模糊數(shù)學分析優(yōu)化以干豌豆為原料的脆豌豆的加工工藝

王小玉，王亞蘭

(鄭州工商學院，鄭州 451400)

豌豆又被稱為荷蘭豆、寒豆、麥豆、國豆等，屬于一年生草本植物，主要分布于亞洲、地中海等地區(qū)[1-2]。我國的豌豆栽培歷史悠久，豌豆的種植區(qū)域主要為我國的云南、貴州、四川和東三省地區(qū)[3]。

豌豆中含有豐富的蛋白質、膳食纖維和碳水化合物，含有較低的脂肪。品質較好的蛋白質(220 g/kg)能夠增強人體的免疫能力[4-5]。豌豆中也富含礦物質元素和維生素C，能夠補充人體所需的微量元素。豌豆皮由多糖、果膠類物質、纖維素、糖蛋白等組成，這些物質具有促進人體的胃腸道消化吸收、降血糖、降血脂等多種生物活性功效[6]。豌豆也是人們喜愛的一種蔬菜，它具有獨特的色澤和香味，能夠促進食物消化和吸收[7]。我國雖然有悠久的豌豆種植歷史，但是豌豆的工業(yè)化發(fā)展仍然處于起步階段，目前國內較為常見的豌豆是青豌豆和食莢豌豆[8-9]。

新鮮的豌豆采摘之后，在儲藏過程中失水會較為嚴重，且豌豆的細胞膜通透性的變化幅度較大，會發(fā)生皺縮現(xiàn)象，從而失去食用價值，所以豌豆的保鮮和加工技術非常重要[10]。李子晗等[11]研究了豌豆的速凍加工工藝，以增強豌豆的儲藏時間，從而減少損失。

油炸食品曾深受消費者的喜愛[12]，但隨著相關營養(yǎng)知識的普及、人們消費觀點的改變，高溫(160 ℃以上)食品越來越不受人們的歡迎[13]。常壓高溫條件下的豌豆營養(yǎng)物質受到了破壞，并產生一些致癌物質[14]，從而影響消費者的身體健康。本研究基于此，利用模糊數(shù)學的方法，采用高壓低溫對豌豆油炸工藝進行研究和優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

干豌豆、菜籽油、新鮮豌豆、碳酸氫鈉、石油醚、食鹽、芥末粉。

1.2 試驗設備與儀器

真空油炸機、微波干燥機、電熱恒溫干燥箱、自動測色色差計、旋轉蒸發(fā)儀、質構儀、電子天平、冰箱。

1.3 油炸脆豌豆的感官評價

根據先前的研究結果制定油炸豌豆的感官評價標準，邀請8名經過專業(yè)訓練的感官評定人員對油炸豌豆進行感官評價[15-16]。對油炸豌豆的組織形態(tài)、顏色、滋味和口感進行綜合評分，具體的感官評價標準見表1。

表1 油炸脆豌豆感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standards of fried crispy peas

1.4 單因素試驗

采用單因素試驗對油炸豌豆的加工工藝進行研究和分析，控制其他所有的影響因素不變。料油比例為1∶30 (g/L)，油炸壓強為0.06 MPa，油炸溫度為105 ℃。

當研究料油比例對油炸豌豆脂肪含量或者水分含量的影響時，控制其他影響因素不變，改變料油比例為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 (g/L)。當研究油炸壓強對油炸豌豆脂肪含量的影響時，改變油炸壓強為0.04，0.06，0.08 MPa；當研究油炸溫度對豌豆脂肪含量的影響時，改變油炸溫度為95，105，115 ℃。

1.5 模糊數(shù)學正交試驗

利用模糊數(shù)學感官評價指標，對影響油炸豌豆變量的因素料油比例、油炸壓強和油炸溫度進行研究。先通過單因素試驗，對油炸豌豆的加工工藝進行初步的研究，再利用模糊數(shù)學對油炸豌豆加工工藝進行優(yōu)化[17-18]。模糊數(shù)學正交試驗因素水平表見表2。

