基于模糊數學感官評價法優化雜糧面醬發酵工藝

田湖蓮，張倩，孟凡冰,2，李云成,2*，劉達玉,2，王梅

(1.成都大學 藥學與生物工程學院，成都 610106；2.農業農村部雜糧加工重點實驗室，成都 610106)

面醬又稱甜面醬，傳統面醬是以小麥或面粉為主要原料，經蒸煮后采用米曲霉制曲再經發酵釀制而成的一種醬類調味食品[1]。傳統發酵醬制品種類豐富，如黃豆醬、豆瓣醬、甜面醬等[2]。雖然醬制品在我國歷史悠久，但對面醬等發酵醬制品的研究仍不多，沒有獲得系統性的研究成果。近年來，世界各國對傳統發酵醬制品進行了大量研究，日本對傳統醬制品的研究尤其多[3]。結果表明，發酵醬制品中存在多種對人體有益的功能成分，這些成分具有預防高血壓、糖尿病、心血管系統疾病[4]、癌癥以及提高免疫力、抗氧化等作用[5-6]。傳統甜面醬滋味香甜，鮮味獨特，色澤誘人，并因其獨特的口感和濃郁的醬香風味深受廣大消費者的青睞。

我國雜糧資源豐厚，種類繁多，分布廣泛，產量豐富[7]。目前市場上的雜糧制品主要包括雜糧面條、雜糧饅頭、雜糧面包，這些產品均是以雜糧為原料的初級制品。雜糧含有人體所需的多種營養及功能成分，如苦蕎中含有蘆丁、苦味素等，具有降血糖、降血脂等功能[8]。燕麥作為一種醫食同源、藥食兼用的糧食作物，引起醫學界和營養學界的高度重視[9]。黑豆含有豐富的微量元素和營養成分，還有許多對人體具有生理功能效應的物質，醫藥價值和前景比普通黃豆更好[10]。本文以苦蕎、燕麥、黑豆為主要原料，對雜糧面醬的生產工藝進行研究，一方面，可促進雜糧的精深加工，進一步增加雜糧的綜合利用附加值，從而推動相關產業的發展；另一方面，作為一種特色的功能型面醬制品，符合時下的熱點消費市場，并作為地區特色食品加以推廣，可增加相關產品的品類豐富度。

1 材料與方法

1.1 材料

苦蕎粉、燕麥粉、黑豆粉、面粉：購于十陵好樂購超市；米曲霉3.042(CICC40092)和魯氏酵母As2.180(CICC1379)：購于中國工業微生物菌種保藏中心。

1.2 試劑

氯化鈉、氫氧化鈉、酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀、乙醇、甲醛、葡萄糖、無水碳酸鈉、3,5-二硝基水楊酸、丙三醇、苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉：成都市科隆化學品有限公司。

1.3 主要儀器和設備

WP-UPT-20型超純水機 四川沃爾特水處理有限公司；THZ-98C型恒溫振蕩器 上海一恒科學儀器有限公司；UV-5200型紫外分光光度計 上海元析儀器有限公司；PHS-2F型pH計 上海精密科學儀器有限公司；HH-6型恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；JD1000-2型電子天平 沈陽龍騰電子有限公司；DZF-6050型真空干燥箱 大連干燥箱廠。

1.4 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram

1.5 實驗操作及工藝要點

1.5.1 原料預處理

調節苦蕎粉、燕麥粉和黑豆粉的比例為10∶5∶2，與面粉混合，并用70%的水潤濕后，在高壓滅菌鍋中以121 ℃，0.1 MPa蒸料20 min。

1.5.2 制曲工藝

將蒸好的原料冷卻至30 ℃左右，按一定比例接入種曲，在30 ℃、相對濕度95%的條件下通風培養3 d，中途翻曲2次。采用米曲霉制曲，待曲料上長出白色的菌絲，逐漸變成綠色，最后變成黃綠色，此時制曲完成。

