基于模糊数学综合评判法优化江州老坛酸菜复合牛肉酱配方

陈 永,农万廷,谭义秋,莫国欢,李方方,郑 欣(.广西民族师范学院化学与生物工程学院,广西崇左 5300;.崇左市科学技术开发中心,广西崇左 5300)

黄牛肉是崇左市当地主要的畜产品之一,含有丰富的磷、铁、锌等微量元素和维生素A、硫胺素、钴胺素等维生素,且蛋白质生物价优于植物蛋白,其氨基酸组成比其他肉类更接近人体需要,享有“肉中骄子”的美称[1-3];江州老坛酸菜是崇左市极具地方特色的一种蔬菜发酵制品,同时也是崇左市江州镇保安村的脱贫产业之一,保安村盛产大肉芥菜,其酸菜腌渍工艺已有上百年的历史,素有“酸菜之乡”的美称,经乳酸菌发酵制成的江州老坛酸菜鲜香嫩脆、清爽可口、解腻开胃、品质上乘[4];指天椒具有亮红的颜色、浓郁而纯正的辛辣香味,且富含维生素C、胡萝卜素和辣椒碱类等,具有开胃健脾、补肝明目的功效,崇左市天等县目前已形成了颇具规模和影响力的指天椒种植业,被誉为“指天椒之乡”[5-6]。

近年来,口味独特、营养丰富的牛肉酱越来越受到市场的欢迎,随着市场销售额的不断提升,复合牛肉酱的研发也不断推陈出新[7-8]。邓源喜等[9]以牛肉、鸡腿菇和花生为主要原料,通过单因素和正交试验优化低盐复合牛肉酱工艺配方,试验结果表明在牛肉、鸡腿菇、花生的用量比为7∶2∶1(总量34.5%),豆瓣酱添加量35%,麦芽糖添加量8%的条件下,制得的牛肉酱风味浓郁、口感协调;郝涤非等[10]在固定黄牛肉添加量30%,白砂糖添加量6%,水添加量4%的条件下,选取枸杞、黄豆、橄榄油、甜面酱为单因素,通过L9(34)正交试验得到枸杞黄豆牛肉酱的最优配方为甜面酱18%、黄豆22%、枸杞12%、橄榄油8%;冒树泉等[11]选取牛肉和鼠尾藻为主要原料,采用正交试验,以感官评价为指标,研制出富有营养、风味独特的鼠尾藻牛肉酱。

传统感官评价法由于概念定义的模糊性和情感意识的主观性,很难对食品综合感官做出客观、准确的评价[12-14],而模糊数学综合评判则是一种以模糊变换原理为基础,通过模糊矩阵将评价信息数值化,从而消除感官评价的模糊性和主观性,进而对产品的综合感官品质做出科学、准确、公正的判断,以进行定量评价的方法[15-17]。目前具有开胃解腻、消积助食的老坛酸菜风味牛肉酱的开发尚鲜见报道,本试验基于模糊数学综合评判法,精选黄牛腱子肉、江州酸菜、天等指天椒、去皮花生仁,开发的牛肉酱突破当前主流牛肉酱大多注重风味、口感调配的局限,不但口感独特、营养丰富,同时具有开胃健脾、温中下气的功效,符合消费者崇尚美味、健康、特色的消费理念。

本文精选崇左黄牛腱子肉、江州老坛酸菜为主要原料,固定复合牛肉酱基础配方,结合正交试验设计方案和模糊数学综合评判法,以牛肉丁、酸菜丝、辣椒皮、花生仁用量为关键因素,优化江州老坛酸菜复合牛肉酱工艺配方,开发一款具有浓厚地域特色的复合牛肉酱,以期拓宽崇左本地黄牛肉、江州酸菜、天等指天椒等农副产品的加工利用方向,提高其商品价值和经济附加值,并为丰富崇左市特色农副产品的深加工与开发提供理论依据和技术基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄牛腱子肉、江州酸菜、天等指天椒 均由崇左市江盛土特产有限公司提供;豆瓣酱、料酒、生姜、大蒜、白砂糖、食用盐、白芝麻、植物油、辣椒油 均为市购。

