模糊数学感官评价法优化芦笋果糕加工工艺

程文龙，王丽，李雪，王辉，李正提，刘光宪*

（1.江西省农业科学院 农产品加工研究所，江西 南昌 330100；2.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；3.井冈山市瓯峰农业科技有限公司，江西 井冈山 343600）

芦笋（Asparagus officinalis L.）是草本植物石刁柏的幼苗[1]。19世纪人们发现芦笋具有防癌作用[2-3]。芦笋风味浓郁，且综合利用价值较高[4-5]，鲜食时味道鲜美、清脆爽口，加工后的芦笋制品也能保持芦笋独有的风味[6-7]，在世界范围内颇受人们喜爱[5]。芦笋富含多种氨基酸、蛋白质、维生素、天冬酰胺、皂角苷、芦丁、萜类化合物及微量元素（硒、钼、铬、锰等）[8]，能提高人体免疫力，其食用价值十分显著[5，9]。另据报道，芦笋动物实验显示芦笋具有缓解体力疲劳的功效[10]。

与国外芦笋种植资源匮乏、育种复杂、周期长[5，11]相比，国内近年来应用生物技术，加速了优良芦笋单株的扩繁和选育，已形成品种优势[5]。借助扶贫政策，芦笋在我国多省大规模种植，效益显著。但芦笋采摘后不易保存，销售半径短，制约了芦笋行业的进一步发展[2]。研发相关深加工产品，深度挖掘产业价值迫在眉睫。

果糕是一项传统风味食品，口味众多，比较畅销的有南酸枣糕[12]、金桔果糕[13]、脐橙果糕[14]、猕猴桃果糕[15]、无花果果糕[16]等。同时果糕具有易于制作、工艺成熟、原料丰富、便于储藏等优点。且随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，消费者对食品多元化、多样化的需求不断增长。芦笋药食同源的特性和风味特色可以满足消费者健康和风味要求。迄今为止，有关芦笋果糕的配方及工艺研究报道较少。开发芦笋果糕功能产品，既能丰富芦笋深加工产品系列，又利于促进芦笋行业发展，提升芦笋的产业价值，巩固产业扶贫成果。为开发利用芦笋制作成果糕产品，且保留特色风味，优化口感品质的配方及工艺，满足消费者对于绿色健康食品的需求，本研究以芦笋、高酯果胶、琼脂粉、卡拉胶等为原料互配，通过单因素和正交试验确定芦笋风味果糕工艺参数，再通过模糊数学感官评价法优化芦笋果糕工艺，最后采用质构仪检测优化后果糕的质构特性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

芦笋：市售；高酯果胶、琼脂粉、柠檬酸、卡拉胶、异VC钠、蔗糖（均为食品级）：温县甘淳电子商务有限公司。

1.2 仪器与设备

TA.XT质构分析仪：英国Stable Micro System公司；C21-RH2162电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；LS8916不粘锅：浙江爱仕达电器股份有限公司；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 操作方法

新鲜芦笋经低温干燥、机械粉碎、低温超微粉碎制得芦笋粉。

量取蒸馏水300.00 mL，加热至45℃保温，并依次加入称量好的高酯果胶1.80 g、卡拉胶4.50 g、琼脂粉3.00 g、异 VC钠 0.30 g、柠檬酸 1.80 g、蔗糖 15.00 g，不断搅拌使原料完全溶解，待无核状不溶物质后，边搅拌溶液边加热至沸腾，保持1 min。将熬煮完成的液态果糕迅速倒入预制模具中，冷却凝固后，置于50℃下热风干燥12 h。干燥后，即为芦笋果糕成品。为更准确控制物料比例，本试验中物料添加量变化以质量为单位，后期换算成相应质量分数。

预试验中芦笋风味浓郁，异VC钠、柠檬酸、蔗糖对感官评价影响平稳，故根据经验添加量分别固定为0.30、1.80、15.00 g，考察芦笋、高酯果胶、琼脂粉、卡拉胶等原料添加量对果糕感官评价和质构特性的影响。

1.3.2 单因素试验

1.3.2.1 不同高酯果胶添加量对芦笋果糕感官品质的影响

调整高酯果胶添加量为0.03%、0.19%、0.57%、0.94%、1.31%、1.68%、2.05%，考察不同高酯果胶添加量对芦笋果糕感官品质的影响。

1.3.2.2 不同卡拉胶添加量对芦笋果糕感官品质的影响

调整卡拉胶添加量为0.48%、0.95%、1.42%、1.88%、2.34%、2.80%、3.25%，考察不同卡拉胶添加量对芦笋果糕感官品质的影响。

1.3.2.3 不同琼脂粉添加量对芦笋果糕感官品质的影响

调整琼脂粉添加量为 0.32%、0.63%、0.95%、1.87%、2.78%、3.68%、4.55%，考察不同琼脂粉添加量对芦笋果糕感官品质的影响。

1.3.2.4 不同芦笋粉添加量对芦笋果糕感官品质的影响

调整芦笋粉添加量为0.32%、0.95%、1.89%、4.60%、7.16%、8.79%、10.36%，考察不同芦笋粉添加量对芦笋果糕感官品质的影响。

1.3.3 正交试验设计

在前期预试验与单因素试验的基础上，设计L9（34）正交试验方案优化芦笋果糕的制作配方参数，各因素水平见表1[17-18]。

表1 芦笋果糕正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of asparagus fruit cake