1.5.3 發酵工藝

將一定比例的鹽水加入成曲中進行發酵。酵母菌在加入鹽水后發酵的第10天添加，隔1 d攪拌1次。

1.6 實驗設計

1.6.1 單因素實驗

以發酵時間、米曲霉接種量、曲與鹽水的不同比例以及雜糧粉與面粉的不同比例作為單因素實驗進行研究。固定米曲霉接種量為9×106個/g、曲∶鹽水為1∶1.2、雜糧粉∶面粉為7∶3，考察不同發酵時間(22，25，28，31，34 d)對雜糧面醬感官評價的影響；固定發酵時間為28 d、曲∶鹽水為1∶1.2、雜糧粉∶面粉為7∶3，考察不同米曲霉接種量(7×106，8×106，9×106，10×106，11×106個/g)對雜糧面醬感官評價的影響；固定米曲霉接種量為9×106個/g、發酵時間為28 d、曲∶鹽水為1∶1.2，考察雜糧粉和面粉的不同比例(9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5)對雜糧面醬感官評價的影響；固定米曲霉接種量為9×106個/g、發酵時間為28 d、雜糧粉∶面粉為7∶3，考察曲和鹽水的不同比例(1∶1、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3、1∶1.4)對雜糧面醬感官評價的影響。

1.6.2 正交實驗

通過單因素實驗，對米曲霉接種量、曲∶鹽水、雜糧粉∶面粉、發酵時間進行L16(44)正交實驗,優化雜糧面醬的配方。各因素水平表見表1。

表1 雜糧面醬正交實驗因素水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test for coarse cereals paste

1.7 測定項目

1.7.1 感官評定

食品的感官性狀即食品的色、香、味等，包括食品的外觀、風味和品質，是組成食品質量的重要部分。通過視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺等對食品的色、香、味、形等進行綜合評價的一種檢驗方法。由于感官評定具有一定的主觀性，容易受到評定者個人喜好的檢驗，因此通常采用群檢的方式。本實驗所進行的感官評定采取10人的群檢方式， 然后取平均值作為最終的感官評定結果。各評定項目的固定權重見表2，感官評定評分標準[11-12]見表3。

表2 感官評分項目權重分配表 Table 2 The weight allocation table of sensory scoring items

表3 感官評分標準表Table 3 The sensory scoring standard table

續 表

1.7.2 氨基酸態氮的測定(甲醛值法)

根據 GB/T 5009.40-2003《醬衛生標準的分析方法》與 GB/T 5009.39-2003《醬油衛生標準的分析方法》，所需測氨基酸態氮含量是指以雜糧面醬為檢測樣本。從面醬中稱取5 g試樣進行處理后，按規定的方法，用甲醛值法測定，計算公式如下：

(1)

式中：X表示試樣中氨基酸態氮的含量，g/100 g；V1表示試樣中氨基酸稀釋液加入甲醛后消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL;V2表示試劑空白消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL；V3表示試樣稀釋液取用量，mL；C表示氫氧化納標準滴定溶液的濃度，mol/L；0.014表示與1.00 mL氫氧化鈉標準滴定溶液[c(NaOH)=1.000 mol/mL]相當的氮的質量，g。

1.7.3 還原糖的測定

還原糖根據孟鴛[13]的方法進行測定。還原糖在氫氧化鈉與丙三醇存在時可將3,5-二硝基水楊酸中的硝基還原為氨基化合物，該化合物在堿性溶液中呈棕紅色。還原糖的含量在一定的范圍內與棕紅色物質的深淺成一定的正比關系，用可見分光光度計在波長540 nm下測定OD值，根據OD值制作標準曲線，計算還原糖的含量。

1.7.4 總酸的測定

總酸參照國家標準GB/T 12456-2008進行測定。稱取5 g雜糧面醬，稀釋到100 mL，用濾紙過濾，待用。稱取25 g濾液于250 mL三角瓶中，加入40 mL去離子水，加入0.2 mL 1%的酚酞，用配制好的0.1 mol/L NaOH溶液進行滴定，同時進行空白對照測定以保證數據的準確性。總酸含量以質量分數X計，數值以g/kg表示，公式如下：

