基于模糊數學法研究乳酸菌發酵蘑菇漿的加工工藝及品質分析

2024-12-31 00:00:00馮嫣

中國調味品 2024年12期

摘要：以杏鮑菇和金針菇為原料，利用嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌和保加利亞乳桿菌按1∶1∶1復合發酵蘑菇漿，以發酵時間、接種量、木糖醇添加量、菇水比為單因素，結合模糊數學感官評價和正交試驗優化蘑菇漿的加工工藝，并測定優化后蘑菇漿的黏度、可溶性固形物含量和酸度。結果表明，影響因素主次順序為發酵時間（A）＞接種量（B）＞木糖醇添加量（C）＞菇水比（D）。發酵時間6 h、接種量4％、木糖醇添加量7.5％、菇水比1∶5為乳酸菌發酵蘑菇漿的最優工藝。測得最優配方制備的蘑菇漿的黏度為1 445.56 Pa，可溶性固形物含量為5.21%，酸度為56.5 °T。在此條件下發酵的蘑菇漿呈乳白色，酸甜可口，細膩醇厚，有乳酸菌發酵獨有的風味，質地均勻，蘑菇香味濃郁且色澤均勻。

關鍵詞：蘑菇漿；乳酸菌發酵；模糊數學法；工藝優化

中圖分類號：TS201.3""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）12-0149-06

Study on Processing Technology and Quality Analysis of Fermentation of

Mushroom Pulp by Lactic Acid Bacteria Based on

Fuzzy Mathematics Method

FENG Yan

（Department of Life Sciences， Lyuliang University， Lyuliang 033001， China）

Abstract： With Pleurotus eryngii and Flammulina velutipes as the raw materials， the mushroom pulp is fermented by Streptococcus thermophilus， Lactobacillus plantarum and Lactobacillus bulgaricus with the ratio of 1∶1∶1. With fermentation time， inoculation amount， xylitol addition amount and the ratio of mushroom to water as the single factors， the processing technology of mushroom pulp is optimized by the combination of fuzzy mathematics sensory evaluation and orthogonal test， and the viscosity， the content of soluble solids and the acidity of the optimized mushroom pulp are measured. The results show that the order of the influencing factors is fermentation time （A）gt;inoculation amount （B）gt;xylitol addition amount （C）gt; the ratio of mushroom to water （D）. The optimal fermentation process of mushroom pulp by lactic acid bacteria is as follows： the fermentation time is 6 h， the inoculation amount is 4%， the xylitol addition amount is 7.5%， and the ratio of mushroom to water is 1∶5. The viscosity of the mushroom pulp prepared by the optimal formula is 1 445.56 Pa， the content of soluble solids is 5.21%， and the acidity is 56.5 °T. The milky white mushroom pulp fermented under these conditions is sour and sweet， delicate and mellow， with the unique flavor of lactic acid bacteria fermentation， uniform texture， rich mushroom aroma and uniform color.

Key words： mushroom pulp; lactic acid bacteria fermentation; fuzzy mathematics method; process optimization

收稿日期：2024-06-12

基金項目：山西省基礎研究計劃項目（202303021212283）；山西省呂梁市科技局項目（2022NYGG25）；山西省重點實驗室計劃項目（201805D111012）；山西省重點研發計劃項目（201803D221011-6）；山西省高等學校科技創新計劃項目（2023L375）；山西省高等學校大學生創新創業訓練項目（s202410812039）

作者簡介：馮嫣（1986—），女，講師，碩士，研究方向：食品科學。

隨著時代的進步，人們越來越重視食物的營養價值。蘑菇是目前國內外人工栽培的主要食用菌［1］，集美味、營養、藥用于一體，深受人們的喜愛。杏鮑菇為藥食同源的大型肉質傘菌，有特殊的杏仁味，含有豐富的維生素、糖類、蛋白質及鐵、鈣、鋅、鎂、銅、硒等對人體有益的物質。金針菇具有氨基酸、纖維素、維生素等成分，鋅的含量也很豐富，不僅能幫助兒童增高、開發智力，而且能減輕身體疲勞，提高機體免疫力，具有降血脂、防治心腦血管疾病等功效。近年來，我國蘑菇種植業發展迅速，年產量超過1 000萬噸。但是，目前我國蘑菇的加工方式和產品類型還比較少，主要以干蘑菇、蘑菇醬、蘑菇罐頭、蘑菇飲料等為主，而本研究將蘑菇加工成蘑菇漿后，不僅保留了蘑菇原有的營養成分，而且方便食用。

