基于模糊數學綜合評判法優化江州老壇酸菜復合牛肉醬配方

陳 永,農萬廷,譚義秋,莫國歡,李方方,鄭 欣(.廣西民族師范學院化學與生物工程學院,廣西崇左 5300;.崇左市科學技術開發中心,廣西崇左 5300)

黃牛肉是崇左市當地主要的畜產品之一,含有豐富的磷、鐵、鋅等微量元素和維生素A、硫胺素、鈷胺素等維生素,且蛋白質生物價優于植物蛋白,其氨基酸組成比其他肉類更接近人體需要,享有“肉中驕子”的美稱[1-3];江州老壇酸菜是崇左市極具地方特色的一種蔬菜發酵制品,同時也是崇左市江州鎮保安村的脫貧產業之一,保安村盛產大肉芥菜,其酸菜腌漬工藝已有上百年的歷史,素有“酸菜之鄉”的美稱,經乳酸菌發酵制成的江州老壇酸菜鮮香嫩脆、清爽可口、解膩開胃、品質上乘[4];指天椒具有亮紅的顏色、濃郁而純正的辛辣香味,且富含維生素C、胡蘿卜素和辣椒堿類等,具有開胃健脾、補肝明目的功效,崇左市天等縣目前已形成了頗具規模和影響力的指天椒種植業,被譽為“指天椒之鄉”[5-6]。

近年來,口味獨特、營養豐富的牛肉醬越來越受到市場的歡迎,隨著市場銷售額的不斷提升,復合牛肉醬的研發也不斷推陳出新[7-8]。鄧源喜等[9]以牛肉、雞腿菇和花生為主要原料,通過單因素和正交試驗優化低鹽復合牛肉醬工藝配方,試驗結果表明在牛肉、雞腿菇、花生的用量比為7∶2∶1(總量34.5%),豆瓣醬添加量35%,麥芽糖添加量8%的條件下,制得的牛肉醬風味濃郁、口感協調;郝滌非等[10]在固定黃牛肉添加量30%,白砂糖添加量6%,水添加量4%的條件下,選取枸杞、黃豆、橄欖油、甜面醬為單因素,通過L9(34)正交試驗得到枸杞黃豆牛肉醬的最優配方為甜面醬18%、黃豆22%、枸杞12%、橄欖油8%;冒樹泉等[11]選取牛肉和鼠尾藻為主要原料,采用正交試驗,以感官評價為指標,研制出富有營養、風味獨特的鼠尾藻牛肉醬。

傳統感官評價法由于概念定義的模糊性和情感意識的主觀性,很難對食品綜合感官做出客觀、準確的評價[12-14],而模糊數學綜合評判則是一種以模糊變換原理為基礎,通過模糊矩陣將評價信息數值化,從而消除感官評價的模糊性和主觀性,進而對產品的綜合感官品質做出科學、準確、公正的判斷,以進行定量評價的方法[15-17]。目前具有開胃解膩、消積助食的老壇酸菜風味牛肉醬的開發尚鮮見報道,本試驗基于模糊數學綜合評判法,精選黃牛腱子肉、江州酸菜、天等指天椒、去皮花生仁,開發的牛肉醬突破當前主流牛肉醬大多注重風味、口感調配的局限,不但口感獨特、營養豐富,同時具有開胃健脾、溫中下氣的功效,符合消費者崇尚美味、健康、特色的消費理念。

本文精選崇左黃牛腱子肉、江州老壇酸菜為主要原料,固定復合牛肉醬基礎配方,結合正交試驗設計方案和模糊數學綜合評判法,以牛肉丁、酸菜絲、辣椒皮、花生仁用量為關鍵因素,優化江州老壇酸菜復合牛肉醬工藝配方,開發一款具有濃厚地域特色的復合牛肉醬,以期拓寬崇左本地黃牛肉、江州酸菜、天等指天椒等農副產品的加工利用方向,提高其商品價值和經濟附加值,并為豐富崇左市特色農副產品的深加工與開發提供理論依據和技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃牛腱子肉、江州酸菜、天等指天椒 均由崇左市江盛土特產有限公司提供;豆瓣醬、料酒、生姜、大蒜、白砂糖、食用鹽、白芝麻、植物油、辣椒油 均為市購。

