基于模糊数学感官评价法优化杂粮面酱发酵工艺

田湖莲，张倩，孟凡冰,2，李云成,2*，刘达玉,2，王梅

(1.成都大学 药学与生物工程学院，成都 610106；2.农业农村部杂粮加工重点实验室，成都 610106)

面酱又称甜面酱，传统面酱是以小麦或面粉为主要原料，经蒸煮后采用米曲霉制曲再经发酵酿制而成的一种酱类调味食品[1]。传统发酵酱制品种类丰富，如黄豆酱、豆瓣酱、甜面酱等[2]。虽然酱制品在我国历史悠久，但对面酱等发酵酱制品的研究仍不多，没有获得系统性的研究成果。近年来，世界各国对传统发酵酱制品进行了大量研究，日本对传统酱制品的研究尤其多[3]。结果表明，发酵酱制品中存在多种对人体有益的功能成分，这些成分具有预防高血压、糖尿病、心血管系统疾病[4]、癌症以及提高免疫力、抗氧化等作用[5-6]。传统甜面酱滋味香甜，鲜味独特，色泽诱人，并因其独特的口感和浓郁的酱香风味深受广大消费者的青睐。

我国杂粮资源丰厚，种类繁多，分布广泛，产量丰富[7]。目前市场上的杂粮制品主要包括杂粮面条、杂粮馒头、杂粮面包，这些产品均是以杂粮为原料的初级制品。杂粮含有人体所需的多种营养及功能成分，如苦荞中含有芦丁、苦味素等，具有降血糖、降血脂等功能[8]。燕麦作为一种医食同源、药食兼用的粮食作物，引起医学界和营养学界的高度重视[9]。黑豆含有丰富的微量元素和营养成分，还有许多对人体具有生理功能效应的物质，医药价值和前景比普通黄豆更好[10]。本文以苦荞、燕麦、黑豆为主要原料，对杂粮面酱的生产工艺进行研究，一方面，可促进杂粮的精深加工，进一步增加杂粮的综合利用附加值，从而推动相关产业的发展；另一方面，作为一种特色的功能型面酱制品，符合时下的热点消费市场，并作为地区特色食品加以推广，可增加相关产品的品类丰富度。

1 材料与方法

1.1 材料

苦荞粉、燕麦粉、黑豆粉、面粉：购于十陵好乐购超市；米曲霉3.042(CICC40092)和鲁氏酵母As2.180(CICC1379)：购于中国工业微生物菌种保藏中心。

1.2 试剂

氯化钠、氢氧化钠、酚酞、邻苯二甲酸氢钾、乙醇、甲醛、葡萄糖、无水碳酸钠、3,5-二硝基水杨酸、丙三醇、苯酚、亚硫酸钠、酒石酸钾钠：成都市科隆化学品有限公司。

1.3 主要仪器和设备

WP-UPT-20型超纯水机 四川沃尔特水处理有限公司；THZ-98C型恒温振荡器 上海一恒科学仪器有限公司；UV-5200型紫外分光光度计 上海元析仪器有限公司；PHS-2F型pH计 上海精密科学仪器有限公司；HH-6型恒温水浴锅 国华电器有限公司；JD1000-2型电子天平 沈阳龙腾电子有限公司；DZF-6050型真空干燥箱 大连干燥箱厂。

1.4 工艺流程

工艺流程见图1。

图1 工艺流程图Fig.1 The process flow diagram

1.5 实验操作及工艺要点

1.5.1 原料预处理

调节苦荞粉、燕麦粉和黑豆粉的比例为10∶5∶2，与面粉混合，并用70%的水润湿后，在高压灭菌锅中以121 ℃，0.1 MPa蒸料20 min。

1.5.2 制曲工艺

将蒸好的原料冷却至30 ℃左右，按一定比例接入种曲，在30 ℃、相对湿度95%的条件下通风培养3 d，中途翻曲2次。采用米曲霉制曲，待曲料上长出白色的菌丝，逐渐变成绿色，最后变成黄绿色，此时制曲完成。

