基于模糊數(shù)學(xué)綜合評判法優(yōu)化江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬配方

陳 永,農(nóng)萬廷,譚義秋,莫國歡,李方方,鄭 欣(.廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院,廣西崇左 5300;.崇左市科學(xué)技術(shù)開發(fā)中心,廣西崇左 5300)

黃牛肉是崇左市當(dāng)?shù)刂饕男螽a(chǎn)品之一,含有豐富的磷、鐵、鋅等微量元素和維生素A、硫胺素、鈷胺素等維生素,且蛋白質(zhì)生物價(jià)優(yōu)于植物蛋白,其氨基酸組成比其他肉類更接近人體需要,享有“肉中驕子”的美稱[1-3];江州老壇酸菜是崇左市極具地方特色的一種蔬菜發(fā)酵制品,同時(shí)也是崇左市江州鎮(zhèn)保安村的脫貧產(chǎn)業(yè)之一,保安村盛產(chǎn)大肉芥菜,其酸菜腌漬工藝已有上百年的歷史,素有“酸菜之鄉(xiāng)”的美稱,經(jīng)乳酸菌發(fā)酵制成的江州老壇酸菜鮮香嫩脆、清爽可口、解膩開胃、品質(zhì)上乘[4];指天椒具有亮紅的顏色、濃郁而純正的辛辣香味,且富含維生素C、胡蘿卜素和辣椒堿類等,具有開胃健脾、補(bǔ)肝明目的功效,崇左市天等縣目前已形成了頗具規(guī)模和影響力的指天椒種植業(yè),被譽(yù)為“指天椒之鄉(xiāng)”[5-6]。

近年來,口味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富的牛肉醬越來越受到市場的歡迎,隨著市場銷售額的不斷提升,復(fù)合牛肉醬的研發(fā)也不斷推陳出新[7-8]。鄧源喜等[9]以牛肉、雞腿菇和花生為主要原料,通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化低鹽復(fù)合牛肉醬工藝配方,試驗(yàn)結(jié)果表明在牛肉、雞腿菇、花生的用量比為7∶2∶1(總量34.5%),豆瓣醬添加量35%,麥芽糖添加量8%的條件下,制得的牛肉醬風(fēng)味濃郁、口感協(xié)調(diào);郝滌非等[10]在固定黃牛肉添加量30%,白砂糖添加量6%,水添加量4%的條件下,選取枸杞、黃豆、橄欖油、甜面醬為單因素,通過L9(34)正交試驗(yàn)得到枸杞黃豆牛肉醬的最優(yōu)配方為甜面醬18%、黃豆22%、枸杞12%、橄欖油8%;冒樹泉等[11]選取牛肉和鼠尾藻為主要原料,采用正交試驗(yàn),以感官評價(jià)為指標(biāo),研制出富有營養(yǎng)、風(fēng)味獨(dú)特的鼠尾藻牛肉醬。

傳統(tǒng)感官評價(jià)法由于概念定義的模糊性和情感意識(shí)的主觀性,很難對食品綜合感官做出客觀、準(zhǔn)確的評價(jià)[12-14],而模糊數(shù)學(xué)綜合評判則是一種以模糊變換原理為基礎(chǔ),通過模糊矩陣將評價(jià)信息數(shù)值化,從而消除感官評價(jià)的模糊性和主觀性,進(jìn)而對產(chǎn)品的綜合感官品質(zhì)做出科學(xué)、準(zhǔn)確、公正的判斷,以進(jìn)行定量評價(jià)的方法[15-17]。目前具有開胃解膩、消積助食的老壇酸菜風(fēng)味牛肉醬的開發(fā)尚鮮見報(bào)道,本試驗(yàn)基于模糊數(shù)學(xué)綜合評判法,精選黃牛腱子肉、江州酸菜、天等指天椒、去皮花生仁,開發(fā)的牛肉醬突破當(dāng)前主流牛肉醬大多注重風(fēng)味、口感調(diào)配的局限,不但口感獨(dú)特、營養(yǎng)豐富,同時(shí)具有開胃健脾、溫中下氣的功效,符合消費(fèi)者崇尚美味、健康、特色的消費(fèi)理念。

