利用TRIZ方法解決泡菜產氣的研究

宋茜，龐彧娟，王春梅

（天津市利民調料有限公司，天津300308）

利用TRIZ方法解決泡菜產氣的研究

宋茜，龐彧娟，王春梅

（天津市利民調料有限公司，天津300308）

利用發明問題解決理論（Theory of inventive problem solving，TRIZ）方法解決泡菜產氣的問題，通過對問題進行分析，找到乳酸菌及葡萄糖在系統中的矛盾關系，以發酵作為場，葡萄糖及乳酸菌作為物質進行研究，從而找到標準解：1）改進工藝：提高發酵溫度至30℃，延長發酵時間至25 d的工藝。2）改善配方：產品中加入苯甲酸鈉0.07%，山梨酸鉀0.03%，可以使泡菜產氣問題得到有效解決。

發明問題解決理論（TRIZ）；物質-場；泡菜；產氣

泡菜是一種發酵蔬菜制品，主要發酵菌種為乳酸菌，乳酸菌可分為同型和異型兩種，其中異型乳酸菌產生CO2，容易引起產品脹氣。同型異型乳酸菌在發酵制品中往往協同作用[1]，其產生的乙酸、乙醇等物質豐富發酵制品的風味，同時產生的CO2能加速微生物的無氧呼吸，對乳酸菌發酵產生促進作用，因此在發酵蔬菜中往往兩種類型乳酸菌同時存在。而產氣卻是影響泡菜產品貨架期和質量的重要因素。發酵產生的風味成分無法用其他手段進行取代，因此如何在不影響產品風味的基礎上，解決產品的產氣現象是本課題研究的重點。

發明問題解決理論（Theory of inventive problem solving，TRIZ）成功地揭示了創造發明的內在規律和原理，著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，其目標是完全解決矛盾，獲得最終的理想解[2]。TRIZ是一套解決實際問題的成熟的理論和方法體系[3]。該理論實用性強，并經過實踐檢驗，領域也從原先的發明改造向自然科學、社會科學、管理科學、生物科學等不同領域的技術問題發展[4]。因此本文不采用傳統研究思維，而利用TRIZ理論對本課題進行研究。

1 分析方法

1.1 功能分析

功能分析是指基于TRIZ系統中輸出與輸入的正常關系，來分析系統的各個部分的關系[5]，也是TRIZ梳理問題的基礎方法。那么泡菜產品的本質功能是食用，因此味道、色澤、口感是其最主要的性能指標，如圖1所示，對泡菜進行功能分析。

圖1 泡菜功能分析Fig.1 Analysis of pickle function

1.2 因果分析

經過功能分析，明確解決問題后，第二步就是要梳理清楚造成該問題出現的原因[6]，這一步常常會產生一對或幾對因-果的模式，因此稱為因果分析。

乳酸菌是泡菜發酵過程中的主要菌種，對泡菜風味生成起決定作用，同時乳酸菌還增加蔬菜的可消化性，并產生一些維生素與抗氧化劑[7]，因此乳酸菌是泡菜生產過程中無法簡化的步驟。

但是空包裝的泡菜會產生漲袋或真空度下降的現象，這是由Leuconostoc mesenteroides和Streptococcus等異型乳酸發酵菌屬產生的CO2引起，是一種正常現象[8]，其反應方程為：

C6H12O6+乳酸菌→C3H6O3（乳酸）+C2H5OH+CO2+能量[9]。

因此在本問題中，葡萄糖和乳酸菌為反應底物，溫度為反應條件，溫度范圍可以在15℃～40℃之間。因此，乳酸菌、葡萄糖和二氧化碳為問題的根本，方程式可以寫為：乳酸菌+葡萄糖 → 乙醇+乙酸+CO2。

解決問題的根本途徑就是在裝袋后，阻止本反應的進行。

1.3 沖突區域確定

經過因果分析后，便可以找到系統中的沖突，因此由1.2可知，本文系統中的沖突區域：產品期乳酸菌和葡萄糖。

1.4 理想解分析

理想解是拋去所有客觀條件，得到的最理想的解決方案，也是研究問題的最終目標[10]。針對泡菜發酵過程，理想解是能夠發酵預定程度，不影響泡菜色澤、口感和體態并且不產生氣體；產品中含葡萄糖和乳酸菌，并且它們之間在常溫下會反應，從而產生的氣體；不出現這種結果的條件：消除產品中的葡萄糖或乳酸菌，或者二者都存在，但不反應。

1.5 求解工具

由1.3可知，葡萄糖和乳酸菌在泡菜產品期是一對矛盾物質，而發酵過程可看做矛盾物質的作用場，于是泡菜產氣的問題可以采用物質-場的分析方法，進行分析。

1）確定系統的物質和場。

場為發酵場，矛盾物質可分別代表乳酸菌及葡萄糖。

2）建立物質-場模型，如圖2所示。

1.6 確定代表性的解

1）引入一種物質在產品期消除乳酸菌。

2）引入一種物質在產品期消除葡萄糖。

3

）引入一種物質在產品期消除CO2。

圖2 物質-場模型Fig.2 Model of material-field

由于泡菜是一種食品，根據《食品安全法》，不得添加非食品原料和GB 2760-2014《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》規定超劑量食品添加劑，并且考慮其運輸性，于是只采取3種方式解決該問題。

