利用TRIZ方法解決泡菜產(chǎn)氣的研究

宋茜，龐彧娟，王春梅

（天津市利民調(diào)料有限公司，天津300308）

利用TRIZ方法解決泡菜產(chǎn)氣的研究

宋茜，龐彧娟，王春梅

（天津市利民調(diào)料有限公司，天津300308）

利用發(fā)明問題解決理論（Theory of inventive problem solving，TRIZ）方法解決泡菜產(chǎn)氣的問題，通過對(duì)問題進(jìn)行分析，找到乳酸菌及葡萄糖在系統(tǒng)中的矛盾關(guān)系，以發(fā)酵作為場(chǎng)，葡萄糖及乳酸菌作為物質(zhì)進(jìn)行研究，從而找到標(biāo)準(zhǔn)解：1）改進(jìn)工藝：提高發(fā)酵溫度至30℃，延長發(fā)酵時(shí)間至25 d的工藝。2）改善配方：產(chǎn)品中加入苯甲酸鈉0.07%，山梨酸鉀0.03%，可以使泡菜產(chǎn)氣問題得到有效解決。

發(fā)明問題解決理論（TRIZ）；物質(zhì)-場(chǎng)；泡菜；產(chǎn)氣

泡菜是一種發(fā)酵蔬菜制品，主要發(fā)酵菌種為乳酸菌，乳酸菌可分為同型和異型兩種，其中異型乳酸菌產(chǎn)生CO2，容易引起產(chǎn)品脹氣。同型異型乳酸菌在發(fā)酵制品中往往協(xié)同作用[1]，其產(chǎn)生的乙酸、乙醇等物質(zhì)豐富發(fā)酵制品的風(fēng)味，同時(shí)產(chǎn)生的CO2能加速微生物的無氧呼吸，對(duì)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生促進(jìn)作用，因此在發(fā)酵蔬菜中往往兩種類型乳酸菌同時(shí)存在。而產(chǎn)氣卻是影響泡菜產(chǎn)品貨架期和質(zhì)量的重要因素。發(fā)酵產(chǎn)生的風(fēng)味成分無法用其他手段進(jìn)行取代，因此如何在不影響產(chǎn)品風(fēng)味的基礎(chǔ)上，解決產(chǎn)品的產(chǎn)氣現(xiàn)象是本課題研究的重點(diǎn)。

發(fā)明問題解決理論（Theory of inventive problem solving，TRIZ）成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解[2]。TRIZ是一套解決實(shí)際問題的成熟的理論和方法體系[3]。該理論實(shí)用性強(qiáng)，并經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，領(lǐng)域也從原先的發(fā)明改造向自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、管理科學(xué)、生物科學(xué)等不同領(lǐng)域的技術(shù)問題發(fā)展[4]。因此本文不采用傳統(tǒng)研究思維，而利用TRIZ理論對(duì)本課題進(jìn)行研究。

1 分析方法

1.1 功能分析

功能分析是指基于TRIZ系統(tǒng)中輸出與輸入的正常關(guān)系，來分析系統(tǒng)的各個(gè)部分的關(guān)系[5]，也是TRIZ梳理問題的基礎(chǔ)方法。那么泡菜產(chǎn)品的本質(zhì)功能是食用，因此味道、色澤、口感是其最主要的性能指標(biāo)，如圖1所示，對(duì)泡菜進(jìn)行功能分析。

圖1 泡菜功能分析Fig.1 Analysis of pickle function

1.2 因果分析

經(jīng)過功能分析，明確解決問題后，第二步就是要梳理清楚造成該問題出現(xiàn)的原因[6]，這一步常常會(huì)產(chǎn)生一對(duì)或幾對(duì)因-果的模式，因此稱為因果分析。

乳酸菌是泡菜發(fā)酵過程中的主要菌種，對(duì)泡菜風(fēng)味生成起決定作用，同時(shí)乳酸菌還增加蔬菜的可消化性，并產(chǎn)生一些維生素與抗氧化劑[7]，因此乳酸菌是泡菜生產(chǎn)過程中無法簡(jiǎn)化的步驟。

但是空包裝的泡菜會(huì)產(chǎn)生漲袋或真空度下降的現(xiàn)象，這是由Leuconostoc mesenteroides和Streptococcus等異型乳酸發(fā)酵菌屬產(chǎn)生的CO2引起，是一種正?，F(xiàn)象[8]，其反應(yīng)方程為：

