基于主成分分析法的描述性面包感官參數(shù)評(píng)估

孫麗娟，胡學(xué)旭，張慧杰，吳麗，王步軍

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部谷物產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（北京），北京100081）

基于主成分分析法的描述性面包感官參數(shù)評(píng)估

孫麗娟，胡學(xué)旭，張慧杰，吳麗，王步軍*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部谷物產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（北京），北京100081）

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14611-2008《糧油檢驗(yàn)小麥粉面包烘焙品質(zhì)試驗(yàn)直接發(fā)酵法》中4個(gè)面包定量感官參數(shù)，依據(jù)感官評(píng)價(jià)小組表現(xiàn)，分析驗(yàn)證各參數(shù)穩(wěn)定性、難易程度和特性，為參數(shù)和標(biāo)度設(shè)置提供依據(jù)。選擇人員和樣品不同的四組感官評(píng)價(jià)小組，按該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)面包外觀、面包芯色澤、質(zhì)地和紋理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)打分，通過方差和主成分分析四組評(píng)價(jià)人員的各參數(shù)感官評(píng)價(jià)表現(xiàn)，分析4個(gè)參數(shù)特性。面包外觀樣品間差異顯著、易區(qū)分判別、穩(wěn)定性好、小組一致性好；面包芯色澤樣品間差異較顯著，但混雜了光澤和顏色兩個(gè)屬性，不易理解區(qū)分，小組一致性低于其他參數(shù)，穩(wěn)定性差；面包質(zhì)地差異較顯著、較易區(qū)分，但穩(wěn)定性較差，可通過培訓(xùn)改善人員的區(qū)分力和小組的一致性；面包芯紋理結(jié)構(gòu)差異不明顯、難于區(qū)分、穩(wěn)定性差，良好培訓(xùn)可改善區(qū)分能力和一致性；標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一標(biāo)度主成分分析顯示四個(gè)參數(shù)都是面包主要參數(shù)。建議將面包芯的顏色和光澤分開評(píng)分，或給出更詳細(xì)的描述，提高面包外觀和面包芯色澤的評(píng)分比例。

描述性；面包；感官評(píng)價(jià)；參數(shù)；主成分分析

感官評(píng)價(jià)方法主要分為三類：差別檢驗(yàn)、描述性分析和喜好性分析。國(guó)標(biāo)GB/T 14611-2008《糧油檢驗(yàn)小麥粉面包烘焙品質(zhì)試驗(yàn)直接發(fā)酵法》[1]中的面包感官評(píng)價(jià)屬于傳統(tǒng)描述性定量分析法，主要從面包外觀，以及面包芯色澤、質(zhì)地和紋理結(jié)構(gòu)4個(gè)綜合參數(shù)對(duì)其進(jìn)行描述，參照標(biāo)準(zhǔn)給出的各屬性描述給出標(biāo)度，通過總標(biāo)度判斷面包整體品質(zhì)[2-4]。這4個(gè)感官參數(shù)包含了面包冠、頸和表皮情況，面包芯顏色、光澤、平滑性、彈性、回復(fù)性、柔軟情況，以及面包芯孔壁性狀和薄厚、孔隙分布情況等多個(gè)屬性。各個(gè)參數(shù)的語(yǔ)言描述和標(biāo)度設(shè)定合理性，決定了面包感官評(píng)定的結(jié)果。因此，分析評(píng)價(jià)國(guó)標(biāo)中面包4個(gè)參數(shù)的感官評(píng)價(jià)特性非常重要。在感官評(píng)價(jià)研究中，主要應(yīng)用一元或多元的統(tǒng)計(jì)方法，特別是方差分析法（Analysis of Variance，ANOVA）和主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA），對(duì)評(píng)價(jià)小組成員區(qū)分能力、重復(fù)性、再行性和一致性進(jìn)行評(píng)估[5-11]。通過分析比較評(píng)價(jià)小組對(duì)不同參數(shù)的區(qū)分能力、一致性等情況，可綜合判斷參數(shù)設(shè)定的合理性。目前方差分析、主成分分析已大量應(yīng)用于豆腐干品質(zhì)結(jié)構(gòu)[12]、酒類感官預(yù)測(cè)[13-14]、面條品質(zhì)[15-16]、鴨血豆腐[17]、發(fā)酵乳制品[18]、桃子汁[19]、煙草[20]等中感官參數(shù)的分析篩選。本文對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，依據(jù)人員和樣品不同的四組感官評(píng)價(jià)小組表現(xiàn)，主要應(yīng)用方差分析法和主成分分析等統(tǒng)計(jì)手段，通過分析評(píng)價(jià)小組區(qū)分能力和一致性，系統(tǒng)評(píng)估驗(yàn)證了其中面包4個(gè)感官定量評(píng)價(jià)參數(shù)的穩(wěn)定性、難易程度和特異性，為優(yōu)化參數(shù)及其標(biāo)度設(shè)置提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)樣品為2011-2014年強(qiáng)筋小麥23個(gè)品種、43個(gè)樣品，分別來自河北、黑龍江、山東、河南和湖北省5個(gè)省份的不同麥區(qū)，田間取樣、實(shí)驗(yàn)室制粉后，后熟1個(gè)月。試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)儀器

