模糊數(shù)學法優(yōu)化米露- 格瓦斯飲品加工工藝

歐陽思瑞，周 玥，劉 金

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128；2. 益陽職業(yè)技術(shù)學院，湖南 益陽 413055）

格瓦斯作為俄羅斯一款日常飲用的傳統(tǒng)飲料，具有豐富的營養(yǎng)與獨特的口感風味，在我國東三省地區(qū)也擁有較大的消費市場。但格瓦斯味道甜膩，有較重的氣泡感，使得其他地區(qū)消費者難以適應，制約著格瓦斯銷售市場[1]。而米露作為一款傳統(tǒng)飲品，口感清爽不厚重，營養(yǎng)豐富且適合日常飲用。通過將米露與格瓦斯調(diào)配后發(fā)酵，制成一種米露- 格瓦斯飲品，改善傳統(tǒng)格瓦斯風味與口感適應性，并解決其日常飲用營養(yǎng)過剩的問題，具有擴展格瓦斯銷售市場[2]及發(fā)展方向的意義。

1 材料與方法

1.1 原料

大米、全麥面粉、白砂糖、紅糖，市售；麥芽粉，青島天糧園食品加工廠提供；高筋面粉，湖南幸福廚食品有限公司提供；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

電飯煲，浙江蘇泊爾股份有限公司產(chǎn)品；ST40DZR8 型蒸烤箱，深圳市凱度電器有限公司產(chǎn)品；電熱水壺，浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司產(chǎn)品；電磁灶，廣東美的生活電器制作有限公司產(chǎn)品；WGL-230B 型電熱鼓風干燥箱、DH6000BII 型恒溫培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；101A-3ET型電熱鼓風干燥箱，上海試驗儀器廠有限公司產(chǎn)品；AL204 型電子天平，梅特勒- 托利多儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；大容量低速多管離心機，上海安亭科學儀器廠產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

大米→蒸煮→靜置→米露液

麥芽液↑

麥芽粉→浸泡→離心

麥芽渣↓

高筋面粉、全麥面粉、白砂糖、酵母→混合→發(fā)酵→面包烤制→泡制→格瓦斯前液→米露- 格瓦斯前液調(diào)配→發(fā)酵→過濾灌裝→殺菌→冷卻→米露-格瓦斯飲品。

1.3.2 操作要點與基礎(chǔ)配方

（1） 麥芽渣與麥芽液的制作。使用常溫飲用水1 L 浸泡100 g 麥芽粉，靜置30 min 后充分揉搓，再靜置30 min 后，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min 離心5 min，得到麥芽液與麥芽渣，備用。

（2） 面團的制作與發(fā)酵。稱取全麥面粉100 g，高筋面粉100 g，4%蔗糖及2%活化后的高活性干酵母，與全部麥芽渣混合揉搓形成面團，靜置醒發(fā)1 h。

（3） 米露液的制備。稱量100 g 精制大米，淘洗、蒸煮，取出待冷卻，倒入1 L 麥芽液，分散米粒，于50 ℃下保溫6 h，得到米露液。

（4） 面包的烤制。將發(fā)酵好的面團分成約寬2 cm、長5~6 cm 的小段，蒸烤箱220 ℃預熱5 min，烤制20 min 后，取出，在面團表面刷糖水，繼續(xù)烤制約15~20 min，面包呈深焦褐色即烤制完成，備用。

（5） 面包段的泡制。取3 L 玻璃瓶，放入烤制好的面包300 g，按面包與沸水1∶10 的比例進行泡制。量取1 500 mL 沸水將其完全浸沒[3]，浸泡1 h后，過濾，再加入1 L 沸水進行二次浸泡1 h，2 次的過濾液混合得到格瓦斯前液，備用。

（6） 米露- 格瓦斯前液的調(diào)配與發(fā)酵。將所得米露液與格瓦斯前液全部混合，倒入玻璃器皿，加入0.1%酵母、蔗糖，于25 ℃溫度下發(fā)酵16 h，得到發(fā)酵液，備用。

（7） 殺菌。將500 mL 玻璃瓶中倒入300 mL 過濾后的發(fā)酵液，密封后放入沸水中，殺菌30 min。殺菌后放入室溫水中冷卻，制成米露- 格瓦斯飲品。

1.3.3 配方優(yōu)化

（1） 單因素試驗中酵母接種量條件的確定。分別在米露- 格瓦斯前液中添加0.1%，0.2%，0.3%酵母，于25 ℃條件發(fā)酵16 h[4]，觀察酵母接種量對米露- 格瓦斯飲品色澤、口感、風味的影響。