ZH-TP4 全自動花生脫皮機 鄭州瑞祥機械設備有限公司;GZX-GF101-2-BS-II鼓風干燥箱 上海躍進醫療器械有限公司;HH.S21-6-S恒溫水浴鍋 上海躍進醫療器械有限公司;SDJ-100 夾層蒸汽鍋 諸城市商鼎機械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原輔料制備 牛肉丁制備:精選新鮮黃牛腱子肉,去除其表面筋膜、淤血、淋巴等,溫水洗凈,用專用廚房紙控干水分,并分切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的牛肉丁。將木瓜蛋白酶溶于適量水中與切成顆粒的牛肉丁混合,在55～65 ℃條件下酶解15～20 min,再進行低溫微波繼續嫩化1～2 min,撈出瀝干后得嫩化牛肉丁,備用;酸菜絲制備:選擇色澤鮮亮、嫩黃,質地清脆爽口、味道酸香純正的崇左江州酸菜,去其梗部,取其葉部,將酸菜葉切成0.1 cm×0.5 cm的絲狀,備用;辣椒皮制備:挑選新鮮飽滿、個體完好、色澤光亮的天等指天椒,洗凈,瀝干,去蒂,去籽,切成0.1～0.3 cm不等的辣椒皮斜段,備用;花生仁制備:冷油入鍋,油溫六成熱時放入花生米,小火翻炒,至花生米呈深紅色,花生熟香飄散,撈出控油,冷卻至室溫,放入全自動花生脫皮機,得到去紅衣后的兩瓣花生仁;姜末:姜塊洗凈,刮除外皮,切薄片,再切絲,剁成姜末,備用;蒜蓉:挑選形態完整、蒜瓣飽滿的新鮮大蒜,將大蒜拍扁,剝除蒜衣,剁成蒜蓉,備用。

1.2.2.2 步驟說明 按配方比例精確稱取各原料、輔料,備用。熱鍋下冷油,油溫六成熱時,倒入姜末、蒜泥、辣椒皮爆香,至散發濃郁的蒜香、辣椒香氣,加入制備好的牛肉丁,翻炒6～8 min,先后加入白砂糖、食用鹽和豆瓣醬,繼續翻炒2～3 min,隨后加入料酒,加大火力,并撒入花生仁、白芝麻,翻炒均勻后冷卻至35～45 ℃,封裝至水浴殺菌并烘干的四旋玻璃瓶中,預留6～8 cm頂隙,排氣后于90 ℃水浴殺菌15 min,冷卻至室溫,即得成品。

1.2.3 單因素實驗 固定老壇酸菜風味牛肉醬基礎配方:料酒3%、豆瓣醬11%、植物油 30%、姜末3%、蒜蓉8%、白砂糖1%、食用鹽0.5%、白芝麻4%。選取牛肉丁、酸菜絲、辣椒皮、花生仁用量為工藝配方的關鍵因素,進行單因素實驗。

1.2.3.1 牛肉丁添加量對感官品質的影響 控制酸菜絲添加量6%,辣椒皮添加量4%、花生仁添加量5%,設定牛肉丁添加量10%、15%、20%、25%、30%,以感官評價為指標,考察牛肉丁添加量對老壇酸菜復合牛肉醬感官品質的影響。

1.2.3.2 酸菜絲添加量對感官品質的影響 控制牛肉丁添加量20%,辣椒皮添加量4%、花生仁添加量5%,設定酸菜絲添加量分別為4%、6%、8%、10%、12%,以感官評價為指標,探討酸菜絲添加量對老壇酸菜復合牛肉醬感官品質的影響。

1.2.3.3 辣椒皮添加量對感官品質的影響 控制牛肉丁添加量20%,酸菜絲添加量6%,花生仁添加量5%,設定辣椒皮添加量分別為3%、6%、9%、12%、15%,進行配方優化,以感官評價為指標,考察辣椒皮添加量對老壇酸菜復合牛肉醬感官品質的影響。

1.2.3.4 花生仁添加量對感官評價的影響 控制牛肉丁添加量20%,酸菜絲添加量6%,辣椒皮添加量4%,設定花生仁添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%,進行發酵試驗,以感官評價為指標,探討花生仁添加量對老壇酸菜復合牛肉醬感官品質的影響。

1.2.4 老壇酸菜復合牛肉醬的感官評價 模糊數學綜合評判能有效消除主觀情感、年齡性別、生理狀態等因素的影響,同時通過模糊矩陣將模糊信息數值化,進而對產品的感官品質做出科學、準確的判斷。試驗從食品專業中優選男生和女生各5人,經感官評價培訓后組成感官質量綜合評判小組。參考文獻中牛肉醬的感官評價標準[18-20],并作適當改動,江州老壇酸菜復合牛肉醬感官評價標準見表1。

表1 復合牛肉醬感官評價標準Table 1 Sensory evaluarion criteria for compound ground beef

1.2.5 模糊數學綜合評判模型的構建

1.2.5.1 正交試驗優化配方 基于單因素實驗結果,確定牛肉丁添加量、酸菜絲添加量、辣椒皮添加量和花生仁添加量為關鍵試驗因素,固定江州老壇酸菜復合牛肉醬基礎配方,設計L16(45)正交試驗方案,試驗因素與水平如表2所示。

