基于模糊數(shù)學(xué)研究干辣椒制作辣椒醬工藝

于長生，別瀟，李英強(qiáng)

(1.永城職業(yè)學(xué)院,河南 永城 476600；2.信陽學(xué)院,河南 信陽 464000)

辣椒是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，又被稱為辣子、地胡椒等，原產(chǎn)于拉丁美洲，隨后傳入我國，被廣泛栽培[1-2]。辣椒中富含維生素C、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)元素、氨基酸、生物堿等多種生物活性物質(zhì)[3]，具有消炎、殺菌、鎮(zhèn)痛等多種生物功效[4]。

辣椒作為藥食兩用的經(jīng)濟(jì)作物，在我國資源非常豐富[5]，栽培面積廣，產(chǎn)量較高[6]。我國的辣椒產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中重要的一環(huán)，并且在世界辣椒產(chǎn)業(yè)中占有重要的地位[7]。隨著辣椒種植面積的不斷擴(kuò)張，辣椒的深加工及其副產(chǎn)品生產(chǎn)和加工也逐漸得到重視[8]。目前，辣椒不僅作為調(diào)味品和蔬菜被食用，而且在工業(yè)食品、榨油和盆景等方面都被廣泛應(yīng)用[9]。

隨著飲食健康知識(shí)的普及，消費(fèi)者對(duì)食品的風(fēng)味、營養(yǎng)價(jià)值和保健功能越來越重視[10]。通過發(fā)酵制作的食物具有獨(dú)特風(fēng)味和益生功效，深受消費(fèi)者的喜愛[11-12]。

傳統(tǒng)的發(fā)酵辣椒制品采用自然發(fā)酵的方式進(jìn)行，主要集中在四川、貴州、陜西、湖南等地[13]。辣椒醬的自然發(fā)酵受發(fā)酵條件(溫度、濕度和微生物種類)的影響，不能保證產(chǎn)品的安全和穩(wěn)定[14]。本研究基于此，利用干辣椒作為原料，研究辣椒醬加工工藝，旨在為辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

辣椒(朝天椒)、乳酸菌：購于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)；丙三醇(分析純)、氫氧化鈉(分析純)、硝酸鈉(分析純)、碳酸鈣(分析純)：昆明云騰善生物科技有限公司。

DK-98-LA恒溫水浴鍋 天津儀器有限公司；SW-CI-2FD超凈工作臺(tái) 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；LRH-500CI恒溫培養(yǎng)箱 上海科學(xué)儀器有限公司；PHS-3C精密pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)

1.2.1.1 發(fā)酵溫度對(duì)辣椒醬品質(zhì)的影響

研究不同的發(fā)酵溫度(25，30，35，40，45 ℃)對(duì)辣椒醬總酸含量和pH值的影響，控制其他變量，乳酸菌接種量為2%、發(fā)酵時(shí)間為4 d、食鹽添加量為4%、蔗糖添加量為4%。

1.2.1.2 食鹽添加量對(duì)辣椒醬品質(zhì)的影響

研究不同的食鹽添加量(2%、4%、6%、8%、10%)對(duì)辣椒醬總酸含量和pH值的影響，控制其他變量，發(fā)酵溫度為35 ℃、乳酸菌接種量為2%、發(fā)酵時(shí)間為4 d、蔗糖添加量為4%。

1.2.1.3 蔗糖添加量對(duì)辣椒醬品質(zhì)的影響

研究不同的蔗糖添加量(2%、4%、6%、8%、10%)對(duì)辣椒醬總酸含量和pH值的影響，控制其他變量，發(fā)酵溫度為35 ℃、乳酸菌接種量為2%、食鹽添加量為4%、發(fā)酵時(shí)間為4 d。

1.2.2 模糊矩陣的建立

為了使感官評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)，利用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)辣椒醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 干辣椒醬感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2.1 確定評(píng)價(jià)對(duì)象集

待測(cè)樣品集合被稱為評(píng)價(jià)對(duì)象集，設(shè)定評(píng)價(jià)對(duì)象集Xn=(X1，X2，X3……Xn)。

