基于模糊數學和電子鼻法優化熏牛肉加工工藝

冉樹瓊,黃均艷,詹毅

(1.重慶安全技術職業學院,重慶 404120;2.重慶工商大學,重慶 400067)

牛肉中富含營養成分,這些成分主要包括蛋白質、脂肪、礦物質和維生素,具有健胃、強健筋骨和增強機體免疫力等多種生物活性功效[1-2]。牛肉中含有多種礦物質元素,如鐵、鎂和鉀等,其中鐵元素的含量為豬肉的2倍以上[3];牛肉中也富含B族維生素,能夠快速恢復機體體能[4-5]。

煙熏食品歷史悠久,其不僅具有特殊的煙熏風味[6],而且能改善食品的顏色和質構,同時能增強食品的抗氧化性和抗菌性,從而有效地延長食品的儲藏時間[7-8]。傳統的煙熏方式在植物不完全燃燒時會產生一些氣味和顆粒物質,從而影響煙熏食物的品質[9-10]。近些年來,采用煙熏液來替代傳統煙熏方式已經被廣泛使用,煙熏液能夠減少食品中由于煙熏而帶入的成分,同時保持著特殊的煙熏香味,此外,抑制微生物生長的時間也得到了顯著提升[11-12]。

感官評價是一種較傳統的評價方式,采用感官評價會由于參與評價人員的感官存在差異,導致感官評價結果存在不準確性[13],本研究利用模糊數學、電子鼻和電子舌對熏牛肉的感官評價方式進行重建,旨在用數字化的方式為熏牛肉的品質評價帶來新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

牛肉購于當地農貿市場。幾種煙熏液的種類和添加量見表1。

表1 煙熏液種類及方案設計Table 1 Types of smoke liquid and scheme design

1.2 試驗儀器

低溫離心機、恒溫箱、電子鼻和電子舌。

1.3 試驗方法

1.3.1 電子鼻測定法

參考文獻[14]的相關研究。

1.3.2 電子舌測定法

參考文獻[15]的相關研究。

1.3.3 熏牛肉感官測定法

邀請10名具有感官評價經驗的人員參與熏牛肉的感官評價,評價指標見表2。

表2 熏牛肉感官評價測定標準Table 2 Determination standards of sensory evaluation of smoked beef

2 結果和討論

2.1 不同樣品電子舌分析結果

采用電子舌相關軟件對7組熏牛肉樣品進行數據分析,以成分1和成分2分別作為橫坐標和縱坐標,由圖1可知,成分1的貢獻率為61.231%,成分2的貢獻率為26.215%,成分1和成分2的累計貢獻率為87.446%,說明成分1和成分2已經包含了熏牛肉的絕大部分香氣成分,可以用于代表熏牛肉的整體品質。A號熏牛肉樣品和其他熏牛肉樣品分離較遠,其他熏牛肉的各個數據點相對較集中,說明電子舌分析能夠很好地區分不同熏牛肉之間的區別。此外,已經有相關研究結果表明,采用電子舌能夠很好地區分不同類型的調味品,且電子舌分析結果和感官評分結果一致。由于A號熏牛肉屬于空白對照樣品,所以和其他熏牛肉之間的差別明顯,D號樣品和E號樣品分布的區域較接近,說明這兩種熏牛肉之間香味成分存在一定的相似性。

圖1 不同的熏牛肉樣品電子舌分析結果Fig.1 Electronic tongue analysis results of differentsmoked beef samples

2.2 不同樣品電子鼻分析結果

電子鼻能夠測定出熏牛肉中復雜的香氣成分,是目前最先進的食品品質檢測方法之一。本試驗以熏牛肉中的成分1和成分2分別作為橫坐標和縱坐標,由圖2可知,熏牛肉中成分1的貢獻率為63.221%,成分2的貢獻率為26.215%,成分1和成分2的累計貢獻率為89.436%,說明成分1和成分2可以直接反映熏牛肉的品質。

我們使用的電子鼻有10個傳感器,分別用1～10表示,每個傳感器用于測定對應的香氣成分,即1對應芳烴類化合物,2對應氮氧化合物,3對應胺類物質,4對應氧化物類化合物,5對應烯烴類化合物,6對應極性分子類化合物,7對應烷烴類化合物,8對應硫化物或者芳香族化合物,9對應脂肪類化合物,10對應其他類化合物。

由圖2可知,6(極性分子類化合物),7(烷烴類化合物),8(硫化物或者芳香族化合物),9(脂肪類化合物)和10(其他類化合物)對成分1的貢獻較大;3(胺類物質),4(氧化物類化合物)和5(烯烴類化合物)對成分2的貢獻相對較大,且圖2中成分1的差異率遠大于成分2。