表2 L16(45)因素與水平設計Table 2 L16(45)factors and levels design

采用L16(45)正交試驗方案,得江州老壇酸菜復合牛肉醬試樣1#～16#,設計方案見表3。

表3 復合牛肉醬正交試驗方案Table 3 Projects and results of orthogonal experiment of compound ground beef

1.2.5.2 建立評價因素集 評價因素也稱參數指標,能從不同維度反映江州老壇酸菜復合牛肉醬的綜合感官質量。建立評價因素集U={滋味u1,色澤u2,香氣u3,形態u4}。

1.2.5.3 建立評價權重集 根據評價因素集U={滋味u1,色澤u2,香氣u3,形態u4}中各評價因素在江州老壇酸菜復合牛肉醬綜合感官質量構成中的重要程度,采用強制決定法分配評價因素的權重系數,如表4所示,并建立評價權重集X={0.50,0.20,0.15,0.15}。

表4 評價因素及權重Table 4 Evaluation factors and weight

1.2.5.4 建立評價等級集 評價等級以優劣下序劃分,依下是優、良、中、下。建立評價等級集V={優,良,中,下}。

1.3 數據處理

試驗采用DPS v7.05數據軟件進行正交試驗設計數據的分析處理,并通過對模糊數學綜合評判一級模型的構建與解析,獲得最佳工藝配方。

2 結果與分析

2.1 復配工藝的確定

2.1.1 牛肉丁添加量對感官品質的影響 牛肉丁添加量是影響復合牛肉醬制作工藝和感官品質的關鍵因素,牛腱子肉具有低脂高蛋白,肉質緊實細膩且帶有牛筋,熟后有膠質感且口感彈性有勁道的特點[21]。從圖1可以看出,隨著牛肉丁添加量的增加,牛肉醬感官評價分值呈現先上升而后趨于平穩的趨勢,當牛肉丁添加量由10%增長到20%時,感官評價分值也從86分逐漸增長,并達到峰值94分,而隨著牛肉丁的添加量的繼續增加,其感官評價分值波動不大,大致趨平。因此綜合考慮感官評價和原料成本,確定牛肉丁添加量在正交試驗中的因素水平為16%、18%、20%、22%。

圖1 牛肉丁添加量對感官品質的影響Fig.1 Effect of beef cubes addition on sensory quality注:相同字母者表示數據間無顯著差異(P>0.05),字母不同者表示數據間具有顯著性差異(P<0.05),圖2～圖4同。

2.1.2 酸菜絲添加量對感官品質的影響 江州老壇酸菜酸中帶甜、甜中帶咸,不僅解膩開胃、清爽可口、鮮香嫩脆,而且具有調節人體腸道微生態、降低膽固醇等生理功能[22-24]。從圖2可以看出,在4%～12%的范圍內,隨著酸菜絲添加量的增加,復合牛肉醬感官評價分值總體趨勢為先上升而后下降,酸菜絲添加量在4%～8%范圍內時,感官評價分值從87分提升至96分,而當酸菜絲添加量高于8%后,感官評價分值明顯下降,而酸菜絲添加量為12%時,感官評價分值降低至85分,表明酸菜絲的添加量在8%～12%范圍內時,與復合牛肉醬的綜合感官評價呈一定的負相關關系。綜上,確定酸菜絲添加量在正交試驗中的因素水平為6%、7%、8%、9%。

圖2 酸菜絲添加量對感官品質的影響Fig.2 Effect of sauerkraut addition on sensory quality

2.1.3 辣椒皮添加量對感官品質的影響 天等指天椒經過去籽,僅取用辣椒皮,極大降低辣度,不僅對老壇酸菜復合牛肉醬的口感調配起到了關鍵作用,而且增強消費者對產品的食欲。從圖3可以看出,辣椒皮添加量在3%～9%范圍內時,隨著辣椒皮添加量的增加感官評價分值上升趨勢明顯,而辣椒皮添加量在9%～15%范圍內時,隨著添加量繼續加大,感官評價分值極顯著下降(P<0.01),原因在于辣椒皮用量在一定范圍內對復合牛肉醬的風味起到協同增效的作用,但用量若過多,則易破壞復合牛肉醬整體風味,因此確定辣椒皮在正交試驗中的因素水平為5%、7%、9%、11%。

圖3 辣椒皮添加量對感官品質的影響Fig.3 Effect of pepper skin addition on sensory quality

2.1.4 花生仁添加量對感官品質的影響 從圖4可以看出,花生仁添加量為2%時,牛肉醬感官評價分值為90分,隨著花生仁添加量的增加,感官評價分值先是逐漸遞升,在其添加量為6%上升至97分,此時牛肉醬感官評價分值達到峰值,而隨著花生仁添加量的繼續加大,感官評價分值呈現緩慢下降的趨勢,因此花生仁在正交試驗中的因素水平為5%、6%、7%、8%。

