王聰，彭毅秦，喬明鋒*，劉陽(yáng)，范文教，陳云川

(1.四川旅游學(xué)院，成都 610100；2.成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610106)

馬鈴薯(potato，俗稱土豆)營(yíng)養(yǎng)全面，是我國(guó)第四大糧食作物，現(xiàn)今我國(guó)馬鈴薯及其制品的國(guó)際地位也在不斷增強(qiáng)[1]。油炸是現(xiàn)今馬鈴薯烹飪中流行極為廣泛的一種烹飪方式[2]，因此，油炸馬鈴薯?xiàng)l的感官品質(zhì)也漸漸引起消費(fèi)者們的關(guān)注。但大多數(shù)馬鈴薯經(jīng)高溫油炸后，感官品質(zhì)會(huì)因風(fēng)味(薯香味)、果肉色差、干物質(zhì)和淀粉含量、還原糖含量等品種屬性的影響而有所不同[3]。因此，單靠感官評(píng)價(jià)已無(wú)法滿足其復(fù)雜的感官分析。目前，除模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法彌補(bǔ)傳統(tǒng)的人為感官缺陷外[4]，智能感官儀器結(jié)合多元數(shù)據(jù)分析也在食品感官分析中廣泛應(yīng)用。Ouyang Qin等[5]利用紅外光譜技術(shù)對(duì)紅茶顏色的感官品質(zhì)進(jìn)行智能評(píng)價(jià)；Xia Dong等[6]通過(guò)智能傳感技術(shù)對(duì)干腌火腿的產(chǎn)地和等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)；賈茹[7]利用電子鼻結(jié)合化學(xué)計(jì)量法研究羊奶中蛋白質(zhì)摻假及多組分混合摻假的識(shí)別。而儀器測(cè)定結(jié)合多元數(shù)據(jù)分析能避免感官評(píng)價(jià)的模糊性，使感官分析結(jié)果更加全面和精準(zhǔn)[8]。智能感官與多種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)化組合將是食品感官綜合評(píng)價(jià)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)[9]。

本文以12種油炸馬鈴薯?xiàng)l為研究對(duì)象，利用智能感官設(shè)備(色差、質(zhì)構(gòu)、電子鼻、電子舌)和感官評(píng)價(jià)相結(jié)合，以模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、主成分分析研究不同品種間油炸馬鈴薯?xiàng)l的感官特征，以期篩選出適宜加工油炸薯?xiàng)l的馬鈴薯品種，同時(shí)為進(jìn)一步探索油炸馬鈴薯?xiàng)l的感官綜合評(píng)價(jià)方法打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯品種：克新1號(hào)、興佳2號(hào)、馬爾科、希森6號(hào)、雪川7號(hào)、雪川8號(hào)、青薯9號(hào)、巫溪洋芋、云薯603、黑美人、荷蘭14、荷蘭15，記作1～12號(hào)，具體品種屬性見(jiàn)表1。食用油：上海嘉里食品工業(yè)有限公司。

表1 12個(gè)馬鈴薯品種Table 1 Twelve kinds of potatoes

1.2 主要儀器與設(shè)備

FOX 4000電子鼻、ASTREE電子舌 法國(guó)Alpha M.O.S.公司；TMS-PRO食品物性分析儀 美國(guó)FTC公司；DC-P3新型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì) 北京興光測(cè)色儀器有限公司；HY-871電熱炸爐 福建莆田市海闊天空貿(mào)易有限公司。

1.3 樣品處理[19]

將每種馬鈴薯洗凈，去皮，切條(5 cm×1 cm×1 cm)，各稱取150 g，用清水漂洗，再將1 L食用油加入電炸鍋內(nèi)，預(yù)熱15 min至185 ℃，將馬鈴薯表面的水擦干后，放入185 ℃的油中煎炸5 min后撈起，自然冷卻至常溫待測(cè)。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 油炸馬鈴薯?xiàng)l感官評(píng)價(jià)

試驗(yàn)采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)12組樣品進(jìn)行感官評(píng)定。邀請(qǐng)10名感官評(píng)價(jià)員5男5女，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)對(duì)油炸馬鈴薯?xiàng)l各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，感官評(píng)價(jià)指標(biāo)：色澤(25分)、滋味(25分)、氣味(25分)、口感(25分)，總分100分。評(píng)分細(xì)則見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)價(jià)細(xì)則

