模糊數學分析優化以干豌豆為原料的脆豌豆的加工工藝

王小玉，王亞蘭

(鄭州工商學院，鄭州 451400)

豌豆又被稱為荷蘭豆、寒豆、麥豆、國豆等，屬于一年生草本植物，主要分布于亞洲、地中海等地區[1-2]。我國的豌豆栽培歷史悠久，豌豆的種植區域主要為我國的云南、貴州、四川和東三省地區[3]。

豌豆中含有豐富的蛋白質、膳食纖維和碳水化合物，含有較低的脂肪。品質較好的蛋白質(220 g/kg)能夠增強人體的免疫能力[4-5]。豌豆中也富含礦物質元素和維生素C，能夠補充人體所需的微量元素。豌豆皮由多糖、果膠類物質、纖維素、糖蛋白等組成，這些物質具有促進人體的胃腸道消化吸收、降血糖、降血脂等多種生物活性功效[6]。豌豆也是人們喜愛的一種蔬菜，它具有獨特的色澤和香味，能夠促進食物消化和吸收[7]。我國雖然有悠久的豌豆種植歷史，但是豌豆的工業化發展仍然處于起步階段，目前國內較為常見的豌豆是青豌豆和食莢豌豆[8-9]。

新鮮的豌豆采摘之后，在儲藏過程中失水會較為嚴重，且豌豆的細胞膜通透性的變化幅度較大，會發生皺縮現象，從而失去食用價值，所以豌豆的保鮮和加工技術非常重要[10]。李子晗等[11]研究了豌豆的速凍加工工藝，以增強豌豆的儲藏時間，從而減少損失。

油炸食品曾深受消費者的喜愛[12]，但隨著相關營養知識的普及、人們消費觀點的改變，高溫(160 ℃以上)食品越來越不受人們的歡迎[13]。常壓高溫條件下的豌豆營養物質受到了破壞，并產生一些致癌物質[14]，從而影響消費者的身體健康。本研究基于此，利用模糊數學的方法，采用高壓低溫對豌豆油炸工藝進行研究和優化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

干豌豆、菜籽油、新鮮豌豆、碳酸氫鈉、石油醚、食鹽、芥末粉。

1.2 試驗設備與儀器

真空油炸機、微波干燥機、電熱恒溫干燥箱、自動測色色差計、旋轉蒸發儀、質構儀、電子天平、冰箱。

1.3 油炸脆豌豆的感官評價

根據先前的研究結果制定油炸豌豆的感官評價標準，邀請8名經過專業訓練的感官評定人員對油炸豌豆進行感官評價[15-16]。對油炸豌豆的組織形態、顏色、滋味和口感進行綜合評分，具體的感官評價標準見表1。

表1 油炸脆豌豆感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standards of fried crispy peas

1.4 單因素試驗

采用單因素試驗對油炸豌豆的加工工藝進行研究和分析，控制其他所有的影響因素不變。料油比例為1∶30 (g/L)，油炸壓強為0.06 MPa，油炸溫度為105 ℃。

當研究料油比例對油炸豌豆脂肪含量或者水分含量的影響時，控制其他影響因素不變，改變料油比例為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 (g/L)。當研究油炸壓強對油炸豌豆脂肪含量的影響時，改變油炸壓強為0.04，0.06，0.08 MPa；當研究油炸溫度對豌豆脂肪含量的影響時，改變油炸溫度為95，105，115 ℃。

1.5 模糊數學正交試驗

利用模糊數學感官評價指標，對影響油炸豌豆變量的因素料油比例、油炸壓強和油炸溫度進行研究。先通過單因素試驗，對油炸豌豆的加工工藝進行初步的研究，再利用模糊數學對油炸豌豆加工工藝進行優化[17-18]。模糊數學正交試驗因素水平表見表2。

顯然,損失函數的值越小,表明模型的預測結果越準確。我們利用梯度下降法迭代地尋找損失函數的最小值,每一步迭代后通過反向傳播更新網絡中的權值ω,使得模型不斷優化。損失函數的梯度L可以表示為:

表2 模糊數學正交試驗因素水平Table 2 Factors and levels of fuzzy mathematics orthogonal test

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 新鮮豌豆和復水干豌豆真空油炸產品品質比較

新鮮豌豆和復水干豌豆的感官評價結果見表3。

表3 兩種豌豆產品的感官評價Table 3 Sensory evaluation of two pea products

由表3可知，復水干豌豆和新鮮豌豆在色度、脆感和風味方面具有顯著性差異(P<0.05)，在外觀、消費者喜好度和油膩感3個方面的差異不明顯。這主要是因為新鮮豌豆和經過復水的干豌豆只在營養物質方面存在一定的差異，在口感方面并沒有明顯的差異。所以通過利用干豌豆來生產油炸豌豆，能夠解決豌豆大量庫存的問題。

2.1.2 料油比例對油炸豌豆水分含量的影響

在油炸豌豆的過程中，豌豆水分蒸發和油脂吸收與料油比例有著明顯的關系。不同的料油比例對油炸豌豆中含水量的影響見圖1。

圖1 料油比例對油炸豌豆水分含量的影響Fig.1 Effect of material-oil ratio on the moisture content of fried peas

由圖1可知，隨著料油比例的增加，同一油炸時間下，豌豆中的含水量呈現增加的趨勢。這是由于隨著料油比例的增加，物料吸收的熱量增加，而熱傳導反而降低，水分蒸發的速率也降低[19]。