圖4 花生仁添加量對感官品質的影響Fig.4 Effect of peanut kernel addition on sensory quality

2.2 模糊數學綜合評判確定最佳復配組合

經感官評價培訓后的模糊數學綜合評判小組成員,在食品感官綜合評定實驗室按照優、良、中、下的評價等級逐一對16組牛肉醬試樣的口感、香氣、色澤、形態進行感官評定。感官評價要素統計結果見表5。

表5 復合牛肉醬評價要素統計結果Table 5 Statistical table of evaluations of compound ground beef

將表5正交試驗所得16組試樣各評價等級所得票數折合成贊成比率,綜合各樣品評價因素的結果,得模糊矩陣Rj[23]。

式中：j=1,2,3……16為樣品編號;ri1,ri2,ri3……ri16分別表示第i個試樣評價因素各評價等級所得贊成票數的占比。

以1#復合發酵飲品試樣進行舉例計算:

依據模糊矩陣變換原理計算綜合隸屬度Yj=X×Rj,可知1#復合發酵飲品的綜合評判結果為:

各試樣組評價因素的評判等級所占的票數比例,通過模糊數學綜合評判一級模型Yj=X×Rj,并進行歸一化處理后可得模糊數學變換結果,如表6所示。

表6 模糊變換結果Table 6 Results of fuzzy transform

根據1#～16#試樣組感官評判的模糊變換結果,運用隸屬函數理論和最大隸屬度原則進行排序,結果見表7。

各試驗組感官評判的模糊變換結果排序表明:根據最大隸屬度原則,試樣編號Y14(A4B2C3D1)的綜合評判結果為“優”,且為正交試驗組里最佳的,其感官評價為“優”等級占比0.800,“良”的等級占比0.200,而“中”、“下”的評價等級占比均為0。試驗結果表明絕大多數評價小組成員認為編號Y14(A4B2C3D1)的牛肉醬配方是最優的,即:牛肉丁添加量22%、酸菜絲添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%,在此組合下,固定復合牛肉醬基礎配方,制作的江州老壇酸菜復合牛肉醬綜合感官最為理想,感官評分達98分,制得的產品色澤油亮鮮紅、明快飽滿,口感細膩、醬香濃郁、回味綿長。

表7 模糊綜合評判排序結果Table 7 Results of comprehensive sequencing while normalization

2.3 驗證性試驗

為確定模糊數學綜合評判結果的客觀性、可靠性,固定牛肉醬基礎配方,并以優選組合Y14(A4B2C3D1)制作牛肉醬,進行驗證性試驗。建立評價因素集U={滋味u1,香氣u2,色澤u3,形態u4},評價權重集X={0.50,0.30,0.15,0.15},評判等級集V={優,良,中,下}。評分統計結果見表8。

表8 要素評價統計表Table 8 Statistical table of factor evaluation

對表8的數據進行模糊綜合評判,得到模糊關系矩陣R如下:

對Y歸一化處理,轉化為(0.571,0.429,0.00,0.000),可知模糊數學綜合評判峰值為0.571,根據最大隸屬度原則,評價等級為“優”。因此,固定牛肉醬基礎配方,在牛肉丁添加量22%、酸菜絲添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%的優選組合Y14(A4B2C3D1)下,制作的牛肉醬綜合感官質量較優。

3 結論

本文固定復合牛肉醬基礎配方為料酒3%、豆瓣醬11%、植物油 30%、姜末3%、蒜蓉8%、白砂糖1%、食用鹽0.5%、白芝麻4%,篩選牛肉丁、酸菜絲、辣椒皮、花生仁用量進行單因素試驗,結合L16(45)正交試驗方案,基于模糊數學綜合評判法優化江州老壇酸菜復合牛肉醬配方工藝,得到最佳關鍵工藝配方為牛肉丁添加量22%、酸菜絲添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%,在此組合下,制作的江州老壇酸菜復合牛肉醬綜合感官品質最為理想,制得的產品色澤油亮鮮紅、明快飽滿,口感細膩、醬香濃郁、回味綿長。開發的老壇酸菜復合牛肉醬兼具風味、特色、營養與功效,大幅度提高崇左黃牛肉、江州酸菜、天等指天椒的的商品價值與經濟附加值,對于豐富崇左市特色農副產品的深加工與開發提供理論依據和技術基礎。本文對于復合牛肉醬熱力殺菌方式對產品質構、色澤、香氣的影響還有待進一步的研究探討。