專利名稱：：一種冰淇淋感官品評方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種冰淇淋感官品評方法，特別是一種高效率、自動化的對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行感官品評的方法。冰淇淋是一種以稀奶油為主要原料，加入牛乳、糖類、蛋品、香料、穩(wěn)定劑等經(jīng)殺菌后冷凍成為較松軟的混合物。它含有優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)及高糖高脂，另外還含有氨基酸及鈣、磷、鉀、鈉、氯、硫、鐵等，具有調(diào)節(jié)生理機(jī)能、保持滲透壓和酸堿度的功能。據(jù)有關(guān)資料顯示，按照國際和國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，一般奶油冰淇淋，其營養(yǎng)成分為牛奶的2.8至3倍，在人體內(nèi)的消化率可達(dá)95%以上，高于肉類、脂肪類的消化率，是一種深受大眾喜愛的消暑食品。市場上的冰淇淋產(chǎn)品種類繁多、口味多樣，為便于消費者根據(jù)不同品味進(jìn)行選擇，需要對不同冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行評分以進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆旨?，從而判定其品質(zhì)的高低。目前，由感官冰淇淋品評專家對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行感官品評，是主要采用的方法，但是，專家的評定結(jié)果受到主觀因素的影響，隨情緒、年齡、性別、識別能力的不同而有所差異，具有較大的不確定性，同時，人工品評過分依賴專家經(jīng)驗，不利于自動化操作的實現(xiàn)。很明顯，冰淇淋產(chǎn)品的各項理化指標(biāo)，例如脂肪、干物質(zhì)、蛋白等，與冰淇淋產(chǎn)品的感官品評之間存在密切聯(lián)系。目前，對于冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)和感官品評指標(biāo)之間的相關(guān)性，尚沒有定量的分析研究。Kohonen自組織特征映射，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、使輸出層中樞神經(jīng)元的權(quán)向量逼近輸入特征向量，將具有相同或相近特征的輸入向量，映射到位置相同或相鄰的輸出節(jié)點，從而實現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)的特征的聚類，提取了某種內(nèi)在規(guī)律性。而BP網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一，其權(quán)值和閾值調(diào)整采用反向傳播的學(xué)習(xí)算法，可以實現(xiàn)從輸入到輸出的任意非線形映射。經(jīng)過訓(xùn)練的BP網(wǎng)絡(luò)，對于不是樣本集中的輸入樣本也能給出合適的輸出，因此可以對未知樣本進(jìn)行預(yù)測。目前，在運用上述模型對食品進(jìn)行感官品評方面，已有一些研究，但主要應(yīng)用于酒類、煙類，而冰淇淋產(chǎn)品的原料更多、成分更復(fù)雜，且不同品種的風(fēng)味變化大，人工品評的難度和不確定度更高，上述因素給冰淇淋產(chǎn)品感官品評帶來了困難。如何恰當(dāng)?shù)拇_定感官品評方法的具體構(gòu)架，以適應(yīng)冰淇淋的多重組分、更多參數(shù)的情況，是尚需解決的問題。本發(fā)明旨在提供一種冰淇淋感官品評方法，由冰淇淋的理化指標(biāo)判定感官品評結(jié)果，減少對冰淇淋品評專家的依賴程度，提高品評效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種冰淇淋感官品評方法，該方法主要包括Kohonen自組織特征映射聚類和BP網(wǎng)絡(luò)兩個模塊，具體包括獲取不同品種、原料、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)工藝的冰淇淋產(chǎn)品樣本，由冰淇淋品評專家對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行感官品評，根據(jù)品評得分，把冰淇淋產(chǎn)品劃分成合格和不合格兩組；并將所得感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)錄入冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫，去除錯誤、不一致或
背景技術(shù)：
：
發(fā)明內(nèi)容不完整的冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分和理化指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)，并對冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫中的冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，從而實現(xiàn)各冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)參數(shù)的量綱統(tǒng)一，便于后續(xù)處理的進(jìn)行；構(gòu)建Kohonen陣列，依據(jù)專家經(jīng)驗確定Kohonen陣列的初始領(lǐng)域半徑、學(xué)習(xí)率和學(xué)習(xí)次數(shù)；應(yīng)用Kohonen自組織特征映射對冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，完成冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫中所有冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)的分類，并建立分類庫；對不同類冰淇淋產(chǎn)品的理化指標(biāo)樣本，分別建立對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，并依專家經(jīng)驗確定BP網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)允許誤差限、初始學(xué)習(xí)率、初始動量系數(shù)、初始化網(wǎng)絡(luò)權(quán)重、最大學(xué)習(xí)次數(shù)、誤差調(diào)整參數(shù)；將冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)送入對