基于模糊數(shù)學評價γ-氨基丁酸豆醬品質

石川，王科

(成都工業(yè)學院，成都 611730)

豆醬是由微生物發(fā)酵豆類產品而制成的一種風味獨特的調味醬，受到廣泛歡迎，特別是在亞洲地區(qū)[1-2]。由于世界各地的飲食習慣存在差異，豆醬被制成各種風味的食品[3]。目前，我國生產的豆醬僅僅在中低端市場中占有一定的份額，而高端的豆醬類調味品主要從韓國和日本等國家進口[4]。隨著人們生活水平的提高，附加值較高的豆醬產品需求日益增大[5]。

豆醬的生產具有當?shù)氐奶厣贯u的品質與當?shù)氐募庸すに嚭臀⑸锒鄻有悦芮邢嚓P，這些條件的差異導致豆醬在發(fā)酵過程中氨基酸和一些有機物的差異較為明顯[6]。豆醬中富含多種小分子物質和微生物代謝物質，這些物質具有降血脂、抗癌和降血糖等多種生物活性功能。已有研究結果表明，人類獲取異黃酮類物質的主要來源為豆類產品[7]。

我國的豆醬生產歷史悠久，目前主要以規(guī)模化和小作坊等多種加工方式為主。在我國工廠化生產豆醬的過程中，雖然已經實現(xiàn)了連續(xù)化和規(guī)模化生產，但是很多企業(yè)仍然采用在自然環(huán)境條件下發(fā)酵，不能保證豆醬的產品質量和生產效率[8]。另外，在自然環(huán)境條件下發(fā)酵的豆醬生產周期長，微生物對原料的發(fā)酵速率低，加之我們對豆醬發(fā)酵過程中各種微生物之間的相互作用認識度低，嚴重影響了豆醬產業(yè)的健康快速發(fā)展[9-10]。因此，研究豆醬深加工工藝，是我國豆醬產業(yè)工業(yè)化發(fā)展亟需解決的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

大豆、小麥粉、糙米和米曲霉孢子粉。

乙酸鈉、蔗糖、氯化鈉、濃鹽酸、氫氧化鈉、鄰苯二甲醛、去離子水、超純水、甲醇和β-巰基乙醇。

1.2 試驗儀器和設備

微量移液管、酸度計、電子天平、超聲波清洗器、磁力攪拌器、數(shù)控超聲波清洗器、高速冷凍離心機、高效液相色譜儀、恒溫培養(yǎng)箱和烘箱。

1.3 γ-氨基丁酸豆醬制作工藝

把黃豆清洗干凈，去除品質較差的黃豆，浸泡20 h，去掉豆子腥味，之后將黃豆蒸煮25 min，冷卻至40 ℃后，添加一定比例的小麥粉，混勻。接種0.1%的菌種(曲霉孢子粉)，設置空氣濕度為95%，溫度為25～28 ℃，將小麥粉與黃豆按照一定的比例混合發(fā)酵[11-12]。

1.4 γ-氨基丁酸豆醬感官評價

按表1中標準對γ-氨基丁酸豆醬的品質進行模糊數(shù)學感官評分，把γ-氨基丁酸豆醬的色澤、口感和組織形態(tài)3個因素分別標記為C1、C2和C3，品質的因素集合為C={C1，C2，C3}。3個因素的權重集合為0.4，0.2和0.4。γ-氨基丁酸豆醬中的隸屬度為Y={0.4，0.2，0.4}×R，R為模糊數(shù)學中的模糊矩陣。

表1 γ-氨基丁酸豆醬感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of γ-aminobutyric acid soybean paste

1.5 單因素試驗

當研究發(fā)酵時間對γ-氨基丁酸豆醬品質影響時，設置鹽含量為14%，發(fā)酵溫度為35 ℃，不同發(fā)酵時間為20，25，30，35，40，45 d；當研究鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬品質影響時，設置發(fā)酵溫度為35 ℃，發(fā)酵時間為30 d，不同鹽含量為10%、12%、14%、16%、18%、20%；當研究發(fā)酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬品質影響時，設置鹽含量為14%，發(fā)酵時間為30 d，不同發(fā)酵溫度為20，25，30，35，40，45 ℃。