本文精選崇左黃牛腱子肉、江州老壇酸菜為主要原料,固定復(fù)合牛肉醬基礎(chǔ)配方,結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和模糊數(shù)學(xué)綜合評判法,以牛肉丁、酸菜絲、辣椒皮、花生仁用量為關(guān)鍵因素,優(yōu)化江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬工藝配方,開發(fā)一款具有濃厚地域特色的復(fù)合牛肉醬,以期拓寬崇左本地黃牛肉、江州酸菜、天等指天椒等農(nóng)副產(chǎn)品的加工利用方向,提高其商品價(jià)值和經(jīng)濟(jì)附加值,并為豐富崇左市特色農(nóng)副產(chǎn)品的深加工與開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃牛腱子肉、江州酸菜、天等指天椒 均由崇左市江盛土特產(chǎn)有限公司提供;豆瓣醬、料酒、生姜、大蒜、白砂糖、食用鹽、白芝麻、植物油、辣椒油 均為市購。

ZH-TP4 全自動(dòng)花生脫皮機(jī) 鄭州瑞祥機(jī)械設(shè)備有限公司;GZX-GF101-2-BS-II鼓風(fēng)干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司;HH.S21-6-S恒溫水浴鍋 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司;SDJ-100 夾層蒸汽鍋 諸城市商鼎機(jī)械有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 原輔料制備 牛肉丁制備:精選新鮮黃牛腱子肉,去除其表面筋膜、淤血、淋巴等,溫水洗凈,用專用廚房紙控干水分,并分切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的牛肉丁。將木瓜蛋白酶溶于適量水中與切成顆粒的牛肉丁混合,在55～65 ℃條件下酶解15～20 min,再進(jìn)行低溫微波繼續(xù)嫩化1～2 min,撈出瀝干后得嫩化牛肉丁,備用;酸菜絲制備:選擇色澤鮮亮、嫩黃,質(zhì)地清脆爽口、味道酸香純正的崇左江州酸菜,去其梗部,取其葉部,將酸菜葉切成0.1 cm×0.5 cm的絲狀,備用;辣椒皮制備:挑選新鮮飽滿、個(gè)體完好、色澤光亮的天等指天椒,洗凈,瀝干,去蒂,去籽,切成0.1～0.3 cm不等的辣椒皮斜段,備用;花生仁制備:冷油入鍋,油溫六成熱時(shí)放入花生米,小火翻炒,至花生米呈深紅色,花生熟香飄散,撈出控油,冷卻至室溫,放入全自動(dòng)花生脫皮機(jī),得到去紅衣后的兩瓣花生仁;姜末:姜塊洗凈,刮除外皮,切薄片,再切絲,剁成姜末,備用;蒜蓉:挑選形態(tài)完整、蒜瓣飽滿的新鮮大蒜,將大蒜拍扁,剝除蒜衣,剁成蒜蓉,備用。

1.2.2.2 步驟說明 按配方比例精確稱取各原料、輔料,備用。熱鍋下冷油,油溫六成熱時(shí),倒入姜末、蒜泥、辣椒皮爆香,至散發(fā)濃郁的蒜香、辣椒香氣,加入制備好的牛肉丁,翻炒6～8 min,先后加入白砂糖、食用鹽和豆瓣醬,繼續(xù)翻炒2～3 min,隨后加入料酒,加大火力,并撒入花生仁、白芝麻,翻炒均勻后冷卻至35～45 ℃,封裝至水浴殺菌并烘干的四旋玻璃瓶中,預(yù)留6～8 cm頂隙,排氣后于90 ℃水浴殺菌15 min,冷卻至室溫,即得成品。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 固定老壇酸菜風(fēng)味牛肉醬基礎(chǔ)配方:料酒3%、豆瓣醬11%、植物油 30%、姜末3%、蒜蓉8%、白砂糖1%、食用鹽0.5%、白芝麻4%。選取牛肉丁、酸菜絲、辣椒皮、花生仁用量為工藝配方的關(guān)鍵因素,進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.3.1 牛肉丁添加量對感官品質(zhì)的影響 控制酸菜絲添加量6%,辣椒皮添加量4%、花生仁添加量5%,設(shè)定牛肉丁添加量10%、15%、20%、25%、30%,以感官評價(jià)為指標(biāo),考察牛肉丁添加量對老壇酸菜復(fù)合牛肉醬感官品質(zhì)的影響。

1.2.3.2 酸菜絲添加量對感官品質(zhì)的影響 控制牛肉丁添加量20%,辣椒皮添加量4%、花生仁添加量5%,設(shè)定酸菜絲添加量分別為4%、6%、8%、10%、12%,以感官評價(jià)為指標(biāo),探討酸菜絲添加量對老壇酸菜復(fù)合牛肉醬感官品質(zhì)的影響。