C6H12O6+乳酸菌→C3H6O3（乳酸）+C2H5OH+CO2+能量[9]。

因此在本問題中，葡萄糖和乳酸菌為反應(yīng)底物，溫度為反應(yīng)條件，溫度范圍可以在15℃～40℃之間。因此，乳酸菌、葡萄糖和二氧化碳為問題的根本，方程式可以寫為：乳酸菌+葡萄糖 → 乙醇+乙酸+CO2。

解決問題的根本途徑就是在裝袋后，阻止本反應(yīng)的進(jìn)行。

1.3 沖突區(qū)域確定

經(jīng)過因果分析后，便可以找到系統(tǒng)中的沖突，因此由1.2可知，本文系統(tǒng)中的沖突區(qū)域：產(chǎn)品期乳酸菌和葡萄糖。

1.4 理想解分析

理想解是拋去所有客觀條件，得到的最理想的解決方案，也是研究問題的最終目標(biāo)[10]。針對(duì)泡菜發(fā)酵過程，理想解是能夠發(fā)酵預(yù)定程度，不影響泡菜色澤、口感和體態(tài)并且不產(chǎn)生氣體；產(chǎn)品中含葡萄糖和乳酸菌，并且它們之間在常溫下會(huì)反應(yīng)，從而產(chǎn)生的氣體；不出現(xiàn)這種結(jié)果的條件：消除產(chǎn)品中的葡萄糖或乳酸菌，或者二者都存在，但不反應(yīng)。

1.5 求解工具

由1.3可知，葡萄糖和乳酸菌在泡菜產(chǎn)品期是一對(duì)矛盾物質(zhì)，而發(fā)酵過程可看做矛盾物質(zhì)的作用場(chǎng)，于是泡菜產(chǎn)氣的問題可以采用物質(zhì)-場(chǎng)的分析方法，進(jìn)行分析。

1）確定系統(tǒng)的物質(zhì)和場(chǎng)。

場(chǎng)為發(fā)酵場(chǎng)，矛盾物質(zhì)可分別代表乳酸菌及葡萄糖。

2）建立物質(zhì)-場(chǎng)模型，如圖2所示。

1.6 確定代表性的解

1）引入一種物質(zhì)在產(chǎn)品期消除乳酸菌。

2）引入一種物質(zhì)在產(chǎn)品期消除葡萄糖。

3

）引入一種物質(zhì)在產(chǎn)品期消除CO2。

圖2 物質(zhì)-場(chǎng)模型Fig.2 Model of material-field

由于泡菜是一種食品，根據(jù)《食品安全法》，不得添加非食品原料和GB 2760-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定超劑量食品添加劑，并且考慮其運(yùn)輸性，于是只采取3種方式解決該問題。

具體解的確定

1）滅菌、防腐劑，使乳酸菌失效。

2）生物反應(yīng)：加強(qiáng)發(fā)酵程度，消耗葡萄糖。

為了使感測(cè)數(shù)據(jù)在UAV中正確解碼，發(fā)射功率應(yīng)滿足最小信噪比，對(duì)于QPSK調(diào)制，其誤碼率為：則第i個(gè)IoT設(shè)備的發(fā)射功率為(mW)：

2 材料與方法

2.1 儀器

0.000 1 g分析天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；恒溫培養(yǎng)箱、水浴滅菌鍋：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；超凈工作臺(tái)：蘇州蘇潔凈化有限公司。

2.2 試劑

苯甲酸鈉、山梨酸鉀、脫氫乙酸鈉、尼泊金酯（對(duì)羥基苯甲酸酯）：化學(xué)純，天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司）；硫酸銅、亞甲基藍(lán)、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀鹽酸（31%）、乙酸鋅：化學(xué)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 巴氏殺菌

將泡菜產(chǎn)品200 g進(jìn)行封袋，然后投入到70、80、90℃的水浴滅菌鍋中，然后放入恒溫培養(yǎng)箱，30℃培養(yǎng)30 d，觀察其脹氣情況。

2.3.2 防腐劑試驗(yàn)

市面上泡菜產(chǎn)品使用防腐劑大致有苯甲酸鈉、山梨酸鉀、脫氫乙酸鈉、尼泊金酯（對(duì)羥基苯甲酸酯）4種，4種防腐劑效果不同，作用微生物也不相同，分別取GB2760-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》使用量的防腐劑放入200 g產(chǎn)品中，密封裝袋，30℃培養(yǎng)30 d，觀察其脹氣情況。

