基于模糊數學研究干辣椒制作辣椒醬工藝

于長生，別瀟，李英強

(1.永城職業(yè)學院,河南 永城 476600；2.信陽學院,河南 信陽 464000)

辣椒是我國重要的經濟作物之一，又被稱為辣子、地胡椒等，原產于拉丁美洲，隨后傳入我國，被廣泛栽培[1-2]。辣椒中富含維生素C、蛋白質、礦物質元素、氨基酸、生物堿等多種生物活性物質[3]，具有消炎、殺菌、鎮(zhèn)痛等多種生物功效[4]。

辣椒作為藥食兩用的經濟作物，在我國資源非常豐富[5]，栽培面積廣，產量較高[6]。我國的辣椒產業(yè)已經成為農業(yè)經濟中重要的一環(huán)，并且在世界辣椒產業(yè)中占有重要的地位[7]。隨著辣椒種植面積的不斷擴張，辣椒的深加工及其副產品生產和加工也逐漸得到重視[8]。目前，辣椒不僅作為調味品和蔬菜被食用，而且在工業(yè)食品、榨油和盆景等方面都被廣泛應用[9]。

隨著飲食健康知識的普及，消費者對食品的風味、營養(yǎng)價值和保健功能越來越重視[10]。通過發(fā)酵制作的食物具有獨特風味和益生功效，深受消費者的喜愛[11-12]。

傳統的發(fā)酵辣椒制品采用自然發(fā)酵的方式進行，主要集中在四川、貴州、陜西、湖南等地[13]。辣椒醬的自然發(fā)酵受發(fā)酵條件(溫度、濕度和微生物種類)的影響，不能保證產品的安全和穩(wěn)定[14]。本研究基于此，利用干辣椒作為原料，研究辣椒醬加工工藝，旨在為辣椒產業(yè)的發(fā)展奠定基礎。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與設備

辣椒(朝天椒)、乳酸菌：購于當地市場；丙三醇(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、硝酸鈉(分析純)、碳酸鈣(分析純)：昆明云騰善生物科技有限公司。

DK-98-LA恒溫水浴鍋 天津儀器有限公司；SW-CI-2FD超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術有限公司；LRH-500CI恒溫培養(yǎng)箱 上?？茖W儀器有限公司；PHS-3C精密pH計 上海精密科學儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 單因素試驗

1.2.1.1 發(fā)酵溫度對辣椒醬品質的影響

研究不同的發(fā)酵溫度(25，30，35，40，45 ℃)對辣椒醬總酸含量和pH值的影響，控制其他變量，乳酸菌接種量為2%、發(fā)酵時間為4 d、食鹽添加量為4%、蔗糖添加量為4%。

1.2.1.2 食鹽添加量對辣椒醬品質的影響

研究不同的食鹽添加量(2%、4%、6%、8%、10%)對辣椒醬總酸含量和pH值的影響，控制其他變量，發(fā)酵溫度為35 ℃、乳酸菌接種量為2%、發(fā)酵時間為4 d、蔗糖添加量為4%。

1.2.1.3 蔗糖添加量對辣椒醬品質的影響

研究不同的蔗糖添加量(2%、4%、6%、8%、10%)對辣椒醬總酸含量和pH值的影響，控制其他變量，發(fā)酵溫度為35 ℃、乳酸菌接種量為2%、食鹽添加量為4%、發(fā)酵時間為4 d。

1.2.2 模糊矩陣的建立

為了使感官評價結果更加科學，利用模糊數學方法對辣椒醬進行感官評價，感官評價標準見表1。

表1 干辣椒醬感官評價標準

1.2.2.1 確定評價對象集

待測樣品集合被稱為評價對象集，設定評價對象集Xn=(X1，X2，X3……Xn)。

1.2.2.2 確定感官評價因素集

影響判斷對象的指標被稱為因素集，設定因素集U=(Z，γ，β)，分別代表干辣椒醬的顏色、口感和香味[15]。

1.2.2.3 確定感官評價權重集

不同因素對辣椒醬的感官評價影響不同，設定權重為I=(I1，I2，I3)，將辣椒醬的評價指標顏色、口感和香味(Z，γ，β)的權重確定為0.4，0.3，0.3，即I=(0.4，0.3，0.3)。

1.2.2.4 確定感官評價綜合評分集和計算綜合評分

根據感官評價分數，依次計算每個對象集的感官評分，即Yn=(Z×0.4+γ×0.3+β×0.3)。

1.3 干辣椒醬感官評價指標

邀請5名長時間從事感官評價的人員，對干辣椒醬進行感官評分，以辣椒醬的顏色、口感和香味作為指標，感官評價標準見表1。

1.4 模糊數學正交組合試驗

通過單因素試驗分析和研究，獲得干辣椒醬制作的最佳加工工藝取值范圍，以A(發(fā)酵溫度)、B(食鹽添加量)、C(蔗糖添加量)作為影響因素，感官評價分數作為指標，對加工工藝進行優(yōu)化分析，正交試驗因素水平表見表2。

表2 模糊數學正交試驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 發(fā)酵溫度對辣椒醬品質的影響