(2)

式中：X表示試樣中總酸含量，g/kg；C表示氫氧化鈉標準滴定溶液的濃度，mol/L；V1表示滴定試液時消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL；V2表示空白實驗時消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL；K表示酸的換算系數；F表示試液的稀釋倍數；M表示試樣的質量，g。

1.7.5 雜糧面醬衛生安全檢測

根據食品安全國家標準GB 2718-2014《釀造醬》[14]和GB 29921-2013《食品中致病菌限量》[15]對發酵成的雜糧面醬進行微生物以及致病菌檢測。

1.8 模糊數學模型

根據周偉等、胡金祥等的方法建立模糊數學模型[16-17]。

1.8.1 確定評價對象集

設評價對象為U={U1，U2，U3，……U15，U16}，U1～U16分別代表正交優化實驗的16組樣品。Uj代表第j組的綜合評價結果，j=1，2，3……15，16。

1.8.2 確定評價因素集

評價因素集是指感官評價中影響雜糧面醬綜合評分的因素集和，Q={Q1，Q2，Q3，Q4}，其中Q1、Q2、Q3、Q4分別代表雜糧面醬的色澤、香氣、口感、體態。

1.8.3 確定評價等級集

評價等級集是指感官評分等級劃分的集和，X={X1，X2，X3，X4},其中X1、X2、X3、X4分別代表優、良、中、差，即X={35，30，25，20}。

1.8.4 確定權重集

權重集為固定權重集，權重D=(0.2，0.3，0.4，0.1)。

1.8.5 確定模糊數學矩陣及綜合感官評分

10位感官評價員根據評分標準對16組樣品進行綜合評價，記錄下各個因素的優、良、中、差的評價人數，統計得到模糊數學矩陣G，綜合評分U=D×G。將優、良、中、差賦予4個等級35，30，25，20分，最終模糊數學評分A=U×X。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

不同發酵時間對雜糧面醬感官評分的影響見圖2。

圖2 發酵時間對雜糧面醬感官評分的影響Fig.2 Effect of fermentation time on the sensory score of coarse cereal paste

由圖2可知，發酵時間為25 d時雜糧面醬的感官評分最高，發酵22 d的評分最低，這可能是因為發酵時間不夠充分，面醬的氨基酸態氮含量、總酯含量較低[18]，面醬的風味物質沒有得到更好的釋放，醬香味偏淡。發酵時間超過25 d后，感官評分有所下降，因為發酵時間過長，面醬的水分有所流失，面醬的色澤變暗，體態較稠且結塊，降低了面醬的風味等各因素。所以，實驗選取發酵時間為25，28，31，34 d進行正交實驗。

圖3 米曲霉接種量對雜糧面醬感官評分的影響Fig.3 Effect of Aspergillus oryzae inoculation amount on the sensory score of coarse cereal paste

由圖3可知，米曲霉接種量為9×106個/g時雜糧面醬的評分最高，米曲霉接種量為7×106個/g時雜糧面醬的評分最低。這可能是因為接種量過少時，原料不能充分發酵，導致醬香味較淡。米曲霉接種量超過9×106個/g時感官評分下降，此時原料所含的營養物質不能滿足米曲霉的生長需求[19]，由于過度發酵產生了不好的風味物質且面醬發酸。隨著接種量增多，米曲霉孢子生長旺盛，容易感染雜菌[20]，導致最后的成曲結塊、色澤暗，發酵后的面醬綜合評分降低。所以，實驗選取米曲霉接種量為8×106，9×106，10×106，11×106個/g進行正交實驗。

圖4 鹽水添加量對雜糧面醬感官評分的影響Fig.4 Effect of brine additive amount on the sensory score of coarse cereal paste

