基于模糊數學感官優化白蘿卜泡菜加工工藝

石川，王科

(成都工業學院，成都 611730)

泡菜是將蔬菜類食品與泡菜母水混合在一起發酵后制成的蔬菜類食品[1]，我國有著悠久的歷史文化和豐厚的底蘊[2]，泡菜具有豐富的營養物質[3]，其中包括多種維生素、鈣、磷和鐵等礦物質成分[4]。泡菜中的乳酸菌能促進機體產生免疫反應，對腸道中的致病菌也起到了抑制作用[5]。

目前，泡菜的生產體系中存在諸多問題，主要表現為以下幾個方面：傳統發酵的泡菜規模小[6]、生產條件差[7]、營養損失較為嚴重和存儲周期短等[8]；市場銷售的一些泡菜中的亞硝酸鹽含量高于國家標準(9.5 mg/kg)[9]。因此，改善泡菜加工工藝、降低泡菜中營養物質的流失和亞硝酸鹽含量是泡菜類食品安全的必要途徑[10]。

紫蘇是我國食藥兩用的植物，紫蘇中含有紫蘇酮和醛，能夠抑制微生物生長繁殖；大豆低聚糖也能夠調節腸道微生物，并具有良好的耐受性，在食品加工中已經被廣泛關注[11]。

本試驗結合紫蘇、大豆低聚糖對蘿卜泡菜的加工工藝進行研究，采用單因素試驗研究食鹽添加量、大豆低聚糖添加量和紫蘇-豆芽汁添加量對泡菜中pH和亞硝酸鹽的影響，通過單因素試驗，結合模糊數學和響應面法對蘿卜泡菜進行感官評分，獲得最佳蘿卜泡菜加工工藝。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

白蘿卜、豆芽、鹽酸萘乙二胺、食鹽、甲硝酸鈉、醋、小米辣、姜、白砂糖、蒜、紫蘇葉、鹽酸、對氨基苯磺酸、大豆低聚糖、乳酸菌和酵母菌。

電子天平、風干箱、恒溫水浴鍋、pH計和分光光度計。

1.2 工藝流程及操作要點

1.2.1 工藝流程

白蘿卜的挑選和清洗→切成0.5 cm×0.5 cm ×2 cm的條狀→將蘿卜條上的水分烘干→入罐→加入泡菜母水→發酵→白蘿卜泡菜成品。

1.2.2 操作要點

挑選：挑選蘿卜大小一致、無蟲蛀、無霉變和空心的白蘿卜作為試驗原材料。

清洗：清凈白蘿卜表面的泥土和微生物。

烘干：使用50 ℃的烘箱將白蘿卜持續烘烤1 h。

白蘿卜泡菜母水的制備：白砂糖5 g，食用白醋15 g，小米辣4 g，生姜3 g，大蒜8 g，蒸餾水500 mL，混勻后獲得泡菜母水。

入罐：將烘半干的蘿卜條300 g和泡菜母水500 mL放入體積為1000 mL的發酵罐中，然后加入4%食鹽、4%大豆低聚糖和4%紫蘇豆芽汁，混勻。

發酵：加入酵母菌0.2 g和乳酸菌0.2 g，混勻。

1.3 應用模糊數學建立感官評價系統

參照耿吉等研究中的白蘿卜泡菜模糊數學感官評價方法[12]。首先確定白蘿卜泡菜評價指標的因素集X={A，B，C，D}，其中A代表食鹽添加量，B代表大豆低聚糖濃度，C代表紫蘇-豆芽汁濃度，D代表不同比例的乳酸菌和酵母菌。其次，請10名具有食品相關知識和經驗的專業人員，對白蘿卜泡菜的滋味、氣味、色澤和泡菜母水4個評價指標進行感官評價和打分。最后，獲得白蘿卜泡菜的權重數集，權重值分別是滋味32%、氣味24%、泡菜母水23%和色澤21%。

模糊數學感官評價標準：邀請10名具有感官評價經驗的人員對白蘿卜泡菜進行感官評定，測試之前將蘿卜泡菜提前10 h放置于室內，并進行隨機編號，請參與評價的人員按照表1中的評分標準進行評分，根據白蘿卜泡菜的4個至關重要的影響因素進行評分，下面的4個參數均以滿分計算，評分完成后，計算的平均分為該項評價的得分。

表1 白蘿卜泡菜感官評價標準

1.4 單因素試驗

1.4.1 食鹽添加量對白蘿卜泡菜品質及亞硝酸鹽含量的影響

將白蘿卜切成條狀，在常溫條件下存儲10 d，添加4%的大豆低聚糖和4%的紫蘇-豆芽汁，研究不同食鹽濃度2%、4%、6%、8%和10%(比例以蘿卜泡菜的總質量計算)對泡菜母水中pH、亞硝酸鹽含量和感官品質的影響。