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，在最大學(xué)習(xí)次數(shù)內(nèi)達(dá)到指定誤差精度后停止，否則，更換冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行訓(xùn)練，直到算法收斂；測定待評價冰淇淋產(chǎn)品的各項理化指標(biāo)，并將所得數(shù)據(jù)輸入上述Kohonen陣列，根據(jù)冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)進(jìn)行Kohonen自組織特征提取，確定其所屬類別；如果輸入的冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)屬于未知類，不在已有BP網(wǎng)絡(luò)中訓(xùn)練過，則以冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)為核心樣本建立新的訓(xùn)練樣本集，并對相應(yīng)的新建BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；如果輸入的冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)是已知類的樣本數(shù)據(jù)，則根據(jù)其類別讀取從分類庫中讀取對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，并計算出冰淇淋產(chǎn)品感官品評指標(biāo)預(yù)測值。根據(jù)本發(fā)明的再一種冰淇淋感官品評方法，其中，品評項目包括色澤、乳香味、特征風(fēng)味、脂肪感、滑膩感以及口融性。根據(jù)本發(fā)明的另一種冰淇淋感官品評方法，其中，冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)包括脂肪、蛋白、干物質(zhì)、蔗糖、總糖、非脂乳固、酸度、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、膨脹率、硬度。根據(jù)本發(fā)明的又一種冰淇淋感官品評方法，其中，BP網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)是冰淇淋產(chǎn)品的各項理化指標(biāo)，輸出數(shù)據(jù)是冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分。根據(jù)本發(fā)明的又一種冰淇淋感官品評方法，其中，BP網(wǎng)絡(luò)的初始學(xué)習(xí)率為0.36-0.62。根據(jù)本發(fā)明的又一種冰淇淋感官品評方法，其中，BP網(wǎng)絡(luò)的初始領(lǐng)域半徑為0.37-0.45。根據(jù)本發(fā)明的又一種冰淇淋感官品評方法，其中，BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)次數(shù)為56。以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1是本發(fā)明的冰淇淋感官品評方法的流程圖。具體實施例方式本發(fā)明的冰淇淋感官品評方法主要包括Kohonen自組織特征映射聚類和BP網(wǎng)絡(luò)兩個模塊，首先利用Kohonen自組織特征映射將輸入冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，將聚類結(jié)果保存到Kohonen知識庫，然后建立各個聚類子空間的BP網(wǎng)絡(luò)。下分別對各步驟作具體說明取不同原料、品種、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)工藝的冰淇淋產(chǎn)品，測定其理化指標(biāo)脂肪、蛋白、干物質(zhì)、蔗糖、總糖、非脂乳固、酸度、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、膨脹率、硬度。同時，組織冰淇淋品評專家對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行品評，品評項目包括色澤、乳香味、特征風(fēng)味、脂肪感、滑膩感和口融性。評分標(biāo)準(zhǔn)見表l，根據(jù)得分將冰淇淋產(chǎn)品分成兩組合格，即四個感官指標(biāo)均在3分以上；不合格，即有一個指標(biāo)為2分或1分。最后將所得樣本數(shù)據(jù)錄入冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫，針對每個理化指標(biāo)，選擇不同的值，本實施例所選用的范圍如下檢出限以下、檢出限至國標(biāo)規(guī)定最高值、國標(biāo)規(guī)定最高值以上。這樣才能確?？陀^準(zhǔn)確的控制冰淇淋產(chǎn)品質(zhì)量，從而使乳制品質(zhì)量得到保證。表l冰淇淋產(chǎn)品評分標(biāo)準(zhǔn)l分2分3分4分5分色澤色澤極深或極淺色澤很深或很淺色澤較深或較淺色澤稍深或稍淺呈均勻一致的顏色乳香味乳香味極平淡或極重乳香味很重或很輕乳香味較重或較輕乳香味略重或略輕具有純正的乳香味，乳香味適中特征風(fēng)味無特征風(fēng)味或有異味基本沒有特征風(fēng)味有可感知的特征風(fēng)味有較濃郁的特征風(fēng)味有濃郁的特征風(fēng)味脂肪感非常差較差一般較好非常好滑膩感非常粗糙較粗糙一般較細(xì)滑非常細(xì)滑口融性非常差較差一般較好非常好運用Matlab完成Kohonen和BP網(wǎng)絡(luò)的建立，去除錯誤、不一致或不完整的冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)，并用線性函數(shù)對冰淇淋產(chǎn)品的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，冰淇淋產(chǎn)品的理化指標(biāo)是高維向量，且各指標(biāo)量綱并不相同，在聚類之前必須進(jìn)行歸一化，從而方便后續(xù)處理的進(jìn)行。構(gòu)建Kohonen網(wǎng)絡(luò)陣列，依據(jù)專家經(jīng)驗確定所述Kohonen網(wǎng)絡(luò)的初始領(lǐng)域半徑、學(xué)習(xí)率和學(xué)習(xí)次數(shù)，其中，初始學(xué)習(xí)率為(0.36-0.62)，初始領(lǐng)域半徑為0.37-0.45，學(xué)習(xí)次數(shù)為56。應(yīng)用Kohonen自組織特征映射對冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)數(shù)據(jù)實現(xiàn)聚類，將各組冰淇淋產(chǎn)品的理化指標(biāo)樣本空間細(xì)分為多個子空間，從而完成冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫中所有冰淇淋產(chǎn)品的最終分類。