基于模糊數(shù)學(xué)和電子鼻法優(yōu)化熏牛肉加工工藝

冉樹瓊,黃均艷,詹毅

(1.重慶安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院,重慶 404120;2.重慶工商大學(xué),重慶 400067)

牛肉中富含營養(yǎng)成分,這些成分主要包括蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)和維生素,具有健胃、強(qiáng)健筋骨和增強(qiáng)機(jī)體免疫力等多種生物活性功效[1-2]。牛肉中含有多種礦物質(zhì)元素,如鐵、鎂和鉀等,其中鐵元素的含量為豬肉的2倍以上[3];牛肉中也富含B族維生素,能夠快速恢復(fù)機(jī)體體能[4-5]。

煙熏食品歷史悠久,其不僅具有特殊的煙熏風(fēng)味[6],而且能改善食品的顏色和質(zhì)構(gòu),同時能增強(qiáng)食品的抗氧化性和抗菌性,從而有效地延長食品的儲藏時間[7-8]。傳統(tǒng)的煙熏方式在植物不完全燃燒時會產(chǎn)生一些氣味和顆粒物質(zhì),從而影響煙熏食物的品質(zhì)[9-10]。近些年來,采用煙熏液來替代傳統(tǒng)煙熏方式已經(jīng)被廣泛使用,煙熏液能夠減少食品中由于煙熏而帶入的成分,同時保持著特殊的煙熏香味,此外,抑制微生物生長的時間也得到了顯著提升[11-12]。

感官評價是一種較傳統(tǒng)的評價方式,采用感官評價會由于參與評價人員的感官存在差異,導(dǎo)致感官評價結(jié)果存在不準(zhǔn)確性[13],本研究利用模糊數(shù)學(xué)、電子鼻和電子舌對熏牛肉的感官評價方式進(jìn)行重建,旨在用數(shù)字化的方式為熏牛肉的品質(zhì)評價帶來新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

牛肉購于當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場。幾種煙熏液的種類和添加量見表1。

表1 煙熏液種類及方案設(shè)計Table 1 Types of smoke liquid and scheme design

1.2 試驗(yàn)儀器

低溫離心機(jī)、恒溫箱、電子鼻和電子舌。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 電子鼻測定法

參考文獻(xiàn)[14]的相關(guān)研究。

1.3.2 電子舌測定法

參考文獻(xiàn)[15]的相關(guān)研究。

1.3.3 熏牛肉感官測定法

邀請10名具有感官評價經(jīng)驗(yàn)的人員參與熏牛肉的感官評價,評價指標(biāo)見表2。

表2 熏牛肉感官評價測定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Determination standards of sensory evaluation of smoked beef

2 結(jié)果和討論

2.1 不同樣品電子舌分析結(jié)果

采用電子舌相關(guān)軟件對7組熏牛肉樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,以成分1和成分2分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo),由圖1可知,成分1的貢獻(xiàn)率為61.231%,成分2的貢獻(xiàn)率為26.215%,成分1和成分2的累計貢獻(xiàn)率為87.446%,說明成分1和成分2已經(jīng)包含了熏牛肉的絕大部分香氣成分,可以用于代表熏牛肉的整體品質(zhì)。A號熏牛肉樣品和其他熏牛肉樣品分離較遠(yuǎn),其他熏牛肉的各個數(shù)據(jù)點(diǎn)相對較集中,說明電子舌分析能夠很好地區(qū)分不同熏牛肉之間的區(qū)別。此外,已經(jīng)有相關(guān)研究結(jié)果表明,采用電子舌能夠很好地區(qū)分不同類型的調(diào)味品,且電子舌分析結(jié)果和感官評分結(jié)果一致。由于A號熏牛肉屬于空白對照樣品,所以和其他熏牛肉之間的差別明顯,D號樣品和E號樣品分布的區(qū)域較接近,說明這兩種熏牛肉之間香味成分存在一定的相似性。

圖1 不同的熏牛肉樣品電子舌分析結(jié)果Fig.1 Electronic tongue analysis results of differentsmoked beef samples

2.2 不同樣品電子鼻分析結(jié)果

電子鼻能夠測定出熏牛肉中復(fù)雜的香氣成分,是目前最先進(jìn)的食品品質(zhì)檢測方法之一。本試驗(yàn)以熏牛肉中的成分1和成分2分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo),由圖2可知,熏牛肉中成分1的貢獻(xiàn)率為63.221%,成分2的貢獻(xiàn)率為26.215%,成分1和成分2的累計貢獻(xiàn)率為89.436%,說明成分1和成分2可以直接反映熏牛肉的品質(zhì)。

我們使用的電子鼻有10個傳感器,分別用1～10表示,每個傳感器用于測定對應(yīng)的香氣成分,即1對應(yīng)芳烴類化合物,2對應(yīng)氮氧化合物,3對應(yīng)胺類物質(zhì),4對應(yīng)氧化物類化合物,5對應(yīng)烯烴類化合物,6對應(yīng)極性分子類化合物,7對應(yīng)烷烴類化合物,8對應(yīng)硫化物或者芳香族化合物,9對應(yīng)脂肪類化合物,10對應(yīng)其他類化合物。

由圖2可知,6(極性分子類化合物),7(烷烴類化合物),8(硫化物或者芳香族化合物),9(脂肪類化合物)和10(其他類化合物)對成分1的貢獻(xiàn)較大;3(胺類物質(zhì)),4(氧化物類化合物)和5(烯烴類化合物)對成分2的貢獻(xiàn)相對較大,且圖2中成分1的差異率遠(yuǎn)大于成分2。

