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基于C&R决策树的茶饮料用原料茶初筛方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-16
核心提示:茶叶、可可、咖啡并称为世界三大传统饮料,随着人们健康意识的提升及消费理念的转变,茶饮料逐渐成为消费者最为青睐的健康饮品之一。
   茶叶、可可、咖啡并称为世界三大传统饮料,随着人们健康意识的提升及消费理念的转变,茶饮料逐渐成为消费者最为青睐的健康饮品之一。饮料用原料茶工艺技术方面的研究已有相关报道,但对其筛选方法的研究较少,目前生产上主要通过比较贮藏期间茶饮料的品质稳定性进行甄别,即在特定环境条件下检测所制茶饮料的抗高温色变、抗低温浑浊和风味保真等能力的高低,该方法实验周期长,且筛选效果与样本数量直接相关。
 
  对于茶饮料而言,汤色的稳定性是判断茶饮质量或原料品质的关键因子,基于此,来自中国农业科学院茶叶研究所的袁海波、邓余良和滑金杰等人从汤色角度出发,分析了不同原料茶制作饮料各阶段的明亮度、色度、浊度等指标的变化规律,结合C&R决策树分析建立一种基于汤色的饮料用原料茶的快速初筛方法,以期减少样本数量,提高筛选效率,为实现茶饮料专用原料的快速筛选方法的建立提供技术参考。
 
  一、茶饮料制作过程中的汤色感官评价得分变化
 
  对茶饮料在制作过程中的汤色感官评价得分分析可知,高温灭菌以及4 ℃放置41 h处理对于茶汤汤色感官评价得分的影响不显着;在高温灭菌后的长时间放置过程中,茶汤汤色感官评价得分则会显着降低。4 ℃和37 ℃放置7 d后的汤色感官评价得分分别降低1.23和6.11。特别是37 ℃下放置的汤色感官评价得分下降更为明显。而在日常生活中茶饮料往往以常温保存为主,因此对于茶饮料来说尤其需要筛选37 ℃下放置能获得较高汤色感官评价得分的原料。
 
  首先分析高温灭菌前汤色感官评价得分初始值对后续各处理阶段茶汤汤色的影响效应。初始汤色感官评价得分与高温灭菌后、4 ℃放置7 d、37 ℃放置7 d等处理组分值的Pearson相关系数分别为0.475(P=0.000)、0.445(P=0.000)和0.238(P=0.062)。其中初始汤色感官评价得分与37 ℃放置7 d后的汤色感官评价得分的相关性不显着,表明要筛选37 ℃放置后汤色感官评价得分较高的原料的标准不能简单依靠初始汤色感官评价得分来实现。
 
  二、色度指标的变化规律分析及其线性回归模型的构建
 
  结果显示,b值与浊度在放置后呈现上升趋势,且初始值越大,上涨幅度越大;L值和-a/b值在放置后则出现下降的趋势,L值初始值越小,下降幅度越大;而-a/b值从分布来看所有样本的降低程度相近。L、b、-a/b值和浊度4 个指标的原料茶灭菌前检测值与37 ℃放置7 d后的检测值之间均存在着显着相关性,其Pearson相关系数分别为0.974、0.965、0.896和0.863。
 
  三、基于色度指标的汤色精准预测模型
 
  线性回归模型的构建实现了原料茶的L、b、-a/b值和浊度4 个指标在放置前后检测值的相互预测,在此基础上如能构建指标检测值与汤色感官评价得分间的预测模型,则能在获得原料茶的L、b、-a/b值及浊度等初始值的基础上,借助线性回归模型预测这几个指标在37 ℃放置7 d后的检测值,再进一步利用汤色感官评价得分的预测模型实现对最终汤色感官评价得分的判别,从而使得绿茶饮料茶原料的快速初筛成为可能。
 
  C&R决策树建立的模型预测效果最好,R2=0.871,相对误差0.242;模型产生的最小误差为-4.25,最大误差6.86,平均绝对误差1.25,标准差1.67,从平均值与标准差分析预测结果的误差在-2.92~2.92区间,表明汤色实际分与预测分的分差基本处于此范围内。
 
  四、茶汤色度指标与汤色感官评价得分间C&R决策树分析
 
  第一组中的样本汤色感官评价得分最低,主要由37 ℃放置7 d后的样本组成;从汤色感官评价得分分布规律可以看出,37 ℃放置7 d的样本中有77.4%其汤色感官评价得分低于82 分,82~84 分的样本数占19.4%,84 分以上的样本仅占3.2%。因此将37 ℃放置7 d后得分大于82 分的样本作为目标样本,并继续利用C&R决策树探索符合此标准的茶汤色度指标特征。
 
  82 分以上样本的色度指标特征规则可以分为4 类。当-a/b>0.298时,茶汤得分有99.0%可能性达到82 分以上;当-a/b≤0.226,且b>64.1时,样本获得82 分以上高分的可能性为100.0%;而根据b分布,此情况属于相对高值范围,可以划归为特种样本。当-a/b值处于0.226~0.298之间时,可以分为两种情况:一种是L≤92.5时,样本有86.1%的可能性获得82 分以上的分数;另一种是当L>92.5,且浊度小于14.92的条件下,样本汤色感官评价得分才能在82 分以上。
 
  五、基于汤色的茶饮料用原料茶的快速筛选标准的确立
 
  原料茶灭菌前-a/b值为原料茶的主要决定因素,-a/b值越高,原料茶在放置后获得高分的可能性越高,当-a/b>0.475时,有50%的样本在放置后获得82 分以上的高分;-a/b值降低到>0.398~0.475区间时,这个比例降低到11.1%;当-a/b≤0.398时,只有原料茶灭菌前高b值(b>34.38)样本才有可能在放置特定时间后获得高分,b值在34.38以下时获得高分的概率为0。根据确定的筛选标准,本实验进行样本初筛后最终得到82 分以上样本14 个,其中符合初筛标准的样本为44 个,本次实验的总样本为62 个,因此根据初筛标准可剔除样本18 个,初筛后仅需对44 个样本进行整个饮料制作过程的实验,筛选效率由初筛的0.226提高至0.318,而这些规则外的样本的筛选效率仅为0,取得了较好的效果。3 条筛选标准中的1号标准其筛选效率达到了50%,其支持率(18/62×100%=29.0%)在几个标准中也最高,具有成为茶饮料用原料茶筛选主要标准的潜力,可以在今后的实验中重点关注。
 
  ·结论·
 
  为了提升茶饮料用原料茶的筛选效率,本研究分析了不同原料茶制作茶饮料过程中,各阶段的汤色以及与汤色相关的明亮度L、色差-a、b、-a/b值和浊度等指标的变化规律,并结合C&R决策树研究一种利用汤色色度指标针对茶饮料用原料茶的快速初筛方法。利用该方法进行初筛时可将原料茶的筛选范围从62 个缩减到44 个,减少了29.0%,筛选效率从0.226提高到0.318,提高了40.7%,并且得出灭菌前-a/b>0.475可作为茶饮料用原料茶的一个主要筛选标准。本研究结果能为饮料用原料茶快速筛选方法的建立提供参考。
 
 
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