ZH-TP4 全自动花生脱皮机 郑州瑞祥机械设备有限公司;GZX-GF101-2-BS-II鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械有限公司;HH.S21-6-S恒温水浴锅 上海跃进医疗器械有限公司;SDJ-100 夹层蒸汽锅 诸城市商鼎机械有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原辅料制备 牛肉丁制备:精选新鲜黄牛腱子肉,去除其表面筋膜、淤血、淋巴等,温水洗净,用专用厨房纸控干水分,并分切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的牛肉丁。将木瓜蛋白酶溶于适量水中与切成颗粒的牛肉丁混合,在55～65 ℃条件下酶解15～20 min,再进行低温微波继续嫩化1～2 min,捞出沥干后得嫩化牛肉丁,备用;酸菜丝制备:选择色泽鲜亮、嫩黄,质地清脆爽口、味道酸香纯正的崇左江州酸菜,去其梗部,取其叶部,将酸菜叶切成0.1 cm×0.5 cm的丝状,备用;辣椒皮制备:挑选新鲜饱满、个体完好、色泽光亮的天等指天椒,洗净,沥干,去蒂,去籽,切成0.1～0.3 cm不等的辣椒皮斜段,备用;花生仁制备:冷油入锅,油温六成热时放入花生米,小火翻炒,至花生米呈深红色,花生熟香飘散,捞出控油,冷却至室温,放入全自动花生脱皮机,得到去红衣后的两瓣花生仁;姜末:姜块洗净,刮除外皮,切薄片,再切丝,剁成姜末,备用;蒜蓉:挑选形态完整、蒜瓣饱满的新鲜大蒜,将大蒜拍扁,剥除蒜衣,剁成蒜蓉,备用。

1.2.2.2 步骤说明 按配方比例精确称取各原料、辅料,备用。热锅下冷油,油温六成热时,倒入姜末、蒜泥、辣椒皮爆香,至散发浓郁的蒜香、辣椒香气,加入制备好的牛肉丁,翻炒6～8 min,先后加入白砂糖、食用盐和豆瓣酱,继续翻炒2～3 min,随后加入料酒,加大火力,并撒入花生仁、白芝麻,翻炒均匀后冷却至35～45 ℃,封装至水浴杀菌并烘干的四旋玻璃瓶中,预留6～8 cm顶隙,排气后于90 ℃水浴杀菌15 min,冷却至室温,即得成品。

1.2.3 单因素实验 固定老坛酸菜风味牛肉酱基础配方:料酒3%、豆瓣酱11%、植物油 30%、姜末3%、蒜蓉8%、白砂糖1%、食用盐0.5%、白芝麻4%。选取牛肉丁、酸菜丝、辣椒皮、花生仁用量为工艺配方的关键因素,进行单因素实验。

1.2.3.1 牛肉丁添加量对感官品质的影响 控制酸菜丝添加量6%,辣椒皮添加量4%、花生仁添加量5%,设定牛肉丁添加量10%、15%、20%、25%、30%,以感官评价为指标,考察牛肉丁添加量对老坛酸菜复合牛肉酱感官品质的影响。

1.2.3.2 酸菜丝添加量对感官品质的影响 控制牛肉丁添加量20%,辣椒皮添加量4%、花生仁添加量5%,设定酸菜丝添加量分别为4%、6%、8%、10%、12%,以感官评价为指标,探讨酸菜丝添加量对老坛酸菜复合牛肉酱感官品质的影响。

1.2.3.3 辣椒皮添加量对感官品质的影响 控制牛肉丁添加量20%,酸菜丝添加量6%,花生仁添加量5%,设定辣椒皮添加量分别为3%、6%、9%、12%、15%,进行配方优化,以感官评价为指标,考察辣椒皮添加量对老坛酸菜复合牛肉酱感官品质的影响。

1.2.3.4 花生仁添加量对感官评价的影响 控制牛肉丁添加量20%,酸菜丝添加量6%,辣椒皮添加量4%,设定花生仁添加量分别为2%、4%、6%、8%、10%,进行发酵试验,以感官评价为指标,探讨花生仁添加量对老坛酸菜复合牛肉酱感官品质的影响。

1.2.4 老坛酸菜复合牛肉酱的感官评价 模糊数学综合评判能有效消除主观情感、年龄性别、生理状态等因素的影响,同时通过模糊矩阵将模糊信息数值化,进而对产品的感官品质做出科学、准确的判断。试验从食品专业中优选男生和女生各5人,经感官评价培训后组成感官质量综合评判小组。参考文献中牛肉酱的感官评价标准[18-20],并作适当改动,江州老坛酸菜复合牛肉酱感官评价标准见表1。

表1 复合牛肉酱感官评价标准Table 1 Sensory evaluarion criteria for compound ground beef

1.2.5 模糊数学综合评判模型的构建

1.2.5.1 正交试验优化配方 基于单因素实验结果,确定牛肉丁添加量、酸菜丝添加量、辣椒皮添加量和花生仁添加量为关键试验因素,固定江州老坛酸菜复合牛肉酱基础配方,设计L16(45)正交试验方案,试验因素与水平如表2所示。

