溶固形物和灰分分別按照GB 5009.3-2010、GB/T 14772-2008、GB 5009.5-2010、GB 5009.7-2008、GB/T 10786-2006和GB5009.4-2010進(jìn)行分析。

1.2.2 產(chǎn)品成分分析

（1）基本成分分析。產(chǎn)品的水分、粗脂肪、粗蛋白、總糖、可溶固形物和灰分分別按照GB 5009.3-2010、GB/T 14772-2008、GB 5009.5-2010、GB 5009.7-2008、GB/T 10786-2006和GB5009.4-2010進(jìn)行分析。

（2）微生物指標(biāo)分析。產(chǎn)品的大腸桿菌、商業(yè)無菌和酵母及霉菌分別按照GB 4789.32-2002、GB 4789.26-2013和GB 4789.15-2010進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次平行，采用平均數(shù)表示結(jié)果，并進(jìn)行方差分析。單因素實(shí)驗(yàn)采用Origin8.0軟件進(jìn)行分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析采用JMP軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評定分析規(guī)則

以檸檬酸添加量0.05%，抗壞血酸添加量0.1%，CMC-Na添加量0.2%、山梨糖醇添加量5%的番木瓜果肉制品（E）為例，對其進(jìn)行感官品質(zhì)評價，對感官評定結(jié)果進(jìn)行歸一化后見表3。

對權(quán)重與評價因素進(jìn)行模糊變換，即：

=（0.287，0.343，0.218，0.107，0.045），即：28.70%參與感官評價人員認(rèn)為果肉制品（E）為Ⅰ級產(chǎn)品，34.30%認(rèn)為是Ⅱ級，21.80%認(rèn)為是Ⅲ級，10.70%認(rèn)為是Ⅳ級，4.50%認(rèn)為是Ⅴ級。

果肉制品（E）的感官品質(zhì)最終得分為：S=Y·G=（0.287， 0.343， 0.218， 0.107， 0.045）·（93.5， 83， 75， 68， 62.5）T=81.74，屬于Ⅱ級產(chǎn)品（80～86），質(zhì)量為中上等。

2.2 果醬生產(chǎn)工藝及優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果 少量的檸檬酸使得番木瓜果肉制品的pH<4.0，在不影響產(chǎn)品口感前提下可有效抑制多種微生物的生長繁殖，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，延長貨架期。番木瓜中本身含有少量的維生素如B1、B2、C，添加微量的抗壞血酸可相對增加維生素的含量。成熟的番木瓜果肉中維生素C含量約為471.2 mg/kg，番木瓜果肉制品以250 g為灌裝量，其維C含量為117.8 mg，據(jù)抗壞血酸的添加量對番木瓜果肉制品品質(zhì)影響，當(dāng)添加量達(dá)0.1%時，產(chǎn)量中維C含量可達(dá)367.8 mg。同時，維C還可對番木瓜果肉制品的色澤起到一定的維護(hù)作用。CMC-Na因其特有的性質(zhì)使其具有增稠、乳化、保水保鮮等功能，能夠改善番木瓜果肉制品口感、提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性及質(zhì)量，還具有延長保質(zhì)期作用。山梨糖醇具有清涼的甜味，食用后在血液中不轉(zhuǎn)化成葡萄糖，且熱量低，此外，山梨糖醇為不揮發(fā)多元醇，將其添加到番木瓜果肉制品中不僅可以增加產(chǎn)品的甜度，且具有保持番木瓜果香的功能。

單因素實(shí)驗(yàn)檸檬酸、抗壞血酸、CMC-Na、山梨糖醇的添加量對番木瓜果肉制品品質(zhì)影響結(jié)果如圖1所示，由試驗(yàn)結(jié)果可知，添加微量的檸檬酸對番木瓜果肉制品的感官影響不大，添加量越低，感官評價越高，結(jié)合感官評價與pH值，選取檸檬酸的添加量為0.1%為較佳點(diǎn)。當(dāng)抗壞血酸的添加量低于0.1%時，感官評分高于85分，具有較優(yōu)的口感。CMC-Na的添加量與果肉制品的粘度值呈正相關(guān)，當(dāng)添加量低于0.05%，產(chǎn)品出現(xiàn)分層現(xiàn)象；當(dāng)CMC-Na添加量介于0.05%～0.2%之間，番木瓜果肉產(chǎn)品流動性較好，呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)，當(dāng)添加量高于0.2%，此時果肉制品呈現(xiàn)假塑性（非牛頓）流體性質(zhì)，綜合考慮粘度、流動性及感官評分關(guān)系，取CMC-Na的添加量0.1%為單因素較佳點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。添加適量的山梨糖醇可以增加果肉制品的甜度，且能夠保留番木瓜清新果香，當(dāng)添加量高于10%由于甜度過高，感官得分反而降低。

2.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化番木瓜果肉加工工藝 以番木瓜果肉制品的粘度值與感官得分作為考察指標(biāo)，研究檸檬酸、抗壞血酸、CMC-Na、山梨糖醇添加量對其影響。在單因素最佳水平的基礎(chǔ)上采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過正交設(shè)計(jì)確定優(yōu)化所需數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)因素水平和結(jié)果見表4、5。