1.2.3.3 辣椒皮添加量對感官品質(zhì)的影響 控制牛肉丁添加量20%,酸菜絲添加量6%,花生仁添加量5%,設(shè)定辣椒皮添加量分別為3%、6%、9%、12%、15%,進(jìn)行配方優(yōu)化,以感官評價(jià)為指標(biāo),考察辣椒皮添加量對老壇酸菜復(fù)合牛肉醬感官品質(zhì)的影響。

1.2.3.4 花生仁添加量對感官評價(jià)的影響 控制牛肉丁添加量20%,酸菜絲添加量6%,辣椒皮添加量4%,設(shè)定花生仁添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%,進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn),以感官評價(jià)為指標(biāo),探討花生仁添加量對老壇酸菜復(fù)合牛肉醬感官品質(zhì)的影響。

1.2.4 老壇酸菜復(fù)合牛肉醬的感官評價(jià) 模糊數(shù)學(xué)綜合評判能有效消除主觀情感、年齡性別、生理狀態(tài)等因素的影響,同時(shí)通過模糊矩陣將模糊信息數(shù)值化,進(jìn)而對產(chǎn)品的感官品質(zhì)做出科學(xué)、準(zhǔn)確的判斷。試驗(yàn)從食品專業(yè)中優(yōu)選男生和女生各5人,經(jīng)感官評價(jià)培訓(xùn)后組成感官質(zhì)量綜合評判小組。參考文獻(xiàn)中牛肉醬的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[18-20],并作適當(dāng)改動(dòng),江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 復(fù)合牛肉醬感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluarion criteria for compound ground beef

1.2.5 模糊數(shù)學(xué)綜合評判模型的構(gòu)建

1.2.5.1 正交試驗(yàn)優(yōu)化配方 基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定牛肉丁添加量、酸菜絲添加量、辣椒皮添加量和花生仁添加量為關(guān)鍵試驗(yàn)因素,固定江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬基礎(chǔ)配方,設(shè)計(jì)L16(45)正交試驗(yàn)方案,試驗(yàn)因素與水平如表2所示。

表2 L16(45)因素與水平設(shè)計(jì)Table 2 L16(45)factors and levels design

采用L16(45)正交試驗(yàn)方案,得江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬試樣1#～16#,設(shè)計(jì)方案見表3。

表3 復(fù)合牛肉醬正交試驗(yàn)方案Table 3 Projects and results of orthogonal experiment of compound ground beef

1.2.5.2 建立評價(jià)因素集 評價(jià)因素也稱參數(shù)指標(biāo),能從不同維度反映江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬的綜合感官質(zhì)量。建立評價(jià)因素集U={滋味u1,色澤u2,香氣u3,形態(tài)u4}。

1.2.5.3 建立評價(jià)權(quán)重集 根據(jù)評價(jià)因素集U={滋味u1,色澤u2,香氣u3,形態(tài)u4}中各評價(jià)因素在江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬綜合感官質(zhì)量構(gòu)成中的重要程度,采用強(qiáng)制決定法分配評價(jià)因素的權(quán)重系數(shù),如表4所示,并建立評價(jià)權(quán)重集X={0.50,0.20,0.15,0.15}。

表4 評價(jià)因素及權(quán)重Table 4 Evaluation factors and weight

1.2.5.4 建立評價(jià)等級集 評價(jià)等級以優(yōu)劣下序劃分,依下是優(yōu)、良、中、下。建立評價(jià)等級集V={優(yōu),良,中,下}。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用DPS v7.05數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的分析處理,并通過對模糊數(shù)學(xué)綜合評判一級模型的構(gòu)建與解析,獲得最佳工藝配方。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配工藝的確定

2.1.1 牛肉丁添加量對感官品質(zhì)的影響 牛肉丁添加量是影響復(fù)合牛肉醬制作工藝和感官品質(zhì)的關(guān)鍵因素,牛腱子肉具有低脂高蛋白,肉質(zhì)緊實(shí)細(xì)膩且?guī)в信＝?熟后有膠質(zhì)感且口感彈性有勁道的特點(diǎn)[21]。從圖1可以看出,隨著牛肉丁添加量的增加,牛肉醬感官評價(jià)分值呈現(xiàn)先上升而后趨于平穩(wěn)的趨勢,當(dāng)牛肉丁添加量由10%增長到20%時(shí),感官評價(jià)分值也從86分逐漸增長,并達(dá)到峰值94分,而隨著牛肉丁的添加量的繼續(xù)增加,其感官評價(jià)分值波動(dòng)不大,大致趨平。因此綜合考慮感官評價(jià)和原料成本,確定牛肉丁添加量在正交試驗(yàn)中的因素水平為16%、18%、20%、22%。