1.5.3 发酵工艺

将一定比例的盐水加入成曲中进行发酵。酵母菌在加入盐水后发酵的第10天添加，隔1 d搅拌1次。

1.6 实验设计

1.6.1 单因素实验

以发酵时间、米曲霉接种量、曲与盐水的不同比例以及杂粮粉与面粉的不同比例作为单因素实验进行研究。固定米曲霉接种量为9×106个/g、曲∶盐水为1∶1.2、杂粮粉∶面粉为7∶3，考察不同发酵时间(22，25，28，31，34 d)对杂粮面酱感官评价的影响；固定发酵时间为28 d、曲∶盐水为1∶1.2、杂粮粉∶面粉为7∶3，考察不同米曲霉接种量(7×106，8×106，9×106，10×106，11×106个/g)对杂粮面酱感官评价的影响；固定米曲霉接种量为9×106个/g、发酵时间为28 d、曲∶盐水为1∶1.2，考察杂粮粉和面粉的不同比例(9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5)对杂粮面酱感官评价的影响；固定米曲霉接种量为9×106个/g、发酵时间为28 d、杂粮粉∶面粉为7∶3，考察曲和盐水的不同比例(1∶1、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3、1∶1.4)对杂粮面酱感官评价的影响。

1.6.2 正交实验

通过单因素实验，对米曲霉接种量、曲∶盐水、杂粮粉∶面粉、发酵时间进行L16(44)正交实验,优化杂粮面酱的配方。各因素水平表见表1。

表1 杂粮面酱正交实验因素水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test for coarse cereals paste

1.7 测定项目

1.7.1 感官评定

食品的感官性状即食品的色、香、味等，包括食品的外观、风味和品质，是组成食品质量的重要部分。通过视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉等对食品的色、香、味、形等进行综合评价的一种检验方法。由于感官评定具有一定的主观性，容易受到评定者个人喜好的检验，因此通常采用群检的方式。本实验所进行的感官评定采取10人的群检方式， 然后取平均值作为最终的感官评定结果。各评定项目的固定权重见表2，感官评定评分标准[11-12]见表3。

表2 感官评分项目权重分配表 Table 2 The weight allocation table of sensory scoring items

表3 感官评分标准表Table 3 The sensory scoring standard table

续 表

1.7.2 氨基酸态氮的测定(甲醛值法)

根据 GB/T 5009.40-2003《酱卫生标准的分析方法》与 GB/T 5009.39-2003《酱油卫生标准的分析方法》，所需测氨基酸态氮含量是指以杂粮面酱为检测样本。从面酱中称取5 g试样进行处理后，按规定的方法，用甲醛值法测定，计算公式如下：

(1)

式中：X表示试样中氨基酸态氮的含量，g/100 g；V1表示试样中氨基酸稀释液加入甲醛后消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL;V2表示试剂空白消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；V3表示试样稀释液取用量，mL；C表示氢氧化纳标准滴定溶液的浓度，mol/L；0.014表示与1.00 mL氢氧化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=1.000 mol/mL]相当的氮的质量，g。

1.7.3 还原糖的测定

还原糖根据孟鸳[13]的方法进行测定。还原糖在氢氧化钠与丙三醇存在时可将3,5-二硝基水杨酸中的硝基还原为氨基化合物，该化合物在碱性溶液中呈棕红色。还原糖的含量在一定的范围内与棕红色物质的深浅成一定的正比关系，用可见分光光度计在波长540 nm下测定OD值，根据OD值制作标准曲线，计算还原糖的含量。