制粉機(jī)MLU202：無(wú)錫布勒機(jī)械制造有限公司：和面機(jī)ARM-02：加拿大雷鳥食品機(jī)械有限公司；面團(tuán)成型機(jī)JCXZ：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；醒發(fā)箱JXFD12：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；烤箱TMCCCC-218：日本三幸機(jī)械株式會(huì)社；THUNDERBIRD切片機(jī)：加拿大雷鳥食品機(jī)械有限公司，切片距12 mm；電子天平ML3002：梅特勒-托利多儀器上海有限公司；獨(dú)立封閉的感官評(píng)價(jià)室。

1.3 試驗(yàn)方法

分別于2011年-2014年每年各1次共4次，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14612-2008對(duì)面包的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)打分，每次評(píng)價(jià)8-15個(gè)品質(zhì)不同的樣品，每次評(píng)價(jià)提供對(duì)照樣品1個(gè)，對(duì)照經(jīng)專家組協(xié)商給出參考分值，評(píng)價(jià)小組成員7-15人，其中2011年設(shè)定為第一組、2012年為第二組、2013年為第三組、2014年為第四組，每組感官評(píng)價(jià)具體情況見表1。

表1 各感官評(píng)價(jià)小組情況表Table 1 The details of 4 sensory evaluation panels

國(guó)標(biāo)面包感官評(píng)價(jià)參數(shù)一共包括面包外觀，以及面包芯色澤、質(zhì)地和紋理結(jié)構(gòu)4個(gè)參數(shù)，根據(jù)每個(gè)參數(shù)的描述對(duì)其打分，最后合計(jì)為面包感官評(píng)分，本研究不考量面包體積評(píng)分，具體情況見表2。

表2 GB/T 14612-2008中4個(gè)參數(shù)具體描述和打分Table 2 The descriptive and score of 4 parameters in GB/T 14612-2008

其中外觀是通過觀察面包外部結(jié)構(gòu)、冠的大小、表皮光滑來判定，其他3個(gè)參數(shù)通過對(duì)等厚的面包片觀察、觸摸和按壓，判定面包芯色澤、紋理和質(zhì)地等。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Panel check和 SPSS（Statistical Program for Social Sciences）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。SPSS軟件分析每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第四組中4i號(hào)感官評(píng)價(jià)人員出現(xiàn)異常值，將其剔除；Panel check軟件分別對(duì)四組面包感官評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素方差分析，對(duì)每組評(píng)價(jià)人員的面包感官參數(shù)打分進(jìn)行主成分分析，針對(duì)第二組的四個(gè)面包感官參數(shù)進(jìn)行主成分法分析和標(biāo)準(zhǔn)化主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 面包感官參數(shù)穩(wěn)定性分析

四組感官評(píng)價(jià)小組所有樣品的面包參數(shù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差見表3。

