摘 要： 模糊数学是近年来运用到食品感官分析的一门热门学科,国内外学者对其进行了大量的研究,并取得了一些成果。就模糊数学的重要步骤、在食品感官分析中的应用现状,以及该方法存在的体系不完善、算法不合理等诸多不足进行综述。
关键词： 模糊数学; 食品; 感官分析; 应用; 现状;
Abstract： Fuzzy mathematics is a popular subject applied to food sensory analysis in recent years,and scholars at home and abroad have done a lot of research on it and achieved some results. In this paper,the important steps of fuzzy mathematics,the application status in food sensory analysis,the imperfect system and unreasonable algorithm of this method were reviewed.
Keyword： fuzzy mathematics; food; sensory analysis; application; present situation;
模糊数学是在模糊性现象的基础上进行研究和处理的一种数学方法。模糊数学评价法是根据模糊数学的隶属度理论,用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价,已应用于评价醋、奶茶、葡萄酒、猕猴桃、饮料、啤酒等食品中[1]。食品感官评价指食品感官评价者通过多种感知渠道对食品感官评价属性做出综合评价的系统评定方法。它能够较完整地描述食品的感官特征,是食品综合质量评价的重要方法,在加工食品的评价体系中起着主导作用。因感官评价一般采用评分法,而该方法易受主观因素的影响,导致很多时候科研人员很难对产品进行客观而准确的评价[2,3,4]。而模糊数学可以对不同评价目标的多种品质指标进行科学的评价,从而得出客观准确的评价结果,相对言之模糊数学加适用[5]。同时,模糊综合评价法是模糊数学中考虑和解决多因素问题的一种数学模型;它可以对食品感官品质中多因素的制约关系进行数学化的抽象,通过理想化评价模式建立一个反映其本质和动态过程[3,6]。到现在为止,模糊数学综合评价方法在食品领域已有较多研究[7],就模糊数学法在食品感官评价中的应用现状进行分析,为模糊数学法在食品感官分析领域的深入研究提供参考。
1、 模糊数学应用于食品感官评价
1.1、 食品的感官品质评价标准
应用模糊数学进行感官评价的基础是确定食品的感官评价标准。可依据相应的指标和试验方法确定食品的感官评价标准。例如,古明亮等人[8]根据水果经销商在订购丹棱不知火橘橙时合同中要求不知火橘橙的品质指标,以及行业标准规定的指标和试验方法,确定关于不知火橘橙的感官品质评价标准。评价标准是评价员对每种产品样品按其品质特性逐一进行单因素评价的依据,保证了评价结果的科学性、客观性和准确性。
1.1.1、 确定因素集
模糊因素集又称感官评定论域,指最能反映该食品感官品质指标的集合[9],在感官检测时,一般选择多个最能反映该食品的品质指标作为评定论域V,V={V1,V2,…,Vn},其中Vn表示第n项指标,n=1,2,3,…。因素集从所研究食品的感官特性来确定,食品的感官特性包括外观(其中包含浑浊度、色泽、形态等),香味(应有该食品固有的香味,无异味、异臭),滋味(主要是食品的酸、甜、苦、辣),组织(口腔咀嚼时的触觉和力感、食品的物理性质等)[10]。例如,付晓萍等人[11]在研究模糊数学在风味型红酒茉莉花奶茶感官评价中的应用中建立因素集V={色泽V1,香气V2,滋味V3,组织形态V4};崔震昆等人[12]以颜色光泽、形状外观、组织状态、香气口感4个因素为评价因素集,研究汽爆苹果渣玛芬蛋糕的配方。
1.1.2、 确定评语集
