模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化低鹽蘑菇醬配方

劉東，夏金龍

(吉林工商學(xué)院 吉林省飲食文化研究院，長(zhǎng)春 130507)

發(fā)酵醬類調(diào)味品的含鹽量普遍較高，食鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在10%以上，有的甚至超過25%[1-2]。過量攝入食鹽會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)的鈉濃度增加，滲透壓升高，血管張力與心排血量增加，進(jìn)而引發(fā)高血壓[3-5]。目前,中國(guó)鹽敏感性高血壓患者超過40%，日常膳食減少食鹽攝入被認(rèn)為是預(yù)防高血壓最具成本效益的公共衛(wèi)生策略[6-8]。東北地區(qū)冬季寒冷，人們喜歡食用具有高鹽、高蛋白特點(diǎn)的發(fā)酵豆醬，并廣泛地應(yīng)用在烹飪菜品加工中[9]。隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，降低發(fā)酵調(diào)味品的食鹽含量，生產(chǎn)低鹽甚至無鹽的發(fā)酵調(diào)味品受到了人們的廣泛關(guān)注。

目前，通過發(fā)酵菌株優(yōu)化，改善水解酶活性，控制生物胺等方法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)發(fā)酵醬的減鹽發(fā)酵[10-11]。但是由于食鹽添加減少，對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味產(chǎn)生影響，消費(fèi)者接受度降低。為改善產(chǎn)品風(fēng)味，在發(fā)酵醬中添加復(fù)合風(fēng)味的原料，通過感官協(xié)調(diào)刺激作用，提供消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品咸度的感受，實(shí)現(xiàn)“減鹽、保咸、增鮮”的目的。雙孢蘑菇含有大量以鮮味為主的復(fù)合風(fēng)味肽[12-13]，通過熱加工和水解的方法，可以有效增加蘑菇水解物中鮮味肽的釋放數(shù)量，具有開發(fā)食品增鮮劑的發(fā)展前景。中式烹飪擅長(zhǎng)制備復(fù)合風(fēng)味的調(diào)味油，可以有效地提高對(duì)消費(fèi)者的感官刺激[14]。

本研究計(jì)劃開發(fā)一種“減鹽、保咸、增鮮”的低鹽蘑菇醬，以低鹽發(fā)酵醬、雙孢蘑菇提取物和調(diào)味油為基礎(chǔ)原料，擬利用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法結(jié)合響應(yīng)面法對(duì)加工配方進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行分析，為食品減鹽這一重要的健康需求提供實(shí)驗(yàn)科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

米曲霉菌株為吉林工商學(xué)院吉林省糧油食品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存的具有耐低鹽發(fā)酵能力的菌株。雙孢蘑菇(Agaricusbisporus)的選購(gòu)條件為菌褶發(fā)育不全且呈淺棕色，果體較小、橢圓形，菌肉灰白色。黃豆、面粉、植物油、調(diào)味料等購(gòu)自當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。商品化蛋白酶、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、鹽酸、酚酞等試劑購(gòu)自長(zhǎng)春博大生物科技公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

DHP-9052型恒溫培養(yǎng)箱 上海捷呈實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；BPH-7100A型臺(tái)式pH計(jì) 上海貝爾股份有限公司；XFH-40CA型壓力蒸汽滅菌器 浙江新豐醫(yī)療器械有限公司；SJ-CJ-1FD型超凈工作臺(tái) 蘇州蘇潔凈化設(shè)備有限公司；EX-B型精密電子天平 廈門萊斯德科學(xué)儀器有限公司；HZ85-2型磁力攪拌器 杭州彩譜科技有限公司；101-4型干燥箱 上海瑯玕實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；LD-5型高速離心機(jī) 常州榮華儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