表3 四組感官評(píng)價(jià)小組所有樣品的面包參數(shù)Table 3 The bread parameters of 4 sensory evaluation panels

續(xù)表3 四組感官評(píng)價(jià)小組所有樣品的面包參數(shù)Continue table 3 The bread parameters of 4 sensory evaluation panels

從表3可以看出，四組感官評(píng)價(jià)樣品中，面包外觀的標(biāo)準(zhǔn)偏差分布在0～0.89、面包芯色澤分布在0～0.99、質(zhì)地分布在0.23～1.93、紋理結(jié)構(gòu)分布在0.83～6.98，不同小組標(biāo)準(zhǔn)偏差差異較大，基本分布在各參數(shù)最大標(biāo)度的20%以內(nèi)；所有感官評(píng)價(jià)小組中，面包外觀的標(biāo)準(zhǔn)偏差整體略低于面包芯色澤，低于面包芯質(zhì)地，明顯低于面包芯紋理結(jié)構(gòu)；隨著樣品平均值的降低，面包參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差呈升高趨勢(shì)，但參數(shù)特性變化無(wú)明顯規(guī)律。方差分析是感官評(píng)價(jià)最常用的數(shù)據(jù)分析方法[8-9，21]，參數(shù)的 F 值越大，其區(qū)分效果越好，P＞0.05表示樣品間不存在顯著性差異，P＜0.05時(shí)，則表明存在顯著性差異，只有少數(shù)人無(wú)法區(qū)分[11-12]，通過比較不同組別的F值和區(qū)分效果判斷參數(shù)的穩(wěn)定性。

對(duì)各組樣品對(duì)評(píng)分的方差分析顯示，所有感官評(píng)價(jià)小組的面包外觀F值均大于12（P＜0.01），基本大于其他參數(shù)，樣品間面包冠的形狀和頸的大小差異顯著、易區(qū)分，感官評(píng)定的穩(wěn)定性好；面包芯色澤和質(zhì)地F值（P＜0.05）變化較大，面包芯的顏色、光澤、軟硬度和彈性差異較顯著，感官評(píng)定的穩(wěn)定性減弱；面包芯結(jié)構(gòu)中各組F值變化最明顯，整體低于其他組，其中第三組的P＞0.05未能區(qū)分樣品間差異，可見面包紋理結(jié)構(gòu)主要通過其氣孔細(xì)密均勻程度，以及氣孔形狀、孔壁薄厚判斷，樣品間物理差異極小，不易區(qū)分，感官評(píng)定的穩(wěn)定性最差，各組評(píng)分方差分析見圖1。

2.2 面包感官參數(shù)難易程度分析

用Panel Check軟件分別對(duì)四組所有評(píng)價(jià)人員的面包外觀、面包芯色澤、質(zhì)地和紋理結(jié)構(gòu)評(píng)分進(jìn)行主成分分析見圖2～圖5，圖中每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)評(píng)價(jià)員，點(diǎn)落在內(nèi)外橢圓之間時(shí)，表明該點(diǎn)50%以上的系統(tǒng)方差可以由主成分1和主成分2解釋，評(píng)價(jià)人員的點(diǎn)越靠近外橢圓，各點(diǎn)聚攏程度越高和主成分1貢獻(xiàn)率越大時(shí)，評(píng)價(jià)小組的一致性越好[5，10，12]，通過評(píng)估評(píng)價(jià)人員對(duì)各參數(shù)的區(qū)分力和組間一致性，分析參數(shù)判斷的難易程度。圖2顯示面包外觀的第一、二組各點(diǎn)主要集中在外橢圓，主成分1的貢獻(xiàn)率高達(dá)82.5%和84.2%，第三、四組各點(diǎn)分散加大，分別有兩個(gè)點(diǎn)落入內(nèi)橢圓，主成分1的貢獻(xiàn)率分別為65.3%和64.6%，評(píng)價(jià)小組對(duì)該參數(shù)的區(qū)分能力和一致性好于其他參數(shù)，面包外觀差異明顯，肉眼直接可見，參數(shù)判別最容易。