顯然,損失函數(shù)的值越小,表明模型的預測結果越準確。我們利用梯度下降法迭代地尋找損失函數(shù)的最小值,每一步迭代后通過反向傳播更新網絡中的權值ω,使得模型不斷優(yōu)化。損失函數(shù)的梯度L可以表示為:

表2 模糊數(shù)學正交試驗因素水平Table 2 Factors and levels of fuzzy mathematics orthogonal test

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 新鮮豌豆和復水干豌豆真空油炸產品品質比較

新鮮豌豆和復水干豌豆的感官評價結果見表3。

表3 兩種豌豆產品的感官評價Table 3 Sensory evaluation of two pea products

由表3可知，復水干豌豆和新鮮豌豆在色度、脆感和風味方面具有顯著性差異(P<0.05)，在外觀、消費者喜好度和油膩感3個方面的差異不明顯。這主要是因為新鮮豌豆和經過復水的干豌豆只在營養(yǎng)物質方面存在一定的差異，在口感方面并沒有明顯的差異。所以通過利用干豌豆來生產油炸豌豆，能夠解決豌豆大量庫存的問題。

2.1.2 料油比例對油炸豌豆水分含量的影響

在油炸豌豆的過程中，豌豆水分蒸發(fā)和油脂吸收與料油比例有著明顯的關系。不同的料油比例對油炸豌豆中含水量的影響見圖1。

圖1 料油比例對油炸豌豆水分含量的影響Fig.1 Effect of material-oil ratio on the moisture content of fried peas

由圖1可知，隨著料油比例的增加，同一油炸時間下，豌豆中的含水量呈現(xiàn)增加的趨勢。這是由于隨著料油比例的增加，物料吸收的熱量增加，而熱傳導反而降低，水分蒸發(fā)的速率也降低[19]。

2.1.3 料油比例對油炸豌豆脂肪含量的影響

由圖2可知，料油比例不同，油炸豌豆中脂肪含量變化也不同。無論料油比例多大，隨著油炸時間的增加，豌豆中油脂都呈現(xiàn)增加的趨勢。當油炸時間小于10 min時，豌豆中的油脂隨著油炸時間的增加呈現(xiàn)快速增加的趨勢。當油炸豌豆時間大于10 min時，豌豆中的脂肪含量隨著油炸時間的增加而緩慢增加。尤其是當料油比例為1∶30 (g/L)時，豌豆中的油脂含量在油炸時間為16～18 min時呈現(xiàn)小幅度的降低。隨著料油比例由1∶10 (g/L)增加到1∶50 (g/L)，相同的油炸時間下，豌豆中的脂肪含量隨著料油比例的增加而逐漸降低。為了滿足消費者的需求，豌豆不能過于油膩，也不宜油炸過干，所以使用1∶30 (g/L)作為最佳的料油比例。

圖2 料油比例對油炸豌豆脂肪含量的影響Fig.2 Effect of material-oil ratio on the fat content of fried peas

2.1.4 油炸壓強對油炸豌豆脂肪含量的影響

由圖3可知，油炸壓強不同，豌豆中的脂肪含量也不同。隨著油炸壓強的增大，豌豆中的脂肪含量呈現(xiàn)增加的趨勢。當油炸壓強為0.04 MPa、油炸時間為20 min時，豌豆中的脂肪含量為28.8%。當油炸壓強為0.06 MPa、油炸時間為20 min時，豌豆中的脂肪含量為31.4%。當油炸壓強為0.08 MPa、油炸時間為20 min時，豌豆中的脂肪含量為32.7%。隨著油炸時間的增加，豌豆中的脂肪含量也呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢。為了避免豌豆中含有過高的脂肪，選用0.06 MPa作為最佳的油炸壓強。

圖3 油炸壓強對油炸豌豆脂肪含量的影響Fig.3 Effect of frying pressure intensity on the fat content of fried peas