1.3.4 感官评价方法

参照文献[19]的评价方法，设定芦笋果糕感官评价标准，细分为4个感官品质指标（风味、口感、组织状态、色泽），每个指标分为优（S1）、中（S2）、差（S3）3个等级。评价具体标准如表2。

表2 芦笋果糕感官评价标准Table 2 Criterions of sensory evaluation for asparagus fruit cake

1.3.5 模糊数学建模

1.3.5.1 评价对象

评价对象集是指评定的果糕样品的集合，X={X1，X2，X3，…，X9}，X1～X9分别代表本次正交试验中的 9 组样品。用Xj代表第j组果糕的综合评价结果，其中j=1，2，3，…，9[20]。

1.3.5.2 评价因素

评价因素集是指果糕品质影响因素的集合，F={F1，F2，F3，F4}，其中 F1、F2、F3、F4分别代表果糕的色泽、组织形态、口感和风味[19，21]。

1.3.5.3 评价等级

评价等级集是对各因素评价分级的集合。本试验将芦笋果糕分为 3 个等级，S={S1，S2，S3}，其中 S1、S2、S3分别代表优、中、差。

1.3.5.4 评价权重

1.3.5.5 矩阵分析感官评分

感官评价人员分别根据评价标准对9组样品进行评价，然后将结果中优、中、差次数除以评价员人数，即得出评价因素集中优、中、差所占比例从而建立样品的模糊矩阵R，再依据公式X=W·R计算各果糕的综合评价结果[22]。为更好地比较各样品感官品质的优劣，分别赋予差、中、优3个等级65、80、95，再将综合评价结果的各数值乘以对应的等级分数，结果相加可得出每个样品的最终模糊感官评分[23]。

1.3.6 质构分析

测定芦笋果糕的质构特性，试验时连续压缩果糕3次，设置试验高度为2 mm，并从计算机上读数。测试条件：模式TPA；探头P/5；探头速度0.5 mm/s；触发点负载5.0 g，触发类型自动。测定参数指标为硬度、黏性、弹性、凝聚性、胶黏性、咀嚼性和回复性。

1.4 数据处理

数据使用Excel 2016统计，分析图由Origin 2019绘制，质构特性结果采用SPSS 25.0软件分析，以平均值±标准差表示，正交试验设计及分析采用正交设计助手II V3.1专业版完成。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 高酯果胶添加量对果糕感官品质的影响

高酯果胶添加量对果糕感官品质的影响见图1。

图1 高酯果胶添加量对果糕感官品质的影响Fig.1 Effects of high ester pectin addition amount on sensory quality of fruit cake

在制备过程中加入高酯果胶在酸性溶液环境下能形成非可逆性凝胶，影响芦笋果糕的组织形态和品质[24-25]，由图1可知，随着高酯果胶添加量的逐渐增大，感官评分也逐渐增加，当高酯果胶添加量达到0.94%时，果糕评分达到最大值，为86.33分。而当果胶添加量大于0.94%后，感官评分有所降低，这可能因为果胶添加量增多时，果糕成型较快，不易入模，使果糕口感较硬，弹性较差。因此选取高酯果胶的添加量为0.50%～1.30%，进行正交试验设计。

2.1.2 卡拉胶添加量对果糕感官品质的影响

卡拉胶添加量对果糕感官品质的影响结果图2。

图2 卡拉胶添加量对果糕感官品质的影响Fig.2 Effects of carrageenan supplemental amount on sensory quality of fructose cake

在制备过程中加入卡拉胶与加入果胶的效果类似，可提高凝胶的弹性和保水性，影响芦笋果糕的组织形态和品质[26-28]。由图2可知，随着卡拉胶添加量的逐渐增大，感官评分也逐渐上升。当卡拉胶添加量达到2.34%时，果糕评分达到最大值，为84.33分。当卡拉胶添加量大于2.34%，感官评分有所降低。因此选取卡拉胶的添加量为1.40%～2.30%，进行正交试验设计。

2.1.3 琼脂粉添加量对果糕感官品质的影响

琼脂粉添加量对果糕感官品质的影响结果见图3。

图3 琼脂粉添加量对果糕感官品质的影响Fig.3 Effect of agar powder supplementation on sensory quality of fruit cake

在制备过程中加入琼脂粉可以快速诱发凝胶的形成，改善芦笋果糕的口感[29-30]。由图3可知，随着琼脂粉添加量的逐渐增多，感官评分呈先上升后下降的趋势，当琼脂粉添加量达到2.78%时，果糕评分达到最大值，为88.00分，而当琼脂粉添加量大于2.78%，感官评分开始降低。因此选取琼脂粉的添加量为0.90%～2.60%，进行正交试验设计。