1.7.4 总酸的测定

总酸参照国家标准GB/T 12456-2008进行测定。称取5 g杂粮面酱，稀释到100 mL，用滤纸过滤，待用。称取25 g滤液于250 mL三角瓶中，加入40 mL去离子水，加入0.2 mL 1%的酚酞，用配制好的0.1 mol/L NaOH溶液进行滴定，同时进行空白对照测定以保证数据的准确性。总酸含量以质量分数X计，数值以g/kg表示，公式如下：

(2)

式中：X表示试样中总酸含量，g/kg；C表示氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，mol/L；V1表示滴定试液时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；V2表示空白实验时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；K表示酸的换算系数；F表示试液的稀释倍数；M表示试样的质量，g。

1.7.5 杂粮面酱卫生安全检测

根据食品安全国家标准GB 2718-2014《酿造酱》[14]和GB 29921-2013《食品中致病菌限量》[15]对发酵成的杂粮面酱进行微生物以及致病菌检测。

1.8 模糊数学模型

根据周伟等、胡金祥等的方法建立模糊数学模型[16-17]。

1.8.1 确定评价对象集

设评价对象为U={U1，U2，U3，……U15，U16}，U1～U16分别代表正交优化实验的16组样品。Uj代表第j组的综合评价结果，j=1，2，3……15，16。

1.8.2 确定评价因素集

评价因素集是指感官评价中影响杂粮面酱综合评分的因素集和，Q={Q1，Q2，Q3，Q4}，其中Q1、Q2、Q3、Q4分别代表杂粮面酱的色泽、香气、口感、体态。

1.8.3 确定评价等级集

评价等级集是指感官评分等级划分的集和，X={X1，X2，X3，X4},其中X1、X2、X3、X4分别代表优、良、中、差，即X={35，30，25，20}。

1.8.4 确定权重集

权重集为固定权重集，权重D=(0.2，0.3，0.4，0.1)。

1.8.5 确定模糊数学矩阵及综合感官评分

10位感官评价员根据评分标准对16组样品进行综合评价，记录下各个因素的优、良、中、差的评价人数，统计得到模糊数学矩阵G，综合评分U=D×G。将优、良、中、差赋予4个等级35，30，25，20分，最终模糊数学评分A=U×X。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

不同发酵时间对杂粮面酱感官评分的影响见图2。

图2 发酵时间对杂粮面酱感官评分的影响Fig.2 Effect of fermentation time on the sensory score of coarse cereal paste

由图2可知，发酵时间为25 d时杂粮面酱的感官评分最高，发酵22 d的评分最低，这可能是因为发酵时间不够充分，面酱的氨基酸态氮含量、总酯含量较低[18]，面酱的风味物质没有得到更好的释放，酱香味偏淡。发酵时间超过25 d后，感官评分有所下降，因为发酵时间过长，面酱的水分有所流失，面酱的色泽变暗，体态较稠且结块，降低了面酱的风味等各因素。所以，实验选取发酵时间为25，28，31，34 d进行正交实验。

图3 米曲霉接种量对杂粮面酱感官评分的影响Fig.3 Effect of Aspergillus oryzae inoculation amount on the sensory score of coarse cereal paste

由图3可知，米曲霉接种量为9×106个/g时杂粮面酱的评分最高，米曲霉接种量为7×106个/g时杂粮面酱的评分最低。这可能是因为接种量过少时，原料不能充分发酵，导致酱香味较淡。米曲霉接种量超过9×106个/g时感官评分下降，此时原料所含的营养物质不能满足米曲霉的生长需求[19]，由于过度发酵产生了不好的风味物质且面酱发酸。随着接种量增多，米曲霉孢子生长旺盛，容易感染杂菌[20]，导致最后的成曲结块、色泽暗，发酵后的面酱综合评分降低。所以，实验选取米曲霉接种量为8×106，9×106，10×106，11×106个/g进行正交实验。

图4 盐水添加量对杂粮面酱感官评分的影响Fig.4 Effect of brine additive amount on the sensory score of coarse cereal paste