圖1 牛肉丁添加量對感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of beef cubes addition on sensory quality注:相同字母者表示數(shù)據(jù)間無顯著差異(P>0.05),字母不同者表示數(shù)據(jù)間具有顯著性差異(P<0.05),圖2～圖4同。

2.1.2 酸菜絲添加量對感官品質(zhì)的影響 江州老壇酸菜酸中帶甜、甜中帶咸,不僅解膩開胃、清爽可口、鮮香嫩脆,而且具有調(diào)節(jié)人體腸道微生態(tài)、降低膽固醇等生理功能[22-24]。從圖2可以看出,在4%～12%的范圍內(nèi),隨著酸菜絲添加量的增加,復(fù)合牛肉醬感官評價(jià)分值總體趨勢為先上升而后下降,酸菜絲添加量在4%～8%范圍內(nèi)時(shí),感官評價(jià)分值從87分提升至96分,而當(dāng)酸菜絲添加量高于8%后,感官評價(jià)分值明顯下降,而酸菜絲添加量為12%時(shí),感官評價(jià)分值降低至85分,表明酸菜絲的添加量在8%～12%范圍內(nèi)時(shí),與復(fù)合牛肉醬的綜合感官評價(jià)呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜上,確定酸菜絲添加量在正交試驗(yàn)中的因素水平為6%、7%、8%、9%。

圖2 酸菜絲添加量對感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of sauerkraut addition on sensory quality

2.1.3 辣椒皮添加量對感官品質(zhì)的影響 天等指天椒經(jīng)過去籽,僅取用辣椒皮,極大降低辣度,不僅對老壇酸菜復(fù)合牛肉醬的口感調(diào)配起到了關(guān)鍵作用,而且增強(qiáng)消費(fèi)者對產(chǎn)品的食欲。從圖3可以看出,辣椒皮添加量在3%～9%范圍內(nèi)時(shí),隨著辣椒皮添加量的增加感官評價(jià)分值上升趨勢明顯,而辣椒皮添加量在9%～15%范圍內(nèi)時(shí),隨著添加量繼續(xù)加大,感官評價(jià)分值極顯著下降(P<0.01),原因在于辣椒皮用量在一定范圍內(nèi)對復(fù)合牛肉醬的風(fēng)味起到協(xié)同增效的作用,但用量若過多,則易破壞復(fù)合牛肉醬整體風(fēng)味,因此確定辣椒皮在正交試驗(yàn)中的因素水平為5%、7%、9%、11%。

圖3 辣椒皮添加量對感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of pepper skin addition on sensory quality

2.1.4 花生仁添加量對感官品質(zhì)的影響 從圖4可以看出,花生仁添加量為2%時(shí),牛肉醬感官評價(jià)分值為90分,隨著花生仁添加量的增加,感官評價(jià)分值先是逐漸遞升,在其添加量為6%上升至97分,此時(shí)牛肉醬感官評價(jià)分值達(dá)到峰值,而隨著花生仁添加量的繼續(xù)加大,感官評價(jià)分值呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢,因此花生仁在正交試驗(yàn)中的因素水平為5%、6%、7%、8%。

圖4 花生仁添加量對感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of peanut kernel addition on sensory quality

2.2 模糊數(shù)學(xué)綜合評判確定最佳復(fù)配組合

經(jīng)感官評價(jià)培訓(xùn)后的模糊數(shù)學(xué)綜合評判小組成員,在食品感官綜合評定實(shí)驗(yàn)室按照優(yōu)、良、中、下的評價(jià)等級逐一對16組牛肉醬試樣的口感、香氣、色澤、形態(tài)進(jìn)行感官評定。感官評價(jià)要素統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

表5 復(fù)合牛肉醬評價(jià)要素統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 5 Statistical table of evaluations of compound ground beef

將表5正交試驗(yàn)所得16組試樣各評價(jià)等級所得票數(shù)折合成贊成比率,綜合各樣品評價(jià)因素的結(jié)果,得模糊矩陣Rj[23]。

式中：j=1,2,3……16為樣品編號;ri1,ri2,ri3……ri16分別表示第i個(gè)試樣評價(jià)因素各評價(jià)等級所得贊成票數(shù)的占比。

