張?jiān)屏?，竇博鑫，甘 志，杜世琴，陳青青，張陽陽，徐寶安，張 娜，劉 穎

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150076；2.蘭州蘭生血液制品有限公司，甘肅 蘭州730030；3.黑龍江省北大荒米業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江哈爾濱150090）

蒲公英又名婆婆丁，具有保肝利膽、抗炎抑菌等廣泛生物學(xué)作用[1-2]。當(dāng)前，蒲公英加工工藝較落后，無法適應(yīng)市場需求。蔬菜脆片不僅可作為一種休閑食品，也可作為保健食品上市銷售，具有較廣闊的市場前景[3]。目前，蔬菜膨化脆片主要通過真空油炸、烘焙、熱風(fēng)和壓差等方法制作[4-6]，所制成的脆片熱量高，而且制作過程導(dǎo)致營養(yǎng)流失較多。

微波真空膨化技術(shù)在真空條件下進(jìn)行微波加熱，具有快速、低溫、高效應(yīng)等特點(diǎn)，可使熱敏性營養(yǎng)成分和具有生物活性功能成分的損失大大減少[7]，但不同學(xué)者在研究蔬菜脆片加工中，選用的評價(jià)脆片品質(zhì)的指標(biāo)不盡相同。

模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法是通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)與矩陣的計(jì)算對食品各個(gè)因素進(jìn)行評判的一種方法，通過這種數(shù)學(xué)的計(jì)算，可大大降低人為的主觀誤差[8]。模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法已廣泛應(yīng)用于食品研發(fā)[9-10]、食品標(biāo)準(zhǔn)建立[11]、水質(zhì)檢查[12-14]、工作檢查評定[15-18]、空氣測定[19-20]等研究領(lǐng)域。

變異系數(shù)法是利用數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法，對試驗(yàn)過程中所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的處理，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可以消除數(shù)據(jù)因?yàn)閱挝徊煌鴣淼姆治鲎璧K[21-22]。利用變異術(shù)法進(jìn)行量綱的消除，通過計(jì)算即可得到各指標(biāo)在試驗(yàn)過程中的權(quán)重，通過權(quán)重分析與綜合評定后可得到各指標(biāo)在試驗(yàn)中所占的重要程度。近年來，變異系數(shù)法已廣泛應(yīng)用于生物與環(huán)境[23-26]、農(nóng)業(yè)研究[27]、地質(zhì)與水質(zhì)勘查[28-29]、數(shù)學(xué)研究[30-31]等多項(xiàng)科研任務(wù)，但在食品研制方面鮮少出現(xiàn)。

國內(nèi)外研究人員對蒲公英的研究大多集中在飲品加工，目前市場未見蒲公英脆片產(chǎn)品，以蒲公英為原料，采用微波真空膨化技術(shù)研制開發(fā)蒲公英脆片。通過分析單因素試驗(yàn)中膨化時(shí)間、功率、馬鈴薯淀粉用量、蒲公英漿糊厚度等因素對蒲公英脆片品質(zhì)的影響，利用模糊數(shù)學(xué)評價(jià)體系與變異系數(shù)法確定各指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的值結(jié)合權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，最終得到蒲公英脆片綜合評價(jià)分值，得出膨化率、脆片硬度、強(qiáng)度、模糊數(shù)學(xué)評分等評價(jià)指標(biāo)對蒲公英脆片品質(zhì)影響顯著性大小，為今后蔬菜脆片制作的科學(xué)研究提供合理的參考標(biāo)準(zhǔn)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮蒲公英（蒼葉蒲公英）；食鹽、白砂糖、豆粉、馬鈴薯淀粉，均為市售。

BA-2KW型微波真空干燥機(jī)，上海博奧微波能有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 操作要點(diǎn)