评语集由若干个最能反映该食品品质的指标组成,是感官评价员对评价指标反馈信息的整合,表示对每个因素的评价,可用等级、具体数值或文字表示[13,14],感官检验的评语论域为U,U={U1,U2,…,Um}。例如,杨应军等人[15]以级别1,级别2,级别3,级别4为评语集,构建方便面感官分析模糊综合评判模型;古明亮等人[9]设置评语集U={极好,好,较好,一般,较差},其中,5分、4分、3分、2分、1分分别是对极好、好、较好、一般、较差的赋分,对不知火橘橙感官品质进行综合评价;陈琼玲等人[16]对不同感官品质花生桃酥进行等级划分,即U=(优,良,中,差)=(90,80,70,60)。
1.1.3、 确定权重集
食品评价因素的权重集表示各因素在食品整体感官品质的重要程度,选择合适的权重分配方案确定各指标的权重向量X,X=(X1,X2,…Xn),X的因素是V中的一个模糊子集,Xn与Un是一一对应关系,并且规定Xi=1。权重会直接影响模糊评价结果,权重分配方案也是影响评价结果正确性、客观性和科学性的重要因素。孙于庆等人[17]在应用模糊数学优选择挤压法生产荞麦方便面的配方中,通过评委对各因素按0～4分评判法进行权重打分确定权重集;胡梁斌等人[18]采用强制决定法[19]确定鱼肉辣椒酱各感官指标的权重集;李莉华、洪春辉等人[20,21]先根据统计方法或者专家评分等方法建立各因素之间的权重分配,然后应用层次分析法(AHP)确定各因素的权重;陈琼玲等人[16]采用用户调查法[22]及二元比对决定法[23]对花生桃酥参加评价的因素进行一一对比,确定权重集。具备专业知识的参评人员与普通消费者对权重分配存在一定分歧,可以通过首先进行专家评定及市场调查,针对各个因素在感官评定中的重要程度进行排序,然后运用9点衡量法来确定各因素权重的大小。
1.2、 建立单因素评判
对每一个被评判的因素建立一个从V到U的模糊关系R,从而得到单因素评价集。要求评价员有相应的敏锐度和辨别能力[24],在评定前一天不饮酒、不吸烟,感官评定前不吃刺激性食物;每评定完一个样品要用清水进行漱口,间隔10 min,再对下一个样品进行评定。结果表现为对各样品的质量因素在每个评语中的票数或分数分布,将各评语的票数或分数比上评价员人数或总分数,结合各样品所有感官评价因素的评价结果,得到形如Rk=(rij)的模糊矩阵(其中k=1,2,…,为样品编号;i=1,2,…,n;j=1,2,…,m),表示样品各项指标到该指标评价结果的隶属程度。例如,谭祥峰等人[25]在研究运用模糊数学法确定最优的香菇菌配方中,评价员对各试验组各因素分别进行打分,统计各试验组中各等级所占的比例,得到模糊矩阵。罗仓学等人[26]在研究将模糊数学应用于果汁饮料品质评比中,评价员对各配方进行感官品质评品,将投票百分比汇总,最终得到模糊矩阵。
1.3、 模糊数学综合评判
食品感官评价的综合结果为Y,Y是模糊向量X与模糊矩阵R的合成。用矩阵乘法计算样品对各类的综合隶属度Yk=A×Rk(按照最大隶属度原则),可得食品感官品质综合评判的结果向量[27]。Y向量中的峰值表示综合评判的最佳结果,即确定该食品感官品质的所属评语;将各试验样品的综合评价结果的各个量与其对应等级赋予的分值先相乘再加和[28],最终得到样品的综合感官评分。
2 、结语
模糊数学方法的产生虽然只有几十年的历史,但其对各学科的影响深远,尤其是在工程领域中的应用更是引人注目[29]。但由于模糊数学方法本身具有不完备性和一些缺陷等问题[30],导致应用时造成混乱及不科学结果[31];同时,在模糊数学方法于安全系统工程中的应用方面引入模糊数学会增大计算量,可操作性不强,不利于方法的推广应用[30];其取大取小算法和最大隶属度原则存在一定的不合理性,熊德国等人[32]给出了改进算法,并引入综合评分方法作为最终评价结果,但目前该算法还未被广泛应用。模糊数学综合评价法已广泛用于确定食品的最佳工艺条件、优化配方、综合评价食品的感官品质。其中该法可与响应面分析法、正交试验等其他处理优化方法相结合,以提高感官评价的准确度。例如,代文婷等人[33]采用了模糊数学感官评定法与响应面分析法相结合,优化番茄调味酱配方;孙莹[34]采用正交试验和模糊数学评价法相结合的方法,确定粗粮比萨饼皮的最优配方。迄今为止,模糊数学在应用与研究方面取得了许多可喜的成就。周海中教授曾指出:“模糊数学的诞生,是科学技术发展与现代数学发展的必然结果和产物。但就现状而言,模糊数学的理论尚未成熟、体系还未形成,未来的发展还有待实践。
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