基于模糊数学参数优化山葵酱加工工艺

郭梦夏,张肇弛

(河南理工大学鹤壁工程技术学院,河南 鹤壁 458030)

山葵(Eutremawasabi)是十字花科多年生宿根性植物[1-2],栽培起源于日本,经过日本野生种驯化而来[3]。山葵是一种喜阴植物,生长所需的温度为8～20 ℃,遮阴度为60%左右,需要栽培于通风性好[4]、富含有机质的砂壤土中[5]。

山葵中富含营养物质,主要包括氨基酸、维生素和多种微量元素[6],山葵内的硫苷在芥子酶的作用下会产生异硫氰酸酯[7],该物质具有预防骨质疏松、抗氧化、抗癌和增进食欲等多种生物功效[8]。

山葵是辛香类绿色蔬菜,不同部位的营养成分和矿物质元素均存在差异[9],全株植物中根茎部位含有的营养物质最多[10],山葵中的挥发性物质使山葵酱具有特殊的风味和功效。以山葵作为原料研发的产品包括山葵抑菌口香糖、山葵油小米辣和山葵保健酒等[11],这些产品的主要生物活性成分均由山葵提供。

随着消费者对山葵酱认可程度和消费水平的不断提升,山葵在中国、日本和欧美等地区的消费量不断增加[12],国内山葵的种植面积也在快速扩张,我国现在种植的山葵主要出口日本,而我国的山葵酱又从日本进口,本研究基于此,以山葵根茎为材料[13],对山葵酱的加工工艺进行研究和优化,旨在为山葵酱的工业化发展提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

新鲜的山葵根茎:广元市农业开发有限公司;柠檬酸:广州市化学试剂有限公司;磷酸氢二钠:昆明市宏明试剂有限公司;芥子酶制剂:美国Sigma公司;丁基异氰酸酯:上海实业(集团)有限公司;烯丙基异硫氰酸酯:北京科技有限公司;戊烯基异氰酸酯:中国化工制作有限公司;二氯甲烷:山东化工有限公司。

1.2 试验仪器

气相色谱仪、低温离心机 北京科技有限公司;分析天平 广州电子设备有限公司;组织粉碎机 金坛实验仪器公司;振荡器 上海机械有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 山葵酱制作工艺流程

原料选择→清洗→粉碎→调味→护色→包装→标签→储藏销售。

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 原料选择

选择新鲜无破损的山葵根茎,将山葵的叶、柄和花苔部分全部去除。

1.3.2.2 清洗

将山葵根茎上的泥土全部去除,最后一遍清洗时用纯净水,清洗后晾干水分。

1.3.2.3 粉碎

用经过消毒的粉碎机将山葵的组织粉碎,需要均匀粉碎,使用的粉碎机为60目,粉碎至酱体中无明显的纤维和颗粒。

1.3.2.4 调味

按照比例加入麦芽糖、果糖、食盐、山梨糖醇、植物油和黄原胶等原料,再加入少许辅料进行调配。

1.3.2.5 护色

将栀子蓝和姜黄素按照一定比例混合,对山葵酱进行护色。

1.3.2.6 储藏销售

将制作完成的山葵酱放入密闭的瓶子中,遮光低温保存,运至商店进行销售。

1.3.3 单因素试验

当研究一个因素对山葵酱感官评分的影响时,控制其他的影响因素不变,即各单因素分别为麦芽糖添加量250 g、果糖添加量70 g、山梨糖醇添加量200 g和食盐添加量50 g,各单因素试验变量区间见表1。

表1 各单因素试验变量区间

1.3.4 正交试验

根据单因素试验结果,以A(麦芽糖添加量)、B(果糖添加量)、C(山梨糖醇添加量)和D(食盐添加量)为变量因素,以山葵酱感官评分为指标,进行四因素四水平正交试验,山葵酱正交试验因素水平表见表2。

表2 山葵酱正交试验因素水平表

1.3.5 感官评价

食品的感官特征包括色、香和味,通过人体的各种感官对食品进行综合评价,由于感官评定受个人喜好的影响,通过人群测定的方式减少误差。本试验邀请10人进行感官评定,最后使用平均值作为感官评定的结果。食品的感官特征包括颜色、香味、口感和形态,感官评分权重表见表3,山葵酱的感官评分见表4。

表3 感官评分权重表

表4 山葵酱感官评分表

1.3.6 模糊数学模型[14-15]

