模糊數學感官評價法優化豆渣發酵工藝

張 明，王 燕*，歐陽夢云

（湖南農業大學 食品科學與技術學院，湖南 長沙 410128）

隨著人們對大豆營養認識的進一步深入，中國作為傳統豆制品消費大國，其消費量也逐年增加。豆渣是豆腐、豆奶、腐竹、豆腐皮等大豆制品加工中的主要副產物，約占全豆干質量的15%～20%，目前國內大豆食品行業每年約產生1 500萬t濕豆渣[1-3]。豆渣含有豐富的膳食纖維，其中纖維素占了豆渣中干物質的一半以上，纖維素是一種具有保健功能的功效成分，對人體有著非常特殊的生理功能，被營養學家稱為第七營養素，對于預防腸道癌變、便秘、減肥具有優良功效。豆渣還含有較高的優質蛋白，其蛋白中的氨基酸比值與世界糧農組織提出的參考比值非常接近，具有很高的使用價值。此外近年來研究還發現，發酵豆渣具有抗氧化[4-6]、降低血液中的膽固醇含量、減少糖尿病患者對胰島素的消耗[7-8]等功效。因此豆渣是具有開發價值的膳食纖維和蛋白源，是一種質優價廉的食品資源[9-10]。但由于豆渣顆粒大，口感比較粗糙，人們對其不喜歡食用，多作為飼料或直接廢棄，從而造成資源浪費。為了增加豆渣的有效利用，避免浪費。人們試圖從改善豆渣口感入手來增加其食用性，改善豆渣口感一般通過微生物發酵豆渣。如李艷芳等[11]利用黑曲霉和米曲霉對豆渣進行發酵，發現豆渣經發酵后口感得到明顯改善。潘進權等[12]利用毛霉發酵豆渣提高了豆渣中的可溶性膳食纖維含量，這對提高豆渣的食用性也具有重要的意義。本實驗嘗試選用米曲霉和毛霉兩種菌種對新鮮豆渣進行復合發酵，對比兩種菌種混合及各菌種單獨發酵在不同豆渣含水量、發酵溫度、發酵時間條件下對豆渣口感的提升效果。研究了豆渣發酵前后色澤、粒度、滋味及氣味的變化情況，并通過確定因素合理的權重，建立感官綜合評分體系，采用正交試驗法對豆渣的發酵工藝進行優化，并應用模糊數學感官評價法探究出食用豆渣的最佳發酵工藝條件豆渣含水量、發酵溫度、發酵菌種及其比例、發酵時間。研究出一種能有效提升發酵豆渣口感的工藝，為發酵豆渣的在食品方面增加有效利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料與菌種

新鮮豆渣：由湖南農業大學豐澤食堂提供；米曲霉（Aspergillus oryzae）2176：中國工業微生物菌種保藏管理中心（China Center of Industrial Culture Collection，CICC）；毛霉（Mucor）：湖南農業大學食品科學技術學院實驗室。

1.1.2 培養基

試管斜面培養基采用馬鈴薯葡萄糖瓊脂（potato dextrose agar，PDA）培養基：馬鈴薯 200 g，葡萄糖20 g，瓊脂15～20 g，水1 000 mL。

菌種活化培養基：每支250 mL三角瓶中加入干麩皮10 g，水10 mL，攪拌均勻，121℃滅菌20 min，冷卻后備用。

1.2 儀器與設備

CJ-2D型凈化工作臺：天津市泰斯特儀器有限公司；DHP-9082型恒溫培養箱、上海市飛越實驗儀器有限公司；GZ-250-S型生化培養箱：韶關市廣智科技設備發展有限公司；LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫療器械廠。

1.3 方法

1.3.1 豆渣的發酵工藝流程及操作要點

操作要點：

孢子懸液制備：首先將菌種在馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）斜面培養基上活化，然后分別挑取活化好的菌絲接種到裝有麩皮培養基的三角瓶上進行擴大培養，活化和擴培條件均為溫度28℃、時間3 d。最后向三角瓶加入適量的質量分數為0.9%生理鹽水，振蕩后，用無菌紗布過濾，將濾液收集到三角瓶中并用質量分數為0.9%的生理鹽水稀釋，制成2×107～5×107個/mL孢子懸浮液備發酵豆渣使用。

混合：將制備好的米曲霉孢子懸液和毛霉孢子懸液按照不同比例混合成混合孢子懸液，待用。

加水：把豆渣烘干至豆渣干基，再加入一定量的水使其含水量分別達到一定比例，同時調節到確定的pH值。

接種：接種混合孢子懸液是按照所需發酵豆渣（包含加入水分質量）質量分數1%添加。

發酵：在一定發酵溫度下發酵一定時間。

1.3.2 豆渣發酵優化試驗

根據單因素試驗結果，確定采用50 g豆渣干基，分別加入不同質量水，以得到不同含水量豆渣。再以米曲霉∶毛霉、發酵溫度、豆渣含水量、發酵時間為主要因素，采用L9（34）正交試驗設計方案，以感官評定為指標，進行正交試驗。因素與水平見表1。

表1 發酵工藝優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

1.3.3 感官評價方法

組成一個由10位（5男5女）經過選擇和培訓的評價員的評價小組，分別對9組發酵豆渣成品的色澤、質地、滋味、氣味4個指標進行感官評價，并從非常好、好、較好、一般、差5個等級進行評價，結果見表2。擔任評價員的基本條件[13-14]是：身體健康、無任何感覺方面的缺陷，并對感官分析有興趣；個人衛生條件良好、無明顯個人氣味；不嗜煙酒，且在檢驗前1 h內不抽煙、不吃東西，不使用有氣味的化妝品；按照培訓的技術要求進行評價。