1）提高發(fā)酵溫度：采用 20、25、30、35 ℃不同溫度進(jìn)行發(fā)酵，每隔3天測(cè)定還原糖含量。

2）延長發(fā)酵時(shí)間：在最佳溫度下進(jìn)行發(fā)酵，每隔5天測(cè)定樣品中還原糖含量，同時(shí)對(duì)還原糖含量≤1.0 g/100 g樣品封袋，放入30℃培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)30 d，觀察其產(chǎn)氣情況。

3 結(jié)果

3.1 不同滅菌條件下泡菜各指標(biāo)的變化

不同滅菌條件下泡菜各指標(biāo)的變化見表1。

表1 不同滅菌條件下泡菜各指標(biāo)的變化Table 1 Changes of picklein different conditions of sterilization

通過表1可以看出，在不同滅菌條件下，樣品的產(chǎn)氣效果不同，其顏色和口感也不同，總的來說溫度越高、時(shí)間越長其顏色口感相差越大，因此只能采用最低溫度70℃，10 min作為最佳滅菌條件，但其口感也略有下降。

3.2 不同防腐劑對(duì)泡菜產(chǎn)氣的影響

不同防腐劑對(duì)泡菜產(chǎn)氣的影響見表2。

表2 不同防腐劑對(duì)泡菜產(chǎn)氣的影響Table 2 Influence of different preservatives to pickle

從表2對(duì)照結(jié)果可以看出：在泡菜中，苯甲酸鈉和脫氫乙酸鈉抑菌效果最為突出，而復(fù)合防腐劑中，苯甲酸鈉0.07%、山梨酸鉀0.03%效果最好。

3.3 不同發(fā)酵溫度下還原糖含量變化

不同發(fā)酵溫度下還原糖含量變化見圖3。

從圖3可以看出在30℃條件下，還原糖含量有較大范圍的下降，因?yàn)?0℃為乳酸菌最適生長溫度，發(fā)酵進(jìn)程被加快，因此在相同天數(shù)下讓發(fā)酵溫度保持在30℃有利于還原糖的消耗。

圖3 不同發(fā)酵溫度下還原糖含量變化Fig.3 Change of sugar in different fermentation temperature

3.4 不同發(fā)酵時(shí)間下還原糖含量及產(chǎn)氣效果

不同發(fā)酵時(shí)間下還原糖含量見圖4，產(chǎn)氣效果見表3。

圖4 不同發(fā)酵時(shí)間下還原糖含量Fig.4 Change of sugar in different fermentation time

表3 不同發(fā)酵時(shí)間下產(chǎn)氣效果Table 3 Effect of gas of pickle in different fermentation time

從圖4及表3所知，發(fā)酵時(shí)間到25 d后，還原糖含量趨于平穩(wěn)且低于1.0 g/1 000 mL，經(jīng)過漲袋試驗(yàn)，發(fā)酵25 d的泡菜，在培養(yǎng)30 d的條件下不會(huì)產(chǎn)生漲氣，因此以25 d作為發(fā)酵周期。

4 結(jié)論

利用TRIZ方法可以更為系統(tǒng)、邏輯的分析問題和尋求解決方案，本文中的技術(shù)問題，如果不采用TRIZ方法，而用傳統(tǒng)的直線方式進(jìn)行研究，最少需要2個(gè)發(fā)酵周期，而利用TRIZ方法同時(shí)進(jìn)行多種解，只用1個(gè)發(fā)酵周期，就得到了理想解，大大縮短了研究周期和人力物力。

最終本文的理想解為：1）改進(jìn)工藝：提高發(fā)酵溫度至30℃，延長發(fā)酵時(shí)間至25 d的工藝。2）改善配方：產(chǎn)品中加入苯甲酸鈉0.07%，山梨酸鉀0.03%。

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Study on the Methods to Prevent of Gasproduced by Pickle Based on TRIZ

SONG Qian，PANG Yu-juan，WANG Chun-mei
（Tianjin Limin Condiment Co.，Ltd.，Tianjin 300308，China）

The problem of gasproduced by pickle was solved by TRIZ methods.Through analysis of this problem，the conflict between glucose and lactic acid bacteria was founded.After study fermentation as a field and glucose and lactic acid bacteria as substances，the standard solution was founded：1）improve process：increase fermentation temperature to 30 ℃，and extend fermentation time to 25 d，2）improve the recipe：add 0.07%sodium benzoate and 0.03%potassium sorbate into productions.

theory of inventive problem solving（TRIZ）；material-field；pickle；gasproduced by pickle

2016-10-13

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.025

宋茜（1984—），女（漢），工程師，碩士，從事調(diào)味品發(fā)酵、食品安全的研究。