基于模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法優(yōu)化雜糧面醬發(fā)酵工藝

田湖蓮，張倩，孟凡冰,2，李云成,2*，劉達(dá)玉,2，王梅

(1.成都大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院，成都 610106；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610106)

面醬又稱甜面醬，傳統(tǒng)面醬是以小麥或面粉為主要原料，經(jīng)蒸煮后采用米曲霉制曲再經(jīng)發(fā)酵釀制而成的一種醬類調(diào)味食品[1]。傳統(tǒng)發(fā)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(fā)酵醬制品的研究仍不多，沒有獲得系統(tǒng)性的研究成果。近年來，世界各國對傳統(tǒng)發(fā)酵醬制品進(jìn)行了大量研究，日本對傳統(tǒng)醬制品的研究尤其多[3]。結(jié)果表明，發(fā)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(yù)防高血壓、糖尿病、心血管系統(tǒng)疾病[4]、癌癥以及提高免疫力、抗氧化等作用[5-6]。傳統(tǒng)甜面醬滋味香甜，鮮味獨(dú)特，色澤誘人，并因其獨(dú)特的口感和濃郁的醬香風(fēng)味深受廣大消費(fèi)者的青睞。

我國雜糧資源豐厚，種類繁多，分布廣泛，產(chǎn)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(chǎn)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(yǎng)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(yī)食同源、藥食兼用的糧食作物，引起醫(yī)學(xué)界和營養(yǎng)學(xué)界的高度重視[9]。黑豆含有豐富的微量元素和營養(yǎng)成分，還有許多對人體具有生理功能效應(yīng)的物質(zhì)，醫(yī)藥價(jià)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(chǎn)工藝進(jìn)行研究，一方面，可促進(jìn)雜糧的精深加工，進(jìn)一步增加雜糧的綜合利用附加值，從而推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；另一方面，作為一種特色的功能型面醬制品，符合時(shí)下的熱點(diǎn)消費(fèi)市場，并作為地區(qū)特色食品加以推廣，可增加相關(guān)產(chǎn)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(yè)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(xué)品有限公司。

1.3 主要儀器和設(shè)備

WP-UPT-20型超純水機(jī) 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(xué)儀器有限公司；UV-5200型紫外分光光度計(jì) 上海元析儀器有限公司；PHS-2F型pH計(jì) 上海精密科學(xué)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(shí)驗(yàn)操作及工藝要點(diǎn)

1.5.1 原料預(yù)處理

調(diào)節(jié)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(fēng)培養(yǎng)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(shí)制曲完成。

1.5.3 發(fā)酵工藝

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

1.6 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.6.1 單因素實(shí)驗(yàn)

以發(fā)酵時(shí)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。固定米曲霉接種量為9×106個(gè)/g、曲∶鹽水為1∶1.2、雜糧粉∶面粉為7∶3，考察不同發(fā)酵時(shí)間(22，25，28，31，34 d)對雜糧面醬感官評價(jià)的影響；固定發(fā)酵時(shí)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(gè)/g)對雜糧面醬感官評價(jià)的影響；固定米曲霉接種量為9×106個(gè)/g、發(fā)酵時(shí)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(jià)的影響；固定米曲霉接種量為9×106個(gè)/g、發(fā)酵時(shí)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(jià)的影響。

1.6.2 正交實(shí)驗(yàn)

通過單因素實(shí)驗(yàn)，對米曲霉接種量、曲∶鹽水、雜糧粉∶面粉、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行L16(44)正交實(shí)驗(yàn),優(yōu)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(shí)驗(yàn)因素水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test for coarse cereals paste

1.7 測定項(xiàng)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(fēng)味和品質(zhì)，是組成食品質(zhì)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(jìn)行綜合評價(jià)的一種檢驗(yàn)方法。由于感官評定具有一定的主觀性，容易受到評定者個(gè)人喜好的檢驗(yàn)，因此通常采用群檢的方式。本實(shí)驗(yàn)所進(jìn)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(jié)果。各評定項(xiàng)目的固定權(quán)重見表2，感官評定評分標(biāo)準(zhǔn)[11-12]見表3。