（1）原料挑選。將干黃、腐爛的蒲公英挑出，留下新鮮、青綠的蒲公英，放在陰涼干燥的位置備用。

（2）清洗蒲公英。將一定量的蒲公英放在盆子里，用自來水清洗2～3次。

（3）蒲公英護(hù)色。將清洗好的蒲公英用70～75℃的熱水進(jìn)行燙漂護(hù)色，可保持其鮮綠色[32]。

（4）蒲公英打漿及調(diào)漿味。將護(hù)色好的蒲公英切成長度為1 cm左右的小段，然后打漿后盛于盆中備用。

（5）定型。將調(diào)好漿味的蒲公英在平盤上鋪均勻平整，一次約50 g，厚度為1～3 mm。

（6）膨化。將盤中定型好的蒲公英漿糊，放入真空干燥機(jī)中進(jìn)行微波膨化，設(shè)定好預(yù)期的真空度、膨化功率、時(shí)間。

（7）揭盤、切塊。從微波真空干燥機(jī)中取出，用鏟子刮離揭盤，切成5 cm×5 cm塊狀。

將蒲公英葉片洗凈后放入豆?jié){機(jī)中進(jìn)行打漿，打漿后的蒲公英漿糊，需要放入鼓風(fēng)干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，不能直接過濾除去水分，因?yàn)榇驖{后的漿糊中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，若直接過濾，營養(yǎng)物質(zhì)流失極大，不利于蒲公英營養(yǎng)物質(zhì)的保留。

1.2.2 單因素試驗(yàn)（真空度-75 kPa不變）

（1）膨化時(shí)間。在膨化功率1 500 W，蒲公英糊用量50 g，馬鈴薯淀粉用量7 g，脆片厚度2 mm的條件下設(shè)置（30，35，40，45，50 min）不同時(shí)間。

（2）膨化功率。在膨化時(shí)間40 min，蒲公英糊用量50 g，馬鈴薯淀粉用量7 g，脆片厚度2 mm的條件下設(shè)置（1 300，1 400，1 500，1 600，1 700 W）不同膨化功率。

（3）馬鈴薯淀粉用量。在膨化時(shí)間40 min，膨化功率1 500 W，蒲公英糊用量50 g，脆片厚度2 mm的條件下設(shè)置（6，7，8，9，10 g）不同馬鈴薯淀粉用量。

（4）脆片厚度。在膨化時(shí)間40 min，膨化功率1 500 W，蒲公英糊用量50 g，馬鈴薯淀粉用量8 g的條件下設(shè)置（1，2，3，4，5 mm）不同脆片厚度。

每個(gè)蒲公英脆片取3點(diǎn)進(jìn)行測定脆片的脆度與硬度指標(biāo)，所測的指標(biāo)產(chǎn)品脆度、硬度、膨化率均為3次測定結(jié)果的平均值。

1.2.3 指標(biāo)測定

（1）脆片膨化率的測定。參考文獻(xiàn)[33-34]的方法測定膨化率，將物料（脆片）放置在物料盒中，量筒中加入小米到特定位置，再將其加入到有脆片的物料盒中直至與盒口平行，記錄消耗小米的體積。拿出脆片后再加入小米至滿，用差量法計(jì)算出脆片體積。（2）硬度與脆度的測定。根據(jù)孫鐘雷等人[35]與劉春泉等人[36]脆度的測定，最大力的距離及蒲公英脆片穿刺破裂時(shí)探頭所下壓的距離，單位為mm，若距離值越小則脆度越大；最大正力是探頭穿刺樣品至指定距離時(shí)所需力，單位為gf，力值越大，脆片硬度越大。

1.2.4 模糊數(shù)學(xué)感官評分體系的建立

（1）模糊數(shù)學(xué)評價(jià)方法。由經(jīng)過培訓(xùn)的感官評價(jià)人員共10人組成感官評價(jià)小組，依據(jù)蒲公英脆片感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評價(jià)。

蒲公英脆片感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 蒲公英脆片感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（2）模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)體系建立。參考張鐘等人[37]、劉加友等人[38]的方法，建立蒲公英脆片的模糊數(shù)字感官評價(jià)的2個(gè)評定集：即設(shè)U（評價(jià)集），V（評定等級集）。

1.2.5 變異系數(shù)法

由于不同指標(biāo)的單位不同，故在計(jì)算之前需計(jì)算其變異系數(shù)，即進(jìn)行無綱化處理[39-40]。變異系數(shù)計(jì)算如下式：

