模糊數(shù)學(xué)在蝦味香精加工工藝研究中的應(yīng)用

曾志強(qiáng)，劉曉春

(南昌理工學(xué)院，南昌 330044)

隨著對(duì)蝦產(chǎn)量的增長(zhǎng)和海洋生物加工工藝的不斷發(fā)展，以蝦為原材料進(jìn)行生物酶解，生產(chǎn)蝦味醬油和蝦味雞精等調(diào)味品，能夠有效保留原有的氨基酸成分，提供人體所必需的多種氨基酸[1-2]。蝦味產(chǎn)品的感官指標(biāo)和物理指標(biāo)均較好，在食品評(píng)價(jià)過(guò)程中能夠較好地對(duì)原有的各種營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行保留[3]。在食品綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)過(guò)程中，經(jīng)常采用感官指標(biāo)評(píng)價(jià)、物理指標(biāo)分析以及化學(xué)指標(biāo)測(cè)定的方式，其中感官綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)為主導(dǎo)方法，但感官評(píng)價(jià)過(guò)程容易受到主觀因素的影響，將模糊數(shù)學(xué)與感官綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確、客觀地進(jìn)行食品品質(zhì)評(píng)價(jià)，同時(shí)避免評(píng)價(jià)過(guò)程中主觀因素的影響。本文利用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，對(duì)蝦味香精制備過(guò)程中的美拉德反應(yīng)進(jìn)行分析，研究蝦味香精制備的最佳配方，同時(shí)采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)蝦味香精進(jìn)行感官綜合評(píng)價(jià)，為蝦味香精工業(yè)化生產(chǎn)配方優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。

1 蝦味香精樣品制備與分析方法

在制備蝦味香精時(shí)，首先需要制作蝦酶解液。利用高速組織搗碎機(jī)將對(duì)蝦進(jìn)行攪碎處理，放置后形成蝦漿，稱取適量蝦漿于去離子水中，并放置于酶解反應(yīng)容器中，使用磁力攪拌的方式進(jìn)行均勻處理和升溫，當(dāng)溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，放置10 min，使蝦漿混合溶液變性，再進(jìn)行降溫處理，當(dāng)溫度達(dá)到55 ℃時(shí)，堿性蛋白酶活性達(dá)到最高，此時(shí)將混合液的pH值調(diào)節(jié)為8，加入堿性蛋白酶，對(duì)混合溶液進(jìn)行3 h酶解；酶解完成后將混合液溫度調(diào)節(jié)至50 ℃，混合液pH值調(diào)節(jié)為8，加入風(fēng)味蛋白酶繼續(xù)酶解1 h，酶解完成后進(jìn)行升溫處理，在90 ℃條件下保存溶液10 min，此時(shí)溶液中所添加的堿性蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶均喪失活性；將混合溶液進(jìn)行離心處理，離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度為10000 r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為10 min，離心完成后取溶液上清液作為制備蝦味香精時(shí)所用的蝦酶解液[4-6]。

稱取適量的L-精氨酸、L-丙氨酸、L-蛋氨酸、阿拉伯糖、木糖，并混合一定的維生素B和維生素C，加入蝦酶解液中，放置于燒杯中使用磁力攪拌機(jī)進(jìn)行均勻處理，將溶液pH值調(diào)節(jié)為7，量取適量混合溶液加入美拉德反應(yīng)瓶中，加入少量豆油，將容器密封并置于油浴鍋中進(jìn)行加熱，溶液反應(yīng)30 min后，將其冷卻至室溫，此時(shí)對(duì)溶液香氣進(jìn)行感官綜合評(píng)價(jià)[7-8]。

對(duì)前期試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析[9-10]，確定蝦味香精均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中參與反應(yīng)的配方為蝦酶解液、阿拉伯糖、木糖、L-精氨酸、L-丙氨酸、L-蛋氨酸、維生素B、維生素C、食鹽、油。在均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，確定試驗(yàn)因素為6個(gè)，其試驗(yàn)區(qū)域見表1。同時(shí)加入食鹽0.5 g、食用油0.5 g、維生素B 0.05 g和維生素C 0.2 g。

表1 蝦味香精均勻試驗(yàn)因素區(qū)間Table 1 Factor interval of shrimp-flavor essence uniform test g

根據(jù)表1，確定蝦酶解液均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，見表2。

表2 蝦味香精均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 2 Uniform test design scheme of shrimp-flavor essence g

蝦味香精均勻試驗(yàn)完成后，采用模糊數(shù)學(xué)原理對(duì)其進(jìn)行感官綜合評(píng)價(jià)，感官綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3[11]。根據(jù)感官評(píng)價(jià)體系方法，設(shè)定評(píng)價(jià)過(guò)程因素集U和評(píng)語(yǔ)集V：

表3 蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Comprehensive sensory evaluation standard for shrimp-flavor essence

從因素集U到評(píng)語(yǔ)集V之間映射R，假設(shè)模糊集加權(quán)數(shù)為X={X1,X2,X3}，則感官綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可表示為Y=X·R[12]。

