模糊數(shù)學(xué)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化栗香白果醬制作工藝

耿吉,蘇夏青,陳方鵬,印虹

(揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

栗香白果醬是以栗子、白果、食用油、白砂糖為主要原料熬制而成的復(fù)合型醬料。栗子風(fēng)味獨(dú)特,粉質(zhì)細(xì)膩,富含有機(jī)酸、多酚[1],廣受大眾歡迎。同時(shí)有較高的藥用價(jià)值,對(duì)抗菌、抗瘧疾也有一定效果[2]。研究發(fā)現(xiàn)栗子能保護(hù)心腦血管,防止動(dòng)脈粥樣硬化[3]。無論是炒制、制成飲料、果脯,還是做成醬料都有較大的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)[4-5]。選擇合適的加工工藝和條件可以提高板栗的保質(zhì)期和感官特性,同時(shí)保留營養(yǎng)成分和減少營養(yǎng)損失[6]。其中栗子醬香甜細(xì)膩,口感順滑,可以作為調(diào)味醬食用。白果是藥食同源食品,含有黃酮類、萜烯類、酚類等化合物[7],在中醫(yī)上有斂肺止咳、止帶縮尿的功效,可以治療咳喘、尿頻等病癥[8],白果能夠促進(jìn)短期記憶力[9],降低肝臟膽固醇,增加血清膽固醇,預(yù)防心血管疾病[10-11]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從白果中提取出的白果內(nèi)酯能夠減輕缺血性腦卒中,并對(duì)動(dòng)脈阻塞有一定的治療作用[12];Eckert等[13]使用銀杏葉提取物治療阿爾茨海默病;由白果籽皮制成銀杏醋能夠抑制脂肪細(xì)胞的分化,預(yù)防和改善肥胖[14]。白果提取物和多奈哌齊聯(lián)合給藥能夠增強(qiáng)促膽堿能[15],通過炒制也能使白果毒性成分銀杏酚酸減少[16-17]。白果加熱后減少了氰化物的含量,而且淀粉糊化,清香甜糯,因此白果作為拌料可以調(diào)節(jié)口感,增加香氣。

目前關(guān)于栗子醬研究的文獻(xiàn)較少,栗子醬工業(yè)化程度不高[18],付紅軍等[19]用栗子、檸檬酸等研制出酸甜可口的板栗果醬,但未見有關(guān)栗子白果醬的研究報(bào)道。因此，本試驗(yàn)用栗子、白果、食用油、白砂糖為主要原料,研制一種新型復(fù)合醬料,用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分作為指標(biāo),探究栗香白果醬的最佳制作工藝,綜合考慮各感官屬性,評(píng)價(jià)不同配方對(duì)產(chǎn)品的影響,以期為新型復(fù)合栗子醬的研制和科學(xué)加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

栗子、白果、食用油、白砂糖、淡奶油、食鹽、炒糯米粉、黃豆粉、白芝麻粉:均由揚(yáng)州市興化華榮食品有限公司提供。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

C22-IH67E9型電磁爐 浙江蘇泊爾股份有限公司；DSX-24L-I型高壓滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；YP-B型千分之一電子天平 上海浦春計(jì)量儀器有限公司；S18-LA170型攪拌機(jī) 九陽股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

將白果去殼,用開水燙熟,去掉果仁表皮的薄膜和果仁中的綠芯,在鍋中倒入食用油翻炒均勻,中火炒至清香,出鍋放涼,對(duì)半切開。栗子用刀劃好口,在鍋中倒入水煮開,水沸倒入栗子,大火煮5 min,撈出瀝干,剝殼。將栗子煮軟,用攪拌機(jī)攪拌成糊狀并帶有顆粒,倒入白砂糖、炒糯米粉、淡奶油、黃豆粉、白芝麻粉,加水?dāng)嚢?加入白果粒,小火繼續(xù)攪拌均勻,直至醬料完全融合,濃稠細(xì)膩。

1.3 工藝流程

白果去殼、去皮、去芯、切丁→栗子煮熟,粉碎→調(diào)味→攪拌→裝瓶→滅菌→成品。

1.4 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)定人員為10名經(jīng)培訓(xùn)后的營養(yǎng)與食品衛(wèi)生專業(yè)同學(xué),主要從色澤、口感、氣味、甜度4個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià),按代文婷等[20]對(duì)醬料的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)小組成員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。

1.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

參考孫麗瀅等[21]的方法,稍作修改,建立栗香白果醬的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法。根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn),以色澤、口感、氣味、甜度4項(xiàng)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)因素集?？倷?quán)重為1,確定權(quán)重X={0.25,0.3,0.25,0.2},即色澤0.25、口感0.3、氣味 0.25、甜度0.2;對(duì)應(yīng)評(píng)語集={優(yōu),良,中,差}。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)和評(píng)語集分布,以100分為標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定優(yōu)為100分,良為80分,中為60分,差為40分。各級(jí)評(píng)語集對(duì)應(yīng)的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 栗香白果醬感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表Table 1 Sensory evaluation criteria of chestnut and ginkgo sauce