2.1.4 芦笋粉添加量对果糕感官品质的影响

芦笋粉添加量对果糕感官品质的影响结果见图4。

图4 芦笋粉添加量对果糕感官品质的影响Fig.4 Effects of asparagus powder supplementation on sensory quality of fruit cake

在制备过程中加入芦笋粉，可以增加芦笋特色风味和色泽品质，但是随着芦笋粉添加量增多，青蒿味过重影响果糕的口感。由图4可知，随着芦笋粉添加量的逐渐增多，感官评分逐渐增加然后减小，当芦笋粉添加量达到4.60%时，果糕评分达到最大值，为79.00分。而当芦笋粉添加量大于7.16%，感官评分开始降低。因此，选取芦笋粉的添加量为1.80%～7.00%，进行正交试验设计。

2.2 感官评价与模糊数学模型分析

2.2.1 确定评价系数

参考文献[19]的方法，运用“0～4评判法”确定不同感官品质在芦笋果糕感官评价中的系数，5人（a，b，c，d，e）的权重评价评分结果如表3所示。

表3 芦笋果糕感官品质评价因素权重评分Table 3 Asparagus fruit cake sensory quality evaluation weight evaluation

由表3可知，在总分120分中，色泽、组织状态、口感、风味得分分别为24、24、48、24分，其中口感得分最高，是关键评价指标，色泽、组织状态、风味得分相同；通过计算得出色泽、组织状态、口感和风味的评价权重系数分别为0.2、0.2、0.4和0.2。

2.2.2 构建模糊矩阵

5位感官评价人员对芦笋果糕的9组正交试验产品进行评价，结果如表4。参照文献[19-20，22]构建芦笋果糕的模糊矩阵 R4×3。矩阵的 4 个行向量（1×3）分别代表感官品质色泽、组织状态、口感、风味4个维度，行向量中3个列向量代表此感官品质的优、中、差3个评分维度。

表4 芦笋果糕感官评价结果Table 4 Results of sensory evaluation of asparagus fruit cake

将以上9组正交试验的芦笋果糕感官评价结果转化为矩阵式，结果如下。

2.2.3 感官评价结果分析

根据模糊矩阵计算公式X=W·R，其中，W=（0.2，0.2，0.4，0.2）为常向量，以第一组试验结果为例，计算结果如下。

由上可知，2～9组试验果糕计算过程同上，综合评价结果如表5。

表5 芦笋果糕样品综合评价结果Table 5 Comprehensive evaluation results of asparagus fruit cake samples

表6 芦笋果糕工艺优化正交试验结果Table 6 Orthogonal experiment results of technology optimization of asparagus fruit cake

由表6可知，在正交试验1～9组中，第5组试验感官评分最高，为97.00分，对应的组合为A2B2C3D1。由正交试验的极值R可知，各因素影响大小顺序为A>B>C>D，即高酯果胶添加量>卡拉胶添加量>琼脂粉添加量>芦笋粉添加量。通过k值分析可知，最佳试验配方为A1B2C3D1与正交试验结果不同，故在最佳配方条件下重复3次试验，感官评分平均值为96.70分，与最优结果差异不显著。故可知最佳配方为A1B2C3D1，即高酯果胶添加量0.50%、卡拉胶添加量1.80%、琼脂粉添加量2.60%、芦笋粉添加量1.80%。

2.3 质构测定结果

质构特性是用于科学描述和评价食品组织形态和口感的重要指标[26]。本文对9组试验样品及优化组样品（10号）进行质构特性分析测定，测定结果见表7。

表7 产品质构特性测定结果Table 7 Test results of product texture characteristics

由表7可知，样品各质构指标范围为硬度3 290.21 g～11 453.20 g、黏性－166.62 g·s～－78.82 g·s、弹性0.51～0.75、凝聚性 0.30～0.64、胶黏性 1 474.79～7 303.07、咀嚼性 1 035.08～5 412.99、回复性 0.11～0.26。各样品质构特性中，弹性、凝聚性、回复性差异不显著（P＞0.05），硬度、黏性、咀嚼性、胶黏性差异显著（P＜0.05）。优化后芦笋果糕的质构测定结果为硬度（8 062.88±377.08）g、黏性（-141.09±15.30）g·s，弹性 0.71±0.02，凝聚性 0.52±0.01，胶黏性 4 875.11±203.19，咀嚼性3132.20±126.01，回复性 0.24±0.00。由表 7 可知，正交试验不同配方，样品的质构特性标准差存在较大差异。

3 结论

采用模糊数学感官评价法优化芦笋果糕的配方参数，结果表明，高酯果胶添加量0.50%、卡拉胶添加量1.80%、琼脂粉添加量2.60%、芦笋粉添加量1.80%时，模糊数学感官评分最高。在此配方下果糕的芦笋风味浓郁，酸甜适宜，软硬适中，富有嚼劲。优化后芦笋果糕的质构测定结果为硬度（8 062.88±377.08）g、黏性（-141.09±15.30）g·s，弹性 0.71±0.02，凝聚性 0.52±0.01，胶黏性 4 875.11±203.19，咀嚼性 3 132.20±126.01，回复性0.24±0.00。研究可为芦笋果糕的生产品质控制提供参考依据。