（2） 米露- 格瓦斯前液發(fā)酵配方正交試驗。根據(jù)酵母接種量單因素試驗結(jié)果，確定最佳酵母接種量后進行正交試驗。選取蔗糖添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間3 個因素，選用L9（34）正交表設(shè)計試驗[5]。試驗中以感官評價評分結(jié)果作為主要考核指標，優(yōu)化米露- 格瓦斯飲品發(fā)酵配方。

正交試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設(shè)計

1.3.4 米露- 格瓦斯飲品品質(zhì)測定

（1） 米露- 格瓦斯飲品感官品質(zhì)的評價。感官評分是米露- 格瓦斯飲品的一個重要指標，以格瓦斯的色澤、組織狀態(tài)、口感、風味、對氣泡接受程度進行評價[6]，采用10 名評價員根據(jù)表2 的標準對發(fā)酵后的米露- 格瓦斯飲品進行感官評價。

米露- 格瓦斯飲品的感官評分標準見表2。

（2） 微生物指標檢測。菌落總數(shù)的測定參考國標參考GB 4789.2—2016 的方法。

（3） 模糊數(shù)學模型的建立。以正交試驗時的9 組米露- 格瓦斯飲品為評價對象集Y，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5，Y6，Y7，Y8，Y9分別代表表4 中組別1，2，3，4，5，6，7，8，9。以格瓦斯的顏色、組織狀態(tài)、口感、對氣泡接受程度、香味與甜味為因素集U，因素集U={格瓦斯的顏色U1，組織狀態(tài)U2，口感U3，對氣泡接受程度U4，香味與甜味U5}。以差、中、優(yōu)為等級的評價結(jié)果，對應的分值是70，80，90，評語得分集為V，V={差，中，優(yōu)}={70，80，90}，根據(jù)格瓦斯的顏色，組織狀態(tài)，口感，對氣泡接受程度，香味與甜味在米露- 格瓦斯飲品感官評價中的作用，確定米露- 格瓦斯飲品各感官指標的權(quán)重為格瓦斯的顏色0.20，組織狀態(tài)0.15，口感0.25，對氣泡接受程度0.10，香味與甜味0.30，總和為1。權(quán)重集X={X1，X2，X3，X4，X5}={0.20，0.15，0.25，0.10，0.30}。米露- 格瓦斯飲品感官指標綜合評判集Y=XR，其中X為權(quán)重集，R為模糊矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵酵母接種量的確定

酵母接種量的確定見表3。

由表3 可知，酵母接種量0.1%時，米露- 格瓦斯飲品發(fā)酵口感爽口，色澤較好。酵母接種量過高，米露- 格瓦斯飲品飲用口感偏澀，色澤過淺。在酵母接種量為0.2%與0.3%時口感偏苦澀，有濃烈的酒精口感。因此，可確定酵母0.1%的添加量口感與色澤均相對最佳，是發(fā)酵過程中最佳接種量。

2.2 正交試驗優(yōu)化結(jié)果

為了確定米露- 格瓦斯飲品的最佳發(fā)酵工藝條件，在酵母接種量0.1%的條件下，研究蔗糖添加量（%）、發(fā)酵溫度（℃）、發(fā)酵時間（h） 對發(fā)酵情況的影響。

發(fā)酵條件正交試驗結(jié)果見表4。

由表4 可知，根據(jù)R值可看出影響因素A>B>C，即蔗糖添加量>發(fā)酵溫度>發(fā)酵時間。對于A因素，A3>A2>A1，同理B3>B2>B1，C2>C3>C1，因此影響米露- 格瓦斯飲品品質(zhì)的發(fā)酵條件的最佳組合為A3B3C2。即酵母接種量0.1%條件下，蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時間12 h。

10 名評價人員對正交試驗的9 組米露- 格瓦斯飲品進行感官評定。

米露- 格瓦斯飲品感官評分見表5。

表5 米露- 格瓦斯飲品感官評分/分

由表5 可知，10 名評價人員的評價結(jié)果存在差異，據(jù)此可建立模糊矩陣。模糊評定矩陣根據(jù)評定人員的評定結(jié)果（見表6） 確定。即將表6 中的數(shù)字除以評定人總數(shù)（10 人），就可得到模糊矩陣R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9。其包含了所有的評定信息。把其整理寫成一個U×V上的模糊關(guān)系矩陣R，得到9 組樣品的評價矩陣為：