對不同類冰淇淋產(chǎn)品各項理化指標(biāo)樣本的各子空間，分別建立對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，其輸入數(shù)據(jù)是冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)，輸出數(shù)據(jù)是冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分。每個BP網(wǎng)絡(luò)僅在一個子空間內(nèi)實現(xiàn)理化指標(biāo)與感官品評得分之間的映射關(guān)系，降低了問題的復(fù)雜度，大大提高了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的速度和精度，更利于完成每個輸出參數(shù)與理化指標(biāo)之間的函數(shù)映射。為克服BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)易陷入局部最小值問題，采用了自適應(yīng)學(xué)習(xí)率和帶有平滑項的目標(biāo)函數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)收斂效果與推廣性能大大改善。BP網(wǎng)絡(luò)的初始學(xué)習(xí)率、誤差調(diào)整參數(shù)、初始動量系數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等參數(shù)由專象經(jīng)驗確定，在本實施例中，初始學(xué)習(xí)率為0.36-0.62，誤差為0.001。采用SAS6.0將冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)歸一化，并將完成歸一化的冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)送入對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，按照當(dāng)前的BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到指定誤差精度(0.001)后停止。測定待評價冰淇淋產(chǎn)品的多項理化指標(biāo)，并將所得數(shù)據(jù)輸入上述Kohonen陣列，根據(jù)輸入的冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)進(jìn)行Kohonen自組織特征提取，確定其類別。如果輸入的冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)屬于未知類，不在已有BP網(wǎng)絡(luò)中訓(xùn)練過，則以該冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)為核心樣本建立新的訓(xùn)練樣本集，并對相應(yīng)的新建BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。如果輸入冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)是已知類的樣本數(shù)據(jù)，則根據(jù)其類別讀取從所述分類庫中讀取對應(yīng)的所述BP網(wǎng)絡(luò)，并計算出冰淇淋產(chǎn)品感官品評指標(biāo)預(yù)測值，如果輸入冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)與已學(xué)樣本靠近，則預(yù)測結(jié)果可信度高；否則，根據(jù)樣本在原始輸入空間中的偏離程度，指出所預(yù)測結(jié)果的參考價值。表2提供了根據(jù)本實施例的冰淇淋產(chǎn)品感官品評方法得到的實驗數(shù)據(jù)，該表將預(yù)測數(shù)據(jù)與專家品評結(jié)果進(jìn)行了對比，可以看出，本方法根據(jù)冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)的感官品評預(yù)測結(jié)果，與冰淇淋產(chǎn)品冰淇淋品評專家的基本相符，在可接受的誤差范圍內(nèi)。表2本方法結(jié)果與專家品評結(jié)果比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本方法將專家經(jīng)驗分類與由數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能等級評定方法相結(jié)合，把復(fù)雜問題分解，分別送入各自的BP網(wǎng)絡(luò)求解，最終類的知識都保存在各類的BP網(wǎng)絡(luò)知識庫中。當(dāng)有新的預(yù)測工作要做時，只需根據(jù)分類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算出對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，便可利用已訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)映射模型預(yù)測出此樣本的感官品評指標(biāo)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一種冰淇淋感官品評方法，集成了Kohonen網(wǎng)絡(luò)、BP網(wǎng)絡(luò)，對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行測試、品評，在得到品評指標(biāo)和理化指標(biāo)的基礎(chǔ)上，由Kohonen網(wǎng)絡(luò)自組織特征映射，完成聚類，并用各類冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分和理化數(shù)據(jù)等樣本數(shù)據(jù)分別訓(xùn)練各自對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，獲取各類冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)與感官品評得分之間的映射關(guān)系。該方法充分利用了冰淇淋產(chǎn)品冰淇淋品評專家的經(jīng)驗、減少了人工品評的不確定性、提高了冰淇淋產(chǎn)品感官品評的工作效率和自動化程度，從而便于消費者根據(jù)評級結(jié)果作出選擇。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。