由图4可知，曲∶盐水为1∶1.2是感官评分的拐点，随着盐水添加量的增加，感官评分呈先上升后下降的趋势。盐水添加量过少，导致面酱被杂菌污染，产生酸臭味。当曲∶盐水为1∶1.4时盐水添加量过多，高渗透压导致米曲霉酶活性降低，面酱的水解程度降低，面酱的风味受到影响[21]，并且杂粮面酱味道过咸。因此，本实验选取曲∶盐水为1∶1、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3进行正交实验。

图5 面粉添加量对杂粮面酱感官评分的影响Fig.5 Effect of flour additive amount on the sensory score of coarse cereal paste

由图5可知，杂粮粉∶面粉为7∶3和6∶4时，杂粮面酱的黏稠度适宜，无明显结块，杂粮风味突出，感官评分较高。杂粮粉∶面粉为5∶5时，面酱的黏稠度偏高，酱香味较淡，评分最低。因此，本实验选取杂粮粉∶面粉为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4进行正交实验。

2.2 模糊数学感官评价结果

2.2.1 杂粮面酱感官评价结果票数统计

参照表1进行4因素4水平的正交实验，对实验进行感官评价，杂粮面酱感官评价得票统计见表4。

表4 杂粮面酱感官评价得票统计Table 4 The statistics on the votes of sensory evaluation of coarse cereal paste

2.2.2 感官结果处理

结合表4，以1号为例，G色泽=(7，3，0，0)；G香气=(6，4，0，0)；G口感=(5，4，1，0)；G体态=(8，2，0，0)。将以上因素结果转化为矩阵，则:

同法可得：

2.2.3 模糊数学评分结果计算

由U=D×G得：

(0.6，0.36，0.04，0),同理可得表5。

表5 杂粮面酱综合评价计算结果Table 5 The calculation results of comprehensive evaluation of coarse cereal paste

再根据最终模糊数学评分A=U×X，将杂粮面酱综合评价计算结果与评分等级X={35,30,25,20}相乘，结果相加整理。以样品1为例，A1=(0.6, 0.36, 0.04, 0)×(35, 30, 25, 20)=31.75，同理可得表6。

表6 杂粮面酱正交实验结果Table 6 The results of orthogonal experiment of coarse cereal paste

由表6正交实验结果和极差分析结果可知，各因素对杂粮面酱的影响顺序为A(发酵时间)>B(米曲霉接种量)>C(盐水添加量)>D(面粉添加量)。杂粮面酱生产的最佳工艺为：发酵时间为25 d，米曲霉接种量为9×106个/g，盐水添加量为1∶1.3(曲∶盐水)，面粉添加量为6∶4(杂粮粉∶面粉)。

2.3 杂粮面酱的综合评价

在发酵时间为25 d，米曲霉接种量为9×106个/g，盐水添加量为1∶1.3(曲∶盐水)，面粉添加量为6∶4(杂粮粉∶面粉)时，发酵杂粮面酱并进行综合评价，评价结果见表7和表8。

表7 杂粮面酱综合评价结果Table 7 The comprehensive evaluation results of coarse cereal paste

表8 杂粮面酱理化及微生物指标Table 8 The physicochemical and microbial indexes of coarse cereal paste

3 结论

本实验以面酱为研究对象，并在传统的配方上添加苦荞粉、燕麦粉、黑豆粉，通过单因素实验、正交实验并且结合模糊数学感官评价法对其工艺及配方进行优化。实验结果表明，实验所探讨的对杂粮面酱品质影响的4个因素中，影响程度为发酵时间>米曲霉接种量>盐水添加量>面粉添加量。杂粮面酱在发酵时间为25 d，米曲霉接种量为9×106个/g，盐水添加量为1∶1.3(曲∶盐水)，面粉添加量为6∶4(杂粮粉∶面粉)时评分最高，氨基酸态氮含量也符合GB 2718-2014标准。