由圖3可知,熏牛肉樣品A和熏牛肉樣品B有所重疊,熏牛肉A和熏牛肉B在氣味上相對較接近,熏牛肉A未添加煙熏液,熏牛肉B雖然添加了煙熏液,但是其風(fēng)味仍然較接近原始牛肉,保留了牛肉的原始風(fēng)味。樣品E、樣品F和樣品G分布的區(qū)域較接近,說明這3種熏牛肉的氣味較接近,樣品C位于坐標(biāo)的最右側(cè),說明熏牛肉C和其他樣品在氣味上的差異較明顯。

圖3 不同熏牛肉樣品的電子鼻分析結(jié)果Fig.3 Electronic nose analysis results of different smoked beef samples

2.3 不同樣品模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)果

感官評價的結(jié)果會因?yàn)閭€體存在差異導(dǎo)致結(jié)果存在不穩(wěn)定性[16],因此利用模糊數(shù)學(xué)方法對感官評價結(jié)果進(jìn)行定量化或者數(shù)字化分析。邀請20位參加感官評價的人員,對熏牛肉不同評價指標(biāo)進(jìn)行占比重要性的評價(見表3),評分結(jié)果表示5個重要因素和權(quán)重分別為顏色(0.2)、口感(0.1)、質(zhì)地(0.3)、滋味(0.3)和回味(0.1),可轉(zhuǎn)換為權(quán)重α=(0.2,0.1,0.3,0.3,0.1)。

表3 影響熏牛肉重要因素分析Table 3 Analysis of important factors affecting smoked beef

感官評分人員對熏牛肉進(jìn)行感官評分(見表4),其中每個評價指標(biāo)的X分別表示X1(優(yōu)秀)、X2(好)、X3(良好)和X4(差)。以熏牛肉樣品A作為例子,熏牛肉A的模糊數(shù)學(xué)評分集合為β,即β1=(1,3,3,3),β2=(3,2,1,4),β3=(3,2,2,3),β4=(3,3,2,2)和β5=(2,2,2,4)。

表4 不同煙熏液對熏牛肉感官等級的影響Table 4 Effects of different smoked liquids on the sensory grades of smoked beef

表5 熏牛肉模糊數(shù)學(xué)感官評價綜合評分Table 5 Comprehensive scores of smoked beef by fuzzy mathematics sensory evaluation

即熏牛肉樣品A的模糊數(shù)學(xué)矩陣為:

根據(jù)上述的操作方法對熏牛肉樣品B～G同樣進(jìn)行模糊矩陣分析,即R2～R7:

已知熏牛肉的5個評價指標(biāo)顏色、口感、質(zhì)地、滋味和回味的權(quán)重分別為0.2,0.1,0.3,0.3,0.1,即α=(0.2,0.1,0.3,0.3,0.1)。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)公式Y(jié)=β×α,即得到Y(jié)1=(0.25,0.25,0.21,0.29),Y2=(0.29,0.20,0.27,0.24),Y3=(0.36,0.18,0.26,0.20),Y4=(0.40,0.21,0.20,0.19),Y5=(0.33,0.23,0.20,0.24),Y6=(0.36,0.21,0.27,0.16),Y7=(0.33,0.27,0.24,0.16)。

模糊數(shù)學(xué)的綜合評分γ=Y×K,熏牛肉的4個等級X1(優(yōu)秀)、X2(好)、X3(良好)和X4(差)的評分為K=(90,70,40,30);即熏牛肉A的綜合評分為熏牛肉γ1樣品的評分,為57.1;熏牛肉γ2樣品的評分為58.1;熏牛肉γ3樣品的評分為61.4;熏牛肉γ4樣品的評分為64.4;熏牛肉γ5樣品的評分為61.0;熏牛肉γ6樣品的評分為62.7;熏牛肉γ7樣品的評分為63.0。

2.4 電子鼻的模糊數(shù)學(xué)感官評分及灰色關(guān)聯(lián)度

灰色關(guān)聯(lián)度代表表征變化過程,電子鼻傳感器的歸一化處理和感官評分的關(guān)聯(lián)度分析見表6和表7。

表6 電子鼻傳感器歸一化處理Table 6 Normalization processing of electronic nose sensors

表7 電子鼻傳感器與感官評分之間的關(guān)聯(lián)度分析Table 7 Correlation analysis between electronic nose sensors and sensory scores

當(dāng)采用電子鼻的關(guān)聯(lián)度分析時,傳感器上的相關(guān)系數(shù)均大于0.8(0.811 1～0.842 2),表示電子鼻傳感器測定的值和感官評分值之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)較高。由表7可知,傳感器3(胺類物質(zhì)),6(極性分子類化合物),10(其他類化合物)和7(烷烴類化合物)與熏牛肉感官評分之間的關(guān)聯(lián)度較高。感官評分和電子鼻之間的高度關(guān)聯(lián)性表示采用電子鼻測定熏牛肉能夠代表熏牛肉的品質(zhì)。

3 小結(jié)

一直以來,感官評價是煙熏類食品的主要評價方法,但感官評價法存在一定程度的個體差異,為了減少差異[17],本研究利用電子舌、電子鼻和模糊數(shù)學(xué)對7組不同的熏牛肉風(fēng)味進(jìn)行分析和研究,研究結(jié)果表明,熏牛肉D的感官評分最高,為64.4;未添加煙熏液的空白對照A的感官評分最低,為57.1,說明采用煙熏液制作的熏牛肉能夠在一定程度上提高熏牛肉的品質(zhì);感官評分和電子鼻數(shù)據(jù)之間的相關(guān)度為0.811 1～0.842 2關(guān)聯(lián)度較大。