1.3.1 低鹽蘑菇醬的加工方法

低鹽蘑菇醬是在傳統(tǒng)發(fā)酵醬的基礎(chǔ)上，應(yīng)用蘑菇提取物和調(diào)味油制備的一種新型低鹽蘑菇醬。具體的加工方法：分別制作低鹽發(fā)酵醬、蘑菇提取物和調(diào)味油，按照一定比例進(jìn)行熬醬，最后進(jìn)行裝罐、殺菌和冷卻儲(chǔ)存。

1.3.2 制備要點(diǎn)

1.3.2.1 低鹽發(fā)酵醬的制備

對(duì)選購(gòu)的黃豆進(jìn)行篩選，之后用純凈水浸泡18 h。浸泡要求達(dá)到豆粒表皮無任何皺紋，豆瓣內(nèi)部呈現(xiàn)出伸平狀態(tài)。將處理好的大豆放入蒸鍋，蒸煮20 min，再冷水浸泡5 min，至豆粒軟硬均勻，手捏成餅即可。熟豆出鍋，攤平冷卻，厚度20 cm，翻動(dòng)至豆粒表面無浮水，降溫至40 ℃左右，放入等量的小麥粉和活化的米曲霉菌株，攪拌均勻，將接入菌種的曲料裝入曲箱，攤平，保持曲料溫度在25 ℃，靜置培養(yǎng)16 h。待曲料開始結(jié)塊并有裂縫，表層呈現(xiàn)白色，進(jìn)行連續(xù)翻曲，注意控制溫度不超過30 ℃，經(jīng)16 h即為成曲。準(zhǔn)備1個(gè)100 kg的醬缸，將制好的曲塊打碎，放入缸中，灌入鹽水，其中添加鹽水含鹽量為10%，相當(dāng)于將食鹽添加量減少40%，90 d后發(fā)酵結(jié)束，實(shí)驗(yàn)過程中用手持鹽度計(jì)檢測(cè)食鹽濃度。

1.3.2.2 蘑菇水解物的制備

取新鮮的平菇在液氮下冷凍，之后使用設(shè)備凍干，取凍干平菇(1000 g)在液氮下冷凍，用研磨機(jī)磨成細(xì)粉，轉(zhuǎn)移到旋口瓶中備用。取100 g平菇粉，加入400 mL的水和1.5 mL的商品化蛋白酶。將得到的混合物充分混勻，50 ℃作用4 h。完成后取出樣品，用真空漏斗過濾，將液體與固體分離，所得液體即為蘑菇水解物，放置于4 ℃冰箱中保存。

1.3.2.3 調(diào)味油的制備

調(diào)味油采用中式烹飪傳統(tǒng)方式進(jìn)行制備，每份調(diào)味油的主要原料為食用油(100 g)、生抽(8 g)、辣椒粉(6 g)、糖(10 g)、醋(5 g)、花椒(3 g)、八角(5 g)、桂皮(4 g)、蔥(30 g)、姜(20 g)和蒜(20 g)。具體制備方法：使用電磁爐加熱，鍋內(nèi)加入食用油，先加入蔥，再加入蒜末和姜末，放入桂皮、八角等，燒制少許時(shí)間，再加入辣椒粉，最后加入生抽、醋和白糖。去除八角、花椒、姜、蒜料渣，冷卻備用。

1.3.2.4 熬醬

取適量發(fā)酵醬、蘑菇提取物、調(diào)味油。油鍋洗凈后加熱，倒入少量食用油，使油溫快速升高到85 ℃以上，加入減鹽發(fā)酵醬，炒香，加入蘑菇提取物、適量飲用水，翻炒至微沸，轉(zhuǎn)小火繼續(xù)加熱，加入制備好的調(diào)味油，熬煮。

續(xù) 表

續(xù) 表

續(xù) 表

1.3.2.5 裝罐、殺菌

將密封罐洗凈后，滅菌30 min，熬醬結(jié)束后，立即裝入罐中，罐內(nèi)保留適量頂隙，避免脹罐。裝罐后進(jìn)行殺菌(15 min，100 ℃)，分段冷卻到40 ℃后避光保存。

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)

