基于模糊數(shù)學(xué)參數(shù)優(yōu)化山葵醬加工工藝

郭夢夏,張肇弛

(河南理工大學(xué)鶴壁工程技術(shù)學(xué)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(jīng)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(fēng)性好[4]、富含有機(jī)質(zhì)的砂壤土中[5]。

山葵中富含營養(yǎng)物質(zhì),主要包括氨基酸、維生素和多種微量元素[6],山葵內(nèi)的硫苷在芥子酶的作用下會(huì)產(chǎn)生異硫氰酸酯[7],該物質(zhì)具有預(yù)防骨質(zhì)疏松、抗氧化、抗癌和增進(jìn)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(yǎng)成分和礦物質(zhì)元素均存在差異[9],全株植物中根莖部位含有的營養(yǎng)物質(zhì)最多[10],山葵中的揮發(fā)性物質(zhì)使山葵醬具有特殊的風(fēng)味和功效。以山葵作為原料研發(fā)的產(chǎn)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(chǎn)品的主要生物活性成分均由山葵提供。

隨著消費(fèi)者對山葵醬認(rèn)可程度和消費(fèi)水平的不斷提升,山葵在中國、日本和歐美等地區(qū)的消費(fèi)量不斷增加[12],國內(nèi)山葵的種植面積也在快速擴(kuò)張,我國現(xiàn)在種植的山葵主要出口日本,而我國的山葵醬又從日本進(jìn)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(jìn)行研究和優(yōu)化,旨在為山葵醬的工業(yè)化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

新鮮的山葵根莖:廣元市農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司;檸檬酸:廣州市化學(xué)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(shí)業(yè)(集團(tuán))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(yàn)儀器

氣相色譜儀、低溫離心機(jī) 北京科技有限公司;分析天平 廣州電子設(shè)備有限公司;組織粉碎機(jī) 金壇實(shí)驗(yàn)儀器公司;振蕩器 上海機(jī)械有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 山葵醬制作工藝流程

原料選擇→清洗→粉碎→調(diào)味→護(hù)色→包裝→標(biāo)簽→儲(chǔ)藏銷售。

1.3.2 操作要點(diǎn)

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(shí)用純凈水,清洗后晾干水分。

1.3.2.3 粉碎

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

1.3.2.4 調(diào)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(jìn)行調(diào)配。

1.3.2.5 護(hù)色

將梔子藍(lán)和姜黃素按照一定比例混合,對山葵醬進(jìn)行護(hù)色。

1.3.2.6 儲(chǔ)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(yùn)至商店進(jìn)行銷售。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

當(dāng)研究一個(gè)因素對山葵醬感官評分的影響時(shí),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(yàn)變量區(qū)間見表1。

表1 各單因素試驗(yàn)變量區(qū)間

1.3.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)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(biāo),進(jìn)行四因素四水平正交試驗(yàn),山葵醬正交試驗(yàn)因素水平表見表2。

表2 山葵醬正交試驗(yàn)因素水平表

1.3.5 感官評價(jià)

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(jìn)行綜合評價(jià),由于感官評定受個(gè)人喜好的影響,通過人群測定的方式減少誤差。本試驗(yàn)邀請10人進(jìn)行感官評定,最后使用平均值作為感官評定的結(jié)果。食品的感官特征包括顏色、香味、口感和形態(tài),感官評分權(quán)重表見表3,山葵醬的感官評分見表4。

表3 感官評分權(quán)重表

表4 山葵醬感官評分表

1.3.6 模糊數(shù)學(xué)模型[14-15]

1.3.6.1 確定評價(jià)對象

評價(jià)對象為16組山葵醬樣品。

1.3.6.2 確定評價(jià)因素

山葵醬評價(jià)的因素包括顏色、香味、口感和形態(tài)。

1.3.6.3 確定評價(jià)等級

山葵醬評價(jià)的等級包括優(yōu)、良、中和差4個(gè)等級,4個(gè)等級的評分分別為90,70,50,30分。

1.3.6.4 確定權(quán)重

設(shè)顏色、香味、口感和形態(tài)的權(quán)重集為{0.1,0.4,0.4,0.1}。

2 結(jié)果和討論

2.1 單因素試驗(yàn)

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(tài)更細(xì)膩。由圖1可知,當(dāng)麥芽糖添加量增加時(shí),感官評分先升高后降低。當(dāng)麥芽糖添加量為150～250 g時(shí),山葵醬的感官評分逐漸升高,山葵醬的甜度和細(xì)膩度增加。當(dāng)麥芽糖添加量為250 g時(shí),山葵醬的感官評分最高,為70分。當(dāng)麥芽糖添加量大于250 g時(shí),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(jìn)行模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化試驗(yàn)。

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(dāng)果糖添加量逐漸增加時(shí),山葵醬的感官評分先升高后降低。當(dāng)果糖添加量小于70 g時(shí),山葵醬的感官評分呈上升趨勢。當(dāng)果糖添加量為70 g時(shí),山葵醬的感官評分最高,為72分;隨著果糖添加量繼續(xù)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(jìn)行模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化試驗(yàn)。

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(dāng)山梨糖醇添加量逐漸增加時(shí),山葵醬的感官評分先升高后降低。當(dāng)山梨糖醇添加量為100～200 g時(shí),山葵醬的感官評分呈上升趨勢。當(dāng)山梨糖醇添加量為200 g時(shí),山葵醬的感官評分最高,為73分。當(dāng)山梨糖醇添加量為200～300 g時(shí),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(jìn)行模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化試驗(yàn)。

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(dāng)食鹽添加量逐漸增加時(shí),山葵醬的感官評分先升高后降低。當(dāng)食鹽添加量為30～50 g時(shí),山葵醬的感官評分逐漸升高。當(dāng)食鹽添加量為50 g時(shí),山葵醬的感官評分最高,為70分。隨著食鹽添加量繼續(xù)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(jìn)行模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化試驗(yàn)。

圖4 食鹽添加量對山葵醬感官評分的影響

2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,對山葵醬加工工藝進(jìn)行四因素四水平分析,對山葵醬加工工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化,山葵醬的感官評價(jià)獲得票數(shù)見表5。

表5 山葵醬4個(gè)評價(jià)指標(biāo)獲得票數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表5的評價(jià)指標(biāo),將16份標(biāo)本的因素轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)學(xué)矩陣:

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的評分Y=X×A,其中A為評分等級優(yōu)(90分)、良(70分)、中(50分)和差(30分),即A=(90,70,50,30)。各個(gè)小組的得分見表6。

表6 山葵醬模糊數(shù)學(xué)評價(jià)結(jié)果

將表6中的模糊數(shù)學(xué)結(jié)果代入表7,進(jìn)行正交試驗(yàn)分析。

表7 山葵醬正交試驗(yàn)分析及結(jié)果

由表7可知,根據(jù)正交試驗(yàn)和極差分析,各個(gè)因素對山葵醬的影響順序?yàn)镈(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(chǎn)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(shí)山葵醬的感官評分為80.9分。

3 小結(jié)

山葵醬是一種以山葵根莖為原料制成的調(diào)味品,由于我國工業(yè)化加工山葵醬的技術(shù)還較落后,本試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)法對山葵醬的加工工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化,研究結(jié)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(shí)山葵醬的感官評分為80.9分。