表2 感官評分項(xiàng)目權(quán)重分配表 Table 2 The weight allocation table of sensory scoring items

表3 感官評分標(biāo)準(zhǔn)表Table 3 The sensory scoring standard table

續(xù) 表

1.7.2 氨基酸態(tài)氮的測定(甲醛值法)

根據(jù) GB/T 5009.40-2003《醬衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》與 GB/T 5009.39-2003《醬油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》，所需測氨基酸態(tài)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(jìn)行處理后，按規(guī)定的方法，用甲醛值法測定，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：X表示試樣中氨基酸態(tài)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(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL;V2表示試劑空白消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L；0.014表示與1.00 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液[c(NaOH)=1.000 mol/mL]相當(dāng)?shù)牡馁|(zhì)量，g。

1.7.3 還原糖的測定

還原糖根據(jù)孟鴛[13]的方法進(jìn)行測定。還原糖在氫氧化鈉與丙三醇存在時(shí)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(nèi)與棕紅色物質(zhì)的深淺成一定的正比關(guān)系，用可見分光光度計(jì)在波長540 nm下測定OD值，根據(jù)OD值制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算還原糖的含量。

1.7.4 總酸的測定

總酸參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12456-2008進(jìn)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(jìn)行滴定，同時(shí)進(jìn)行空白對照測定以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。總酸含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)X計(jì)，數(shù)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(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L；V1表示滴定試液時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；V2表示空白實(shí)驗(yàn)時(shí)消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；K表示酸的換算系數(shù)；F表示試液的稀釋倍數(shù)；M表示試樣的質(zhì)量，g。

1.7.5 雜糧面醬衛(wèi)生安全檢測

根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2718-2014《釀造醬》[14]和GB 29921-2013《食品中致病菌限量》[15]對發(fā)酵成的雜糧面醬進(jìn)行微生物以及致病菌檢測。

1.8 模糊數(shù)學(xué)模型

根據(jù)周偉等、胡金祥等的方法建立模糊數(shù)學(xué)模型[16-17]。

1.8.1 確定評價(jià)對象集

設(shè)評價(jià)對象為U={U1，U2，U3，……U15，U16}，U1～U16分別代表正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的16組樣品。Uj代表第j組的綜合評價(jià)結(jié)果，j=1，2，3……15，16。

1.8.2 確定評價(jià)因素集

評價(jià)因素集是指感官評價(jià)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(tài)。

1.8.3 確定評價(jià)等級集

評價(jià)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(yōu)、良、中、差，即X={35，30，25，20}。

1.8.4 確定權(quán)重集

權(quán)重集為固定權(quán)重集，權(quán)重D=(0.2，0.3，0.4，0.1)。

1.8.5 確定模糊數(shù)學(xué)矩陣及綜合感官評分

10位感官評價(jià)員根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)對16組樣品進(jìn)行綜合評價(jià)，記錄下各個(gè)因素的優(yōu)、良、中、差的評價(jià)人數(shù)，統(tǒng)計(jì)得到模糊數(shù)學(xué)矩陣G，綜合評分U=D×G。將優(yōu)、良、中、差賦予4個(gè)等級35，30，25，20分，最終模糊數(shù)學(xué)評分A=U×X。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同發(fā)酵時(shí)間對雜糧面醬感官評分的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵時(shí)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(fā)酵時(shí)間為25 d時(shí)雜糧面醬的感官評分最高，發(fā)酵22 d的評分最低，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間不夠充分，面醬的氨基酸態(tài)氮含量、總酯含量較低[18]，面醬的風(fēng)味物質(zhì)沒有得到更好的釋放，醬香味偏淡。發(fā)酵時(shí)間超過25 d后，感官評分有所下降，因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間過長，面醬的水分有所流失，面醬的色澤變暗，體態(tài)較稠且結(jié)塊，降低了面醬的風(fēng)味等各因素。所以，實(shí)驗(yàn)選取發(fā)酵時(shí)間為25，28，31，34 d進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