權(quán)利要求一種冰淇淋感官品評方法，包括冰淇淋品評專家對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行感官品評，并測定所述冰淇淋產(chǎn)品的理化指標(biāo)，將所得感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)錄入冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫，去除錯誤、不一致或不完整的所述冰淇淋產(chǎn)品的感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)，對所述冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫中的所述樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化；構(gòu)建Kohonen陣列，依據(jù)專家經(jīng)驗確定所述Kohonen陣列的初始領(lǐng)域半徑、學(xué)習(xí)率和學(xué)習(xí)次數(shù)；應(yīng)用Kohonen自組織特征映射對所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)進(jìn)行聚類，完成所述冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫中所有冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)的分類，并建立分類庫；對不同類冰淇淋產(chǎn)品的所述理化指標(biāo)，分別建立對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，并依專家經(jīng)驗確定所述BP網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)允許誤差限、初始學(xué)習(xí)率、初始動量系數(shù)、初始化網(wǎng)絡(luò)權(quán)重、最大學(xué)習(xí)次數(shù)、誤差調(diào)整參數(shù)；將所述冰淇淋產(chǎn)品的感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)送入對應(yīng)的所述BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，在所述最大學(xué)習(xí)次數(shù)內(nèi)達(dá)到指定誤差精度后停止，否則，更換所述冰淇淋產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行訓(xùn)練，直到算法收斂；測定待評價冰淇淋產(chǎn)品的所述理化指標(biāo)，并將所得數(shù)據(jù)輸入所述Kohonen陣列，根據(jù)所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)進(jìn)行Kohonen自組織特征提取，確定其所屬類別；如果所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)屬于未知類，不在已有的所述BP網(wǎng)絡(luò)中訓(xùn)練過，則以所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)為核心樣本建立新的訓(xùn)練樣本集，并對相應(yīng)的新建BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；如果所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)是已知類的樣本數(shù)據(jù)，則根據(jù)其類別讀取從所述分類庫中讀取對應(yīng)的所述BP網(wǎng)絡(luò)，計算出冰淇淋產(chǎn)品感官品評指標(biāo)預(yù)測值。2.如權(quán)利要求1所述的冰淇淋感官品評方法，其中，所述冰淇淋產(chǎn)品感官品評的品評項目包括色澤、乳香味、特征風(fēng)味、脂肪感、滑膩感以及口融性。3.如權(quán)利要求1所述的冰淇淋感官品評方法，其中，所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)包括脂肪、蛋白、干物質(zhì)、蔗糖、總糖、非脂乳固、酸度、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、膨脹率、硬度。4.如權(quán)利要求1所述的冰淇淋感官品評方法，其中，所述BP網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)是所述冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)，所述BP網(wǎng)絡(luò)的輸出數(shù)據(jù)是所述冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分。5.如權(quán)利要求1所述的冰淇淋感官品評方法，其中，所述BP網(wǎng)絡(luò)的初始學(xué)習(xí)率為0.36-0.62。6.如權(quán)利要求1所述的冰淇淋感官品評方法，其中，所述BP網(wǎng)絡(luò)的初始領(lǐng)域半徑為0.37-0.45。7.如權(quán)利要求1所述的冰淇淋感官品評方法，其中，所述BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)次數(shù)為56。全文摘要本發(fā)明提供了一種冰淇淋感官品評方法，該方法包括如下步驟對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行理化指標(biāo)測試，冰淇淋品評專家對冰淇淋產(chǎn)品進(jìn)行品評，獲得的品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)輸入冰淇淋樣本數(shù)據(jù)庫，通過Kohonen聚類對冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)進(jìn)行分類，并用冰淇淋產(chǎn)品感官品評得分和理化指標(biāo)等樣本數(shù)據(jù)分別訓(xùn)練各自對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)，從而建立冰淇淋產(chǎn)品理化指標(biāo)和感官品評指標(biāo)的映射關(guān)系。該方法可以減少由專家品評的不確定性，提高對冰淇淋評級的自動化程度，方便消費者根據(jù)品評結(jié)果進(jìn)行選擇。文檔編號G01N33/02GK101706487SQ20091025017公開日2010年5月12日申請日期2009年11月30日優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日發(fā)明者劉衛(wèi)星,白雪,胡新宇,郭奇慧申請人:內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司