1.4.2 建立數(shù)學(xué)模型

在本試驗(yàn)中，12個(gè)樣品為評(píng)價(jià)對(duì)象集Y，表示為Y1～Y12。因素集U={U1，U2，U3，U4}={色澤，滋味，氣味，口感}。評(píng)語(yǔ)集V={V1，V2，V3，V4}={優(yōu)90，良70，中50，差20}。評(píng)價(jià)權(quán)重集W= {W1，W2，W3，W4}。根據(jù)小組成員意見(jiàn)，確定色澤、滋味、氣味、口感4個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)分別為0.3，0.3，0.2，0.2，總和為1，即W={0.3，0.3，0.2，0.2}。模糊關(guān)系綜合評(píng)判集 Y=W×Ri，式中：Y為綜合評(píng)判集，W為權(quán)重集，R為模糊矩陣。

1.4.3 色差

采用全自動(dòng)色差儀測(cè)定L*、a*、b*，重復(fù)測(cè)定3次，取平均值。a*+代表色屬偏紅，a*-代表色屬偏綠色；b*+代表色屬偏黃色， b*-代表色屬偏藍(lán)色；L*值在0～100范圍內(nèi)值越大代表越亮。

1.4.4 質(zhì)構(gòu)[20]

選用R25圓柱擠壓探頭，測(cè)試程序TPA，測(cè)試速度60 mm/min，形變量50%，最小感應(yīng)力0.375 N，停頓2 s，重復(fù)測(cè)定6次取平均值。

1.4.5 電子鼻

樣品搗碎成泥，稱取2.00 g置于10 mL頂空瓶中，加蓋密封待檢。檢測(cè)參數(shù)：載氣(合成干燥空氣)流速150 mL/min，頂空加熱時(shí)間600 s，溫度70 ℃，進(jìn)樣體積1 mL/s，數(shù)據(jù)采集時(shí)間120 s，延滯時(shí)間180 s。

1.4.6 電子舌

參照文獻(xiàn)[21]的方法，樣品按照料液比1∶10測(cè)定前用相應(yīng)溶液對(duì)傳感器進(jìn)行活化、校準(zhǔn)及診斷。電子舌試驗(yàn)設(shè)置參數(shù)：采樣時(shí)間120 s，清洗時(shí)間60 s，攪拌速度3 r/s。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖表制作采用Excel軟件，差異顯著性分析、PCA分析由SPSS 23.0完成，圖像由OriginPro 2018和SPSS 23.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 油炸馬鈴薯?xiàng)l模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，油炸馬鈴薯?xiàng)l的感官評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 油炸馬鈴薯?xiàng)l的感官評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可知，10名感官評(píng)價(jià)人員的評(píng)分結(jié)果存在差異，以此可建立模糊矩陣。感官評(píng)定人員認(rèn)為1號(hào)樣品色澤優(yōu)：0人，良：0人，中：8人，差：2人，則U1={0，0，0.8，0.2}；對(duì)滋味感官評(píng)分中，選擇優(yōu)：0人，良：4人，中：5人，差：1人，則U2={0，0.4，0.5，0.1}；同理U3={0，0，0.7，0.3}，U4={0，0.3，0.7，0}。4個(gè)因素組成一個(gè)矩陣R1為：

同理：

依照模糊數(shù)學(xué)變換原理，用矩陣乘法計(jì)算12組油炸馬鈴薯?xiàng)l的模糊綜合評(píng)價(jià)集Y=W×Ri，并將綜合評(píng)判結(jié)果分別乘以其對(duì)應(yīng)的分值(優(yōu)90，良70，中50，差20)，再進(jìn)行加和，最終得到每個(gè)樣品的最后總分，最終結(jié)果見(jiàn)表4。其中得分最高的是Y7(72.4)和Y2(72.4)，其次是Y8(71.2)。

表4 模糊數(shù)學(xué)綜合得分和評(píng)價(jià)等級(jí)Table 4 The comprehensive scores and evaluation grades of fuzzy mathematics

2.2 油炸馬鈴薯?xiàng)l色澤特性分析

油炸馬鈴薯的色澤是其最重要的品質(zhì)指標(biāo)之一，影響著消費(fèi)者對(duì)其的接受程度[22-23]，這與消費(fèi)者的感官認(rèn)知直接相關(guān)。12組樣品的色差結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 油炸馬鈴薯?xiàng)l的色差結(jié)果分析Table 5 Analysis of color difference of fried potato chips