2.1.3 料油比例對油炸豌豆脂肪含量的影響

由圖2可知，料油比例不同，油炸豌豆中脂肪含量變化也不同。無論料油比例多大，隨著油炸時間的增加，豌豆中油脂都呈現增加的趨勢。當油炸時間小于10 min時，豌豆中的油脂隨著油炸時間的增加呈現快速增加的趨勢。當油炸豌豆時間大于10 min時，豌豆中的脂肪含量隨著油炸時間的增加而緩慢增加。尤其是當料油比例為1∶30 (g/L)時，豌豆中的油脂含量在油炸時間為16～18 min時呈現小幅度的降低。隨著料油比例由1∶10 (g/L)增加到1∶50 (g/L)，相同的油炸時間下，豌豆中的脂肪含量隨著料油比例的增加而逐漸降低。為了滿足消費者的需求，豌豆不能過于油膩，也不宜油炸過干，所以使用1∶30 (g/L)作為最佳的料油比例。

圖2 料油比例對油炸豌豆脂肪含量的影響Fig.2 Effect of material-oil ratio on the fat content of fried peas

2.1.4 油炸壓強對油炸豌豆脂肪含量的影響

由圖3可知，油炸壓強不同，豌豆中的脂肪含量也不同。隨著油炸壓強的增大，豌豆中的脂肪含量呈現增加的趨勢。當油炸壓強為0.04 MPa、油炸時間為20 min時，豌豆中的脂肪含量為28.8%。當油炸壓強為0.06 MPa、油炸時間為20 min時，豌豆中的脂肪含量為31.4%。當油炸壓強為0.08 MPa、油炸時間為20 min時，豌豆中的脂肪含量為32.7%。隨著油炸時間的增加，豌豆中的脂肪含量也呈現緩慢增加的趨勢。為了避免豌豆中含有過高的脂肪，選用0.06 MPa作為最佳的油炸壓強。

圖3 油炸壓強對油炸豌豆脂肪含量的影響Fig.3 Effect of frying pressure intensity on the fat content of fried peas

2.1.5 油炸溫度對油炸豌豆中脂肪含量的影響

由圖4可知，不同的油炸溫度對豌豆中脂肪含量的影響也不同。隨著油炸溫度的升高，豌豆中的脂肪含量呈現增加的趨勢。隨著油炸時間的增加，豌豆中的脂肪含量也呈現增加的趨勢。當油炸時間小于10 min時，豌豆中的脂肪含量隨著油炸時間的增加呈現快速增加的趨勢。當油炸時間大于10 min時，豌豆中的脂肪含量隨著油炸時間呈現緩慢增加的趨勢。由于豌豆中的最佳油脂含量為29%～31%，所以選用105 ℃作為最佳的油炸溫度。

圖4 油炸溫度對油炸豌豆脂肪含量的影響Fig.4 Effect of frying temperature on the fat content of fried peas

2.2 模糊數學感官評價分析

根據單因素試驗，將油炸溫度(A)、油炸壓強(B)和料油比例(C)作為變量因子，以感官評分作為指標(Xn)，利用模糊數學方法，對豌豆的最佳加工工藝進行優化分析。3個變量因子對油炸脆豌豆的感官評價結果見表4。

表4 油炸脆豌豆模糊數學感官評價結果Table 4 Fuzzy mathematics sensory evaluation results of fried crispy peas

根據表4中的油炸溫度(A)、油炸壓強(B)和料油比例(C)3個變量因子，對油炸脆豌豆進行加權分析，獲得模糊數學矩陣：

根據模糊數學理論，對油炸豌豆的模糊矩陣進行計算分析，獲得9組模糊數據：

Y1=[0.3,0.3,0.4]×X1[80,87,88]=85.3，

Y2=[0.3,0.3,0.4]×X2[81,78,74]=81.3，

Y3=[0.3,0.3,0.4]×X3[70,71,81]=74.7，

Y4=[0.3,0.3,0.4]×X4[81,78,61]=72.1，

Y5=[0.3,0.3,0.4]×X5[65,68,83]=73.1，

Y6=[0.3,0.3,0.4]×X6[80,86,71]=78.2，

Y7=[0.3,0.3,0.4]×X7[81,77,78]=78.6，

Y8=[0.3,0.3,0.4]×X8[71,84,87]=81.3，

Y9=[0.3,0.3,0.4]×X9[81,78,78]=78.9。

油炸脆豌豆的加工工藝受油炸溫度、油炸壓強和料油比例3個變量因子的影響，根據模糊數學原理，對3個變量因子分別進行加權計算，獲得9組數據。即Y1=85.3，Y2=81.3，Y3=74.7，Y4=72.1，Y5=73.1，Y6=78.2，Y7=78.6，Y8=81.3和Y9=78.9。以上9組模糊數據中，感官評分最低的為Y4=72.1，即料油比例為1∶20 (g/L)，油炸壓強為0.06 MPa和油炸溫度為95 ℃。感官評分最高的為Y1=85.3，即料油比例為1∶20 (g/L)，油炸壓強為0.04 MPa和油炸溫度為105 ℃。

3 小結

新鮮的豌豆在集中采收的季節會出現一時供大于求的情況，而銷售不完的豌豆如果不及時處理，將會出現失水皺縮和木質化現象，另外，豌豆容易受到微生物的侵染而產生褐變，引發褐斑病，不易儲藏[20]。而將豌豆干燥之后，容易儲藏，也容易將豌豆運送到其他的地區進行銷售。以豌豆作為主要原材料的油炸豌豆膨化食品深受消費者的喜愛。本研究基于此，對干豌豆進行復水之后，采用高壓低溫進行油炸，獲得油炸豌豆，解決了豌豆供應過剩的問題。結果表明，即食油炸豌豆的最佳加工工藝為料油比例1∶20 (g/L)、油炸壓強0.04 MPa、油炸溫度105 ℃。