模糊数学结合响应面法优化栗香白果酱制作工艺

耿吉,苏夏青,陈方鹏,印虹

(扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州 225127)

栗香白果酱是以栗子、白果、食用油、白砂糖为主要原料熬制而成的复合型酱料。栗子风味独特,粉质细腻,富含有机酸、多酚[1],广受大众欢迎。同时有较高的药用价值,对抗菌、抗疟疾也有一定效果[2]。研究发现栗子能保护心脑血管,防止动脉粥样硬化[3]。无论是炒制、制成饮料、果脯,还是做成酱料都有较大的产品优势[4-5]。选择合适的加工工艺和条件可以提高板栗的保质期和感官特性,同时保留营养成分和减少营养损失[6]。其中栗子酱香甜细腻,口感顺滑,可以作为调味酱食用。白果是药食同源食品,含有黄酮类、萜烯类、酚类等化合物[7],在中医上有敛肺止咳、止带缩尿的功效,可以治疗咳喘、尿频等病症[8],白果能够促进短期记忆力[9],降低肝脏胆固醇,增加血清胆固醇,预防心血管疾病[10-11]。试验发现从白果中提取出的白果内酯能够减轻缺血性脑卒中,并对动脉阻塞有一定的治疗作用[12];Eckert等[13]使用银杏叶提取物治疗阿尔茨海默病;由白果籽皮制成银杏醋能够抑制脂肪细胞的分化,预防和改善肥胖[14]。白果提取物和多奈哌齐联合给药能够增强促胆碱能[15],通过炒制也能使白果毒性成分银杏酚酸减少[16-17]。白果加热后减少了氰化物的含量,而且淀粉糊化,清香甜糯,因此白果作为拌料可以调节口感,增加香气。

目前关于栗子酱研究的文献较少,栗子酱工业化程度不高[18],付红军等[19]用栗子、柠檬酸等研制出酸甜可口的板栗果酱,但未见有关栗子白果酱的研究报道。因此，本试验用栗子、白果、食用油、白砂糖为主要原料,研制一种新型复合酱料,用模糊数学感官评分作为指标,探究栗香白果酱的最佳制作工艺,综合考虑各感官属性,评价不同配方对产品的影响,以期为新型复合栗子酱的研制和科学加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

栗子、白果、食用油、白砂糖、淡奶油、食盐、炒糯米粉、黄豆粉、白芝麻粉:均由扬州市兴化华荣食品有限公司提供。

1.1.2 主要仪器设备

C22-IH67E9型电磁炉 浙江苏泊尔股份有限公司；DSX-24L-I型高压灭菌锅 上海申安医疗器械厂；YP-B型千分之一电子天平 上海浦春计量仪器有限公司；S18-LA170型搅拌机 九阳股份有限公司。

1.2 试验方法

将白果去壳,用开水烫熟,去掉果仁表皮的薄膜和果仁中的绿芯,在锅中倒入食用油翻炒均匀,中火炒至清香,出锅放凉,对半切开。栗子用刀划好口,在锅中倒入水煮开,水沸倒入栗子,大火煮5 min,捞出沥干,剥壳。将栗子煮软,用搅拌机搅拌成糊状并带有颗粒,倒入白砂糖、炒糯米粉、淡奶油、黄豆粉、白芝麻粉,加水搅拌,加入白果粒,小火继续搅拌均匀,直至酱料完全融合,浓稠细腻。

1.3 工艺流程

白果去壳、去皮、去芯、切丁→栗子煮熟,粉碎→调味→搅拌→装瓶→灭菌→成品。

1.4 感官评分标准

评定人员为10名经培训后的营养与食品卫生专业同学,主要从色泽、口感、气味、甜度4个方面进行感官评价,按代文婷等[20]对酱料的感官评价标准对小组成员进行相应的培训。

1.5 模糊数学模型的建立

参考孙丽滢等[21]的方法,稍作修改,建立栗香白果酱的模糊数学感官评价方法。根据产品品质评判的标准,以色泽、口感、气味、甜度4项指标建立评价因素集。总权重为1,确定权重X={0.25,0.3,0.25,0.2},即色泽0.25、口感0.3、气味 0.25、甜度0.2;对应评语集={优,良,中,差}。根据评价指标等级和评语集分布,以100分为标准,设定优为100分,良为80分,中为60分,差为40分。各级评语集对应的感官评价标准见表1。