具體解的確定

1）滅菌、防腐劑，使乳酸菌失效。

2）生物反應：加強發酵程度，消耗葡萄糖。

為了使感測數據在UAV中正確解碼，發射功率應滿足最小信噪比，對于QPSK調制，其誤碼率為：則第i個IoT設備的發射功率為(mW)：

2 材料與方法

2.1 儀器

0.000 1 g分析天平：上海精密科學儀器有限公司；恒溫培養箱、水浴滅菌鍋：上海博迅實業有限公司；超凈工作臺：蘇州蘇潔凈化有限公司。

2.2 試劑

苯甲酸鈉、山梨酸鉀、脫氫乙酸鈉、尼泊金酯（對羥基苯甲酸酯）：化學純，天津市北聯精細化學品開發有限公司）；硫酸銅、亞甲基藍、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀鹽酸（31%）、乙酸鋅：化學純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

2.3 試驗方法

2.3.1 巴氏殺菌

將泡菜產品200 g進行封袋，然后投入到70、80、90℃的水浴滅菌鍋中，然后放入恒溫培養箱，30℃培養30 d，觀察其脹氣情況。

2.3.2 防腐劑試驗

市面上泡菜產品使用防腐劑大致有苯甲酸鈉、山梨酸鉀、脫氫乙酸鈉、尼泊金酯（對羥基苯甲酸酯）4種，4種防腐劑效果不同，作用微生物也不相同，分別取GB2760-2014《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》使用量的防腐劑放入200 g產品中，密封裝袋，30℃培養30 d，觀察其脹氣情況。

1）提高發酵溫度：采用 20、25、30、35 ℃不同溫度進行發酵，每隔3天測定還原糖含量。

2）延長發酵時間：在最佳溫度下進行發酵，每隔5天測定樣品中還原糖含量，同時對還原糖含量≤1.0 g/100 g樣品封袋，放入30℃培養箱內，培養30 d，觀察其產氣情況。

3 結果

3.1 不同滅菌條件下泡菜各指標的變化

不同滅菌條件下泡菜各指標的變化見表1。

表1 不同滅菌條件下泡菜各指標的變化Table 1 Changes of picklein different conditions of sterilization

通過表1可以看出，在不同滅菌條件下，樣品的產氣效果不同，其顏色和口感也不同，總的來說溫度越高、時間越長其顏色口感相差越大，因此只能采用最低溫度70℃，10 min作為最佳滅菌條件，但其口感也略有下降。

3.2 不同防腐劑對泡菜產氣的影響

不同防腐劑對泡菜產氣的影響見表2。

表2 不同防腐劑對泡菜產氣的影響Table 2 Influence of different preservatives to pickle

從表2對照結果可以看出：在泡菜中，苯甲酸鈉和脫氫乙酸鈉抑菌效果最為突出，而復合防腐劑中，苯甲酸鈉0.07%、山梨酸鉀0.03%效果最好。

3.3 不同發酵溫度下還原糖含量變化

不同發酵溫度下還原糖含量變化見圖3。

從圖3可以看出在30℃條件下，還原糖含量有較大范圍的下降，因為30℃為乳酸菌最適生長溫度，發酵進程被加快，因此在相同天數下讓發酵溫度保持在30℃有利于還原糖的消耗。

圖3 不同發酵溫度下還原糖含量變化Fig.3 Change of sugar in different fermentation temperature

3.4 不同發酵時間下還原糖含量及產氣效果

不同發酵時間下還原糖含量見圖4，產氣效果見表3。

圖4 不同發酵時間下還原糖含量Fig.4 Change of sugar in different fermentation time

表3 不同發酵時間下產氣效果Table 3 Effect of gas of pickle in different fermentation time

從圖4及表3所知，發酵時間到25 d后，還原糖含量趨于平穩且低于1.0 g/1 000 mL，經過漲袋試驗，發酵25 d的泡菜，在培養30 d的條件下不會產生漲氣，因此以25 d作為發酵周期。

4 結論

利用TRIZ方法可以更為系統、邏輯的分析問題和尋求解決方案，本文中的技術問題，如果不采用TRIZ方法，而用傳統的直線方式進行研究，最少需要2個發酵周期，而利用TRIZ方法同時進行多種解，只用1個發酵周期，就得到了理想解，大大縮短了研究周期和人力物力。

最終本文的理想解為：1）改進工藝：提高發酵溫度至30℃，延長發酵時間至25 d的工藝。2）改善配方：產品中加入苯甲酸鈉0.07%，山梨酸鉀0.03%。

[1]胡書芳,王雁平,乳酸菌在泡菜生產中的應用[J].安徽農業科技,2008,36(21)：9275-9276

[2]鄒嘗一.基于TRIZ理論的新型工業設計體系構建與應用[D].廣州：華南理工大學,2010：2

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[6]韓博.現代TRIZ理論中因果鏈分析應用研究[J].科技創新與品牌,2016(3)：47-49

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[9]尹利端.幾種泡菜的安全性研究與優良乳酸菌的分離、鑒定[D].北京：中國農業大學,2005：6

[10]檀潤華,王慶禹,苑彩云,等.發明問題解決理論：TRIZ[J].機械設計,2001(7)：7-11

Study on the Methods to Prevent of Gasproduced by Pickle Based on TRIZ

SONG Qian，PANG Yu-juan，WANG Chun-mei
（Tianjin Limin Condiment Co.，Ltd.，Tianjin 300308，China）

The problem of gasproduced by pickle was solved by TRIZ methods.Through analysis of this problem，the conflict between glucose and lactic acid bacteria was founded.After study fermentation as a field and glucose and lactic acid bacteria as substances，the standard solution was founded：1）improve process：increase fermentation temperature to 30 ℃，and extend fermentation time to 25 d，2）improve the recipe：add 0.07%sodium benzoate and 0.03%potassium sorbate into productions.

theory of inventive problem solving（TRIZ）；material-field；pickle；gasproduced by pickle

2016-10-13

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.025

宋茜（1984—），女（漢），工程師，碩士，從事調味品發酵、食品安全的研究。