由圖4可知，曲∶鹽水為1∶1.2是感官評分的拐點，隨著鹽水添加量的增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢。鹽水添加量過少，導致面醬被雜菌污染，產生酸臭味。當曲∶鹽水為1∶1.4時鹽水添加量過多，高滲透壓導致米曲霉酶活性降低，面醬的水解程度降低，面醬的風味受到影響[21]，并且雜糧面醬味道過咸。因此，本實驗選取曲∶鹽水為1∶1、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3進行正交實驗。

圖5 面粉添加量對雜糧面醬感官評分的影響Fig.5 Effect of flour additive amount on the sensory score of coarse cereal paste

由圖5可知，雜糧粉∶面粉為7∶3和6∶4時，雜糧面醬的黏稠度適宜，無明顯結塊，雜糧風味突出，感官評分較高。雜糧粉∶面粉為5∶5時，面醬的黏稠度偏高，醬香味較淡，評分最低。因此，本實驗選取雜糧粉∶面粉為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4進行正交實驗。

2.2 模糊數學感官評價結果

2.2.1 雜糧面醬感官評價結果票數統計

參照表1進行4因素4水平的正交實驗，對實驗進行感官評價，雜糧面醬感官評價得票統計見表4。

表4 雜糧面醬感官評價得票統計Table 4 The statistics on the votes of sensory evaluation of coarse cereal paste

2.2.2 感官結果處理

結合表4，以1號為例，G色澤=(7，3，0，0)；G香氣=(6，4，0，0)；G口感=(5，4，1，0)；G體態=(8，2，0，0)。將以上因素結果轉化為矩陣，則:

同法可得：

2.2.3 模糊數學評分結果計算

由U=D×G得：

(0.6，0.36，0.04，0),同理可得表5。

表5 雜糧面醬綜合評價計算結果Table 5 The calculation results of comprehensive evaluation of coarse cereal paste

再根據最終模糊數學評分A=U×X，將雜糧面醬綜合評價計算結果與評分等級X={35,30,25,20}相乘，結果相加整理。以樣品1為例，A1=(0.6, 0.36, 0.04, 0)×(35, 30, 25, 20)=31.75，同理可得表6。

表6 雜糧面醬正交實驗結果Table 6 The results of orthogonal experiment of coarse cereal paste

由表6正交實驗結果和極差分析結果可知，各因素對雜糧面醬的影響順序為A(發酵時間)>B(米曲霉接種量)>C(鹽水添加量)>D(面粉添加量)。雜糧面醬生產的最佳工藝為：發酵時間為25 d，米曲霉接種量為9×106個/g，鹽水添加量為1∶1.3(曲∶鹽水)，面粉添加量為6∶4(雜糧粉∶面粉)。

2.3 雜糧面醬的綜合評價

在發酵時間為25 d，米曲霉接種量為9×106個/g，鹽水添加量為1∶1.3(曲∶鹽水)，面粉添加量為6∶4(雜糧粉∶面粉)時，發酵雜糧面醬并進行綜合評價，評價結果見表7和表8。

表7 雜糧面醬綜合評價結果Table 7 The comprehensive evaluation results of coarse cereal paste

表8 雜糧面醬理化及微生物指標Table 8 The physicochemical and microbial indexes of coarse cereal paste

3 結論

本實驗以面醬為研究對象，并在傳統的配方上添加苦蕎粉、燕麥粉、黑豆粉，通過單因素實驗、正交實驗并且結合模糊數學感官評價法對其工藝及配方進行優化。實驗結果表明，實驗所探討的對雜糧面醬品質影響的4個因素中，影響程度為發酵時間>米曲霉接種量>鹽水添加量>面粉添加量。雜糧面醬在發酵時間為25 d，米曲霉接種量為9×106個/g，鹽水添加量為1∶1.3(曲∶鹽水)，面粉添加量為6∶4(雜糧粉∶面粉)時評分最高，氨基酸態氮含量也符合GB 2718-2014標準。