由表5可知，7號(hào)的a*值最高(6.88)，顯著高于其他品種，整體色澤偏紅；1號(hào)的a*值最低(-1.87)，色澤偏綠；4號(hào)的b*值(31.59)顯著高于其他品種，色澤偏黃；9號(hào)的b*(6.19)最低。偏紅色、偏黃的油炸薯?xiàng)l更符合人們的飲食習(xí)慣，綠色和藍(lán)色則代表油炸薯?xiàng)l色澤品質(zhì)欠佳。由色差結(jié)果可以看出， 4號(hào)、7號(hào)品種的油炸薯?xiàng)l的呈色比其他品種好。

2.3 油炸馬鈴薯?xiàng)l質(zhì)構(gòu)特性分析

質(zhì)地是除了顏色外影響薯?xiàng)l品質(zhì)的重要因素之一，薯?xiàng)l具有不均勻的質(zhì)地，內(nèi)部和外部的質(zhì)地應(yīng)結(jié)合在一起考慮[24]。

表6 油炸馬鈴薯?xiàng)l的質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析Table 6 Analysis of texture results of fried potato chips

由表6可知，8號(hào)的硬度69.07 N、膠黏性4.29 N顯著高于其他品種，4號(hào)的硬度6.90 N、膠黏性0.68 N最低；9號(hào)的內(nèi)聚性0.12 Ratio顯著高于其他品種；7號(hào)的黏附性最高，3號(hào)的黏附性最低；3號(hào)的咀嚼性最高，6號(hào)的咀嚼性(0.73 mJ)最低。優(yōu)質(zhì)的油炸薯?xiàng)l的產(chǎn)品質(zhì)地著重于外部的脆性(硬度)與內(nèi)部的柔軟度(膠黏性、內(nèi)聚性)，綜合質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析，這12組樣品中8號(hào)的油炸薯?xiàng)l質(zhì)構(gòu)品質(zhì)最好，4號(hào)、6號(hào)的油炸薯?xiàng)l質(zhì)構(gòu)品質(zhì)最差。

2.4 不同品種的油炸馬鈴薯?xiàng)l智能感官特征分析

2.4.1 油炸馬鈴薯?xiàng)l電子舌測(cè)定結(jié)果

除色澤和質(zhì)地外，油炸馬鈴薯?xiàng)l的品質(zhì)評(píng)價(jià)還包括風(fēng)味指標(biāo)[25]，因此采用智能感官技術(shù)對(duì)12組油炸馬鈴薯進(jìn)行滋味和香氣的感官特征分析。將12組樣品的電子舌數(shù)據(jù)做雷達(dá)圖，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 油炸馬鈴薯?xiàng)l的電子舌響應(yīng)值比較圖

由圖1可知，電子舌檢測(cè)結(jié)果在ZZ、BA、BB、GA、HA、JB這6根探頭的響應(yīng)平均值分別為1913.08，1705.60，1932.52，1241.33，1007.3，877.58，其中位數(shù)分別為1781.83，1777.47，1962.71，1131.31，960.525，748.25，這6根探頭的響應(yīng)值和中位數(shù)較高。不同品種的馬鈴薯滋味大致相似，為進(jìn)一步探究12組樣品的感官特征，選擇這6根探頭數(shù)據(jù)結(jié)合其他指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步化學(xué)計(jì)量統(tǒng)計(jì)法分析。

2.4.2 油炸馬鈴薯?xiàng)l電子鼻測(cè)定結(jié)果

由圖2可知，電子鼻的傳感器在P30/1(對(duì)烴類敏感)上響應(yīng)值最高，其次是PA/2(對(duì)醇類敏感)、P30/2(對(duì)醇類敏感)、P10/1(對(duì)碳氧化合物敏感)、T30/1(對(duì)有機(jī)化合物敏感)、P40/2(對(duì)強(qiáng)氧化氣體靈敏)、P40/1(對(duì)強(qiáng)氧化氣體靈敏)、P10/2(對(duì)烷類敏感)、T70/2(對(duì)芳香族化合物敏感)，然后是T40/1(對(duì)強(qiáng)氧化氣體靈敏)、TA/2(對(duì)有機(jī)化合物敏感)、T40/2(對(duì)強(qiáng)氧化氣體靈敏)，所以烴類、醇類、碳氧化合物、強(qiáng)氧化氣體、烷類、芳香族化合物和有機(jī)化合物在油炸馬鈴薯?xiàng)l中含量豐富且揮發(fā)性大，是其香氣的主要來(lái)源。此外，對(duì)氨類、氫類等易造成馬鈴薯不良風(fēng)味成分敏感的LY2/LG、LY2/G等其余傳感器響應(yīng)值變化較小，說(shuō)明在此過(guò)程中并沒(méi)有產(chǎn)生不良風(fēng)味[26]。同時(shí)說(shuō)明了不同品種馬鈴薯的香氣成分存在微小差異。由于這12根探頭所測(cè)結(jié)果變化幅度不大，所以繼續(xù)進(jìn)行下一步分析。