由圖3可知,熏牛肉樣品A和熏牛肉樣品B有所重疊,熏牛肉A和熏牛肉B在氣味上相對較接近,熏牛肉A未添加煙熏液,熏牛肉B雖然添加了煙熏液,但是其風味仍然較接近原始牛肉,保留了牛肉的原始風味。樣品E、樣品F和樣品G分布的區域較接近,說明這3種熏牛肉的氣味較接近,樣品C位于坐標的最右側,說明熏牛肉C和其他樣品在氣味上的差異較明顯。

圖3 不同熏牛肉樣品的電子鼻分析結果Fig.3 Electronic nose analysis results of different smoked beef samples

2.3 不同樣品模糊數學感官評價結果

感官評價的結果會因為個體存在差異導致結果存在不穩定性[16],因此利用模糊數學方法對感官評價結果進行定量化或者數字化分析。邀請20位參加感官評價的人員,對熏牛肉不同評價指標進行占比重要性的評價(見表3),評分結果表示5個重要因素和權重分別為顏色(0.2)、口感(0.1)、質地(0.3)、滋味(0.3)和回味(0.1),可轉換為權重α=(0.2,0.1,0.3,0.3,0.1)。

表3 影響熏牛肉重要因素分析Table 3 Analysis of important factors affecting smoked beef

感官評分人員對熏牛肉進行感官評分(見表4),其中每個評價指標的X分別表示X1(優秀)、X2(好)、X3(良好)和X4(差)。以熏牛肉樣品A作為例子,熏牛肉A的模糊數學評分集合為β,即β1=(1,3,3,3),β2=(3,2,1,4),β3=(3,2,2,3),β4=(3,3,2,2)和β5=(2,2,2,4)。

表4 不同煙熏液對熏牛肉感官等級的影響Table 4 Effects of different smoked liquids on the sensory grades of smoked beef

表5 熏牛肉模糊數學感官評價綜合評分Table 5 Comprehensive scores of smoked beef by fuzzy mathematics sensory evaluation

即熏牛肉樣品A的模糊數學矩陣為:

根據上述的操作方法對熏牛肉樣品B～G同樣進行模糊矩陣分析,即R2～R7:

已知熏牛肉的5個評價指標顏色、口感、質地、滋味和回味的權重分別為0.2,0.1,0.3,0.3,0.1,即α=(0.2,0.1,0.3,0.3,0.1)。根據模糊數學公式Y=β×α,即得到Y1=(0.25,0.25,0.21,0.29),Y2=(0.29,0.20,0.27,0.24),Y3=(0.36,0.18,0.26,0.20),Y4=(0.40,0.21,0.20,0.19),Y5=(0.33,0.23,0.20,0.24),Y6=(0.36,0.21,0.27,0.16),Y7=(0.33,0.27,0.24,0.16)。

模糊數學的綜合評分γ=Y×K,熏牛肉的4個等級X1(優秀)、X2(好)、X3(良好)和X4(差)的評分為K=(90,70,40,30);即熏牛肉A的綜合評分為熏牛肉γ1樣品的評分,為57.1;熏牛肉γ2樣品的評分為58.1;熏牛肉γ3樣品的評分為61.4;熏牛肉γ4樣品的評分為64.4;熏牛肉γ5樣品的評分為61.0;熏牛肉γ6樣品的評分為62.7;熏牛肉γ7樣品的評分為63.0。

2.4 電子鼻的模糊數學感官評分及灰色關聯度

灰色關聯度代表表征變化過程,電子鼻傳感器的歸一化處理和感官評分的關聯度分析見表6和表7。

表6 電子鼻傳感器歸一化處理Table 6 Normalization processing of electronic nose sensors

表7 電子鼻傳感器與感官評分之間的關聯度分析Table 7 Correlation analysis between electronic nose sensors and sensory scores

當采用電子鼻的關聯度分析時,傳感器上的相關系數均大于0.8(0.811 1～0.842 2),表示電子鼻傳感器測定的值和感官評分值之間的關聯系數較高。由表7可知,傳感器3(胺類物質),6(極性分子類化合物),10(其他類化合物)和7(烷烴類化合物)與熏牛肉感官評分之間的關聯度較高。感官評分和電子鼻之間的高度關聯性表示采用電子鼻測定熏牛肉能夠代表熏牛肉的品質。

3 小結

一直以來,感官評價是煙熏類食品的主要評價方法,但感官評價法存在一定程度的個體差異,為了減少差異[17],本研究利用電子舌、電子鼻和模糊數學對7組不同的熏牛肉風味進行分析和研究,研究結果表明,熏牛肉D的感官評分最高,為64.4;未添加煙熏液的空白對照A的感官評分最低,為57.1,說明采用煙熏液制作的熏牛肉能夠在一定程度上提高熏牛肉的品質;感官評分和電子鼻數據之間的相關度為0.811 1～0.842 2關聯度較大。