基于模糊數(shù)學(xué)評價(jià)γ-氨基丁酸豆醬品質(zhì)

石川，王科

(成都工業(yè)學(xué)院，成都 611730)

豆醬是由微生物發(fā)酵豆類產(chǎn)品而制成的一種風(fēng)味獨(dú)特的調(diào)味醬，受到廣泛歡迎，特別是在亞洲地區(qū)[1-2]。由于世界各地的飲食習(xí)慣存在差異，豆醬被制成各種風(fēng)味的食品[3]。目前，我國生產(chǎn)的豆醬僅僅在中低端市場中占有一定的份額，而高端的豆醬類調(diào)味品主要從韓國和日本等國家進(jìn)口[4]。隨著人們生活水平的提高，附加值較高的豆醬產(chǎn)品需求日益增大[5]。

豆醬的生產(chǎn)具有當(dāng)?shù)氐奶厣贯u的品質(zhì)與當(dāng)?shù)氐募庸すに嚭臀⑸锒鄻有悦芮邢嚓P(guān)，這些條件的差異導(dǎo)致豆醬在發(fā)酵過程中氨基酸和一些有機(jī)物的差異較為明顯[6]。豆醬中富含多種小分子物質(zhì)和微生物代謝物質(zhì)，這些物質(zhì)具有降血脂、抗癌和降血糖等多種生物活性功能。已有研究結(jié)果表明，人類獲取異黃酮類物質(zhì)的主要來源為豆類產(chǎn)品[7]。

我國的豆醬生產(chǎn)歷史悠久，目前主要以規(guī)模化和小作坊等多種加工方式為主。在我國工廠化生產(chǎn)豆醬的過程中，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化和規(guī)模化生產(chǎn)，但是很多企業(yè)仍然采用在自然環(huán)境條件下發(fā)酵，不能保證豆醬的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率[8]。另外，在自然環(huán)境條件下發(fā)酵的豆醬生產(chǎn)周期長，微生物對原料的發(fā)酵速率低，加之我們對豆醬發(fā)酵過程中各種微生物之間的相互作用認(rèn)識(shí)度低，嚴(yán)重影響了豆醬產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展[9-10]。因此，研究豆醬深加工工藝，是我國豆醬產(chǎn)業(yè)工業(yè)化發(fā)展亟需解決的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

大豆、小麥粉、糙米和米曲霉孢子粉。

乙酸鈉、蔗糖、氯化鈉、濃鹽酸、氫氧化鈉、鄰苯二甲醛、去離子水、超純水、甲醇和β-巰基乙醇。

1.2 試驗(yàn)儀器和設(shè)備

微量移液管、酸度計(jì)、電子天平、超聲波清洗器、磁力攪拌器、數(shù)控超聲波清洗器、高速冷凍離心機(jī)、高效液相色譜儀、恒溫培養(yǎng)箱和烘箱。

1.3 γ-氨基丁酸豆醬制作工藝

把黃豆清洗干凈，去除品質(zhì)較差的黃豆，浸泡20 h，去掉豆子腥味，之后將黃豆蒸煮25 min，冷卻至40 ℃后，添加一定比例的小麥粉，混勻。接種0.1%的菌種(曲霉孢子粉)，設(shè)置空氣濕度為95%，溫度為25～28 ℃，將小麥粉與黃豆按照一定的比例混合發(fā)酵[11-12]。

1.4 γ-氨基丁酸豆醬感官評價(jià)

按表1中標(biāo)準(zhǔn)對γ-氨基丁酸豆醬的品質(zhì)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)感官評分，把γ-氨基丁酸豆醬的色澤、口感和組織形態(tài)3個(gè)因素分別標(biāo)記為C1、C2和C3，品質(zhì)的因素集合為C={C1，C2，C3}。3個(gè)因素的權(quán)重集合為0.4，0.2和0.4。γ-氨基丁酸豆醬中的隸屬度為Y={0.4，0.2，0.4}×R，R為模糊數(shù)學(xué)中的模糊矩陣。

表1 γ-氨基丁酸豆醬感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of γ-aminobutyric acid soybean paste

1.5 單因素試驗(yàn)