2.1.5 油炸溫度對油炸豌豆中脂肪含量的影響

由圖4可知，不同的油炸溫度對豌豆中脂肪含量的影響也不同。隨著油炸溫度的升高，豌豆中的脂肪含量呈現(xiàn)增加的趨勢。隨著油炸時間的增加，豌豆中的脂肪含量也呈現(xiàn)增加的趨勢。當油炸時間小于10 min時，豌豆中的脂肪含量隨著油炸時間的增加呈現(xiàn)快速增加的趨勢。當油炸時間大于10 min時，豌豆中的脂肪含量隨著油炸時間呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢。由于豌豆中的最佳油脂含量為29%～31%，所以選用105 ℃作為最佳的油炸溫度。

圖4 油炸溫度對油炸豌豆脂肪含量的影響Fig.4 Effect of frying temperature on the fat content of fried peas

2.2 模糊數(shù)學感官評價分析

根據單因素試驗，將油炸溫度(A)、油炸壓強(B)和料油比例(C)作為變量因子，以感官評分作為指標(Xn)，利用模糊數(shù)學方法，對豌豆的最佳加工工藝進行優(yōu)化分析。3個變量因子對油炸脆豌豆的感官評價結果見表4。

表4 油炸脆豌豆模糊數(shù)學感官評價結果Table 4 Fuzzy mathematics sensory evaluation results of fried crispy peas

根據表4中的油炸溫度(A)、油炸壓強(B)和料油比例(C)3個變量因子，對油炸脆豌豆進行加權分析，獲得模糊數(shù)學矩陣：

根據模糊數(shù)學理論，對油炸豌豆的模糊矩陣進行計算分析，獲得9組模糊數(shù)據：

Y1=[0.3,0.3,0.4]×X1[80,87,88]=85.3，

Y2=[0.3,0.3,0.4]×X2[81,78,74]=81.3，

Y3=[0.3,0.3,0.4]×X3[70,71,81]=74.7，

Y4=[0.3,0.3,0.4]×X4[81,78,61]=72.1，

Y5=[0.3,0.3,0.4]×X5[65,68,83]=73.1，

Y6=[0.3,0.3,0.4]×X6[80,86,71]=78.2，

Y7=[0.3,0.3,0.4]×X7[81,77,78]=78.6，

Y8=[0.3,0.3,0.4]×X8[71,84,87]=81.3，

Y9=[0.3,0.3,0.4]×X9[81,78,78]=78.9。

油炸脆豌豆的加工工藝受油炸溫度、油炸壓強和料油比例3個變量因子的影響，根據模糊數(shù)學原理，對3個變量因子分別進行加權計算，獲得9組數(shù)據。即Y1=85.3，Y2=81.3，Y3=74.7，Y4=72.1，Y5=73.1，Y6=78.2，Y7=78.6，Y8=81.3和Y9=78.9。以上9組模糊數(shù)據中，感官評分最低的為Y4=72.1，即料油比例為1∶20 (g/L)，油炸壓強為0.06 MPa和油炸溫度為95 ℃。感官評分最高的為Y1=85.3，即料油比例為1∶20 (g/L)，油炸壓強為0.04 MPa和油炸溫度為105 ℃。

3 小結

新鮮的豌豆在集中采收的季節(jié)會出現(xiàn)一時供大于求的情況，而銷售不完的豌豆如果不及時處理，將會出現(xiàn)失水皺縮和木質化現(xiàn)象，另外，豌豆容易受到微生物的侵染而產生褐變，引發(fā)褐斑病，不易儲藏[20]。而將豌豆干燥之后，容易儲藏，也容易將豌豆運送到其他的地區(qū)進行銷售。以豌豆作為主要原材料的油炸豌豆膨化食品深受消費者的喜愛。本研究基于此，對干豌豆進行復水之后，采用高壓低溫進行油炸，獲得油炸豌豆，解決了豌豆供應過剩的問題。結果表明，即食油炸豌豆的最佳加工工藝為料油比例1∶20 (g/L)、油炸壓強0.04 MPa、油炸溫度105 ℃。