經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定低鹽蘑菇醬初步配方：固定蘑菇提取物添加量20%、調(diào)味油添加量25%，考察低鹽發(fā)酵醬添加量(30%、35%、40%、45%、50%)對(duì)感官評(píng)分的影響；固定低鹽發(fā)酵醬添加量40%、調(diào)味油添加量25%，考察蘑菇提取物添加量(10%、15%、20%、25%、30%)對(duì)感官評(píng)分的影響；固定低鹽發(fā)酵醬添加量40%、蘑菇提取物添加量20%，考察調(diào)味油添加量(5%、10%、15%、20%、25%)對(duì)感官評(píng)分的影響。

1.3.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

利用響應(yīng)面法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化研究，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素，具體見表1。響應(yīng)值(Y)設(shè)置為減鹽蘑菇醬的感官評(píng)分，通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定減鹽蘑菇醬制備的最佳工藝。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.3.5 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)體系的建立

1.3.5.1 對(duì)象集合Y的確定

每個(gè)待測(cè)的低鹽蘑菇醬樣品的隸屬度為y，設(shè)置Y為評(píng)價(jià)對(duì)象集合，即Y={y1，y2，y3……yi}。

1.3.5.2 評(píng)價(jià)因素集U的確定

在本實(shí)驗(yàn)中以滋味(u1)、香味(u2)、色澤(u3)、形態(tài)(u4)4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立減鹽蘑菇醬感官評(píng)價(jià)因素集 U={u1，u2，u3，u4}。

1.3.5.3 分?jǐn)?shù)集合W的確定

本實(shí)驗(yàn)將減鹽蘑菇醬評(píng)價(jià)等級(jí)A(w1)，B(w2)，C(w3)，D(w4)4個(gè)等級(jí)賦予不同的分?jǐn)?shù)，即w1=90，w2=80，w3=70，w4=60，W={w1，w2，w3，w4}={90，80，70，60}。

1.3.5.4 權(quán)重集V的確定

本實(shí)驗(yàn)中各個(gè)評(píng)級(jí)因素的權(quán)重系數(shù)值由vi表示，即減鹽蘑菇醬滋味(v1)、香味(v2)、色澤(v3)、形態(tài)(v4)，組成集合V={v1，v2，v3，v4}。采用二元對(duì)比法確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，邀請(qǐng)10位感官評(píng)價(jià)人員進(jìn)行投票評(píng)分，1票為1分，各因素兩兩對(duì)比，認(rèn)為重要的得1分，次要的得0分，自身對(duì)比得1分，所得權(quán)重為各個(gè)因素得分與總分(100分)的比值。

1.3.5.5 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定

所選擇的10位評(píng)測(cè)人員(5男5女)均經(jīng)過感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)，參照減鹽蘑菇醬感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見表2)對(duì)不同的樣品進(jìn)行滋味、香味、色澤和形態(tài)的品評(píng)。具體操作方法：把50 g樣品隨機(jī)倒入白色瓷盤中，在采光良好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)觀察減鹽蘑菇醬的色澤，輕輕晃動(dòng)瓷盤觀察形態(tài)，仔細(xì)聞氣味觀察香味，并用玻璃棒蘸取，嘗其滋味，用溫開水漱口后再進(jìn)行下一個(gè)樣品的品嘗。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.6 品質(zhì)的測(cè)定

1.3.6.1 食鹽的測(cè)定

參考GB 5009.42-2016《食鹽指標(biāo)的測(cè)定》。

1.3.6.2 水分的測(cè)定

參考GB 5009.3-2016《食品中水分的測(cè)定》。

1.3.6.3 亞硝酸鹽的測(cè)定

參考GB 5009.33-2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》。

1.3.6.4 生物胺的測(cè)定

參考GB 5009.208-2016《食品中生物胺的測(cè)定》。

1.3.6.5 微生物的測(cè)定

參考GB 4789.3-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計(jì)數(shù)》和GB 4789.2-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)采用WPS 2021進(jìn)行基本數(shù)據(jù)處理，采用GraphPad Prism 9進(jìn)行顯著性分析和作圖，采用Design Expert 12進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