表6 米露- 格瓦斯飲品的模糊數(shù)學評價結(jié)果

根據(jù)模糊變換原理，用矩陣乘法計算9 組米露-格瓦斯飲品對各因素的綜合評判結(jié)果Y=XR（表6）。將表6 中綜合評價結(jié)果分別乘以其對應的分值（差70 分，中80 分，優(yōu)90 分） 并進行加和，最后可得出每個樣品的最后總得分。

米露- 格瓦斯飲品的模糊數(shù)學評價結(jié)果見表6。

由表6 可知，模糊數(shù)學評價結(jié)果顯示Y9評價最高，即蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30℃，發(fā)酵時間8 h。而正交試驗結(jié)果得出發(fā)酵的最佳條件為蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時間12 h，由于2 種方法在發(fā)酵時間存在差異，故選蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時間8 h，12 h 進行驗證試驗。

將發(fā)酵時間8 h 為序號1，12 h 為序號2，在蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃的條件下發(fā)酵，然后讓10 名評價員對不同時間下發(fā)酵后的米露- 格瓦斯飲品進行評分。

米露- 格瓦斯飲品最佳條件驗證試驗見表7。

表7 米露- 格瓦斯飲品最佳條件驗證試驗/分

經(jīng)過10 名評價員根據(jù)表2 的標準對米露- 格瓦斯飲品進行評分認為，在蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時間12 h 時，米露- 格瓦斯飲品液體呈橙黃色，整體澄清透亮、透明，有大量氣泡；飲料中有明顯米露麥香、醇香，無酵母氣味；飲用口感圓潤，有飲料特色的剎口感，同時酸甜適口，質(zhì)地細膩；有均勻適量氣泡，刺激感合適。即蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時間12 h 為最佳條件。

2.3 米露- 格瓦斯飲品成品保質(zhì)試驗

按照已知的最佳配比制成米露- 格瓦斯飲品后，對米露- 格瓦斯飲品進行殺菌試驗。由于該飲品屬于酸性飲料，考慮到方便性以及可行性，擬采取沸水浴加熱來對其進行殺菌試驗，通過采用不同的殺菌時間來研究對米露- 格瓦斯飲品的菌落影響。

不同殺菌時間對米露- 格瓦斯飲品的菌落總數(shù)的影響見表8。

表8 不同殺菌時間對米露- 格瓦斯飲品的菌落總數(shù)的影響

由表8 可知，隨著殺菌時間的增加，菌落數(shù)隨之減少。于25 ℃室溫下保存7 d 后，殺菌時間為10 min的米露- 格瓦斯飲品略有產(chǎn)氣。采用沸水浴加熱20 min 的殺菌工藝在使米露- 格瓦斯飲品原有的微生物數(shù)量減少到符合國家標準的較低水平的同時，又較30 min 殺菌節(jié)約了時間與能源。

3 結(jié)論

采用模糊數(shù)學法改進米露- 格瓦斯飲品的加工工藝，對發(fā)酵過程中發(fā)酵工藝參數(shù)酵母接種量、蔗糖添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間進行研究。試驗結(jié)果表明，米露- 格瓦斯飲品發(fā)酵過程中酵母接種量為0.1%時，口感爽口，色澤較好；發(fā)酵的最佳條件為蔗糖添加量6%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時間12 h，殺菌條件為沸水浴20 min。根據(jù)正交試驗分析與模糊數(shù)學計算所得最佳配方制成的米露- 格瓦斯飲品顏色澄清、透明，呈橙黃色，有大量氣泡；飲料里有米露麥香，無酵母氣味；飲用口感順滑細膩，酸甜適口，刺激感合適。

通過優(yōu)化工序制得的米露- 格瓦斯飲品含有氨基酸、維Bl、維B2等營養(yǎng)成分，具有提神助興、消除疲勞的功效；此外，米露- 格瓦斯飲品在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的復雜高分子絡(luò)合物與多種有益菌群，對改善人體腸胃消化吸收功能作用顯著，還可通過調(diào)節(jié)制備兩者原料配比及發(fā)酵時間等，制備高蛋白或高膳食纖維等類型的米露- 格瓦斯飲品，以滿足不同人群的需求，迎合當代消費者追求“個性化”“多樣化”“健康化”的消費心理，在飲品市場上開辟出一條新的道路。