表2 L16(45)因素与水平设计Table 2 L16(45)factors and levels design

采用L16(45)正交试验方案,得江州老坛酸菜复合牛肉酱试样1#～16#,设计方案见表3。

表3 复合牛肉酱正交试验方案Table 3 Projects and results of orthogonal experiment of compound ground beef

1.2.5.2 建立评价因素集 评价因素也称参数指标,能从不同维度反映江州老坛酸菜复合牛肉酱的综合感官质量。建立评价因素集U={滋味u1,色泽u2,香气u3,形态u4}。

1.2.5.3 建立评价权重集 根据评价因素集U={滋味u1,色泽u2,香气u3,形态u4}中各评价因素在江州老坛酸菜复合牛肉酱综合感官质量构成中的重要程度,采用强制决定法分配评价因素的权重系数,如表4所示,并建立评价权重集X={0.50,0.20,0.15,0.15}。

表4 评价因素及权重Table 4 Evaluation factors and weight

1.2.5.4 建立评价等级集 评价等级以优劣下序划分,依下是优、良、中、下。建立评价等级集V={优,良,中,下}。

1.3 数据处理

试验采用DPS v7.05数据软件进行正交试验设计数据的分析处理,并通过对模糊数学综合评判一级模型的构建与解析,获得最佳工艺配方。

2 结果与分析

2.1 复配工艺的确定

2.1.1 牛肉丁添加量对感官品质的影响 牛肉丁添加量是影响复合牛肉酱制作工艺和感官品质的关键因素,牛腱子肉具有低脂高蛋白,肉质紧实细腻且带有牛筋,熟后有胶质感且口感弹性有劲道的特点[21]。从图1可以看出,随着牛肉丁添加量的增加,牛肉酱感官评价分值呈现先上升而后趋于平稳的趋势,当牛肉丁添加量由10%增长到20%时,感官评价分值也从86分逐渐增长,并达到峰值94分,而随着牛肉丁的添加量的继续增加,其感官评价分值波动不大,大致趋平。因此综合考虑感官评价和原料成本,确定牛肉丁添加量在正交试验中的因素水平为16%、18%、20%、22%。

图1 牛肉丁添加量对感官品质的影响Fig.1 Effect of beef cubes addition on sensory quality注:相同字母者表示数据间无显著差异(P>0.05),字母不同者表示数据间具有显著性差异(P<0.05),图2～图4同。

2.1.2 酸菜丝添加量对感官品质的影响 江州老坛酸菜酸中带甜、甜中带咸,不仅解腻开胃、清爽可口、鲜香嫩脆,而且具有调节人体肠道微生态、降低胆固醇等生理功能[22-24]。从图2可以看出,在4%～12%的范围内,随着酸菜丝添加量的增加,复合牛肉酱感官评价分值总体趋势为先上升而后下降,酸菜丝添加量在4%～8%范围内时,感官评价分值从87分提升至96分,而当酸菜丝添加量高于8%后,感官评价分值明显下降,而酸菜丝添加量为12%时,感官评价分值降低至85分,表明酸菜丝的添加量在8%～12%范围内时,与复合牛肉酱的综合感官评价呈一定的负相关关系。综上,确定酸菜丝添加量在正交试验中的因素水平为6%、7%、8%、9%。

图2 酸菜丝添加量对感官品质的影响Fig.2 Effect of sauerkraut addition on sensory quality

2.1.3 辣椒皮添加量对感官品质的影响 天等指天椒经过去籽,仅取用辣椒皮,极大降低辣度,不仅对老坛酸菜复合牛肉酱的口感调配起到了关键作用,而且增强消费者对产品的食欲。从图3可以看出,辣椒皮添加量在3%～9%范围内时,随着辣椒皮添加量的增加感官评价分值上升趋势明显,而辣椒皮添加量在9%～15%范围内时,随着添加量继续加大,感官评价分值极显著下降(P<0.01),原因在于辣椒皮用量在一定范围内对复合牛肉酱的风味起到协同增效的作用,但用量若过多,则易破坏复合牛肉酱整体风味,因此确定辣椒皮在正交试验中的因素水平为5%、7%、9%、11%。

图3 辣椒皮添加量对感官品质的影响Fig.3 Effect of pepper skin addition on sensory quality

2.1.4 花生仁添加量对感官品质的影响 从图4可以看出,花生仁添加量为2%时,牛肉酱感官评价分值为90分,随着花生仁添加量的增加,感官评价分值先是逐渐递升,在其添加量为6%上升至97分,此时牛肉酱感官评价分值达到峰值,而随着花生仁添加量的继续加大,感官评价分值呈现缓慢下降的趋势,因此花生仁在正交试验中的因素水平为5%、6%、7%、8%。