1.4.2 大豆低聚糖添加量對白蘿卜泡菜品質及亞硝酸鹽含量的影響

將白蘿卜切成條狀，在常溫條件下存儲10 d，添加4%的食鹽和4%的紫蘇-豆芽汁，研究不同大豆低聚糖添加量0%、2%、4%、6%和8%(比例以蘿卜泡菜的總質量計算)對白蘿卜泡菜中亞硝酸鹽含量、泡菜母水中pH和感官品質的影響。

1.4.3 紫蘇-豆芽汁添加量對白蘿卜泡菜品質與亞硝酸鹽含量的影響

將白蘿卜切成條狀，在常溫條件下存儲10 d，添加4%的食鹽和4%的大豆低聚糖，研究不同紫蘇-豆芽汁添加量0%、2%、4%、6%和8%(比例以蘿卜泡菜的總質量計算)對白蘿卜泡菜中亞硝酸鹽含量、泡菜母水中pH和感官品質的影響。

1.5 響應面優化試驗

通過軟件Design Expert 11對白蘿卜泡菜的加工工藝進行優化，選取食鹽添加量、大豆低聚糖添加量和紫蘇-豆芽汁添加量進行響應面分析，并通過-1，0和1對變量進行編碼，以白蘿卜泡菜感官評分為指標優化加工工藝。

表2 響應面試驗因素水平表

2 結果和分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 食鹽添加量對白蘿卜泡菜品質與亞硝酸鹽含量的影響

圖1 食鹽添加量對白蘿卜泡菜pH值的影響Fig.1 The effect of salt additive amount on the pH value of white radish pickles

由圖1可知，pH隨著發酵時間的增長而逐漸降低，并且在前3 d的時間內，pH下降較快，隨著時間的增長，后2 d pH下降的速度減緩。這是由于蘿卜泡菜在發酵的過程中，乳酸菌快速增長，導致大量乳酸產生。在發酵后期，隨著蘿卜泡菜母水酸度的增加，泡菜母水中的微生物生長受到抑制，微生物的繁殖速度下降，從而產酸量也下降[13]。因此，食鹽濃度的多少對泡菜母水酸度的影響并不明顯。

圖2 食鹽添加量對白蘿卜泡菜亞硝酸鹽含量的影響Fig.2 The effect of salt additive amount on the nitrite content of white radish pickles

過度食用亞硝酸鹽會引發中毒現象，近些年來，亞硝酸鹽中毒現象頻繁發生，所以亞硝酸鹽含量成為蘿卜泡菜中的一項重要指標，按照GB 2762-2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》中規定的食品污染物限量為亞硝酸鹽含量必須小于20 mg/kg。由圖2可知，在蘿卜泡菜制作的初期，蘿卜泡菜中亞硝酸鹽含量較低，但隨著時間的增長，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量快速增長，達到頂峰之后開始下降；一直到6～7 d左右，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量趨于平穩，2%～4%食鹽濃度的泡菜亞硝酸鹽含量一直低于添加6%～10%食鹽的泡菜亞硝酸鹽含量，最終發酵后亞硝酸鹽的含量均為2 mg/kg，遠遠低于國家標準，具有明顯的優勢[14]，由于過高食鹽濃度會造成食用不便和過低濃度不利于保存的條件下，選擇4%的食鹽添加量作為最優的條件。

2.1.2 大豆低聚糖添加量對白蘿卜泡菜品質與亞硝酸鹽含量的影響

圖3 大豆低聚糖添加量對白蘿卜泡菜pH值的影響

由圖3可知，pH隨著發酵時間的增長而逐漸降低，發酵的前3 d，pH下降的速度較快，隨后，pH下降的速度逐漸減緩，6～7 d后逐漸趨于平緩，這與圖1的試驗結果相似。在整個試驗過程中，添加大豆低聚糖的蘿卜泡菜中pH明顯低于沒有添加大豆低聚糖的蘿卜泡菜；當大豆低聚糖添加的濃度低于4%時，pH隨著大豆低聚糖濃度的增加而逐漸增加；當大豆低聚糖的濃度高于4%時，pH隨著低聚糖濃度的增加而不發生改變。先前的研究結果表明，大豆低聚糖能夠為乳酸菌的生長發育提供能量，從而產生大量的乳酸；本研究結果表明，當大豆低聚糖濃度高于4%時，對于pH的變化將不會產生明顯的影響，說明此時乳酸菌的繁殖速度受到了蘿卜泡菜中乳酸的影響，并不再受到大豆低聚糖濃度的影響。

不同濃度大豆低聚糖的泡菜中亞硝酸鹽含量見圖4。

圖4 大豆低聚糖添加量對白蘿卜泡菜亞硝酸鹽含量的影響Fig.4 The effect of soybean oligosaccharides additive amount on the nitrite content of white radish pickles