圖2 電子鼻探頭響應(yīng)值變化分析

2.5 油炸馬鈴薯?xiàng)l智能感官主成分分析(PCA)

以電子鼻、電子舌、質(zhì)構(gòu)與色差所有篩選出的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)集，綜合PCA分析，對(duì)12個(gè)樣品進(jìn)行區(qū)分。

表7 油炸馬鈴薯?xiàng)l的質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析

由表7可知，主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到80.691%，3個(gè)主成分已包含了樣品的絕大部分信息。

用27個(gè)指標(biāo)的主成分載荷除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開(kāi)平方根，得到3個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)即特征向量，X1～X27代表標(biāo)準(zhǔn)化后27個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，以特征向量為權(quán)重構(gòu)建3個(gè)主成分得分的函數(shù)表達(dá)式F1、F2、F3(F1為第一主成分得分；F2為第二主成分得分；F3為第三主成分得分)。

F1=0.278X1+0.278X2+0.277X3+0.276X4+0.275X5+0.275X6+0.274X7+0.273X8+0.272X9+0.266X10+0.233X11+0.206X12+0.202X13+0.147X14+0.013X15+0.106X16+0.037X17-0.117X18+0.153X19+0.062X20-0.136X21+0.074X22+0.036X23+0.014X24+0.028X25-0.006X26-0.089X27。

(1)

F2=0.022X1+0.017X2+0X3+0.021X4+0.036X5+0.017X6+0.041X7-0.066X8-0.076X9-0.105X10-0.192X11+0.007X12-0.223X13+0.052X14+0.391X15+0.356X16+0.307X17+0.296X18+0.295X19-0.280X20+0.264X21+0.068X22+0.196X23-0.121X24+0.270X25-0.238X26-0.029X27。

(2)

F3=0.014X1+0.020X2+0.027X3+0.013X4-0.022X5+0.006X6-0.029X7+0.022X8+0.038X9+0.032X10+0.082X11+0.015X12+0.105X13-0.2X14+0.093X15-0.159X16-0.25X17+0.003X18-0.206X19-0.171X20-0.241X21+0.408X22+0.405X23+0.375X24+0.347X25-0.33X26+0.098X27。

(3)

表8 油炸馬鈴薯?xiàng)l的智能感官各指標(biāo)在主成分中的特征向量及載荷值

續(xù) 表

以3個(gè)主成分中每個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率占所有提取主成分的貢獻(xiàn)率之和的比值為權(quán)重，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型F：

F=0.47450F1+0.17375F2+0.15866F3。

(4)

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 9 Comprehensive evaluation results of quality

由表9可知，7號(hào)品種的油炸馬鈴薯?xiàng)l的品質(zhì)綜合得分最高，為2.48，其次是2號(hào)(2.07)、8號(hào)(1.95)與1號(hào)(1.92)。

3 結(jié)論

為研究不同品種馬鈴薯?xiàng)l油炸后的感官特性，搜集克新1號(hào)、興佳2號(hào)等12種馬鈴薯為研究對(duì)象，采用人工感官和仿生感官(色差、質(zhì)構(gòu)、電子鼻與電子舌)相結(jié)合，以主成分綜合得分和模糊感官為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。分析得出7號(hào)(青薯9號(hào))感官品質(zhì)最佳，4號(hào)(希森6號(hào))、7號(hào)(青薯9號(hào))色澤最好，質(zhì)構(gòu)特征7號(hào)(青薯9號(hào))口感最佳；電子鼻和電子舌分析表明12種油炸馬鈴薯?xiàng)l香氣和滋味無(wú)明顯差別。綜上所述，青薯9號(hào)馬鈴薯最適合油炸馬鈴薯?xiàng)l加工。