在不同的發(fā)酵溫度條件下，辣椒醬總酸(乳酸)含量的變化見圖1。

圖1 發(fā)酵溫度對總酸含量的影響

隨著發(fā)酵時間的增長，不同的發(fā)酵溫度對辣椒醬中的總酸含量影響較大。在發(fā)酵前2 d，辣椒醬中的總酸含量快速增長。當發(fā)酵第3天時，辣椒醬中總酸含量增長的速度逐漸減緩。當發(fā)酵溫度為35 ℃時，辣椒醬中總酸含量增長的速度最快，且當發(fā)酵第5天時，辣椒醬中的總酸含量最高，為35%。在相同的發(fā)酵時間下，當發(fā)酵溫度為25～35 ℃時，辣椒醬中的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而增加；當發(fā)酵溫度為35～45 ℃時，辣椒醬中的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸降低。這是由于發(fā)酵溫度的升高影響了辣椒醬中的微生物活性，從而影響了辣椒醬中的總酸含量[16]。

發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對辣椒醬pH值的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵溫度對pH值的影響

隨著發(fā)酵時間的增長，辣椒醬中的酸度逐漸減小，pH值逐漸降低。當發(fā)酵時間小于1 d時，辣椒醬的pH值快速降低，當發(fā)酵時間大于1 d時，辣椒醬的pH值下降較為緩慢。這主要由兩個因素造成：一方面，辣椒醬中的營養(yǎng)物質有限，微生物缺乏營養(yǎng)而造成產酸量減少；另一方面，由于過酸的環(huán)境影響了微生物的生長發(fā)育，導致產酸量減少。在相同的發(fā)酵時間下，當發(fā)酵溫度低于35 ℃時，辣椒醬的pH值隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸增加；當發(fā)酵溫度高于35 ℃時，辣椒醬的pH值隨著發(fā)酵溫度的升高而不再發(fā)生變化。

2.1.2 食鹽添加量對辣椒醬品質的影響

由圖3可知，不同的食鹽添加量對辣椒醬中總酸含量的影響較為明顯。在相同的發(fā)酵時間下，隨著食鹽添加量的增加，辣椒醬中的總酸含量逐漸降低。當食鹽添加量為2%～6%時，辣椒醬中的微生物能夠正常生長發(fā)育；當食鹽添加量大于6%時，辣椒醬中的微生物生長發(fā)育已經完全受到了阻止，辣椒醬中的總酸含量不再增加。所以，食鹽添加量為2%，發(fā)酵至第5天時，辣椒醬中的總酸含量最高，為32%。

圖3 食鹽添加量對總酸含量的影響

由圖4可知，不同的食鹽添加量對辣椒醬的pH值影響較為明顯。當辣椒醬中的食鹽添加量為2%～6%時，pH值隨著發(fā)酵時間的延長而逐漸降低，且發(fā)酵至第5天時，添加2%～6%食鹽的辣椒醬的pH值基本保持一致。當辣椒醬中的食鹽添加量為8%～10%時，辣椒醬的pH值基本不發(fā)生改變，這是由于過高的鹽含量抑制了辣椒醬中微生物的繁殖和增長。

圖4 食鹽添加量對pH值的影響

2.1.3 蔗糖添加量對辣椒醬品質的影響

由圖5和圖6可知，不同的蔗糖添加量對辣椒醬的總酸含量和pH值影響不明顯。當發(fā)酵時間為0～1 d時，辣椒醬中的總酸含量快速增加，pH值快速降低[17]。之后隨著發(fā)酵時間的增長，辣椒醬的總酸含量和pH值變化并不明顯[18]。

圖5 蔗糖添加量對總酸含量的影響

圖6 蔗糖添加量對pH值的影響

由表3可知，雖然蔗糖添加量對辣椒醬的總酸含量和pH值影響不明顯，但是對感官評價結果的影響較為明顯。將單因素試驗和感官評價結果相結合，獲得的最佳辣椒醬制作工藝為發(fā)酵溫度35 ℃，感官評分為83；食鹽添加量6%，感官評分為82；蔗糖添加量4%，感官評分為84。

表3 單因素試驗感官評價結果

2.2 基于模糊數學優(yōu)化干辣椒醬制作工藝

采用模糊數學的方法，對影響干辣椒制作工藝的因素進行加權。不同的組合，獲得的干辣椒醬感官評分不同，具體的感官評分結果見表4。

表4 干辣椒醬感官評價結果

由表4可知，不同的組合方式對干辣椒的感官評分結果存在一定程度的影響。經過計算，發(fā)現辣椒醬加工工藝組合A1B0C1為最佳加工工藝，即發(fā)酵溫度為35 ℃，食鹽添加量為3%，蔗糖添加量為4%。

3 小結

辣椒醬主要以酸、辣、鮮和香為獨特的風味，且促進食欲，有助消化，深受廣大消費者的喜愛[19]。食鹽添加量、蔗糖添加量和發(fā)酵溫度是影響辣椒醬感官評分的重要因素。利用傳統方法對辣椒醬進行感官評價時，會存在很多主觀性，從而造成辣椒醬的感官評價結果存在爭議[20]。模糊數學是一種研究模糊現象的評價方法，可以將模糊信息進行數值定量評價，使結果更加客觀和科學。

本研究基于此，采用模糊數學的方法對辣椒醬進行感官評價，獲得辣椒醬的最佳加工工藝，即辣椒醬的發(fā)酵溫度為35 ℃，食鹽添加量為3%，蔗糖添加量為4%，為辣椒產業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。