表1 栗香白果酱感官评价标准表Table 1 Sensory evaluation criteria of chestnut and ginkgo sauce

1.6 单因素试验设计

基础配方设定为淡奶油10%、盐2%、炒糯米粉3%、黄豆粉3%、白芝麻粉4%,分别对栗子、白果、食用油、白砂糖添加量进行工艺参数的优化[22],研究这4个因素对栗香白果酱感官评分的影响。

1.6.1 栗子添加量的选择

基础配方的百分比为白果10%、食用油13%、白砂糖10%,栗子添加量分别为15%、20%、25%、30%、35%,对栗香白果酱进行感官评价。

1.6.2 白果添加量的选择

基础配方的百分比为栗子25%、食用油13%、白砂糖10%,白果添加量分别为6%、8%、10%、12%、14%,对栗香白果酱进行感官评价。

1.6.3 白砂糖添加量的选择

基础配方的百分比为栗子25%、白果10%、食用油13%,白砂糖添加量分别为5%、10%、15%、20%、25%,对栗香白果酱进行感官评价。

1.6.4 食用油添加量的选择

基础配方的百分比为栗子25%、白果10%、白砂糖10%,食用油添加量分别为11%、13%、15%、17%、19%,对栗香白果酱进行感官评价。

1.7 响应面试验优化设计

在单因素试验基础上,建立四因素三水平的Box-Behnken中心组合试验,以栗子添加量(A)、白果添加量(B)、白砂糖添加量(C)和食用油添加量(D)为试验因素,以模糊数学感官评分为响应值(Y),试验因素与水平见表2。

表2 响应面试验设计表Table 2 Response surface experiment design

1.8 数据处理

使用Origin 2018 进行单因素试验的绘图,Design Expert 8.0进行响应面试验的设计、曲面的绘制图,SPSS 19.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 模糊矩阵建立及评价结果

根据感官评价表(见表1)对各栗香白果酱试验组进行感官评价。将栗香白果酱感官评分的结果设为Y,权重设为X,模糊矩阵设为T[23]。根据模糊数学变换的原理Y=X·T,得出各个试验组的结果[24]。以1号栗香白果酱样品为例，色泽评价结果有1人选择优,1人选择良,4人选择中,4人选择差,则T色泽=(1,1,4,4);依次可分别得出口感、气味、甜度的结果为T口感=(1,2,4,3);T气味=(2,2,4,2);T甜度=(1,2,3,4)。同理可得其他样品模糊矩阵Ti[25]。

其模糊数学感官评分如下:

Y1=X·T1={0.25,0.3,0.25,0.2}×

0.32}。

将模糊数学感官评分的结果分别与其对应的等级分值相乘求和，即优为100分，良为80分，中为60分，差为40分，得出1号样品的模糊感官综合评分为62.1,按照该计算方法得出其他样品的模糊数学感官评分。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 栗子添加量对酱料感官评分的影响

图1 栗子添加量对栗香白果酱感官评分的影响Fig.1 Effect of chestnut addition amount on the sensory scare of chestnut and ginkgo sauce

由图1可知,随着栗子添加量的增加,栗香白果酱的感官评分先升高后降低。当栗子添加量为15%时,感官评分最低,此时栗子的量较少,酱料较稀且分布不均匀,口感较差。当栗子添加量为25%时,感官评分为86,此时酱品口味香醇,浓稠适中。而随着栗子的量不断增加,酱品过于浓稠,适口性下降。因此,栗子添加量在25%时较为适宜。

2.2.2 白果添加量对酱料感官评分的影响

图2 白果添加量对栗香白果酱感官评分的影响Fig.2 Effect of ginkgo addition amount on the sensory score of chestnut and ginkgo sauce

由图2可知,随着白果添加量的增加,感官评分先升高后降低。当白果添加量为6%时,酱料的感官评分较低,因为白果添加量较少,在酱料中不够明显而无法凸显白果香气。当白果添加量为10%时,感官评分最高。当白果添加量较多时,口感不太协调,酱料组织状态较差,感官评分降低。因此,白果添加量在10%时较为适宜。

2.2.3 白砂糖添加量对酱料感官评分的影响

图3 白砂糖添加量对栗香白果酱感官评分的影响Fig.3 Effect of white granulated sugar addition amount on the sensory score of chestnut and ginkgo sauce

由图3可知,随着白砂糖添加量的增加,感官评分先升后降。白砂糖添加量为5%时,评分较低,酱料口感较淡,不能很好地衬托出栗子的香气。当添加量为10%时,酱料的感官评分最高,为86。白砂糖添加量在15%～25%时,栗香白果酱的感官评分不断下降,过量添加导致口感较甜腻。因此,白砂糖添加量宜选择10%。

