多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法評(píng)價(jià)蝦殼類調(diào)味料

盧文超,白嬋,熊光權(quán),周際松,王炬光,邱亮*,廖濤*

(1.武漢工程大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,武漢 430073;2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北省農(nóng)產(chǎn)品輻照工程技術(shù)研究中心,武漢 430064)

小龍蝦因其獨(dú)特的風(fēng)味和較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而深受中國(guó)消費(fèi)者的喜愛(ài)。2020年,我國(guó)小龍蝦養(yǎng)殖總面積達(dá)到2 184.63萬(wàn)畝,養(yǎng)殖總產(chǎn)量達(dá)到239.37萬(wàn)噸,位列我國(guó)淡水養(yǎng)殖品種第六位[1]。然而目前小龍蝦加工產(chǎn)品多以冷凍蝦尾為主,精深加工產(chǎn)品不多,加工過(guò)程中廢棄的蝦殼類物質(zhì)接近四成。這些副產(chǎn)物含有大量的蝦青素[2-3]、紅色素[4-5]、甲殼素[6]、生物蛋白鈣[7-8]等高值化物質(zhì),經(jīng)過(guò)酶解的小分子生物活性肽[9]等物質(zhì)還具有較好的風(fēng)味和抗氧化功能,因此制備蝦殼類調(diào)味料已成為優(yōu)化小龍蝦產(chǎn)業(yè)鏈的重要手段。

近幾年,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)小龍蝦蝦味調(diào)味料的制備做了相關(guān)研究。如王紫微[10]利用超聲輔助方法對(duì)小龍蝦制備風(fēng)味料進(jìn)行工藝優(yōu)化;Kazakova等[11]對(duì)蝦味調(diào)味料的營(yíng)養(yǎng)風(fēng)味和藥物殘留進(jìn)行了相關(guān)分析。本研究用60Co-γ射線輻照改性堿性蛋白酶,酶解小龍蝦蝦殼粉制備酶解液,以低分子量香氣中間體形成程度[12]、類黑精聚合物濃度[13]等指標(biāo)評(píng)價(jià)還原糖對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響,以多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法[14]評(píng)價(jià)去腥劑和增鮮劑對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響,該研究為多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法在調(diào)味料感官評(píng)價(jià)中的應(yīng)用提供了一定的啟發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

聞香紙(160 mm×10 mm×0.6 mm)、D-葡萄糖、D-核糖、D-木糖、D-果糖、牛磺酸、檸檬酸、5′-肌苷酸二鈉、5′-鳥(niǎo)苷酸二鈉(均為食品級(jí)):武漢光麗生物技術(shù)有限公司;堿性蛋白酶(生物試劑):上海源葉生物科技有限公司;酵母抽提物(食品級(jí)):北京索萊寶科技有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

BSA124S天平(0.1 mg) 德國(guó)Sartorius公司;K1100F自動(dòng)凱氏定氮儀 濟(jì)南海能儀器股份有限公司;DW-86L959W恒溫冰箱 青島海爾公司;可見(jiàn)分光光度計(jì)、微量玻璃比色皿/96孔板、勻漿器、可調(diào)式移液器、臺(tái)式離心機(jī)、磁力攪拌器、多種規(guī)格的EP管、恒溫水浴箱 武漢光麗生物技術(shù)有限公司;DF-101T集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 河南省予華儀器有限公司;Spark酶標(biāo)儀 帝肯(上海)貿(mào)易有限公司;PHS-25 pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;JH-752紫外分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

小龍蝦購(gòu)于湖北省武漢市洪山區(qū)悅活里超市,單蝦體長(zhǎng)(5.3±0.6) cm,質(zhì)量(25.2±5.4) g,人工作業(yè)剝得蝦殼、蝦腳。將剝得的蝦殼類物質(zhì)置于冰水中清洗3遍,烘干后經(jīng)20 min超微粉碎制成蝦殼粉。取蝦殼粉1 g,加蒸餾水和0.1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH至8.5,蒸餾水和HCl總量為20 mL。然后加入2 kGy輻照后的改性堿性蛋白酶,在恒溫水浴鍋中酶解3 h,接著對(duì)酶100 ℃滅活6 min,在5 000 r/min離心30 min,最后取上清液作為樣品。