乳酸菌是一種被廣泛應用于乳制品、蔬菜等食品發酵領域的益生菌［2-3］，不僅能延長產品的保質期，而且能提升營養價值，改善風味。本研究參照郭靜等［4］的方法混合發酵，利用嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌和保加利亞乳桿菌按1∶1∶1復合發酵蘑菇漿，與單一菌種發酵相比，復合菌種發酵可以綜合單一菌種的優勢，從而延長食品的貨架期。同時，還可以降低發酵液的pH值，增加發酵液中生成的乳酸等物質的濃度。蘑菇可以很好地進行乳酸菌發酵［5-6］，用乳酸菌發酵的蘑菇漿不僅具有豐富的營養，而且可以提高蘑菇制品和乳酸菌發酵食品的種類。

模糊數學是近年來發展起來的一門新興學科，已得到了廣泛的應用［7-8］。感官評價常受到人的主觀影響，導致評價結果有很大的偏差，不利于對食品品質進行客觀、準確的評價，運用模糊數學法對食品感官評價結果進行定量分析，可以獲得比較客觀的結果。

為提高蘑菇的附加值，研制開胃、助消化、利于腸道健康且風味獨特的蘑菇加工產品。本試驗選擇杏鮑菇和金針菇作為原料，利用乳酸菌發酵研制一種既具有蘑菇獨特風味又具有乳酸菌發酵特殊酸味的新型乳酸發酵蘑菇漿［9］，利用模糊數學感官評價法結合正交試驗對發酵蘑菇漿工藝條件進行優化，并對優化后的蘑菇漿進行品質分析。該蘑菇漿具有蘑菇的特有風味，營養豐富，是很有發展前景的天然綠色方便食品。Thakur［10］研究表明，生產技術的變化和多樣化導致全球蘑菇生產呈指數級增長，蘑菇種植產業有了巨大的發展。Assemie等［11］指出蘑菇含有豐富的蛋白質、凝集素、維生素、核酸、類固醇、脂質、碳水化合物、礦物質、萜類化合物和酚類化合物，是具有高營養價值的食品。將美味的奶油與柔嫩的蘑菇片加上大蒜、洋蔥和草藥制成一碗溫熱的奶油蘑菇湯［12］。王健等［13］為改善饅頭的營養，在制作過程中添加了杏鮑菇漿。孫加剛等［14］以脆度和感官評分為參考因素，研究杏鮑菇脆片的最佳工藝。藺志穎［15］以杏鮑菇為原料，采用乳酸菌發酵生產出黏稠均勻、香味濃郁、色澤乳白的杏鮑菇乳酸發酵醬，為研發杏鮑菇乳酸發酵制品奠定了基礎。

關于蘑菇飲品的研究也取得了一些進展。張劍等［16］以新鮮金針菇為原料制備金針菇漿，加入發酵乳、木糖醇和穩定劑，調配金針菇風味的乳酸菌飲料。李爽等［17］發酵東北野生鮮猴頭菇，制備果味猴頭菇復合保健飲料。劉東等［18］使用蘑菇提取物、調味油、減鹽發酵醬，采用模糊數學法結合響應面法優化減鹽蘑菇醬加工配方。翁敏劼等［19］以口感、滋味、色澤和氣味為權重，構建數學模型優化即食杏鮑菇加工工藝。

本試驗以新鮮杏鮑菇和金針菇為原料，利用嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌和保加利亞乳桿菌按1∶1∶1復合發酵，研制新型乳酸發酵蘑菇漿。以發酵時間、接種量、木糖醇添加量、菇水比為單因素，以色澤、口感、組織狀態、氣味為評價因素，結合模糊數學感官評價和正交試驗優化蘑菇漿的加工工藝，測定優化后蘑菇漿的黏度、可溶性固形物含量和酸度。

1 材料與方法

1.1 原料和儀器

杏鮑菇、金針菇：購于星瑪客超市；木糖醇：山東福田藥業有限公司；檸檬酸：正宏生物科技有限公司；脫脂乳粉：內蒙古金河套乳業有限公司；嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌和保加利亞乳桿菌：陜西榮林生物科技有限公司；海藻酸鈉：河南宗耀生物科技有限公司；CMC-Na（羧甲基纖維素鈉）：上海申光食用化學品有限公司。