式中：Vi——第i個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)；

σi——第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；

各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重[41]計(jì)算如下式：

式中：Wi——指標(biāo)權(quán)重。

標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算公式如：

式中：Zij——各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；

Xij——各指標(biāo)的實(shí)測值。

說明：指標(biāo)越小越好的標(biāo)準(zhǔn)化值后需要在前面加上負(fù)號[42]，后將消除單位影響后的標(biāo)準(zhǔn)化值與分析的權(quán)重相乘得最終評定。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

Excel 2010試驗(yàn)數(shù)據(jù)、Origin 2018軟件圖表的繪制。試驗(yàn)所有測定的數(shù)據(jù)，若無特殊說明，均為3次測定后的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)結(jié)果分析

2.1.1 評價(jià)結(jié)果

由感官評價(jià)人員依據(jù)表1蒲公英脆片感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對20個(gè)樣品進(jìn)行單因素試驗(yàn)評價(jià)，通過收集感官評價(jià)人員的評價(jià)結(jié)果。

模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)結(jié)果見表2。

表2 模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)結(jié)果

2.1.2 模糊矩陣的建立

參照Rodbard David[24]的方法，由試驗(yàn)人員通過研究目的與研究內(nèi)容確定，蒲公英脆片的組織狀態(tài)、色澤、滋味口感、氣味的權(quán)重比例，構(gòu)成蒲公英脆片評價(jià)體系的權(quán)重集A=（0.1 0.2 0.5 0.2）。

同上得各評價(jià)集：

再通過

哥們兒朝洛蒙看看手表。這哪里是半夜呀，已經(jīng)是早晨八點(diǎn)多了！只是臥室沒有窗子透不進(jìn)亮光，依然漆黑如夜罷了。

同上得各比例集：

同上得到最終感官評分（分）：

2.2 各因素及指標(biāo)的影響

膨化時(shí)間對各指標(biāo)的影響見圖1。

由圖1可知，通過不斷增加膨化時(shí)間，脆片模糊數(shù)學(xué)感官評分、膨化率、硬度先增加到最大值后減小，且于40 min時(shí)達(dá)到最佳效果，當(dāng)膨化時(shí)間大于或小于40 min時(shí)，脆片的質(zhì)量均達(dá)不到最優(yōu)，膨化時(shí)間過短時(shí)，達(dá)不到預(yù)期的脆片效果，膨化時(shí)間過長，容易出現(xiàn)過度膨化而造成焦煳現(xiàn)象，嚴(yán)重影響脆片的口感，并導(dǎo)致各指標(biāo)出現(xiàn)異常。脆度值隨著膨化時(shí)間的增加而減小到最小值后逐漸增大，在40 min處達(dá)最小值1.10 mm。

膨化功率對各指標(biāo)的影響見圖2。

由圖2可知，隨著膨化功率的不斷增加，脆片模糊數(shù)學(xué)感官評分、硬度與膨化率不斷增加到最大值后減小，在1 500 W處均達(dá)到最佳值，當(dāng)膨化功率大于或小于1 500 W時(shí)，均不能達(dá)到脆片的最優(yōu)效果，容易出現(xiàn)依舊潮濕與過度膨化導(dǎo)致的焦煳，影響脆片的色澤、口感、營養(yǎng)價(jià)值。脆度值于1 500 W時(shí)達(dá)到最小值1.21 mm。

馬鈴薯淀粉用量對各指標(biāo)的影響見圖3。

圖1 膨化時(shí)間對各指標(biāo)的影響

圖2 膨化功率對各指標(biāo)的影響

由圖3可知，通過不斷增加馬鈴薯淀粉用量，脆片模糊數(shù)學(xué)感官評分、硬度、膨化率均增大到最大值后減小，當(dāng)馬鈴薯淀粉用量達(dá)到8 g時(shí)出現(xiàn)最佳效果，當(dāng)馬鈴薯淀粉的用量大于8 g時(shí)，硬度、膨化功率、模糊數(shù)學(xué)感官評分均受影響，可能是由于過量的馬鈴薯淀粉阻礙脆片的膨化。脆度值隨馬鈴薯淀粉用量的增加而減小后又增大，于8 g時(shí)達(dá)到最佳值1.12 mm。