圖1 四組感官評(píng)價(jià)受樣品影響方差分析圖Fig.1 The 4 panels sensory evaluation with product effect in ANOVA analysis

圖2 Tucker-1面包外觀分析Fig.2 Tucker-1model of the bread shape and crust

圖3 tucker-1面包芯色澤分析Fig.3 Tucker-1model of the bread crumb colourandlustre

圖4 tucker-1面包芯質(zhì)地分析Fig.4 Tucker-1model of the bread softness and springiness

圖5 tucker-1面包芯紋理結(jié)構(gòu)分析Fig.5 Tucker-1model of the bread crumb textrue

圖3～圖5顯示，面包芯參數(shù)的第三、四組在內(nèi)橢圓中的點(diǎn)明顯增多，主成分1的貢獻(xiàn)率也有所降低。面包芯色澤（圖3）的A和B中各點(diǎn)聚攏程度和主成分1貢獻(xiàn)率低于面包芯其他參數(shù)，C和D中各點(diǎn)分散明顯，主成分1的貢獻(xiàn)率降低最明顯，分別降到25.6%和42.1%，可見各小組的區(qū)分力和一致性最差，如前分析樣品間色澤差異雖較顯著，卻最難區(qū)分辨別，主要由于絲樣光澤和顏色是面包芯的兩個(gè)屬性，混雜在同一參數(shù)中，不易準(zhǔn)確判斷，降低了評(píng)價(jià)人員對(duì)面包芯色澤的區(qū)分能力，因此建議將顏色和光澤分開評(píng)分，或給出更準(zhǔn)確的描述；面包質(zhì)地和紋理結(jié)構(gòu)各組表體改善（見圖4、圖5），但差異仍較大，圖4、5的A和B中各點(diǎn)都聚攏在外橢圓，主成分1的貢獻(xiàn)率也明顯好于C和D，由于質(zhì)地差異較為明顯，但需通過觀察和觸摸綜合判別，區(qū)分難度略有增加，紋理物理結(jié)構(gòu)差異細(xì)微，肉眼較難準(zhǔn)確區(qū)分，建議針對(duì)需要多種感官綜合判定的屬性，可通過良好培訓(xùn)改善小組區(qū)分能力。

2.3 面包感官參數(shù)標(biāo)度分析

通過對(duì)每個(gè)參數(shù)第一主成分的貢獻(xiàn)率比較，貢獻(xiàn)率越大，評(píng)價(jià)小組一致性越好[5，10，22-23]，選擇一致性最好感官小組分析參數(shù)特性。綜合分析面包四個(gè)參數(shù)的主成分1貢獻(xiàn)率表明，各組感官評(píng)價(jià)小組一致性表現(xiàn)不同，整體上第二組和第一組的一致性明顯好于其他兩組，其中第二組最好、第一組次之、第四組再次、第三組最差。選用各參數(shù)主成分1貢獻(xiàn)率最高的第二組數(shù)據(jù)，對(duì)面包四個(gè)感官參數(shù)進(jìn)行主成分分析，原始打分?jǐn)?shù)據(jù)主成分分析顯示見圖6A，只有面包芯紋理、質(zhì)地的主成分貢獻(xiàn)率大于0.9，第一主成分（99.6%）主要綜合面包芯紋理參數(shù)，第二主成分（0.3%）主要綜合面包芯質(zhì)地參數(shù)，主要由標(biāo)度比例最大的面包芯紋理結(jié)構(gòu)和質(zhì)地決定。由于各參數(shù)標(biāo)度差異較大，絕對(duì)值大小影響求解主成分，為更好分析相對(duì)數(shù)的變量作用，可采用標(biāo)準(zhǔn)化主成分分析方法[24-25]。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化見圖6B，統(tǒng)一標(biāo)度處理見圖6C，主成分分析顯示面包四個(gè)感官參數(shù)與主成分貢獻(xiàn)率均大于0.9，第一主成分分別為98.1%和98.4%綜合面包四個(gè)參數(shù)，第二主成分分別為1.0%和0.8%主要綜合面包芯色澤和面包外觀，可見四個(gè)參數(shù)都是面包主要參數(shù)，應(yīng)提高面包芯色澤和外觀在評(píng)分體系中所占的比例。