1.3.2 還原糖實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

固定美拉德反應(yīng)條件:pH為11,反應(yīng)溫度為110 ℃,反應(yīng)時(shí)間為100 min。為探究還原糖添加量對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響,以性價(jià)比較高的葡萄糖為例,向酶解液中加入不同量(1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)的葡萄糖。為探索還原糖添加種類和比例對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響,固定還原糖總添加量為4%,向酶解液中加入葡萄糖∶木糖為1∶1、葡萄糖∶果糖為1∶1、葡萄糖∶核糖為1∶1以及葡萄糖∶木糖∶核糖為2∶1∶1的還原糖。

因?yàn)槊览路磻?yīng)主要是氨基酸和還原糖反應(yīng)[15],應(yīng)側(cè)重香氣和色澤的評(píng)價(jià),所以用A294 nm、A420 nm和A280 nm評(píng)價(jià)調(diào)味料更為客觀,A294 nm代表香味中間體物質(zhì),即“低分子量香氣中間體形成程度”,吸取1 mL樣液稀釋50倍測(cè)得;A420 nm代表褐變程度,即“類黑精聚合物濃度”,吸取反應(yīng)終產(chǎn)物1 mL稀釋20倍測(cè)得;A280 nm代表“肉香味”物質(zhì)[16],吸取反應(yīng)終產(chǎn)物1 mL稀釋100倍測(cè)得。

1.3.3 去腥劑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

固定美拉德反應(yīng)條件,固定葡萄糖添加量2%、木糖添加量1%、核糖添加量1%。為探究去腥劑種類對(duì)調(diào)味料的影響,向調(diào)味料中分別加入牛磺酸1%、檸檬酸1%和酵母提取物1%。為探究牛磺酸和酵母提取物兩種去腥劑添加量對(duì)調(diào)味料的影響,向調(diào)味料中分別加入不同添加量的牛磺酸(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)和酵母提取物(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)。

去腥劑實(shí)驗(yàn)用多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法進(jìn)行感官評(píng)判。

1.3.4 增鮮劑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

固定美拉德反應(yīng)條件,固定葡萄糖添加量2%、木糖添加量1%、核糖添加量1%、牛磺酸添加量0.4%。研究表明,當(dāng)鳥(niǎo)苷酸二鈉∶肌苷酸二鈉為1∶1時(shí)可發(fā)揮食品增鮮劑的最大協(xié)同作用。因此固定此比例,以總添加量作為增鮮劑實(shí)驗(yàn)的因素。為探究增鮮劑添加量對(duì)調(diào)味料的影響,向調(diào)味料中分別加入不同添加量(0.1%、0.2%、0.3%)的增鮮劑。

增鮮劑實(shí)驗(yàn)用多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法進(jìn)行感官評(píng)判。

1.3.5 多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判模型的建立

挑選10 位專家對(duì)調(diào)味料4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、8個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)專家均為具有正常感官條件,能夠進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)且對(duì)小龍蝦無(wú)過(guò)敏史的人員。挑選1位記錄員對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確記錄。其中,評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為滋味(蝦味、甜味、鮮味)、異味(腥味、苦味、硫味)、色度、接受度,感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表見(jiàn)表1。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以評(píng)價(jià)指標(biāo)得分值與總得分值的比值作為該指標(biāo)權(quán)重系數(shù),一級(jí)指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果

由表2可知,滋味指標(biāo)的得分值為370 分,異味指標(biāo)的得分值為280 分,色度指標(biāo)的得分值為80 分,接受度指標(biāo)的得分值為270 分,總分值為1 000 分,由此所建立的一級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)集合為:

A={0.37,0.28,0.08,0.27}。

二級(jí)指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可知,蝦味指標(biāo)的得分值為550 分,甜味指標(biāo)的得分值為210 分,鮮味指標(biāo)的得分值為240 分,總分值為1 000 分,由此所建立的二級(jí)滋味指標(biāo)權(quán)重系數(shù)集合為:

A1={0.55,0.21,0.24};

腥味指標(biāo)的得分值為380 分,苦味指標(biāo)的得分值為390 分,硫味指標(biāo)的得分值為230 分,總分值為1 000 分,由此所建立的二級(jí)異味指標(biāo)權(quán)重系數(shù)集合為:

A2={0.38,0.39,0.23};

色度和接受度指標(biāo)的得分值均為1 000 分,由此所建立的二級(jí)色度和接受度指標(biāo)權(quán)重系數(shù)集合分別為:

A3={1};

A4={1}。

多級(jí)模糊評(píng)判響應(yīng)面法基本原理如下:

首先,將評(píng)價(jià)指標(biāo)U劃分成若干子集(子集為一級(jí),子集包含的元素為二級(jí)),得到新的因素集組合:

Bi=Ai·Ri(i=1,2,3,4);

最后,對(duì)一級(jí)因素集做綜合評(píng)價(jià),設(shè)其權(quán)重為A={a1,a2,…a4},則總評(píng)判矩陣為:

因此得到綜合評(píng)價(jià)為B=A·R,按照最大隸屬度原則得到相應(yīng)評(píng)分。

1.3.6 調(diào)味劑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置還原糖(D-葡萄糖、D-核糖、D-木糖、D-果糖)、去腥劑(牛磺酸、檸檬酸、酵母抽提物)和增鮮劑(5′-肌苷酸二鈉、5′-鳥(niǎo)苷酸二鈉)3類調(diào)味劑及其不同添加比例為影響因素,在pH為11、反應(yīng)溫度為110 ℃、反應(yīng)時(shí)間為100 min的條件下進(jìn)行美拉德反應(yīng),以低分子量香氣中間體形成程度、類黑精聚合物濃度和肉香味為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析采用SPSS 25.0軟件和Matlab R2021a軟件,繪圖處理采用OriginPro 2018軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 還原糖實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為探究還原糖添加量對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響,以性價(jià)比較高的葡萄糖為例,向酶解液中加入不同量(1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)的葡萄糖。因?yàn)槊览路磻?yīng)主要是氨基酸和還原糖反應(yīng),側(cè)重香氣和色澤的評(píng)價(jià),所以用A294 nm、A420 nm和A280 nm評(píng)價(jià)反應(yīng)液更客觀,結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 葡萄糖添加量對(duì)美拉德反應(yīng)的影響

由圖1可知,葡萄糖添加量在1%～4%范圍內(nèi),A294 nm、A420 nm和A280 nm值隨著葡萄糖添加量的增加而顯著增加(P<0.05)。在4%～7%范圍內(nèi),3個(gè)值隨著葡萄糖添加量的增加增長(zhǎng)速度不明顯。說(shuō)明當(dāng)葡萄糖添加量超過(guò)4%后,低分子量香氣中間體形成程度、類黑精聚合物濃度和肉香味增加緩慢。因此,選擇還原糖添加量為4%。

為探索還原糖添加種類和比例對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響,固定總還原糖添加量為4%,按葡萄糖∶木糖為1∶1、葡萄糖∶果糖為1∶1、葡萄糖∶核糖為1∶1以及葡萄糖∶木糖∶核糖為2∶1∶1 4種還原糖種類和比例的搭配方式分別加入酶解液,用A294 nm、A420 nm和A280 nm評(píng)價(jià)反應(yīng)液,結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 還原糖添加種類和比例對(duì)美拉德反應(yīng)的影響