2.2.4 食用油添加量对酱料感官评分的影响

图4 食用油添加量对栗香白果酱感官评分的影响Fig.4 Effect of edible oil addition amount on the sensory score of chestnut and ginkgo sauce

由图4可知,随着食用油添加量的增加,感官评分先升后降。当食用油添加量为11%时,酱料流动性差,色泽暗沉。当添加量为13%时,酱料较光泽,口感顺滑,香味醇厚,感官品质最佳。添加量为19%时,酱料的感官评分最低,此时酱料过于油腻,适口性差。当食用油添加适量时,酱料色泽较好,对保质期也有影响[26]。因此,食用油添加量宜选择13%。

2.3 响应面优化试验结果

2.3.1 响应面优化方案及结果

在单因素试验基础上,以栗子添加量(A)、白果添加量(B)、白砂糖添加量(C)和食用油添加量(D)为试验因素,模糊数学感官评分(Y)为响应值,得到栗香白果酱的响应面结果,见表3。进行多元回归拟合,得出栗香白果酱的模糊数学感官评分与4个因素之间的方程:Y=92.66+5.20A+6.04B+1.52C-4.33D+4.74AB-4.73AC+0.77AD-6.62BC-1.2BD-0.38CD-14.10A2-11.61B2-10.37C2-15.66D2。

表3 响应面试验方案及结果Table 3 Response surface test scheme and results

续 表

方差分析和显著性检验的结果见表4。

表4 方差分析和显著性检验Table 4 Analysis of variance and significance test

由表4可知,响应面试验的模型极显著(P<0.000 1),失拟项不显著(P>0.05),说明该回归方程拟合度良好[27],能够很好地解释4个因素与栗香白果酱评分之间的关系。方差R2=0.948 6,调整后的决定系数RAdj2=0.897 3,说明该模型有89.73%的可变性,预测值与真实值有较高关联性，可以用于栗香白果酱的加工工艺优化。由表4中各因素F值的大小分析可知,A(F=19.61),B(F=26.43),C(F=1.67)和D(F=13.57),因此各因素对栗香白果酱感官评分的影响顺序为B>A>D>C。一次项中,A、B的影响极显著(P<0.001),D的影响非常显著(P<0.01)。交互项中,BC的影响非常显著(P<0.01),AB、AC的影响显著(P<0.05),而AD、BD、CD的影响不显著(P>0.05),表明白果添加量(B)和白砂糖添加量(C)、栗子添加量(A)和白果添加量(B)、栗子添加量(A)和白砂糖添加量(C)有交互作用。二次项中A2、B2、C2和D2对栗香白果酱感官评分的影响都极显著。

2.3.2 响应曲面图

各因素对栗香白果酱感官评分影响的响应面图见图5。曲面的弧度弯曲越大,说明该因素对响应值的影响越显著[28]。

图5 各因素交互作用对感官评分影响的响应曲面图Fig.5 Response surface diagrams of the effect of interaction of each factor on sensory scores

由图5可知,栗子添加量(A)和白果添加量(B)、栗子添加量(A)和白砂糖添加量(C)、白果添加量(B)和白砂糖添加量(C)的交互作用对响应值有影响,而栗子添加量(A)和食用油添加量(D)、白果添加量(B)和食用油添加量(D)、白砂糖添加量(C)和食用油添加量(D)的交互作用对应值的影响不显著。综合图5中交互作用影响趋势[29],与方差分析结果一致。

2.3.3 最佳配方的确定和验证试验

根据Box-Behnken模型预测响应面优化的最佳配方为栗子添加量26.27%、白果添加量10.69%、白砂糖添加量9.54%、食用油添加量12.71%,此时感官评分为94.6分。在实际操作中,将最优的工艺参数调整为栗子添加量26%、白果添加量10%、白砂糖添加量10%、食用油添加量13%。对最优配方进行验证,得到的栗香白果酱感官评分为95分,与预测值基本相符,表明响应面模型准确可靠。

3 结论

采用模糊数学综合评价法进行栗香白果酱制作工艺的优化,相对减少了主观评分带来的误差,使其具有一定科学性。结果表明,以300 g总量计算,在淡奶油10%、盐2%、炒糯米粉3%、黄豆粉3%、白芝麻粉4%的基础上,当栗子添加量26%、白果添加量10%、白砂糖添加量10%、食用油添加量13%时,栗香白果酱的感官品质最佳。