各項(xiàng)感官評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重(V)計(jì)算結(jié)果見表3，分別為滋味0.32，香味 0.30，色澤0.18，形態(tài) 0.20，即 V={0.32，0.30，0.18，0.20}。

表3 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分配表

2.1.2 減鹽發(fā)酵醬添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分和食鹽含量的影響

由圖1可知，在減鹽發(fā)酵醬添加的過程中，感官評(píng)分先升高后降低，當(dāng)減鹽發(fā)酵醬添加量為45%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值，此時(shí)減鹽蘑菇醬具有良好的感官體驗(yàn)。減鹽發(fā)酵醬的食鹽含量隨著發(fā)酵醬添加量的增加而升高，這是因?yàn)榘l(fā)酵醬在制備過程中，不可避免地添加了鹽水。綜合評(píng)定可知，選取蘑菇提取物添加量為45%最佳。

圖1 發(fā)酵醬添加量對(duì)感官評(píng)分和食鹽含量的影響

2.1.3 蘑菇提取物添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分和食鹽含量的影響

由圖2可知，在蘑菇提取物添加的過程中，感官評(píng)分先升高后降低，當(dāng)蘑菇提取物添加量為25%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值，此時(shí)減鹽蘑菇醬具有良好的感官體驗(yàn)。說明蘑菇提取物的鮮味物質(zhì)一方面提高了調(diào)味醬的鮮味感受，另一方面促進(jìn)了人體味覺器官對(duì)咸味的識(shí)別。當(dāng)蘑菇提取物添加過多后，反而會(huì)對(duì)感官體驗(yàn)產(chǎn)生負(fù)面的影響。隨著蘑菇提取物添加量增多，減鹽蘑菇醬的食鹽含量略有升高，推測(cè)原因是在蘑菇提取物中含有少量食鹽類似物，隨著蘑菇提取物添加量逐漸增多，對(duì)減鹽蘑菇醬中的食鹽含量略有影響。綜合評(píng)定可知，選取蘑菇提取物添加量為25%最佳。

圖2 蘑菇提取物添加量對(duì)感官評(píng)分和食鹽含量的影響

2.1.4 調(diào)味油添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分和食鹽含量的影響

由圖3可知，在調(diào)味油添加的過程中，感官評(píng)分先升高后降低，當(dāng)調(diào)味油添加量為15%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值，此時(shí)減鹽蘑菇醬具有良好的感官體驗(yàn)。在調(diào)味油添加的過程中，減鹽蘑菇醬的食鹽含量逐漸提高，為調(diào)味油提供了較為豐富的味道組合，在制備調(diào)味油時(shí)使用了少量生抽，生抽中的食鹽含量會(huì)影響減鹽蘑菇醬總體的食鹽含量。綜合評(píng)定可知，選取調(diào)味油添加量為15%最佳。

圖3 調(diào)味油添加量對(duì)感官評(píng)分和食鹽含量的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 感官評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.2 模糊矩陣的建立

由感官評(píng)分結(jié)果和模糊數(shù)學(xué)關(guān)系矩陣進(jìn)行計(jì)算。評(píng)價(jià)對(duì)象y1(實(shí)驗(yàn)號(hào)1)的矩陣：

其余評(píng)價(jià)對(duì)象矩陣參照R1進(jìn)行。

X1=V×R1=(0.32 0.3 0.18 0.2)×

2.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)用Design Expert 12軟件進(jìn)行回歸分析，得出減鹽發(fā)酵醬添加量、蘑菇提取物添加量、調(diào)味油添加量3個(gè)因素與減鹽蘑菇醬感官評(píng)分響應(yīng)面值之間的結(jié)果，見表4和表5。