303-0A恒溫培養箱上海尚普儀器設備有限公司；JY3003電子天平廣東美的生活電器制造有限公司；DJ13B-D08EC豆漿機九陽股份有限公司；T40高壓均質機上海申鹿均質機有限公司；NDJ-9S（N）黏度計上海析牛萊伯儀器有限公司；HB-113ATC手持糖度計南北儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 單因素試驗設計

本試驗選出4個因素即發酵時間、接種量、木糖醇添加量、菇水比進行單因素試驗。

1.2.2.1 不同發酵時間對蘑菇漿感官評分的影響

固定40 ℃、接種量3%、木糖醇添加量7.5%、菇水比1∶5不變，設置發酵時間分別為3，4，5，6，7 h進行試驗，于4 ℃放置24 h后，研究不同發酵時間對蘑菇漿感官評分的影響，進行感官評價。

1.2.2.2 不同接種量對蘑菇漿感官評分的影響

固定40 ℃、培養6 h、木糖醇添加量7.5%、菇水比1∶5不變，設置乳酸菌接種量分別為2%、3%、4%、5%、6%進行試驗，于4 ℃放置24 h后，研究不同接種量對蘑菇漿感官評分的影響，進行感官評價。

1.2.2.3 不同木糖醇添加量對蘑菇漿感官評分的影響

固定40 ℃、培養6 h、接種量3%、菇水比1∶5不變，設置木糖醇添加量分別為6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%進行試驗，于4 ℃放置24 h后，研究不同木糖醇添加量對蘑菇漿感官評分的影響，進行感官評價。

1.2.2.4 不同菇水比對蘑菇漿感官評分的影響

固定40 ℃、培養6 h、接種量3%、木糖醇添加量7.5%不變，設置菇水比分別為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7進行試驗，于4 ℃放置24 h后，研究不同菇水比對蘑菇漿感官評分的影響，進行感官評價。

1.2.3 正交試驗設計

依據單因素試驗結果，以發酵時間、接種量、木糖醇添加量和菇水比進行L9（34）正交試驗設計。

1.2.4 模糊數學綜合評價方法

1.2.4.1 感官評價

邀請20名感官評價人員組成鑒評小組，按規定的評分標準對乳酸菌發酵蘑菇漿的感官品質進行綜合評價，以乳酸菌發酵蘑菇漿的色澤、口感、組織狀態和氣味4個方面對乳酸菌發酵蘑菇漿進行評分。

1.2.4.2 因素集和評語集的確定

乳酸菌發酵蘑菇漿的評價因素集為色澤、口感、組織狀態和氣味，分別對應U1、U2、U3和U4，即U={U1，U2，U3，U4}，以優（V1）、良（V2）、中（V3）、差（V4）組成每個因素的評語集，即V={V1，V2，V3，V4}，將優、良、中、差分別賦值90，80，70，60，即V={V1，V2，V3，V4}={90，80，70，60}。

1.2.4.3 權重集的確定

采用用戶調查法分析各指標的權重。10位感官評價員將100分按照感官影響的重要性分配給色澤、口感、組織狀態和氣味。權重集用W表示，W=（W1，W2，W3，W4），進行歸一化處理，權重總和為1。

1.2.4.4 模糊關系綜合評價集

統計感官評分結果，并進行歸一化處理，構建模糊矩陣Ri，模糊關系綜合評價結果［20-21］為Yi=W×R。

1.2.4.5 模糊數學法綜合評價結果

根據模糊數學計算原理［22］，得到模糊數學評分，即模糊數學評分Ti=Yi×V。

1.2.5 品質評價

測定優化后的乳酸菌發酵蘑菇漿的黏度、可溶性固形物含量和酸度。參照劉雪等［23］的方法用黏度計測量黏度；參照郭靜等［4］的方法用手持糖度計測量可溶性固形物含量；參考GB 12456—2021《食品安全國家標準食品中總酸的測定》中的酸堿滴定法測定酸度。

2 試驗結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 不同發酵時間對蘑菇漿感官評分的影響

由圖1可知，隨著發酵時間的增加，蘑菇漿的感官評分先升高后降低。當發酵時間低于6 h時，發酵時間過短，發酵不充分，乳酸含量低，導致感官評分下降，蘑菇漿的感官評分較低；當發酵時間高于6 h時，乳酸菌發酵蘑菇漿的感官評分降低，這可能是因為隨著發酵時間的增加，蘑菇漿中乳酸含量增加，產品的口味也隨之逐漸變酸，從而使蘑菇漿的口感變差；當發酵時間為6 h時，乳酸含量適宜，口感協調，感官評分最高，為87.68分。