1.6 模糊數(shù)學正交組合試驗

通過研究發(fā)酵溫度、鹽含量和發(fā)酵時間對γ-氨基丁酸豆醬中的氨基酸態(tài)氮、GABA含量和感官評分影響的單因素試驗，得出γ-氨基丁酸豆醬制作的最佳工藝取值范圍，模糊數(shù)學正交試驗因素水平見表2。

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

2 結果與討論

2.1 單因素優(yōu)化試驗分析

2.1.1 發(fā)酵時間對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響

在傳統(tǒng)的豆醬發(fā)酵中，發(fā)酵都是在自然的環(huán)境條件下進行，發(fā)酵時晝夜溫差大，蛋白酶中的酶活性低，從而導致豆醬發(fā)酵時間長，豆醬的品質也因環(huán)境的影響而不穩(wěn)定。先前的研究結果表明，在恒溫的條件下，一般發(fā)酵時間在28 d，豆醬中的氨基酸態(tài)氮就能超過0.5 g/100 g[13]。

由圖1可知，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵時間的增加而增長，當發(fā)酵時間超過40 d時，GABA含量隨著發(fā)酵時間的增加而緩慢增長，而氨基酸態(tài)氮的增長趨勢也逐漸趨于平穩(wěn)。這可能是由于發(fā)酵開始時，豆醬中蛋白質豐富，微生物的代謝速率快速上升，當發(fā)酵時間超過40 d時，基質中蛋白質含量逐漸減少，但由于γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量一直在積累，所以氨基酸態(tài)氮及GABA含量一直呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。

圖1 發(fā)酵時間對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響Fig.1 Effect of fermentation time on the content of amino acid nitrogen and GABA in γ-aminobutyric acid soybean paste

隨著發(fā)酵時間的增加，γ-氨基丁酸豆醬中的感官評分先升高后降低，當發(fā)酵時間小于35 d時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵時間的增加而逐漸升高；當發(fā)酵時間超過35 d時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵時間的增加而逐漸降低。所以，根據(jù)試驗結果，選擇發(fā)酵時間35 d作為最佳的發(fā)酵條件。

2.1.2 鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響

一般情況下，食鹽濃度的增加在一定程度上會抑制微生物的生長，且γ-氨基丁酸豆醬中含鹽量的高低均會對氨基酸態(tài)氮和GABA含量的高低造成影響，從而影響γ-氨基丁酸豆醬的品質[14]。

由圖2可知，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著含鹽量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當γ-氨基丁酸豆醬中的含鹽量低于14%時，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著含鹽量的增加而逐漸升高，當γ-氨基丁酸豆醬中的含鹽量高于14%時，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著含鹽量的增加而逐漸降低。這是由于當鹽分低時，微生物能夠快速地生長繁殖，微生物代謝較快，產生的氨基酸態(tài)氮相對較多[15]；而當鹽分過高時，γ-氨基丁酸豆醬中的微生物繁殖受到了一定程度的抑制，從而使氨基酸態(tài)氮含量降低[16]；而GABA含量與氨基酸態(tài)氮含量具有明顯的相似性。

圖2 鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響Fig.2 Effect of salt content on the content of amino acid nitrogen and GABA in γ-aminobutyric acid soybean paste

γ-氨基丁酸豆醬中含鹽量的變化也對感官評分產生了明顯的影響，當含鹽量低于14%時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著鹽分的增加而升高；當含鹽量高于14%時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著鹽分的添加而降低。所以，選擇γ-氨基丁酸豆醬中的食鹽添加量為14%進行優(yōu)化試驗。

2.1.3 發(fā)酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響

傳統(tǒng)的豆醬發(fā)酵不需要控制發(fā)酵溫度，一般是在自然條件下進行的，白天的溫度較高，夜晚的溫度較低，導致豆醬的發(fā)酵溫度變化較大[17]。但是在工業(yè)化生產中，恒溫發(fā)酵才能使豆醬的品質更加穩(wěn)定[18]。