以1#復(fù)合發(fā)酵飲品試樣進(jìn)行舉例計(jì)算:

依據(jù)模糊矩陣變換原理計(jì)算綜合隸屬度Yj=X×Rj,可知1#復(fù)合發(fā)酵飲品的綜合評判結(jié)果為:

各試樣組評價(jià)因素的評判等級所占的票數(shù)比例,通過模糊數(shù)學(xué)綜合評判一級模型Yj=X×Rj,并進(jìn)行歸一化處理后可得模糊數(shù)學(xué)變換結(jié)果,如表6所示。

表6 模糊變換結(jié)果Table 6 Results of fuzzy transform

根據(jù)1#～16#試樣組感官評判的模糊變換結(jié)果,運(yùn)用隸屬函數(shù)理論和最大隸屬度原則進(jìn)行排序,結(jié)果見表7。

各試驗(yàn)組感官評判的模糊變換結(jié)果排序表明:根據(jù)最大隸屬度原則,試樣編號Y14(A4B2C3D1)的綜合評判結(jié)果為“優(yōu)”,且為正交試驗(yàn)組里最佳的,其感官評價(jià)為“優(yōu)”等級占比0.800,“良”的等級占比0.200,而“中”、“下”的評價(jià)等級占比均為0。試驗(yàn)結(jié)果表明絕大多數(shù)評價(jià)小組成員認(rèn)為編號Y14(A4B2C3D1)的牛肉醬配方是最優(yōu)的,即:牛肉丁添加量22%、酸菜絲添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%,在此組合下,固定復(fù)合牛肉醬基礎(chǔ)配方,制作的江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬綜合感官最為理想,感官評分達(dá)98分,制得的產(chǎn)品色澤油亮鮮紅、明快飽滿,口感細(xì)膩、醬香濃郁、回味綿長。

表7 模糊綜合評判排序結(jié)果Table 7 Results of comprehensive sequencing while normalization

2.3 驗(yàn)證性試驗(yàn)

為確定模糊數(shù)學(xué)綜合評判結(jié)果的客觀性、可靠性,固定牛肉醬基礎(chǔ)配方,并以優(yōu)選組合Y14(A4B2C3D1)制作牛肉醬,進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)。建立評價(jià)因素集U={滋味u1,香氣u2,色澤u3,形態(tài)u4},評價(jià)權(quán)重集X={0.50,0.30,0.15,0.15},評判等級集V={優(yōu),良,中,下}。評分統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表8。

表8 要素評價(jià)統(tǒng)計(jì)表Table 8 Statistical table of factor evaluation

對表8的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊綜合評判,得到模糊關(guān)系矩陣R如下:

對Y歸一化處理,轉(zhuǎn)化為(0.571,0.429,0.00,0.000),可知模糊數(shù)學(xué)綜合評判峰值為0.571,根據(jù)最大隸屬度原則,評價(jià)等級為“優(yōu)”。因此,固定牛肉醬基礎(chǔ)配方,在牛肉丁添加量22%、酸菜絲添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%的優(yōu)選組合Y14(A4B2C3D1)下,制作的牛肉醬綜合感官質(zhì)量較優(yōu)。

3 結(jié)論

本文固定復(fù)合牛肉醬基礎(chǔ)配方為料酒3%、豆瓣醬11%、植物油 30%、姜末3%、蒜蓉8%、白砂糖1%、食用鹽0.5%、白芝麻4%,篩選牛肉丁、酸菜絲、辣椒皮、花生仁用量進(jìn)行單因素試驗(yàn),結(jié)合L16(45)正交試驗(yàn)方案,基于模糊數(shù)學(xué)綜合評判法優(yōu)化江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬配方工藝,得到最佳關(guān)鍵工藝配方為牛肉丁添加量22%、酸菜絲添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%,在此組合下,制作的江州老壇酸菜復(fù)合牛肉醬綜合感官品質(zhì)最為理想,制得的產(chǎn)品色澤油亮鮮紅、明快飽滿,口感細(xì)膩、醬香濃郁、回味綿長。開發(fā)的老壇酸菜復(fù)合牛肉醬兼具風(fēng)味、特色、營養(yǎng)與功效,大幅度提高崇左黃牛肉、江州酸菜、天等指天椒的的商品價(jià)值與經(jīng)濟(jì)附加值,對于豐富崇左市特色農(nóng)副產(chǎn)品的深加工與開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。本文對于復(fù)合牛肉醬熱力殺菌方式對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、色澤、香氣的影響還有待進(jìn)一步的研究探討。