由圖4可知，樣品蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽在不同濃度大豆低聚糖下隨著發酵時間的延長先增加后降低，當發酵時間為6～7 d時，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽趨于平穩，這與圖2中的試驗結果較為接近。當發酵時間為7 d時，不添加大豆低聚糖的蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量明顯高于添加大豆低聚糖的蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量。添加4%～8%的大豆低聚糖時，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量低于添加0%～4%的大豆低聚糖，本試驗選取4%的大豆低聚糖添加量作為最佳的大豆低聚糖添加量。

2.1.3 紫蘇-豆芽汁添加量對白蘿卜泡菜品質與亞硝酸鹽含量的影響

圖5 紫蘇-豆芽汁添加量對白蘿卜泡菜pH值的影響Fig.5 The effect of Perilla-bean sprouts juice additive amount on the pH value of white radish pickles

由圖5可知，pH隨著發酵時間的延長而逐漸降低，在蘿卜泡菜發酵的前3 d內，pH下降的速度較快，當發酵時間大于3 d時，pH下降的速度逐漸減緩；在發酵期間，沒有添加紫蘇-豆芽汁的pH一直高于添加紫蘇-豆芽汁的蘿卜泡菜的pH，這是由于紫蘇-豆芽汁為乳酸菌的生長發育提供了營養；添加不同濃度的紫蘇-豆芽汁，蘿卜泡菜的pH下降的速度均不一致，說明不同濃度的紫蘇-豆芽汁對蘿卜泡菜對pH能夠產生一定程度的影響。

不同濃度紫蘇-豆芽汁對蘿卜泡菜中亞硝酸鹽含量的影響見圖6。

圖6 紫蘇-豆芽汁添加量對白蘿卜泡菜中亞硝酸鹽含量的影響Fig.6 The effect of Perilla-bean sprouts juice additive amount on the nitrite content of white radish pickles

由圖6可知，當發酵時間小于2 d時，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量快速增加；當發酵時間大于2 d時，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量逐漸降低，并且降低的速度逐漸減緩。在發酵初期，蘿卜泡菜中的亞硝酸鹽含量隨著紫蘇-豆芽汁濃度的增加而增加，這是由于紫蘇-豆芽汁中含有亞硝酸根離子。當第6天發酵結束之后，添加4%紫蘇-豆芽汁的蘿卜泡菜中亞硝酸鹽含量最低，為1.8 mg/kg。

2.2 模糊感官評定及模糊矩陣的建立

對10位感官評定人員的感官評價進行統計，統計結果見表3。

表3 模糊數學感官評價矩陣Table 3 The fuzzy mathematics sensory evaluation matrix

由表3可知，樣品1的滋味評價中，10位代表評價人員，其中2位評價優，5位評價良，3位評價中，無人評價差，以此類推。將蘿卜泡菜各個感官因素評價人數除以總人數，得到感官矩陣為Xi(i=1，2，3，4……，13)。

根據模糊數學原理，通過矩陣乘法計算每組樣品的結果Yi(1，2，3……，13)=L×Xi=(0.32，0.24，0.23，0.21)×Xi，將結果中的各個量分別賦值(優，良，中，差依次賦值為90，80，70，60)，每個樣品的感官評分結果見表4。

2.3 響應面試驗

根據單因素試驗結果，選擇A食鹽添加量(%)、B大豆低聚糖添加量(%)和C紫蘇-豆芽汁添加量(%)3個因素為自變量，以模糊數學感官綜合評價值為響應值，試驗結果見表4，并對試驗結果進行方差分析(見表5)。

表4 響應面試驗設計方案及結果Table 4 Response surface test design scheme and results

續 表

表5 響應面回歸模型方差分析結果Table 5 Variance analysis results of response surface regression model

對表5中的數據進行分析，獲得蘿卜泡菜的感官評分對食鹽添加量(A)、大豆低聚糖添加量(B)和紫蘇-豆芽汁添加量(C)的二次項響應面回歸模型：Y=86.23+1.23A+2.13B-0.12C+0.21AB+1.12AC-1.42BC-5.38A2-7.65B2-2.12C2。模型的決定系數為R2=0.9987，表明該模型的擬合程度良好，感官評分最高為87.88分，最優蘿卜醬菜加工工藝為6%的食鹽添加量、6%的大豆低聚糖添加量和4%的紫蘇-豆芽汁添加量。

3 小結

泡菜中含有豐富的揮發性風味物質，這些物質主要包括糖類、氨基酸和有機酸，這些物質在泡菜發酵過程中被分解成為各種易被人體吸收的代謝產物。泡菜中的微生物種類復雜多樣，不規范地生產泡菜，易產生對人體有害的物質。本試驗通過對泡菜加工工藝進行研究，獲得了泡菜的最佳加工工藝為6%的食鹽添加量、6%的大豆低聚糖添加量和4%的紫蘇-豆芽汁添加量，響應面擬合效果也較好。