2.1.2 不同接種量對蘑菇漿感官評分的影響

由圖2可知，隨著接種量的增加，蘑菇漿的感官評分先升高后降低。當接種量低于4%時，產酸率較低，口感不佳，導致蘑菇漿的感官評分較低；當接種量高于4%時，發酵加速，養分消耗過快使得乳酸菌的數量減少，風味變差，酸度過高，乳清析出沉淀，品質下降；當接種量為4%時，蘑菇漿發酵得較好，酸度適宜，口感協調，品質最佳，感官評分最高，為85.65分。

2.1.3 不同木糖醇添加量對蘑菇漿感官評分的影響

由圖3可知，隨著木糖醇添加量的增加，蘑菇漿的感官評分先升高后降低。當木糖醇添加量低于7.5%時，蘑菇漿的口味較淡，味道不協調，感官評分過低；當木糖醇添加量高于7.5%時，蘑菇漿偏甜，無法體現乳酸菌發酵蘑菇漿酸甜可口的特色，導致口感欠佳；當木糖醇添加量為7.5%時，感官評分最高，為86.23分，此時可能最適合乳酸菌生長，蘑菇漿中營養豐富，乳酸菌發酵得更充分，酸甜適宜，味道協調，口感最佳。

2.1.4 不同菇水比對蘑菇漿感官評分的影響

由圖4可知，隨著菇水比中水比例的增加，乳酸菌發酵蘑菇漿的感官評分先升高后降低。當菇水比為1∶3時，乳酸菌發酵蘑菇漿濃稠，組織狀態較差，從而影響口感；當菇水比為1∶4時，乳酸菌發酵蘑菇漿較濃稠，組織狀態不均一；當菇水比為1∶5時，感官評分最高，為87.56分，黏稠度適宜，組織狀態均一，無分層現象，口感醇厚，感官品質最佳；當菇水比為1∶6時，乳酸菌發酵蘑菇漿有輕微分層現象，從而影響口感；當菇水比為1∶7時，蘑菇漿有分層現象，口感較淡，導致感官品質下降。

2.2 正交試驗因素水平設計

根據單因素試驗結果設計正交試驗。正交試驗因素水平設計見表2。

2.3 乳酸菌發酵蘑菇漿感官評價與模糊數學模型的建立

2.3.1 感官評分權重統計結果

邀請10位感官評價員對樣品的色澤（U1）、口感（U2）、組織狀態（U3）、氣味（U4）重要程度進行評分（以5分為一個梯度），確定權重集W=［0.25，0.30，0.30，0.15］，見表 3。

2.3.2 模糊數學感官評價統計結果

邀請10位感官評價員對蘑菇漿進行感官評價，投票結果見表4。

2.3.3 模糊矩陣的建立

由表4可知，感官評價人員分別對乳酸菌發酵蘑菇漿進行等級評價，記錄相應等級下的投票數，并進行歸一化處理。

以1號為例，1號樣品的4個評價集：

U1=（0.65，0.25，0.10，0.00），U2=（0.40，0.45，0.15，0.00），U3=（0.20，0.75，0.00，0.05），U4=（0.35，0.60，0.05，0.00）。

則模糊矩陣R1=0.650.250.100.000.400.450.150.000.200.750.000.050.350.600.050.00，

R2=0.550.350.050.050.800.150.050.000.850.100.050.000.650.150.100.10，

R3=0.200.400.350.050.150.650.150.050.100.500.400.000.600.250.100.05，

R4=0.900.100.000.000.800.200.000.000.750.150.050.050.550.200.150.10，

R5=0.850.150.000.000.750.200.050.000.600.350.050.000.800.150.050.00，

R6=0.800.200.000.000.500.500.000.000.650.300.050.000.900.050.050.00，

R7=0.250.650.100.000.600.350.050.000.650.200.100.050.750.200.050.00，

R8=0.500.400.100.000.850.150.000.000.900.050.050.000.700.150.100.05，

R9=0.750.250.000.000.550.250.150.050.950.050.000.000.500.400.100.00。

根據模糊數學計算原理和權重集，樣品的模糊關系Yi=W×Ri確定綜合評價結果，以1號樣品為例：Y1=W×R1。

Y1=［0.25 0.30 0.30 0.15］ ×

0.650.250.100.000.400.450.150.000.200.750.000.050.350.600.050.00=［0.395 0 0.512 5 0.077 50.015 0］。