當(dāng)研究發(fā)酵時(shí)間對γ-氨基丁酸豆醬品質(zhì)影響時(shí)，設(shè)置鹽含量為14%，發(fā)酵溫度為35 ℃，不同發(fā)酵時(shí)間為20，25，30，35，40，45 d；當(dāng)研究鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬品質(zhì)影響時(shí)，設(shè)置發(fā)酵溫度為35 ℃，發(fā)酵時(shí)間為30 d，不同鹽含量為10%、12%、14%、16%、18%、20%；當(dāng)研究發(fā)酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬品質(zhì)影響時(shí)，設(shè)置鹽含量為14%，發(fā)酵時(shí)間為30 d，不同發(fā)酵溫度為20，25，30，35，40，45 ℃。

1.6 模糊數(shù)學(xué)正交組合試驗(yàn)

通過研究發(fā)酵溫度、鹽含量和發(fā)酵時(shí)間對γ-氨基丁酸豆醬中的氨基酸態(tài)氮、GABA含量和感官評分影響的單因素試驗(yàn)，得出γ-氨基丁酸豆醬制作的最佳工藝取值范圍，模糊數(shù)學(xué)正交試驗(yàn)因素水平見表2。

表2 模糊數(shù)學(xué)正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of fuzzy mathematics orthogonal test

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素優(yōu)化試驗(yàn)分析

2.1.1 發(fā)酵時(shí)間對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響

在傳統(tǒng)的豆醬發(fā)酵中，發(fā)酵都是在自然的環(huán)境條件下進(jìn)行，發(fā)酵時(shí)晝夜溫差大，蛋白酶中的酶活性低，從而導(dǎo)致豆醬發(fā)酵時(shí)間長，豆醬的品質(zhì)也因環(huán)境的影響而不穩(wěn)定。先前的研究結(jié)果表明，在恒溫的條件下，一般發(fā)酵時(shí)間在28 d，豆醬中的氨基酸態(tài)氮就能超過0.5 g/100 g[13]。

由圖1可知，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而增長，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過40 d時(shí)，GABA含量隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而緩慢增長，而氨基酸態(tài)氮的增長趨勢也逐漸趨于平穩(wěn)。這可能是由于發(fā)酵開始時(shí)，豆醬中蛋白質(zhì)豐富，微生物的代謝速率快速上升，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過40 d時(shí)，基質(zhì)中蛋白質(zhì)含量逐漸減少，但由于γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量一直在積累，所以氨基酸態(tài)氮及GABA含量一直呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。

圖1 發(fā)酵時(shí)間對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響Fig.1 Effect of fermentation time on the content of amino acid nitrogen and GABA in γ-aminobutyric acid soybean paste

隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，γ-氨基丁酸豆醬中的感官評分先升高后降低，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間小于35 d時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而逐漸升高；當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過35 d時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而逐漸降低。所以，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇發(fā)酵時(shí)間35 d作為最佳的發(fā)酵條件。

2.1.2 鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響

一般情況下，食鹽濃度的增加在一定程度上會(huì)抑制微生物的生長，且γ-氨基丁酸豆醬中含鹽量的高低均會(huì)對氨基酸態(tài)氮和GABA含量的高低造成影響，從而影響γ-氨基丁酸豆醬的品質(zhì)[14]。

由圖2可知，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著含鹽量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)γ-氨基丁酸豆醬中的含鹽量低于14%時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著含鹽量的增加而逐漸升高，當(dāng)γ-氨基丁酸豆醬中的含鹽量高于14%時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著含鹽量的增加而逐漸降低。這是由于當(dāng)鹽分低時(shí)，微生物能夠快速地生長繁殖，微生物代謝較快，產(chǎn)生的氨基酸態(tài)氮相對較多[15]；而當(dāng)鹽分過高時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬中的微生物繁殖受到了一定程度的抑制，從而使氨基酸態(tài)氮含量降低[16]；而GABA含量與氨基酸態(tài)氮含量具有明顯的相似性。

圖2 鹽含量對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響Fig.2 Effect of salt content on the content of amino acid nitrogen and GABA in γ-aminobutyric acid soybean paste

γ-氨基丁酸豆醬中含鹽量的變化也對感官評分產(chǎn)生了明顯的影響，當(dāng)含鹽量低于14%時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著鹽分的增加而升高；當(dāng)含鹽量高于14%時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著鹽分的添加而降低。所以，選擇γ-氨基丁酸豆醬中的食鹽添加量為14%進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.3 發(fā)酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響

傳統(tǒng)的豆醬發(fā)酵不需要控制發(fā)酵溫度，一般是在自然條件下進(jìn)行的，白天的溫度較高，夜晚的溫度較低，導(dǎo)致豆醬的發(fā)酵溫度變化較大[17]。但是在工業(yè)化生產(chǎn)中，恒溫發(fā)酵才能使豆醬的品質(zhì)更加穩(wěn)定[18]。