图4 花生仁添加量对感官品质的影响Fig.4 Effect of peanut kernel addition on sensory quality

2.2 模糊数学综合评判确定最佳复配组合

经感官评价培训后的模糊数学综合评判小组成员,在食品感官综合评定实验室按照优、良、中、下的评价等级逐一对16组牛肉酱试样的口感、香气、色泽、形态进行感官评定。感官评价要素统计结果见表5。

表5 复合牛肉酱评价要素统计结果Table 5 Statistical table of evaluations of compound ground beef

将表5正交试验所得16组试样各评价等级所得票数折合成赞成比率,综合各样品评价因素的结果,得模糊矩阵Rj[23]。

式中：j=1,2,3……16为样品编号;ri1,ri2,ri3……ri16分别表示第i个试样评价因素各评价等级所得赞成票数的占比。

以1#复合发酵饮品试样进行举例计算:

依据模糊矩阵变换原理计算综合隶属度Yj=X×Rj,可知1#复合发酵饮品的综合评判结果为:

各试样组评价因素的评判等级所占的票数比例,通过模糊数学综合评判一级模型Yj=X×Rj,并进行归一化处理后可得模糊数学变换结果,如表6所示。

表6 模糊变换结果Table 6 Results of fuzzy transform

根据1#～16#试样组感官评判的模糊变换结果,运用隶属函数理论和最大隶属度原则进行排序,结果见表7。

各试验组感官评判的模糊变换结果排序表明:根据最大隶属度原则,试样编号Y14(A4B2C3D1)的综合评判结果为“优”,且为正交试验组里最佳的,其感官评价为“优”等级占比0.800,“良”的等级占比0.200,而“中”、“下”的评价等级占比均为0。试验结果表明绝大多数评价小组成员认为编号Y14(A4B2C3D1)的牛肉酱配方是最优的,即:牛肉丁添加量22%、酸菜丝添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%,在此组合下,固定复合牛肉酱基础配方,制作的江州老坛酸菜复合牛肉酱综合感官最为理想,感官评分达98分,制得的产品色泽油亮鲜红、明快饱满,口感细腻、酱香浓郁、回味绵长。

表7 模糊综合评判排序结果Table 7 Results of comprehensive sequencing while normalization

2.3 验证性试验

为确定模糊数学综合评判结果的客观性、可靠性,固定牛肉酱基础配方,并以优选组合Y14(A4B2C3D1)制作牛肉酱,进行验证性试验。建立评价因素集U={滋味u1,香气u2,色泽u3,形态u4},评价权重集X={0.50,0.30,0.15,0.15},评判等级集V={优,良,中,下}。评分统计结果见表8。

表8 要素评价统计表Table 8 Statistical table of factor evaluation

对表8的数据进行模糊综合评判,得到模糊关系矩阵R如下:

对Y归一化处理,转化为(0.571,0.429,0.00,0.000),可知模糊数学综合评判峰值为0.571,根据最大隶属度原则,评价等级为“优”。因此,固定牛肉酱基础配方,在牛肉丁添加量22%、酸菜丝添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%的优选组合Y14(A4B2C3D1)下,制作的牛肉酱综合感官质量较优。

3 结论

本文固定复合牛肉酱基础配方为料酒3%、豆瓣酱11%、植物油 30%、姜末3%、蒜蓉8%、白砂糖1%、食用盐0.5%、白芝麻4%,筛选牛肉丁、酸菜丝、辣椒皮、花生仁用量进行单因素试验,结合L16(45)正交试验方案,基于模糊数学综合评判法优化江州老坛酸菜复合牛肉酱配方工艺,得到最佳关键工艺配方为牛肉丁添加量22%、酸菜丝添加量7%、辣椒皮添加量9%、花生仁添加量5%,在此组合下,制作的江州老坛酸菜复合牛肉酱综合感官品质最为理想,制得的产品色泽油亮鲜红、明快饱满,口感细腻、酱香浓郁、回味绵长。开发的老坛酸菜复合牛肉酱兼具风味、特色、营养与功效,大幅度提高崇左黄牛肉、江州酸菜、天等指天椒的的商品价值与经济附加值,对于丰富崇左市特色农副产品的深加工与开发提供理论依据和技术基础。本文对于复合牛肉酱热力杀菌方式对产品质构、色泽、香气的影响还有待进一步的研究探讨。