由圖2可知,葡萄糖∶核糖為1∶1時(shí)(即各加2%)A294 nm和A280 nm值最高,說(shuō)明核糖對(duì)提高美拉德反應(yīng)的低分子量香氣和肉香味效果最好;葡萄糖∶木糖為1∶1時(shí)A420 nm值最高,說(shuō)明木糖對(duì)提高美拉德反應(yīng)的類黑精聚合物濃度效果最好。核糖和果糖比葡萄糖反應(yīng)速度要快[17],核糖更易與氨基酸、肽、蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)形成風(fēng)味物質(zhì)[18],而果糖發(fā)生美拉德反應(yīng)時(shí)會(huì)有些許異味,口感較平淡[19]。木糖與甘氨酸反應(yīng)對(duì)反應(yīng)液的色度影響最大,這與董明英[20]在紅糖香精的制備與應(yīng)用中的發(fā)現(xiàn)相一致。因?yàn)楹颂莾r(jià)格較高[21],綜合考慮,選擇葡萄糖∶木糖∶核糖為2∶1∶1的添加方式,即葡萄糖添加量2%、木糖添加量1%、核糖添加量1%,此時(shí)A294 nm=0.503,A420 nm=0.521,A280 nm=0.824。

2.2 去腥劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果

去腥劑種類對(duì)調(diào)味料的影響結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 去腥劑種類對(duì)調(diào)味料的影響

由表4可知,牛磺酸和酵母提取物對(duì)蝦味的保持較好,其中牛磺酸在調(diào)味料增色方面效果最好。檸檬酸對(duì)鮮味的破環(huán)較大,接受度較低。多級(jí)模糊數(shù)學(xué)關(guān)系矩陣如下:

B1-牛=A1·R1-牛;B2-牛=A2·R2-牛;

B3-牛=A3·R3-牛;B4-牛=A4·R4-牛。

B1-檸=A1·R1-檸;B2-檸=A2·R2-檸;

B3-檸=A3·R3-檸;B4-檸=A4·R4-檸。

B1-酵=A1·R1-酵;B2-酵=A2·R2-酵;

B3-酵=A3·R3-酵;B4-酵=A4·R4-酵。

結(jié)果顯示,1%牛磺酸最高隸屬度為0.310 31,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差;1%檸檬酸最高隸屬度為0.467 15,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為很差;1%酵母提取物最高隸屬度為0.335 16,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差;因此選擇牛磺酸和酵母提取物做去腥劑的添加量實(shí)驗(yàn)。

牛磺酸和酵母提取物添加量對(duì)調(diào)味料的影響結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 牛磺酸和酵母提取物添加量對(duì)調(diào)味料的影響

由表5可知,隨著牛磺酸和酵母提取物添加量的減少,在感官上蝦味、甜味、鮮味、苦味和硫味總體上變好,但腥味增加,色度偏淺。多級(jí)模糊數(shù)學(xué)關(guān)系矩陣如下:

B1-0.2牛=A1·R1-0.2牛;B2-0.2牛=A2·R2-0.2牛;

B3-0.2牛=A3·R3-0.2牛;B4-0.2牛=A4·R4-0.2牛。

依此類推,其他7 種添加方式多級(jí)模糊數(shù)學(xué)結(jié)果如下:

結(jié)果顯示,0.2%牛磺酸最高隸屬度為0.328 82,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為良;0.4%牛磺酸最高隸屬度為0.316 22,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為良;0.6%牛磺酸最高隸屬度為0.321 37,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差;0.8%牛磺酸最高隸屬度為0.263 03,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差。0.2%酵母提取物最高隸屬度為0.343 3,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差;0.4%酵母提取物最高隸屬度為0.352 71,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為中;0.6%酵母提取物最高隸屬度為0.319 4,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差;0.8%酵母提取物最高隸屬度為0.387 44,隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為差。由此可知,0.2%和0.4%牛磺酸在多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判中等級(jí)較好,均為良。其中,0.4%牛磺酸中級(jí)及以上隸屬度和為0.864 08,良級(jí)及以上隸屬度和為0.549 53,優(yōu)級(jí)隸屬度為0.233 31;0.2%牛磺酸中級(jí)及以上隸屬度和為0.721 36,良級(jí)及以上隸屬度和為0.504 27,優(yōu)級(jí)隸屬度為0.175 45。表明添加0.4%牛磺酸的調(diào)味料比添加0.2%牛磺酸的調(diào)味料在各層級(jí)上都能滿足更多消費(fèi)者的感官需求,即更具有普適性。因此,最佳去腥劑添加方式為0.4%的牛磺酸。

2.3 增鮮劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果

增鮮劑添加量對(duì)調(diào)味料的影響結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 增鮮劑添加量對(duì)調(diào)味料的影響

由表6可知,增鮮劑對(duì)提高調(diào)味料滋味(特別是蝦味和鮮味)、降低異味、提高接受度有明顯作用。其中,添加0.2%增鮮劑的調(diào)味料蝦味指標(biāo)結(jié)果最好;添加0.3%增鮮劑的調(diào)味料鮮味指標(biāo)結(jié)果最好,但對(duì)蝦味造成了一定程度的損失和掩蓋;0.2%和0.3%的增鮮劑都對(duì)調(diào)味料的異味有很大的改善,但整體接受度上添加0.2%增鮮劑的調(diào)味料明顯優(yōu)于其他兩個(gè)添加量。多級(jí)模糊數(shù)學(xué)結(jié)果如下:

結(jié)果顯示,0.1%、0.2%和0.3%增鮮劑隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)均為優(yōu),最高隸屬度分別為0.367 63,0.643 26,0.504 88;添加0.1%和0.2%增鮮劑的調(diào)味料評(píng)價(jià)等級(jí)都在中等及以上,添加0.3%增鮮劑的調(diào)味料評(píng)價(jià)等級(jí)在中等及以上的隸屬度之和超過(guò)0.99,說(shuō)明添加增鮮劑后的調(diào)味料整體感官效果良好,其中增鮮劑添加量為0.2%時(shí)調(diào)味料感官效果最好。因此,最佳增鮮劑添加量為0.2%,即0.1%鳥(niǎo)苷酸二鈉和0.1%肌苷酸二鈉。

3 結(jié)論

以改性堿性蛋白酶和小龍蝦蝦殼粉為原料制備的酶解液,通過(guò)對(duì)比還原糖的添加量、種類和比例,得到在加入葡萄糖2%、木糖1%、核糖1%之后進(jìn)行美拉德反應(yīng),A294 nm、A420 nm和A280 nm綜合效果最好,此時(shí)A294 nm=0.503,A420 nm=0.521,A280 nm=0.824。

通過(guò)對(duì)比去腥劑的種類和添加量,得到在加入牛磺酸0.2%之后多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判結(jié)果最好,此時(shí)其中級(jí)及以上隸屬度和為0.864 08,良級(jí)及以上隸屬度和為0.549 53,優(yōu)級(jí)隸屬度為0.233 31,均優(yōu)于其他種類和添加量。通過(guò)對(duì)比增鮮劑的添加量,得到在加入鳥(niǎo)苷酸二鈉0.1%、肌苷酸二鈉0.1%之后多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判結(jié)果最好,此時(shí)其隸屬評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu),最高隸屬度0.643 26,評(píng)價(jià)等級(jí)全部在中等及以上。研究表明多級(jí)模糊數(shù)學(xué)評(píng)判法在小龍蝦蝦殼類調(diào)味料感官評(píng)判中可以發(fā)揮顯著作用,使得評(píng)價(jià)結(jié)果更嚴(yán)謹(jǐn)、客觀。