由圖3可知，豆醬中的氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵溫度的升高先升高后降低，當發(fā)酵溫度小于30 ℃時，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵溫度的升高而升高；當發(fā)酵溫度大于30 ℃時，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵的升高而降低。這是由于無論溫度過高或者過低，均會影響γ-氨基丁酸豆醬中微生物的生長和發(fā)育，使得γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量存在一定的差異。30 ℃最適合豆醬中米曲霉的生長發(fā)育。

圖3 發(fā)酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on the content of amino acid nitrogen and GABA in γ-aminobutyric soybean paste acid

發(fā)酵溫度的改變也會造成豆醬的感官評分改變，隨著發(fā)酵溫度的升高，豆醬的感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高先升高后降低，當發(fā)酵溫度低于30 ℃時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高而升高；當發(fā)酵溫度高于30 ℃時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸降低。

2.2 模糊數(shù)學感官評價及正交試驗分析

對γ-氨基丁酸豆醬中的氨基酸態(tài)氮、GABA含量和感官評分進行單因素影響分析后，得出γ-氨基丁酸豆醬制作的最佳工藝取值范圍，通過模糊數(shù)學對單因素試驗結果進行分析，結果見表3。

表3 γ-氨基丁酸豆醬感官評價結果Table 3 Sensory evaluation results of γ-aminobutyric acid soybean paste

續(xù) 表

根據(jù)表2和表3中的正交試驗和感官評價結果，對γ-氨基丁酸豆醬的3個不同影響因素進行加權權重分析，得到9組加權分析結果，即模糊矩陣：

由模糊數(shù)學的計算原理，對9組數(shù)據(jù)進行分析，獲得綜合評價的隸屬度結果Yn：

Y1=[0.4,0.2,0.4]×X1[81,78,89]=83.6；

Y2=[0.4,0.2,0.4]×X2[85,88,75]=81.6；

Y3=[0.4,0.2,0.4]×X3[75,76,83]=78.4；

Y4=[0.4,0.2,0.4]×X4[89,79,68]=78.6；

Y5=[0.4,0.2,0.4]×X5[67,65,84]=77；

Y6=[0.4,0.2,0.4]×X6[81,84,76]=79.6；

Y7=[0.4,0.2,0.4]×X7[85,76,68]=76.4；

Y8=[0.4,0.2,0.4]×X8[78,85,85]=82.2；

Y9=[0.4,0.2,0.4]×X9[84,74,71]=76.8。

根據(jù)γ-氨基丁酸豆醬的感官評價方法，得到9組正交試驗的豆醬品質的感官評分：Y1=83.6，Y2=81.6，Y3=78.4，Y4=78.6，Y5=77，Y6=79.6，Y7=76.4，Y8=82.2和Y9=76.8。

由模糊數(shù)學計算獲得的感官評分中，感官評分大于80分的有第1組、第2組以及第8組，其中感官評分最高的是第1組，為83.6分。所以在加工制作γ-氨基丁酸豆醬時，可以采用發(fā)酵溫度30 ℃、鹽添加量12%和發(fā)酵時間25 d，使得γ-氨基丁酸豆醬的感官評分達到最高，為83.6分。

3 小結

γ-氨基丁酸豆醬的制作過程是食物中基質降解的過程，發(fā)酵工藝的差異會造成發(fā)酵豆醬的品質差異較大。目前的豆醬制作工藝相對較為粗放，不能很好地控制豆醬中的氨基酸態(tài)氮和GABA含量，不能保證豆醬的品質[19]。為了在保證豆醬感官品質的同時，維持豆醬中的氨基酸態(tài)氮和GABA含量，本研究使用模糊數(shù)學的方法，對γ-氨基丁酸豆醬的加工工藝進行優(yōu)化和分析，研究結果表明，當γ-氨基丁酸豆醬的發(fā)酵溫度為30 ℃，鹽添加量為12%和發(fā)酵時間為25 d時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分最高。