基于模糊數學評價γ-氨基丁酸豆醬品質

石川，王科

(成都工業學院，成都 611730)

豆醬是由微生物發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[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]。

豆醬的生產具有當地的特色，豆醬的品質與當地的加工工藝和微生物多樣性密切相關，這些條件的差異導致豆醬在發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，雖然已經實現了連續化和規模化生產，但是很多企業仍然采用在自然環境條件下發酵，不能保證豆醬的產品質量和生產效率[8]。另外，在自然環境條件下發酵的豆醬生產周期長，微生物對原料的發酵速率低，加之我們對豆醬發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的健康快速發展[9-10]。因此，研究豆醬深加工工藝，是我國豆醬產業工業化發展亟需解決的問題。

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學感官評分，把γ-氨基丁酸豆醬的色澤、口感和組織形態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

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

1.6 模糊數學正交組合試驗

通過研究發酵溫度、鹽含量和發酵時間對γ-氨基丁酸豆醬中的氨基酸態氮、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，模糊數學正交試驗因素水平見表2。

表2 模糊數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 單因素優化試驗分析

2.1.1 發酵時間對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及GABA含量的影響

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

由圖1可知，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及GABA含量隨著發酵時間的增加而增長，當發酵時間超過40 d時，GABA含量隨著發酵時間的增加而緩慢增長，而氨基酸態氮的增長趨勢也逐漸趨于平穩。這可能是由于發酵開始時，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氮及GABA含量一直在積累，所以氨基酸態氮及GABA含量一直呈現緩慢上升的趨勢。

圖1 發酵時間對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及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，當發酵時間小于35 d時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發酵時間的增加而逐漸升高；當發酵時間超過35 d時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發酵時間的增加而逐漸降低。所以，根據試驗結果，選擇發酵時間35 d作為最佳的發酵條件。

2.1.2 鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及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氮及GABA含量隨著含鹽量的增加呈現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，從而使氨基酸態氮含量降低[16]；而GABA含量與氨基酸態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%進行優化試驗。

2.1.3 發酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及GABA含量的影響

傳統的豆醬發酵不需要控制發酵溫度，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，導致豆醬的發酵溫度變化較大[17]。但是在工業化生產中，恒溫發酵才能使豆醬的品質更加穩定[18]。

由圖3可知，豆醬中的氨基酸態氮及GABA含量隨著發酵溫度的升高先升高后降低，當發酵溫度小于30 ℃時，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及GABA含量隨著發酵溫度的升高而升高；當發酵溫度大于30 ℃時，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及GABA含量隨著發酵的升高而降低。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育，使得γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及GABA含量存在一定的差異。30 ℃最適合豆醬中米曲霉的生長發育。

圖3 發酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態氮及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

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

2.2 模糊數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 表

根據表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：

由模糊數學的計算原理，對9組數據進行分析，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，可以采用發酵溫度30 ℃、鹽添加量12%和發酵時間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，發酵工藝的差異會造成發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氮和GABA含量，本研究使用模糊數學的方法，對γ-氨基丁酸豆醬的加工工藝進行優化和分析，研究結果表明，當γ-氨基丁酸豆醬的發酵溫度為30 ℃，鹽添加量為12%和發酵時間為25 d時，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分最高。