1.6 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)配方設(shè)定為淡奶油10%、鹽2%、炒糯米粉3%、黃豆粉3%、白芝麻粉4%,分別對(duì)栗子、白果、食用油、白砂糖添加量進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化[22],研究這4個(gè)因素對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響。

1.6.1 栗子添加量的選擇

基礎(chǔ)配方的百分比為白果10%、食用油13%、白砂糖10%,栗子添加量分別為15%、20%、25%、30%、35%,對(duì)栗香白果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.6.2 白果添加量的選擇

基礎(chǔ)配方的百分比為栗子25%、食用油13%、白砂糖10%,白果添加量分別為6%、8%、10%、12%、14%,對(duì)栗香白果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.6.3 白砂糖添加量的選擇

基礎(chǔ)配方的百分比為栗子25%、白果10%、食用油13%,白砂糖添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%,對(duì)栗香白果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.6.4 食用油添加量的選擇

基礎(chǔ)配方的百分比為栗子25%、白果10%、白砂糖10%,食用油添加量分別為11%、13%、15%、17%、19%,對(duì)栗香白果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.7 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立四因素三水平的Box-Behnken中心組合試驗(yàn),以栗子添加量(A)、白果添加量(B)、白砂糖添加量(C)和食用油添加量(D)為試驗(yàn)因素,以模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分為響應(yīng)值(Y),試驗(yàn)因素與水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 2 Response surface experiment design

1.8 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 2018 進(jìn)行單因素試驗(yàn)的繪圖,Design Expert 8.0進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、曲面的繪制圖,SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊矩陣建立及評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)感官評(píng)價(jià)表(見表1)對(duì)各栗香白果醬試驗(yàn)組進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。將栗香白果醬感官評(píng)分的結(jié)果設(shè)為Y,權(quán)重設(shè)為X,模糊矩陣設(shè)為T[23]。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)變換的原理Y=X·T,得出各個(gè)試驗(yàn)組的結(jié)果[24]。以1號(hào)栗香白果醬樣品為例，色澤評(píng)價(jià)結(jié)果有1人選擇優(yōu),1人選擇良,4人選擇中,4人選擇差,則T色澤=(1,1,4,4);依次可分別得出口感、氣味、甜度的結(jié)果為T口感=(1,2,4,3);T氣味=(2,2,4,2);T甜度=(1,2,3,4)。同理可得其他樣品模糊矩陣Ti[25]。

其模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分如下:

Y1=X·T1={0.25,0.3,0.25,0.2}×

0.32}。

將模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分的結(jié)果分別與其對(duì)應(yīng)的等級(jí)分值相乘求和，即優(yōu)為100分，良為80分，中為60分，差為40分，得出1號(hào)樣品的模糊感官綜合評(píng)分為62.1,按照該計(jì)算方法得出其他樣品的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 栗子添加量對(duì)醬料感官評(píng)分的影響

圖1 栗子添加量對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of chestnut addition amount on the sensory scare of chestnut and ginkgo sauce

由圖1可知,隨著栗子添加量的增加,栗香白果醬的感官評(píng)分先升高后降低。當(dāng)栗子添加量為15%時(shí),感官評(píng)分最低,此時(shí)栗子的量較少,醬料較稀且分布不均勻,口感較差。當(dāng)栗子添加量為25%時(shí),感官評(píng)分為86,此時(shí)醬品口味香醇,濃稠適中。而隨著栗子的量不斷增加,醬品過于濃稠,適口性下降。因此,栗子添加量在25%時(shí)較為適宜。

2.2.2 白果添加量對(duì)醬料感官評(píng)分的影響

圖2 白果添加量對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of ginkgo addition amount on the sensory score of chestnut and ginkgo sauce

由圖2可知,隨著白果添加量的增加,感官評(píng)分先升高后降低。當(dāng)白果添加量為6%時(shí),醬料的感官評(píng)分較低,因?yàn)榘坠砑恿枯^少,在醬料中不夠明顯而無法凸顯白果香氣。當(dāng)白果添加量為10%時(shí),感官評(píng)分最高。當(dāng)白果添加量較多時(shí),口感不太協(xié)調(diào),醬料組織狀態(tài)較差,感官評(píng)分降低。因此,白果添加量在10%時(shí)較為適宜。

2.2.3 白砂糖添加量對(duì)醬料感官評(píng)分的影響

圖3 白砂糖添加量對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of white granulated sugar addition amount on the sensory score of chestnut and ginkgo sauce

由圖3可知,隨著白砂糖添加量的增加,感官評(píng)分先升后降。白砂糖添加量為5%時(shí),評(píng)分較低,醬料口感較淡,不能很好地襯托出栗子的香氣。當(dāng)添加量為10%時(shí),醬料的感官評(píng)分最高,為86。白砂糖添加量在15%～25%時(shí),栗香白果醬的感官評(píng)分不斷下降,過量添加導(dǎo)致口感較甜膩。因此,白砂糖添加量宜選擇10%。