1.2.2.2 確定感官評(píng)價(jià)因素集

影響判斷對(duì)象的指標(biāo)被稱為因素集，設(shè)定因素集U=(Z，γ，β)，分別代表干辣椒醬的顏色、口感和香味[15]。

1.2.2.3 確定感官評(píng)價(jià)權(quán)重集

不同因素對(duì)辣椒醬的感官評(píng)價(jià)影響不同，設(shè)定權(quán)重為I=(I1，I2，I3)，將辣椒醬的評(píng)價(jià)指標(biāo)顏色、口感和香味(Z，γ，β)的權(quán)重確定為0.4，0.3，0.3，即I=(0.4，0.3，0.3)。

1.2.2.4 確定感官評(píng)價(jià)綜合評(píng)分集和計(jì)算綜合評(píng)分

根據(jù)感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，依次計(jì)算每個(gè)對(duì)象集的感官評(píng)分，即Yn=(Z×0.4+γ×0.3+β×0.3)。

1.3 干辣椒醬感官評(píng)價(jià)指標(biāo)

邀請(qǐng)5名長時(shí)間從事感官評(píng)價(jià)的人員，對(duì)干辣椒醬進(jìn)行感官評(píng)分，以辣椒醬的顏色、口感和香味作為指標(biāo)，感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.4 模糊數(shù)學(xué)正交組合試驗(yàn)

通過單因素試驗(yàn)分析和研究，獲得干辣椒醬制作的最佳加工工藝取值范圍，以A(發(fā)酵溫度)、B(食鹽添加量)、C(蔗糖添加量)作為影響因素，感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)作為指標(biāo)，對(duì)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化分析，正交試驗(yàn)因素水平表見表2。

表2 模糊數(shù)學(xué)正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 發(fā)酵溫度對(duì)辣椒醬品質(zhì)的影響

在不同的發(fā)酵溫度條件下，辣椒醬總酸(乳酸)含量的變化見圖1。

圖1 發(fā)酵溫度對(duì)總酸含量的影響

隨著發(fā)酵時(shí)間的增長，不同的發(fā)酵溫度對(duì)辣椒醬中的總酸含量影響較大。在發(fā)酵前2 d，辣椒醬中的總酸含量快速增長。當(dāng)發(fā)酵第3天時(shí)，辣椒醬中總酸含量增長的速度逐漸減緩。當(dāng)發(fā)酵溫度為35 ℃時(shí)，辣椒醬中總酸含量增長的速度最快，且當(dāng)發(fā)酵第5天時(shí)，辣椒醬中的總酸含量最高，為35%。在相同的發(fā)酵時(shí)間下，當(dāng)發(fā)酵溫度為25～35 ℃時(shí)，辣椒醬中的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而增加；當(dāng)發(fā)酵溫度為35～45 ℃時(shí)，辣椒醬中的總酸含量隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸降低。這是由于發(fā)酵溫度的升高影響了辣椒醬中的微生物活性，從而影響了辣椒醬中的總酸含量[16]。

發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度對(duì)辣椒醬pH值的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵溫度對(duì)pH值的影響

隨著發(fā)酵時(shí)間的增長，辣椒醬中的酸度逐漸減小，pH值逐漸降低。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間小于1 d時(shí)，辣椒醬的pH值快速降低，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間大于1 d時(shí)，辣椒醬的pH值下降較為緩慢。這主要由兩個(gè)因素造成：一方面，辣椒醬中的營養(yǎng)物質(zhì)有限，微生物缺乏營養(yǎng)而造成產(chǎn)酸量減少；另一方面，由于過酸的環(huán)境影響了微生物的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)酸量減少。在相同的發(fā)酵時(shí)間下，當(dāng)發(fā)酵溫度低于35 ℃時(shí)，辣椒醬的pH值隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸增加；當(dāng)發(fā)酵溫度高于35 ℃時(shí)，辣椒醬的pH值隨著發(fā)酵溫度的升高而不再發(fā)生變化。