由圖3可知，豆醬中的氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵溫度的升高先升高后降低，當(dāng)發(fā)酵溫度小于30 ℃時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵溫度的升高而升高；當(dāng)發(fā)酵溫度大于30 ℃時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量隨著發(fā)酵的升高而降低。這是由于無論溫度過高或者過低，均會(huì)影響γ-氨基丁酸豆醬中微生物的生長和發(fā)育，使得γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量存在一定的差異。30 ℃最適合豆醬中米曲霉的生長發(fā)育。

圖3 發(fā)酵溫度對γ-氨基丁酸豆醬中氨基酸態(tài)氮及GABA含量的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on the content of amino acid nitrogen and GABA in γ-aminobutyric soybean paste acid

發(fā)酵溫度的改變也會(huì)造成豆醬的感官評分改變，隨著發(fā)酵溫度的升高，豆醬的感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高先升高后降低，當(dāng)發(fā)酵溫度低于30 ℃時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高而升高；當(dāng)發(fā)酵溫度高于30 ℃時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高而逐漸降低。

2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)及正交試驗(yàn)分析

對γ-氨基丁酸豆醬中的氨基酸態(tài)氮、GABA含量和感官評分進(jìn)行單因素影響分析后，得出γ-氨基丁酸豆醬制作的最佳工藝取值范圍，通過模糊數(shù)學(xué)對單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

表3 γ-氨基丁酸豆醬感官評價(jià)結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of γ-aminobutyric acid soybean paste

續(xù) 表

根據(jù)表2和表3中的正交試驗(yàn)和感官評價(jià)結(jié)果，對γ-氨基丁酸豆醬的3個(gè)不同影響因素進(jìn)行加權(quán)權(quán)重分析，得到9組加權(quán)分析結(jié)果，即模糊矩陣：

由模糊數(shù)學(xué)的計(jì)算原理，對9組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得綜合評價(jià)的隸屬度結(jié)果Yn：

Y1=[0.4,0.2,0.4]×X1[81,78,89]=83.6；

Y2=[0.4,0.2,0.4]×X2[85,88,75]=81.6；

Y3=[0.4,0.2,0.4]×X3[75,76,83]=78.4；

Y4=[0.4,0.2,0.4]×X4[89,79,68]=78.6；

Y5=[0.4,0.2,0.4]×X5[67,65,84]=77；

Y6=[0.4,0.2,0.4]×X6[81,84,76]=79.6；

Y7=[0.4,0.2,0.4]×X7[85,76,68]=76.4；

Y8=[0.4,0.2,0.4]×X8[78,85,85]=82.2；

Y9=[0.4,0.2,0.4]×X9[84,74,71]=76.8。

根據(jù)γ-氨基丁酸豆醬的感官評價(jià)方法，得到9組正交試驗(yàn)的豆醬品質(zhì)的感官評分：Y1=83.6，Y2=81.6，Y3=78.4，Y4=78.6，Y5=77，Y6=79.6，Y7=76.4，Y8=82.2和Y9=76.8。

由模糊數(shù)學(xué)計(jì)算獲得的感官評分中，感官評分大于80分的有第1組、第2組以及第8組，其中感官評分最高的是第1組，為83.6分。所以在加工制作γ-氨基丁酸豆醬時(shí)，可以采用發(fā)酵溫度30 ℃、鹽添加量12%和發(fā)酵時(shí)間25 d，使得γ-氨基丁酸豆醬的感官評分達(dá)到最高，為83.6分。

3 小結(jié)

γ-氨基丁酸豆醬的制作過程是食物中基質(zhì)降解的過程，發(fā)酵工藝的差異會(huì)造成發(fā)酵豆醬的品質(zhì)差異較大。目前的豆醬制作工藝相對較為粗放，不能很好地控制豆醬中的氨基酸態(tài)氮和GABA含量，不能保證豆醬的品質(zhì)[19]。為了在保證豆醬感官品質(zhì)的同時(shí)，維持豆醬中的氨基酸態(tài)氮和GABA含量，本研究使用模糊數(shù)學(xué)的方法，對γ-氨基丁酸豆醬的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化和分析，研究結(jié)果表明，當(dāng)γ-氨基丁酸豆醬的發(fā)酵溫度為30 ℃，鹽添加量為12%和發(fā)酵時(shí)間為25 d時(shí)，γ-氨基丁酸豆醬的感官評分最高。