表4 感官評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采集表

表4 響應(yīng)面設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 回歸方程方差分析

由表5可知，響應(yīng)面所得回歸模型極顯著(P<0.01)，此模型可進(jìn)行模擬及預(yù)測(cè)。因?yàn)槟Ｐ褪M項(xiàng)的P=0.1175，不顯著，方程的決定系數(shù) R2=0.9932，校正后RAdj2=0.9844，表明該模型擬合程度高。一次項(xiàng)低鹽發(fā)酵醬添加量(A)對(duì)感官評(píng)分有極顯著影響(P<0.01)，蘑菇提取物添加量(B)對(duì)感官評(píng)分有顯著影響(P<0.05)，一次項(xiàng)的影響程度為：A>B>C，AC、BC對(duì)感官評(píng)分有顯著影響(P<0.05)，A2、B2、C2對(duì)感官評(píng)分均有極顯著影響(P<0.01)。

利用Design Expert 12軟件得到3個(gè)變量之間的3D曲面圖,見圖4。減鹽發(fā)酵醬添加量、蘑菇提取物添加量、調(diào)味油添加量的三維曲面圖呈拱形彎曲狀，表明兩因素間的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響較為顯著。

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2.2.4 回歸模型的建立與方差分析

實(shí)驗(yàn)求得減鹽蘑菇醬的二次多項(xiàng)式回歸方程：Y=85.06+0.5275A+0.2025B-0.07C+0.155AB-0.33AC-0.32BC-1.79A2-1.65B2-1.75C2。

由響應(yīng)面圖可以看出，在減鹽發(fā)酵醬添加量為40%～50%、蘑菇提取物添加量為20%～30%、調(diào)味油添加量為10%～20%時(shí)減鹽蘑菇醬的感官評(píng)分均是先升高后降低，且在曲面最高點(diǎn)感官評(píng)分最大。綜上所述，3個(gè)因素對(duì)減鹽蘑菇醬交互影響程度由大到小為AC>BC>AB。

2.2.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

感官評(píng)分越高，說明人們對(duì)產(chǎn)品的喜歡程度越高。通過響應(yīng)面分析，預(yù)測(cè)低鹽蘑菇醬的最佳配方和感官評(píng)分分別為：減鹽發(fā)酵醬添加量45.77%，蘑菇提取物添加量25.363%，調(diào)味油添加量14.796%，在該配方下，預(yù)測(cè)所得感官評(píng)分為85.105分。為適應(yīng)實(shí)際操作，將實(shí)驗(yàn)條件定為減鹽發(fā)酵醬添加量45.8%、蘑菇提取物添加量25.4%、調(diào)味油添加量14.8%，按照前述方法制作減鹽蘑菇醬，產(chǎn)品色澤均一，香味突出，鮮而不咸。在此配方下制作的減鹽蘑菇醬感官評(píng)分為(85.02±0.65)分，在預(yù)測(cè)值附近，可靠性高。

2.3 品質(zhì)分析

對(duì)優(yōu)化后的產(chǎn)品，參考相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，確定了減鹽蘑菇醬的主要品質(zhì)指標(biāo)并進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表6，產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

表6 品質(zhì)特性分析

3 結(jié)論

本研究通過建立減鹽蘑菇醬的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化得到減鹽蘑菇醬的最佳配方。在方差分析中，各因素對(duì)減鹽蘑菇醬感官評(píng)分的影響由大到小為減鹽發(fā)酵醬添加量>蘑菇提取物添加量>調(diào)味油添加量。減鹽蘑菇醬最佳配方為減鹽發(fā)酵醬添加量45.8%、蘑菇提取物添加量25.4%、調(diào)味油添加量14.8%。應(yīng)用該配方生產(chǎn)的產(chǎn)品顏色均一，表面呈金黃色，外形完整，形態(tài)一致，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)更好。該研究指出減鹽對(duì)醬中生物胺形成以及理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)均有一定程度的影響，本研究制備的減鹽蘑菇醬在食品安全品質(zhì)方面較佳，為新品種減鹽蘑菇醬的開發(fā)提供了依據(jù)。