基于模糊數學參數優化山葵醬加工工藝

郭夢夏,張肇弛

(河南理工大學鶴壁工程技術學院,河南 鶴壁 458030)

山葵(Eutremawasabi)是十字花科多年生宿根性植物[1-2],栽培起源于日本,經過日本野生種馴化而來[3]。山葵是一種喜陰植物,生長所需的溫度為8～20 ℃,遮陰度為60%左右,需要栽培于通風性好[4]、富含有機質的砂壤土中[5]。

山葵中富含營養物質,主要包括氨基酸、維生素和多種微量元素[6],山葵內的硫苷在芥子酶的作用下會產生異硫氰酸酯[7],該物質具有預防骨質疏松、抗氧化、抗癌和增進食欲等多種生物功效[8]。

山葵是辛香類綠色蔬菜,不同部位的營養成分和礦物質元素均存在差異[9],全株植物中根莖部位含有的營養物質最多[10],山葵中的揮發性物質使山葵醬具有特殊的風味和功效。以山葵作為原料研發的產品包括山葵抑菌口香糖、山葵油小米辣和山葵保健酒等[11],這些產品的主要生物活性成分均由山葵提供。

隨著消費者對山葵醬認可程度和消費水平的不斷提升,山葵在中國、日本和歐美等地區的消費量不斷增加[12],國內山葵的種植面積也在快速擴張,我國現在種植的山葵主要出口日本,而我國的山葵醬又從日本進口,本研究基于此,以山葵根莖為材料[13],對山葵醬的加工工藝進行研究和優化,旨在為山葵醬的工業化發展提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

新鮮的山葵根莖:廣元市農業開發有限公司;檸檬酸:廣州市化學試劑有限公司;磷酸氫二鈉:昆明市宏明試劑有限公司;芥子酶制劑:美國Sigma公司;丁基異氰酸酯:上海實業(集團)有限公司;烯丙基異硫氰酸酯:北京科技有限公司;戊烯基異氰酸酯:中國化工制作有限公司;二氯甲烷:山東化工有限公司。

1.2 試驗儀器

氣相色譜儀、低溫離心機 北京科技有限公司;分析天平 廣州電子設備有限公司;組織粉碎機 金壇實驗儀器公司;振蕩器 上海機械有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 山葵醬制作工藝流程

原料選擇→清洗→粉碎→調味→護色→包裝→標簽→儲藏銷售。

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料選擇

選擇新鮮無破損的山葵根莖,將山葵的葉、柄和花苔部分全部去除。

1.3.2.2 清洗

將山葵根莖上的泥土全部去除,最后一遍清洗時用純凈水,清洗后晾干水分。

1.3.2.3 粉碎

用經過消毒的粉碎機將山葵的組織粉碎,需要均勻粉碎,使用的粉碎機為60目,粉碎至醬體中無明顯的纖維和顆粒。

1.3.2.4 調味

按照比例加入麥芽糖、果糖、食鹽、山梨糖醇、植物油和黃原膠等原料,再加入少許輔料進行調配。

1.3.2.5 護色

將梔子藍和姜黃素按照一定比例混合,對山葵醬進行護色。

1.3.2.6 儲藏銷售

將制作完成的山葵醬放入密閉的瓶子中,遮光低溫保存,運至商店進行銷售。

1.3.3 單因素試驗

當研究一個因素對山葵醬感官評分的影響時,控制其他的影響因素不變,即各單因素分別為麥芽糖添加量250 g、果糖添加量70 g、山梨糖醇添加量200 g和食鹽添加量50 g,各單因素試驗變量區間見表1。

表1 各單因素試驗變量區間

1.3.4 正交試驗

根據單因素試驗結果,以A(麥芽糖添加量)、B(果糖添加量)、C(山梨糖醇添加量)和D(食鹽添加量)為變量因素,以山葵醬感官評分為指標,進行四因素四水平正交試驗,山葵醬正交試驗因素水平表見表2。

表2 山葵醬正交試驗因素水平表

1.3.5 感官評價

食品的感官特征包括色、香和味,通過人體的各種感官對食品進行綜合評價,由于感官評定受個人喜好的影響,通過人群測定的方式減少誤差。本試驗邀請10人進行感官評定,最后使用平均值作為感官評定的結果。食品的感官特征包括顏色、香味、口感和形態,感官評分權重表見表3,山葵醬的感官評分見表4。

表3 感官評分權重表

表4 山葵醬感官評分表

1.3.6 模糊數學模型[14-15]