圖6 面包四個(gè)感官參數(shù)進(jìn)行主成分分析Fig.6 Four bread sensory evaluation parameters principal component analysis

3 結(jié)論

我國(guó)面包感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)已實(shí)施多年，但在實(shí)際操作過程中，仍存在個(gè)別參數(shù)描述不準(zhǔn)確問題，本研究通過分析四組感官評(píng)價(jià)小組表明，發(fā)現(xiàn)面包外觀主要依據(jù)面包頸和冠的大小，通過肉眼直觀判斷，樣品間差異明顯、更易判別區(qū)分、穩(wěn)定性好，各評(píng)價(jià)小組一致性好。面包芯色澤主要依靠在一定光線下肉眼觀察判斷，差異較顯著，但參數(shù)混雜了光澤和顏色兩個(gè)屬性，不易區(qū)分判斷，穩(wěn)定性很差，建議將顏色和光澤兩個(gè)屬性區(qū)分開，并做準(zhǔn)確描述。面包質(zhì)地主要通過觸感和觀察來判斷，差異較為顯著，較易區(qū)分判別，但穩(wěn)定性較差，需通過培訓(xùn)改善人員的能力和小組一致性。面包芯紋理結(jié)構(gòu)主要根據(jù)面包芯氣孔大小、形狀、排列情況判斷，差異不明顯、不易區(qū)分，穩(wěn)定性差，培訓(xùn)良好的人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參考圖片，能有效分辨樣品間差異，改善一致性。面包外觀、面包芯色澤、質(zhì)地和紋理四個(gè)參數(shù)標(biāo)度不同，面包外觀和面包芯色澤的標(biāo)度明顯低于其他參數(shù)，但標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一標(biāo)度主成分分析顯示四個(gè)參數(shù)都是面包主要參數(shù)，應(yīng)提高兩參數(shù)的評(píng)分比例。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 14611-2008.糧油檢驗(yàn)小麥粉面包烘焙品質(zhì)試驗(yàn)直接發(fā)酵法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008:1-5

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Analysis the Parameter of Descriptive Bread Sensory Evaluation Base on Principal Component Analysis

SUN Li-juan，HU Xue-xu，ZHANG Hui-jie，WU Li，WANG Bu-jun*
（Institute of Crop Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences/Laboratory of Quality&Safety Risk Assessment for Cereal Products（Beijing），Ministry of Agriculture，Beijing 100081，China）

On the basis of GB/T 14611-2008and evaluation panels performance，analysis the stability，distinctness and characteristic of bread sensory evaluation parameters，provide the reference to setting parameters and scale.According to GB/T 14611-2008，four panels of participants performed bread sensory evaluation.Date of panel performance was studied by the analysis of variance（ANOVA）and principal component analysis（PCA）to discuss four bread parameters.The bread parameter of shape and crust between samples was significant difference and easy to distinguish，the parameter had well stability and panel agreement.The bread crumb colourandlustre were significant difference between samples，but the bread crumb colourandlustre was uneasy to distinguish for mixed up two attributes colour and luster，the stability and panel agreement of the parameter were the worst.The bread softness and springiness between samples were significant difference and easy to distinguish，the panellists with good training were better to distinguish the parameter and panel agreement.The crumb texture between samples was insignificant difference and uneasy to distinguish，the panellists by training should have better ability of distinguish and panel agreement.Date of the four parameters was studied by standardized and uniform scale principal component analysis，the parameters in GB were main parameters of bread.The colourandlustre should be divided into two parameters or with more particular descript.There should be improved the scale of bread shape and crust and bread colourandlustre.

descriptive；bread；sensory evaluation；parameter；principal component analysis

2016-09-19

農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗(yàn)示范項(xiàng)目（125161009000150001）；農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和修訂項(xiàng)目（125161009000150009）

孫麗娟（1979—），女（滿），助理研究員，碩士，研究方向：谷物品質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)。

*通信作者：王步軍，研究員，博士。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.13.003