采用k疊交叉驗(yàn)證法（k-fold cross validation）進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型擬合，如圖2所示，選擇4 * 5 * 2單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，4個輸入神經(jīng)元，分別為檸檬酸添加量、抗壞血酸添加量、CMC-Na添加量、山梨糖醇添加量，5個隱藏神經(jīng)元，2個輸出神經(jīng)元，分別為感官綜合評分和粘度。

檸檬酸、抗壞血酸、CMC-Na、山梨糖醇添加量對番木瓜果肉制品的感官得分和粘度的影響如圖3、4所示。

在番木瓜果肉制品中添加適量的抗壞血酸不僅在貯期起到護(hù)色作用，還可與檸檬酸協(xié)同調(diào)節(jié)果肉制品的pH值，延長貨架期，還可與山梨糖醇共同調(diào)節(jié)產(chǎn)品的甜酸度。從圖3（曲面下邊緣）可看出，隨檸檬酸、抗壞血酸、山梨糖醇添加量的增加，綜合感官評分緩慢上升，當(dāng)檸檬酸添加量為0.105%、抗壞血酸添加量為0.11%，山梨糖醇添加量為7%時，此條件下的產(chǎn)品的感官評價較好，迎合廣大消費(fèi)者的喜好。CMC-Na的添加量為0.10%時，產(chǎn)品的感官評價較優(yōu)。

由圖4可知，番木瓜果肉制品的粘度值與檸檬酸、抗壞血酸、山梨糖醇的添加量無顯著關(guān)系，隨CMC-Na添加量的增加而增大。果肉中的主要成分是水分，添加的CMC-Na分散在果肉的水分中形成透明膠狀物，與果醬中的果膠成分交聯(lián)聚合。

由正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可知，產(chǎn)品感官評分的各因素極差大小依次為RX3>RX1>RX2>RX4，即影響產(chǎn)品感官評分的主次因素為CMC-Na添加量>檸檬酸添加量>抗壞血酸添加量>山梨糖醇添加量，據(jù)此可知，產(chǎn)品的均一性狀是感官評價最直接表征，添加適量的CMC-Na可使產(chǎn)品交聯(lián)聚合，有利于均一穩(wěn)定；抗壞血酸對產(chǎn)品色澤起到保護(hù)作用，使得產(chǎn)品保持番木瓜果肉原有的色澤；檸檬酸與山梨糖醇互配，可調(diào)節(jié)產(chǎn)品的甜酸度。影響產(chǎn)品粘度的主要因素為CMC-Na，CMC-Na作為一種穩(wěn)定劑，已廣泛應(yīng)用于各種果汁飲料，具有很好的穩(wěn)定性，有利于產(chǎn)品保持風(fēng)味、口感、濃度的均一穩(wěn)定。

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)檸檬酸添加量為0.105%、抗壞血酸添加量為0.112%，CMC-Na添加量為0.098%，山梨糖醇添加量為7.2%時，此條件下的產(chǎn)品的感官評價最高為89.93，粘度為53.45 Pa·s。

對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)檸檬酸添加量為0.105%、抗壞血酸添加量為0.112%，CMC-Na添加量為0.098%，山梨糖醇添加量為7.2%時，產(chǎn)品實(shí)際感官得分為88.47，與理論值誤差為1.62%，粘度為54.09 Pa·s，與理論值誤差為1.18%，說明預(yù)測結(jié)果與實(shí)際相差不大，此法可用于指導(dǎo)番木瓜果肉生產(chǎn)。

2.3 產(chǎn)品成分分析

2.3.1 基本成分分析 從表6可見，產(chǎn)品的水分含量為（70.50±2.72）%，總糖含量為（21.80±0.00）%，可溶性固形物含量為（25.45±0.40）%，粗脂肪、粗蛋白、灰分含量均低于1%，指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 微生物檢驗(yàn) 從表7可見，產(chǎn)品微生物檢驗(yàn)合格，大腸菌群、酵母、霉菌檢驗(yàn)均為陰性，未檢出，產(chǎn)品屬于商業(yè)無菌。

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用模糊綜合評判決策進(jìn)行感官評價，可減少人為主觀因素的影響，使結(jié)果更為準(zhǔn)確、科學(xué)、有效、可信。根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對番木瓜果肉制品加工條件進(jìn)行預(yù)測并驗(yàn)證，檸檬酸添加量為0.105%，抗壞血酸添加量為0.112%，CMC-Na添加量為0.098%，山梨糖醇添加量為7.2%時，產(chǎn)品的感官得分最高為89.93，粘度為53.45 Pa·s，產(chǎn)品色澤均勻，香氣濃郁，口感佳，產(chǎn)品的水分含量為（70.50±2.72）%，總糖含量為（21.80±0.00）%，可溶性固形物含量為（25.45±0.40）%，粗脂肪、粗蛋白、灰分含量均低于1%，理化指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品微生物檢驗(yàn)合格，大腸菌群、酵母、霉菌檢驗(yàn)均為陰性，未檢出，產(chǎn)品屬于商業(yè)無菌。產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)過程操作規(guī)范，衛(wèi)生合格。

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