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(gè)/g時(shí)雜糧面醬的評分最高，米曲霉接種量為7×106個(gè)/g時(shí)雜糧面醬的評分最低。這可能是因?yàn)榻臃N量過少時(shí)，原料不能充分發(fā)酵，導(dǎo)致醬香味較淡。米曲霉接種量超過9×106個(gè)/g時(shí)感官評分下降，此時(shí)原料所含的營養(yǎng)物質(zhì)不能滿足米曲霉的生長需求[19]，由于過度發(fā)酵產(chǎn)生了不好的風(fēng)味物質(zhì)且面醬發(fā)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(dǎo)致最后的成曲結(jié)塊、色澤暗，發(fā)酵后的面醬綜合評分降低。所以，實(shí)驗(yàn)選取米曲霉接種量為8×106，9×106，10×106，11×106個(gè)/g進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

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(diǎn)，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(dǎo)致面醬被雜菌污染，產(chǎn)生酸臭味。當(dāng)曲∶鹽水為1∶1.4時(shí)鹽水添加量過多，高滲透壓導(dǎo)致米曲霉酶活性降低，面醬的水解程度降低，面醬的風(fēng)味受到影響[21]，并且雜糧面醬味道過咸。因此，本實(shí)驗(yàn)選取曲∶鹽水為1∶1、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

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(shí)，雜糧面醬的黏稠度適宜，無明顯結(jié)塊，雜糧風(fēng)味突出，感官評分較高。雜糧粉∶面粉為5∶5時(shí)，面醬的黏稠度偏高，醬香味較淡，評分最低。因此，本實(shí)驗(yàn)選取雜糧粉∶面粉為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)結(jié)果

2.2.1 雜糧面醬感官評價(jià)結(jié)果票數(shù)統(tǒng)計(jì)

參照表1進(jìn)行4因素4水平的正交實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行感官評價(jià)，雜糧面醬感官評價(jià)得票統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 雜糧面醬感官評價(jià)得票統(tǒng)計(jì)Table 4 The statistics on the votes of sensory evaluation of coarse cereal paste

2.2.2 感官結(jié)果處理

結(jié)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(tài)=(8，2，0，0)。將以上因素結(jié)果轉(zhuǎn)化為矩陣，則:

同法可得：

2.2.3 模糊數(shù)學(xué)評分結(jié)果計(jì)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(jià)計(jì)算結(jié)果Table 5 The calculation results of comprehensive evaluation of coarse cereal paste

再根據(jù)最終模糊數(shù)學(xué)評分A=U×X，將雜糧面醬綜合評價(jià)計(jì)算結(jié)果與評分等級X={35,30,25,20}相乘，結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 The results of orthogonal experiment of coarse cereal paste

由表6正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和極差分析結(jié)果可知，各因素對雜糧面醬的影響順序?yàn)锳(發(fā)酵時(shí)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(chǎn)的最佳工藝為：發(fā)酵時(shí)間為25 d，米曲霉接種量為9×106個(gè)/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(jià)

在發(fā)酵時(shí)間為25 d，米曲霉接種量為9×106個(gè)/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(shí)，發(fā)酵雜糧面醬并進(jìn)行綜合評價(jià)，評價(jià)結(jié)果見表7和表8。

表7 雜糧面醬綜合評價(jià)結(jié)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(biāo)Table 8 The physicochemical and microbial indexes of coarse cereal paste

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以面醬為研究對象，并在傳統(tǒng)的配方上添加苦蕎粉、燕麥粉、黑豆粉，通過單因素實(shí)驗(yàn)、正交實(shí)驗(yàn)并且結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法對其工藝及配方進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所探討的對雜糧面醬品質(zhì)影響的4個(gè)因素中，影響程度為發(fā)酵時(shí)間>米曲霉接種量>鹽水添加量>面粉添加量。雜糧面醬在發(fā)酵時(shí)間為25 d，米曲霉接種量為9×106個(gè)/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(shí)評分最高，氨基酸態(tài)氮含量也符合GB 2718-2014標(biāo)準(zhǔn)。