邀請(qǐng)30位評(píng)審專家，對(duì)蝦味香精分別從色澤、香氣、組織形態(tài)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)得出各影響因素權(quán)重，其中色澤對(duì)蝦味香精品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)影響權(quán)重為0.3，香氣對(duì)蝦味香精品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)影響權(quán)重為0.4，組織形態(tài)對(duì)蝦味香精品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)影響權(quán)重為0.3，因此可以得出影響因素權(quán)重集為[13]：

X={色澤，香氣，組織形態(tài)}={0.3,0.4,0.3}。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

均勻試驗(yàn)完成后，感官綜合評(píng)價(jià)人員對(duì)12組均勻試驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)色澤、香氣、組織形態(tài)3個(gè)不同的評(píng)價(jià)因素進(jìn)行打分，統(tǒng)計(jì)每組試驗(yàn)所得蝦味香精3個(gè)評(píng)價(jià)因素優(yōu)秀、良好、一般、差所占的比例，由此可以得到模糊關(guān)系矩陣[14-15]。蝦味香精均勻試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

表4 蝦味香精均勻試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Evaluation results of uniform test for shrimp-flavor essence

續(xù) 表

由此可以計(jì)算得出每組均勻試驗(yàn)所得蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，12組均勻試驗(yàn)所得蝦味香精樣品模糊關(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表5[16]。

表5 蝦味香精均勻試驗(yàn)?zāi)：P(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Comprehensive evaluation results of fuzzy relationship in shrimp-flavor essence uniform test

蝦味香精綜合評(píng)價(jià)模糊關(guān)系方差分析結(jié)果見表6，蝦味香精均勻試驗(yàn)因素回歸系數(shù)見表7，當(dāng)P<0.01時(shí)表示數(shù)據(jù)差異極顯著，當(dāng)0.01

表6 蝦味香精綜合評(píng)價(jià)模糊關(guān)系方差分析結(jié)果Table 6 Results of variance analysis of fuzzy relationship for comprehensive evaluation of shrimp-flavor essence

表7 蝦味香精均勻試驗(yàn)因素回歸系數(shù)Table 7 Regression coefficient of shrimp-flavor essence uniform test factors

由表7可知，在蝦味香精均勻試驗(yàn)過(guò)程中，木糖、L-丙氨酸和L-蛋氨酸對(duì)蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)的影響不顯著，蝦酶解液和L-精氨酸對(duì)蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)的影響顯著，阿拉伯糖對(duì)蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)的影響極顯著。

根據(jù)蝦味香精均勻試驗(yàn)因素回歸系數(shù)，可以得出蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)影響因素線性回歸方程：Y=0.198+0.112A1-2.921A2-0.102A3-1.801A4+0.919A5+

1.425A6。

對(duì)回歸方程進(jìn)行分析，模型中P值為0.043，P<0.05，表明模型顯著。當(dāng)A1=20，A2=0.1，A3=0.2，A4=0.1，A5=0.6，A6=0.6時(shí)，感官綜合評(píng)價(jià)達(dá)到最大值3.35。由此可以得出蝦味香精的最佳工藝配方為蝦酶解液添加量20 g、阿拉伯糖添加量0.1 g、木糖添加量0.2 g、L-精氨酸添加量0.1 g、L-丙氨酸添加量0.6 g、L-蛋氨酸添加量0.6 g。

3 蝦味香精工藝配方試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)價(jià)

利用上述所得到的最佳工藝配方進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并采用模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析。蝦味香精生產(chǎn)工藝配方驗(yàn)證試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)見表8。

表8 蝦味香精配方驗(yàn)證試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)Table 8 Sensory evaluation of shrimp-flavor essence formula verification test

驗(yàn)證試驗(yàn)所得蝦味香精樣品模糊關(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表9。

表9 蝦味香精驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)：P(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 9 Comprehensive evaluation results of fuzzy relationship in shrimp-flavor essence verification test

驗(yàn)證試驗(yàn)所得蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果之間的偏差為2.38%，由此說(shuō)明利用模糊數(shù)學(xué)所得蝦味香精配方工藝合理可信。綜上所述，本文利用模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)法分析得出蝦味香精最優(yōu)化配方比(見表10),同時(shí)加入食鹽0.5 g、食用油0.5 g、維生素B 0.05 g和維生素C 0.2 g。

表10 蝦味香精最優(yōu)化配方比Table 10 The optimal formula ratios of shrimp-flavor essence

4 結(jié)論

利用模糊數(shù)學(xué)原理建立蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)方法，并采用均勻試驗(yàn)的方式確定蝦味香精制備的最佳工藝配方，試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，分析所得最佳工藝配方制備的蝦味香精感官綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果之間的偏差小于5%，表明本文所得蝦味香精優(yōu)選配方具有較高的可信度，同時(shí)表明模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)法能夠有效進(jìn)行蝦味香精工藝配方優(yōu)化。