故其模糊數學評分T1=Y1×V=82.88分，樣品的綜合評價集和模糊數學評分結果見表5。

2.4 乳酸菌發酵蘑菇漿配方優化正交試驗結果

將表5中得到的模糊數學評分作為樣品的感官評分結果進行試驗，結果見表6。

由表6可知，各因素對感官評分的影響大小順序為Agt;Bgt;Cgt;D，即發酵時間gt;接種量gt;木糖醇添加量gt;菇水比；由k值可知，乳酸菌發酵蘑菇漿的最優配方為A2B2C2D2，即發酵時間為6 h，接種量為4%，木糖醇添加量為7.5%，菇水比為1∶5。制成的蘑菇漿為乳白色且有光澤，黏附性、流動性理想，酸甜可口，細膩醇厚，兼具蘑菇和發酵風味。

2.5 驗證試驗

按照極差分析的最優配方A2B2C2D2與正交試驗結果最優配方第5組A2B2C3D1進行3次驗證試驗，結果見表7。

結果顯示，最優配方A2B2C2D2的感官評分高于A2B2C3D1配方樣品，以此驗證確定最佳配方為A2B2C2D2。

2.6 乳酸菌發酵蘑菇漿的品質分析

測得最優配方下乳酸菌發酵蘑菇漿的黏度為1 445.56 Pa、可溶性固形物含量為5.21%、酸度為56.5 °T。

3 結論

本試驗以杏鮑菇、金針菇為原料，研究嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌和保加利亞乳桿菌按1∶1∶1復合發酵蘑菇漿的加工工藝，采用模糊數學法建立蘑菇漿的感官品質模型，結合正交試驗優化乳酸菌發酵蘑菇漿的加工工藝，并對最優產品進行品質分析。

各因素對乳酸菌發酵蘑菇漿感官品質的影響程度大小順序為接種量（A）＞發酵時間（B）＞木糖醇添加量（C）＞菇水比（D）。乳酸菌發酵蘑菇漿的最優工藝為發酵時間6 h、接種量4%、木糖醇添加量7.5%、菇水比1∶5。測得最優配方下乳酸菌發酵蘑菇漿的黏度為1 445.56 Pa、可溶性固形物含量為5.21%、酸度為56.5 °T。綜上所述，在此配方下制作的乳酸菌發酵蘑菇漿酸甜適宜，細膩醇厚，有乳酸菌發酵獨有的風味，質地均勻，蘑菇香味濃郁且色澤均勻。采用模糊數學綜合評價法對乳酸菌發酵蘑菇漿的感官評分進行了定量分析，為乳酸菌發酵蘑菇漿工藝優化提供了依據。

結合本試驗結果，發酵時間過長時，蘑菇漿中乳酸含量增加，產品的口味也隨之逐漸變酸，從而使蘑菇漿的口感變差；發酵時間過短時，發酵不充分，乳酸產量低，導致蘑菇漿的感官評分下降，由試驗得出，最佳發酵時間為6 h。當接種量過低時，產酸率變低，口感不佳；當接種量過高時，發酵加速，養分消耗過快，使得乳酸菌的數量減少，風味變差，酸度過高，乳清沉淀，品質下降，乳酸菌發酵蘑菇漿的工藝條件優化中乳酸菌的接種量為4%。當木糖醇添加量過低時，蘑菇漿的口味較淡，蘑菇漿的味道不協調；當木糖醇添加量過高時，蘑菇漿偏甜，無法體現乳酸菌發酵蘑菇漿酸甜可口的特色，導致口感欠佳，由試驗得出，木糖醇添加量為7.5％時口感最佳。不同菇水比對蘑菇漿感官評分的影響不同，當菇水比中水的比例過低時，乳酸菌發酵蘑菇漿較濃稠，組織狀態較差，從而影響口感；當菇水比中水的比例過高時，有輕微分層現象，口感淡薄，導致感官品質下降，由試驗得出，菇水比為1∶5時口感最佳。本試驗結論與郭靜等［4］關于乳酸菌發酵杏鮑菇漿的研究結果相近，接種量均為4%，菇水比均為1∶5。作為一種新型飲品，必須控制其生產成本，使其價格低廉，更容易被普通消費者所接受，在未來的研究中，可以著重討論乳酸菌發酵蘑菇漿的生產和貯藏條件［24—25］。

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