表2 豆渣發酵成品感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of okara fermentation product

1.3.4 模糊數學模型的建立

（1）因素集、評語集和加權重集的建立

因素集，即影響被評判對象的指標集合，本研究以發酵豆渣成品色澤（U1）、質地（U2）、滋味（U3）、氣味（U4）為因素，從而得到的因素集U=｛u1，u2，u3，u4｝。

評語集是參評者對評價指標反饋信息的集合，確定評語論域需要評定的等級。經過評定小組討論，確定發酵豆渣成品的評價等級為非常好（v1）、較好（v2）、好（v3）、一般（v4）、差（v5），得到發酵豆渣的評語集V＝｛v1，v2，v3，v4，v5｝。以10分為標準，各指標＞8分為非常好，得分6～8分為較好，得分4～6分為好，得分2～4分為一般，得分＜2分為差。

權重集就是各評價因素的權重系數的集合，每個評價因素對應一個權重系數。由于各項指標對質量影響的程度不同，可根據各項指標的權重值確定一個權重向量。采用頻數統計法確定權重，請20位用戶將豆渣色澤、質地、滋味、氣味各因素在所有因素中所占重要性程度的比率填在表格上，并對上述各因素進行單因素權重統計試驗，得到質量因素權重集X=｛x1，x2，x3，x4｝。

（2）模糊矩陣的確立和模糊轉換

根據高瑞鶴等[15]的方法，先通過10位評價員的感官評價對發酵豆渣各指標的分數進行統計，然后將各級的票數除以10得到模糊關系矩陣R，再通過處理發酵豆渣成品的感官評價結果，將質量因素權重集X與模糊關系矩陣R合成，得到發酵豆渣的模糊關系評價集Y=X×R，從而得到第i個發酵豆渣成品樣品的評價結果為Yi=X×Ri（i為1～9）。最后引進綜合評分矩陣T處理模糊關系評價集Y，根據感官評價的特殊性，設評價等級集K=｛k1，k2，k3，k4，k5｝，得到發酵豆渣成品的模糊綜合評價總分T=Y×K。

2 結果與分析

2.1 質量因素權重集的建立

通過20位評價員對發酵豆渣成品4項質量因素重要性程度的分析評價，結果如表3所示，得出色澤的權重為0.215，質地的權重為0.215，滋味的權重為0.358，氣味的權重為0.212，從而得到發酵豆渣成品的質量因素權重集X=｛0.215，0.215，0.358，0.212｝。

2.2 模糊感官評價結果及綜合得分

通過10名感官評價員對9個發酵豆渣成品樣品進行4項指標評價，并進行統計和分析，得出發酵豆渣感官質量評價結果見表4。

表3 豆渣發酵成品各因素重要性程度分析Table 3 Importance degree analysis of each factor of okara fermentation product

表4 不同工藝條件下豆渣發酵成品感官評價結果Table 4 Results of sensory evaluation of okara fermentation product by different processing technology

根據表4結果，參考潘志民等[16]的方法，將通過計算得出的U1、U2、U3、U44個單因素模糊矩陣的評價結果寫成一個矩陣R，根據公式Y=X×R，模糊綜合評價總分公式T=Y×K得出9個發酵豆渣成品模糊綜合評價總分T，分別為：T1=4.677，T2=6.687，T3=6.612，T4=8.11，T5=6.725，T6=7.307，T7=8.119，T8=6.879，T9=6.16。

2.3 模糊數學感官評價優化

正交試驗結果與分析見表5，方差分析見表6。

根據表5得知，4個因素對模糊評價總分的影響從大到小的順序為D＞A＞C＞B，即發酵時間＞發酵菌種及其配比＞豆渣含水量＞發酵溫度。試驗4、7的綜合評分＞8，為非常好，試驗2、3、5、6、8、9在6～8分之間，為較好。最佳的試驗方案為A2B1C3D2，并沒有出現在試驗1～9中，經過驗證試驗得出A2B1C3D2模糊評價總分為8.286分，高于正交試驗中試驗7的最高得分8.119分。可選用A2B1C3D2的加工條件作為豆渣發酵條件，即發酵菌種選用米曲霉∶毛霉為1∶1、發酵溫度25 ℃、豆渣含水量70%、發酵時間10 d。

表5 發酵工藝優化正交試驗結果與分析Table 5 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

由表6可知，發酵時間和發酵菌種及米曲霉∶毛霉對結果影響顯著（P＜0.05），發酵溫度和豆渣含水量因素對結果影響不顯著。

表6 正交試驗結果方差分析Table 6 Analysis of variance of orthogonal experiments results

3 結論

模糊數學感官評價結果表明，4個因素對模糊評價總分的影響從大到小的順序為發酵時間＞發酵菌種及其配比＞豆渣含水量＞發酵溫度，即影響發酵豆渣口感的因素影響順序。利用模糊數學感官評價法能夠獲得客觀、較準確的豆渣發酵條件，為豆渣發酵產品的生產和研發提供了科學依據。試驗得出最佳的結果為A2B1C3D2，即發酵菌種選用米曲霉和毛霉混合且比例為1∶1、發酵溫度25℃、豆渣含水量70%、發酵時間10 d。

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