2.1.2 食鹽添加量對(duì)辣椒醬品質(zhì)的影響

由圖3可知，不同的食鹽添加量對(duì)辣椒醬中總酸含量的影響較為明顯。在相同的發(fā)酵時(shí)間下，隨著食鹽添加量的增加，辣椒醬中的總酸含量逐漸降低。當(dāng)食鹽添加量為2%～6%時(shí)，辣椒醬中的微生物能夠正常生長發(fā)育；當(dāng)食鹽添加量大于6%時(shí)，辣椒醬中的微生物生長發(fā)育已經(jīng)完全受到了阻止，辣椒醬中的總酸含量不再增加。所以，食鹽添加量為2%，發(fā)酵至第5天時(shí)，辣椒醬中的總酸含量最高，為32%。

圖3 食鹽添加量對(duì)總酸含量的影響

由圖4可知，不同的食鹽添加量對(duì)辣椒醬的pH值影響較為明顯。當(dāng)辣椒醬中的食鹽添加量為2%～6%時(shí)，pH值隨著發(fā)酵時(shí)間的延長而逐漸降低，且發(fā)酵至第5天時(shí)，添加2%～6%食鹽的辣椒醬的pH值基本保持一致。當(dāng)辣椒醬中的食鹽添加量為8%～10%時(shí)，辣椒醬的pH值基本不發(fā)生改變，這是由于過高的鹽含量抑制了辣椒醬中微生物的繁殖和增長。

圖4 食鹽添加量對(duì)pH值的影響

2.1.3 蔗糖添加量對(duì)辣椒醬品質(zhì)的影響

由圖5和圖6可知，不同的蔗糖添加量對(duì)辣椒醬的總酸含量和pH值影響不明顯。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為0～1 d時(shí)，辣椒醬中的總酸含量快速增加，pH值快速降低[17]。之后隨著發(fā)酵時(shí)間的增長，辣椒醬的總酸含量和pH值變化并不明顯[18]。

圖5 蔗糖添加量對(duì)總酸含量的影響

圖6 蔗糖添加量對(duì)pH值的影響

由表3可知，雖然蔗糖添加量對(duì)辣椒醬的總酸含量和pH值影響不明顯，但是對(duì)感官評(píng)價(jià)結(jié)果的影響較為明顯。將單因素試驗(yàn)和感官評(píng)價(jià)結(jié)果相結(jié)合，獲得的最佳辣椒醬制作工藝為發(fā)酵溫度35 ℃，感官評(píng)分為83；食鹽添加量6%，感官評(píng)分為82；蔗糖添加量4%，感官評(píng)分為84。

表3 單因素試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 基于模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化干辣椒醬制作工藝

采用模糊數(shù)學(xué)的方法，對(duì)影響干辣椒制作工藝的因素進(jìn)行加權(quán)。不同的組合，獲得的干辣椒醬感官評(píng)分不同，具體的感官評(píng)分結(jié)果見表4。

表4 干辣椒醬感官評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可知，不同的組合方式對(duì)干辣椒的感官評(píng)分結(jié)果存在一定程度的影響。經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)辣椒醬加工工藝組合A1B0C1為最佳加工工藝，即發(fā)酵溫度為35 ℃，食鹽添加量為3%，蔗糖添加量為4%。

3 小結(jié)

辣椒醬主要以酸、辣、鮮和香為獨(dú)特的風(fēng)味，且促進(jìn)食欲，有助消化，深受廣大消費(fèi)者的喜愛[19]。食鹽添加量、蔗糖添加量和發(fā)酵溫度是影響辣椒醬感官評(píng)分的重要因素。利用傳統(tǒng)方法對(duì)辣椒醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)時(shí)，會(huì)存在很多主觀性，從而造成辣椒醬的感官評(píng)價(jià)結(jié)果存在爭議[20]。模糊數(shù)學(xué)是一種研究模糊現(xiàn)象的評(píng)價(jià)方法，可以將模糊信息進(jìn)行數(shù)值定量評(píng)價(jià)，使結(jié)果更加客觀和科學(xué)。

本研究基于此，采用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)辣椒醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，獲得辣椒醬的最佳加工工藝，即辣椒醬的發(fā)酵溫度為35 ℃，食鹽添加量為3%，蔗糖添加量為4%，為辣椒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。