1.3.6.1 確定評價對象

評價對象為16組山葵醬樣品。

1.3.6.2 確定評價因素

山葵醬評價的因素包括顏色、香味、口感和形態。

1.3.6.3 確定評價等級

山葵醬評價的等級包括優、良、中和差4個等級,4個等級的評分分別為90,70,50,30分。

1.3.6.4 確定權重

設顏色、香味、口感和形態的權重集為{0.1,0.4,0.4,0.1}。

2 結果和討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 麥芽糖添加量對山葵醬感官評分的影響

加入麥芽糖不僅能夠增加甜度,而且能使山葵醬的形態更細膩。由圖1可知,當麥芽糖添加量增加時,感官評分先升高后降低。當麥芽糖添加量為150～250 g時,山葵醬的感官評分逐漸升高,山葵醬的甜度和細膩度增加。當麥芽糖添加量為250 g時,山葵醬的感官評分最高,為70分。當麥芽糖添加量大于250 g時,山葵醬的感官評分逐漸下降,這是由于麥芽糖添加量過高,山葵醬過于甜膩,造成感官評分下降。所以,選擇麥芽糖添加量150～300 g進行模糊數學優化試驗。

圖1 麥芽糖添加量對山葵醬感官評分的影響

2.1.2 果糖添加量對山葵醬感官評分的影響

果糖不僅是甜味劑也是保濕劑。由圖2可知,當果糖添加量逐漸增加時,山葵醬的感官評分先升高后降低。當果糖添加量小于70 g時,山葵醬的感官評分呈上升趨勢。當果糖添加量為70 g時,山葵醬的感官評分最高,為72分;隨著果糖添加量繼續增加,山葵醬的感官評分開始降低。所以,選擇果糖添加量30～90 g進行模糊數學優化試驗。

圖2 果糖添加量對山葵醬感官評分的影響

2.1.3 山梨糖醇添加量對山葵醬感官評分的影響

山梨糖醇可以幫助食品保濕和增加食品的濃稠度,從而對食品起到賦形作用[16]。

由圖3可知,當山梨糖醇添加量逐漸增加時,山葵醬的感官評分先升高后降低。當山梨糖醇添加量為100～200 g時,山葵醬的感官評分呈上升趨勢。當山梨糖醇添加量為200 g時,山葵醬的感官評分最高,為73分。當山梨糖醇添加量為200～300 g時,山葵醬的感官評分開始下降,綜合考慮,選擇山梨糖醇添加量100～250 g進行模糊數學優化試驗。

圖3 山梨糖醇添加量對山葵醬感官評分的影響

2.1.4 食鹽添加量對山葵醬感官評分的影響

食鹽能夠增加食品的鮮度[17]。由圖4可知,當食鹽添加量逐漸增加時,山葵醬的感官評分先升高后降低。當食鹽添加量為30～50 g時,山葵醬的感官評分逐漸升高。當食鹽添加量為50 g時,山葵醬的感官評分最高,為70分。隨著食鹽添加量繼續增加,山葵醬的感官評分呈下降趨勢。所以,選擇食鹽添加量30～60 g進行模糊數學優化試驗。

圖4 食鹽添加量對山葵醬感官評分的影響

2.2 模糊數學感官評價

根據單因素試驗結果,對山葵醬加工工藝進行四因素四水平分析,對山葵醬加工工藝進行研究和優化,山葵醬的感官評價獲得票數見表5。

表5 山葵醬4個評價指標獲得票數統計

根據表5的評價指標,將16份標本的因素轉化為模糊數學矩陣:

根據模糊數學的評分Y=X×A,其中A為評分等級優(90分)、良(70分)、中(50分)和差(30分),即A=(90,70,50,30)。各個小組的得分見表6。

表6 山葵醬模糊數學評價結果

將表6中的模糊數學結果代入表7,進行正交試驗分析。

表7 山葵醬正交試驗分析及結果

由表7可知,根據正交試驗和極差分析,各個因素對山葵醬的影響順序為D(食鹽添加量)>A(麥芽糖添加量)>B(果糖添加量)>C(山梨糖醇添加量)。山葵醬生產的最佳加工工藝為麥芽糖添加量250 g、果糖添加量70 g、山梨糖醇添加量250 g和食鹽添加量40 g,此時山葵醬的感官評分為80.9分。

3 小結

山葵醬是一種以山葵根莖為原料制成的調味品,由于我國工業化加工山葵醬的技術還較落后,本試驗通過單因素試驗、正交試驗和模糊數學法對山葵醬的加工工藝進行了研究和優化,研究結果表明,山葵醬最佳加工工藝為麥芽糖添加量250 g、果糖添加量70 g、山梨糖醇添加量250 g和食鹽添加量40 g,此時山葵醬的感官評分為80.9分。