1.3.6.1 确定评价对象

评价对象为16组山葵酱样品。

1.3.6.2 确定评价因素

山葵酱评价的因素包括颜色、香味、口感和形态。

1.3.6.3 确定评价等级

山葵酱评价的等级包括优、良、中和差4个等级,4个等级的评分分别为90,70,50,30分。

1.3.6.4 确定权重

设颜色、香味、口感和形态的权重集为{0.1,0.4,0.4,0.1}。

2 结果和讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 麦芽糖添加量对山葵酱感官评分的影响

加入麦芽糖不仅能够增加甜度,而且能使山葵酱的形态更细腻。由图1可知,当麦芽糖添加量增加时,感官评分先升高后降低。当麦芽糖添加量为150～250 g时,山葵酱的感官评分逐渐升高,山葵酱的甜度和细腻度增加。当麦芽糖添加量为250 g时,山葵酱的感官评分最高,为70分。当麦芽糖添加量大于250 g时,山葵酱的感官评分逐渐下降,这是由于麦芽糖添加量过高,山葵酱过于甜腻,造成感官评分下降。所以,选择麦芽糖添加量150～300 g进行模糊数学优化试验。

图1 麦芽糖添加量对山葵酱感官评分的影响

2.1.2 果糖添加量对山葵酱感官评分的影响

果糖不仅是甜味剂也是保湿剂。由图2可知,当果糖添加量逐渐增加时,山葵酱的感官评分先升高后降低。当果糖添加量小于70 g时,山葵酱的感官评分呈上升趋势。当果糖添加量为70 g时,山葵酱的感官评分最高,为72分;随着果糖添加量继续增加,山葵酱的感官评分开始降低。所以,选择果糖添加量30～90 g进行模糊数学优化试验。

图2 果糖添加量对山葵酱感官评分的影响

2.1.3 山梨糖醇添加量对山葵酱感官评分的影响

山梨糖醇可以帮助食品保湿和增加食品的浓稠度,从而对食品起到赋形作用[16]。

由图3可知,当山梨糖醇添加量逐渐增加时,山葵酱的感官评分先升高后降低。当山梨糖醇添加量为100～200 g时,山葵酱的感官评分呈上升趋势。当山梨糖醇添加量为200 g时,山葵酱的感官评分最高,为73分。当山梨糖醇添加量为200～300 g时,山葵酱的感官评分开始下降,综合考虑,选择山梨糖醇添加量100～250 g进行模糊数学优化试验。

图3 山梨糖醇添加量对山葵酱感官评分的影响

2.1.4 食盐添加量对山葵酱感官评分的影响

食盐能够增加食品的鲜度[17]。由图4可知,当食盐添加量逐渐增加时,山葵酱的感官评分先升高后降低。当食盐添加量为30～50 g时,山葵酱的感官评分逐渐升高。当食盐添加量为50 g时,山葵酱的感官评分最高,为70分。随着食盐添加量继续增加,山葵酱的感官评分呈下降趋势。所以,选择食盐添加量30～60 g进行模糊数学优化试验。

图4 食盐添加量对山葵酱感官评分的影响

2.2 模糊数学感官评价

根据单因素试验结果,对山葵酱加工工艺进行四因素四水平分析,对山葵酱加工工艺进行研究和优化,山葵酱的感官评价获得票数见表5。

表5 山葵酱4个评价指标获得票数统计

根据表5的评价指标,将16份标本的因素转化为模糊数学矩阵:

根据模糊数学的评分Y=X×A,其中A为评分等级优(90分)、良(70分)、中(50分)和差(30分),即A=(90,70,50,30)。各个小组的得分见表6。

表6 山葵酱模糊数学评价结果

将表6中的模糊数学结果代入表7,进行正交试验分析。

表7 山葵酱正交试验分析及结果

由表7可知,根据正交试验和极差分析,各个因素对山葵酱的影响顺序为D(食盐添加量)>A(麦芽糖添加量)>B(果糖添加量)>C(山梨糖醇添加量)。山葵酱生产的最佳加工工艺为麦芽糖添加量250 g、果糖添加量70 g、山梨糖醇添加量250 g和食盐添加量40 g,此时山葵酱的感官评分为80.9分。

3 小结

山葵酱是一种以山葵根茎为原料制成的调味品,由于我国工业化加工山葵酱的技术还较落后,本试验通过单因素试验、正交试验和模糊数学法对山葵酱的加工工艺进行了研究和优化,研究结果表明,山葵酱最佳加工工艺为麦芽糖添加量250 g、果糖添加量70 g、山梨糖醇添加量250 g和食盐添加量40 g,此时山葵酱的感官评分为80.9分。