圖3 馬鈴薯淀粉用量對各指標(biāo)的影響

脆片厚度對各指標(biāo)的影響見圖4。

圖4 脆片厚度對各指標(biāo)的影響

通過改變脆片厚度，當(dāng)脆片厚度1～3 mm時(shí)，脆片的硬度與膨化率均無劇烈變化，模糊數(shù)學(xué)感官評分當(dāng)脆片厚度為2 mm時(shí)達(dá)到最優(yōu)值95分；當(dāng)脆片厚度超過3 mm時(shí)，模糊數(shù)學(xué)感官評分低至60分且無升高趨勢，膨化率與硬度值均出現(xiàn)急速降低；當(dāng)脆片厚度為2 mm時(shí)脆片脆度值達(dá)最優(yōu)值1.13 mm。綜合分析脆片厚度對各指標(biāo)影響，當(dāng)脆片厚度為2 mm時(shí)脆片品質(zhì)最佳。

綜合分析后，膨化時(shí)間、膨化功率、馬鈴薯淀粉用量與脆片厚度對各指標(biāo)都有影響，且通過改變上述因素后，各指標(biāo)均發(fā)生上下浮動(dòng)后達(dá)到最佳值，因此通過上述任何一個(gè)因素都可以得到脆片的最佳加工條件，當(dāng)膨化時(shí)間為40 min，膨化功率1 500 W，馬鈴薯淀粉用量8 g，脆片厚度2 mm時(shí)，脆片感官品質(zhì)均達(dá)到最優(yōu)值。

分析上述4個(gè)因素對各指標(biāo)都有影響，但是單獨(dú)從圖像的跨度與曲折程度進(jìn)行分析，不能確切地得到哪一個(gè)因素對于指標(biāo)的影響更加顯著，只能由圖像的趨勢走向進(jìn)行大致的估計(jì)，當(dāng)各個(gè)因素發(fā)生改變時(shí)，脆片指標(biāo)硬度、脆度、模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)分變化較大，但是從圖像中分析得到的趨勢，雖可應(yīng)用于后續(xù)試驗(yàn)，但相對誤差較大。如果在研究過程中出現(xiàn)相近趨勢的時(shí)候，則通過圖像分析無法進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。人為的主觀誤差會(huì)大大增高，從而失去研究過程中的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，這樣得到的研究結(jié)果也不具備說服力。

2.3 變異系數(shù)法對各因素各指標(biāo)的分析

針對不同因素對4個(gè)研究指標(biāo)的影響，以膨化率、硬度、脆度與模糊數(shù)學(xué)感官評分為指標(biāo)，利用變異系數(shù)法公式（2）、公式（3）、公式（4）進(jìn)行分析得到各指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)，再通過公式（4）計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重。

不同因素下各指標(biāo)的權(quán)重見表3。

表3 不同因素下各指標(biāo)的權(quán)重

由表3可知，4個(gè)指標(biāo)中脆度所占的權(quán)重比例最大，其次是模糊數(shù)學(xué)感官評分、硬度，膨化率的權(quán)重最小。同時(shí)，也表明了在探究脆片研制的工藝過程中，以脆度為指標(biāo)進(jìn)行探究最好，可以更加明確清晰地得到最優(yōu)解。其次也可考慮硬度與感官評分，最好采用模糊數(shù)學(xué)感官評分，更加全面地分析脆片的感官表現(xiàn)。

利用公式（6）將膨化時(shí)間、膨化功率、馬鈴薯淀粉用量與脆片厚度不同因素下的指標(biāo)膨化率、硬度、脆度與模糊數(shù)學(xué)感官評分的值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（注：脆度的值，由于其值越小則脆片的口感等感官更好，因此脆度值標(biāo)準(zhǔn)化之后需要帶符號），不同因素下的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化之后的值與其對應(yīng)的權(quán)重相乘，再將不同因素下的各指標(biāo)值相加得到最終評分。

不同因素下各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值見表4。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程中，由于各個(gè)數(shù)據(jù)的單位轉(zhuǎn)換，在分析過程中會(huì)造成分析的誤差和不便，通過表4對各因素下指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，在后續(xù)分析過程中，不需要再考慮單位不一致帶來的影響，故準(zhǔn)確率增加。