2.2.4 食用油添加量對(duì)醬料感官評(píng)分的影響

圖4 食用油添加量對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of edible oil addition amount on the sensory score of chestnut and ginkgo sauce

由圖4可知,隨著食用油添加量的增加,感官評(píng)分先升后降。當(dāng)食用油添加量為11%時(shí),醬料流動(dòng)性差,色澤暗沉。當(dāng)添加量為13%時(shí),醬料較光澤,口感順滑,香味醇厚,感官品質(zhì)最佳。添加量為19%時(shí),醬料的感官評(píng)分最低,此時(shí)醬料過于油膩,適口性差。當(dāng)食用油添加適量時(shí),醬料色澤較好,對(duì)保質(zhì)期也有影響[26]。因此,食用油添加量宜選擇13%。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 響應(yīng)面優(yōu)化方案及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,以栗子添加量(A)、白果添加量(B)、白砂糖添加量(C)和食用油添加量(D)為試驗(yàn)因素,模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分(Y)為響應(yīng)值,得到栗香白果醬的響應(yīng)面結(jié)果,見表3。進(jìn)行多元回歸擬合,得出栗香白果醬的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分與4個(gè)因素之間的方程:Y=92.66+5.20A+6.04B+1.52C-4.33D+4.74AB-4.73AC+0.77AD-6.62BC-1.2BD-0.38CD-14.10A2-11.61B2-10.37C2-15.66D2。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 Response surface test scheme and results

續(xù) 表

方差分析和顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果見表4。

表4 方差分析和顯著性檢驗(yàn)Table 4 Analysis of variance and significance test

由表4可知,響應(yīng)面試驗(yàn)的模型極顯著(P<0.000 1),失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05),說明該回歸方程擬合度良好[27],能夠很好地解釋4個(gè)因素與栗香白果醬評(píng)分之間的關(guān)系。方差R2=0.948 6,調(diào)整后的決定系數(shù)RAdj2=0.897 3,說明該模型有89.73%的可變性,預(yù)測(cè)值與真實(shí)值有較高關(guān)聯(lián)性，可以用于栗香白果醬的加工工藝優(yōu)化。由表4中各因素F值的大小分析可知,A(F=19.61),B(F=26.43),C(F=1.67)和D(F=13.57),因此各因素對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響順序?yàn)锽>A>D>C。一次項(xiàng)中,A、B的影響極顯著(P<0.001),D的影響非常顯著(P<0.01)。交互項(xiàng)中,BC的影響非常顯著(P<0.01),AB、AC的影響顯著(P<0.05),而AD、BD、CD的影響不顯著(P>0.05),表明白果添加量(B)和白砂糖添加量(C)、栗子添加量(A)和白果添加量(B)、栗子添加量(A)和白砂糖添加量(C)有交互作用。二次項(xiàng)中A2、B2、C2和D2對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分的影響都極顯著。

2.3.2 響應(yīng)曲面圖

各因素對(duì)栗香白果醬感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖見圖5。曲面的弧度彎曲越大,說明該因素對(duì)響應(yīng)值的影響越顯著[28]。

圖5 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface diagrams of the effect of interaction of each factor on sensory scores

由圖5可知,栗子添加量(A)和白果添加量(B)、栗子添加量(A)和白砂糖添加量(C)、白果添加量(B)和白砂糖添加量(C)的交互作用對(duì)響應(yīng)值有影響,而栗子添加量(A)和食用油添加量(D)、白果添加量(B)和食用油添加量(D)、白砂糖添加量(C)和食用油添加量(D)的交互作用對(duì)應(yīng)值的影響不顯著。綜合圖5中交互作用影響趨勢(shì)[29],與方差分析結(jié)果一致。

2.3.3 最佳配方的確定和驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)Box-Behnken模型預(yù)測(cè)響應(yīng)面優(yōu)化的最佳配方為栗子添加量26.27%、白果添加量10.69%、白砂糖添加量9.54%、食用油添加量12.71%,此時(shí)感官評(píng)分為94.6分。在實(shí)際操作中,將最優(yōu)的工藝參數(shù)調(diào)整為栗子添加量26%、白果添加量10%、白砂糖添加量10%、食用油添加量13%。對(duì)最優(yōu)配方進(jìn)行驗(yàn)證,得到的栗香白果醬感官評(píng)分為95分,與預(yù)測(cè)值基本相符,表明響應(yīng)面模型準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行栗香白果醬制作工藝的優(yōu)化,相對(duì)減少了主觀評(píng)分帶來的誤差,使其具有一定科學(xué)性。結(jié)果表明,以300 g總量計(jì)算,在淡奶油10%、鹽2%、炒糯米粉3%、黃豆粉3%、白芝麻粉4%的基礎(chǔ)上,當(dāng)栗子添加量26%、白果添加量10%、白砂糖添加量10%、食用油添加量13%時(shí),栗香白果醬的感官品質(zhì)最佳。