表4 不同因素下各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值

不同因素下各指標(biāo)的綜合評分見表5。

表5 不同因素下各指標(biāo)的綜合評分

由表5可知，經(jīng)變異系數(shù)法計(jì)算得到綜合評分，從綜合評分中即可直觀地看出單因素探究的因素中，影響從大到小依次為膨化時(shí)間（0.281分）>膨化功率（0.280分）>脆片厚度（0.107分）>馬鈴薯淀粉用量（-0.331分）。在試驗(yàn)所研究的4個(gè)因素當(dāng)中，工藝條件中的膨化時(shí)間與膨化功率對試驗(yàn)所研究的指標(biāo)影響最大，因此在后續(xù)試驗(yàn)當(dāng)中為得到更準(zhǔn)確的最優(yōu)解，可進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)研究，通過正交試驗(yàn)或響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)，可得到更加準(zhǔn)確的加工條件，而配方條件中的馬鈴薯淀粉用量在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，對指標(biāo)影響較小，僅需通過單因素試驗(yàn)后，確定其最佳添加量即可，無需進(jìn)行深度探討。

通過變異系數(shù)法處理后，各影響因素得到綜合的評定，通過對比綜合評分，綜合評分較大的因素可用于后續(xù)的單因素試驗(yàn)過程中著重研究并應(yīng)用于響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)或正交試驗(yàn)中。生物、化學(xué)、藥物等方面科學(xué)研究過程中，所需要探討的因素眾多，每個(gè)因素對研究結(jié)果均有一定的影響，但若一一探討各個(gè)因素，耗時(shí)太長且結(jié)果不一定得到最優(yōu)化的改變，通過變異系數(shù)法處理后，對影響較大的因素進(jìn)行探討，試驗(yàn)量大大降低，亦可得到最優(yōu)化的結(jié)果，因此變異系數(shù)法在生物、化學(xué)等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用。

3 結(jié)論

研究首次利用模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)與變異系數(shù)法結(jié)合的方法，模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)可通過數(shù)學(xué)集合計(jì)算與權(quán)重分析相結(jié)合，對脆片的組織結(jié)構(gòu)、色澤、滋味、氣味4個(gè)特征分別進(jìn)行評價(jià)，可極大地減少人們在普通感官評價(jià)方法當(dāng)中所存在的因人為對某一特征的喜好而產(chǎn)生的極大誤差，該分析方法所得到的感官評價(jià)分值更具有說服力。通過變異系數(shù)法分析，可得到試驗(yàn)中更值得深入研究的指標(biāo)與因素，利用對產(chǎn)品影響最大的指標(biāo)與因素設(shè)計(jì)進(jìn)一步的優(yōu)化試驗(yàn)（正交或響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)），且變異系數(shù)法經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，無需考慮數(shù)據(jù)的單位影響。因此，分析產(chǎn)生的結(jié)果更加客觀、科學(xué)。試驗(yàn)所涉及的2種方法不僅可用于脆片品質(zhì)的研究，也可擴(kuò)展用于今后食品開發(fā)、藥物研究、發(fā)酵菌種處理等研究領(lǐng)域。

以蒲公英脆片為例，設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)探究4個(gè)因素與4個(gè)指標(biāo)的顯著影響性，并建立模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)體系得出評分作為指標(biāo)之一。利用單因素試驗(yàn)的20組脆片通過變異系數(shù)法分析不同因素下指標(biāo)影響的顯著性，從小到大依次是脆度、模糊數(shù)學(xué)感官評分、硬度、膨化率，因此脆片試驗(yàn)研究時(shí)應(yīng)以脆度指標(biāo)為重。再利用Z-score標(biāo)準(zhǔn)化法將各指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化后與其對應(yīng)指標(biāo)權(quán)重相乘得到最終的綜合評分，分析得4個(gè)因素研究的必要性從大到小依次是膨化時(shí)間、膨化功率、脆片厚度、馬鈴薯用量。模糊數(shù)學(xué)與變異系數(shù)法結(jié)合分析確定因素指標(biāo)的方法不僅可為脆片研究提供參考，也可供食品相關(guān)研究提供一種對試驗(yàn)因素與指標(biāo)選擇的方法。