模糊數(shù)學(xué)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化番茄調(diào)味醬的配方

代文婷,吳 宏,*,邢麗杰,賈文婷,吳洪斌,馬自強(qiáng)

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,新疆石河子 832000;2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室,新疆石河子 832000;3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院,新疆石河子 832000;4.新疆冠農(nóng)果茸集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心,新疆庫爾勒 841000)

調(diào)味醬含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪及微量元素,味道鮮美、方便食用、增進(jìn)食欲,是極佳的日常佐餐[1-2]。隨著生活水平的提高和健康意識的增強(qiáng),調(diào)味醬種類多樣化，風(fēng)味也層出不窮,人們追求風(fēng)味獨特的同時,更關(guān)注營養(yǎng)功能。研制出風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富的調(diào)味醬,已經(jīng)成為眾多業(yè)內(nèi)人士研究的熱點。

研究表明[3-5],食用番茄或番茄制品可以降低罹患心血管疾病和多種癌癥的風(fēng)險。番茄醬是一種濃縮番茄制品,富含的番茄紅素具有清除自由基、抗氧化、降血脂、防治心血管疾病、提高免疫力等功效[6-8]。番茄醬作為一種重要的調(diào)味產(chǎn)品,在調(diào)味品行業(yè)中被廣泛應(yīng)用,相關(guān)調(diào)味醬產(chǎn)品主要有毛酸漿番茄復(fù)合調(diào)味醬[9]、大豆膳食纖維番茄醬[10]、花生芝麻番茄醬[11]、番茄辣醬[12]等。但其產(chǎn)品開發(fā)多是經(jīng)過煮制加工,用植物油炒制的番茄調(diào)味醬較少,產(chǎn)品形式較為單一。在我國，番茄加工主要是以番茄醬為主的初級加工,調(diào)味番茄醬生產(chǎn)很少,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足消費者的需求。因此,研制出新口味、高質(zhì)量的番茄調(diào)味醬對豐富調(diào)味醬品種、增加其營養(yǎng)價值,同時改善番茄醬單一口味和提高產(chǎn)品附加值等具有重要意義。

感官特性是評價番茄調(diào)味醬質(zhì)量的一個重要指標(biāo),目前普遍采用的是傳統(tǒng)感官評價方法對番茄調(diào)味醬進(jìn)行評定,但食品的感官屬性如色澤、氣味、組織狀態(tài)等,往往具有模糊性,傳統(tǒng)的感官評價法主觀性強(qiáng)、穩(wěn)定性差,而模糊數(shù)學(xué)綜合評定法可對這些屬性作出定量化和數(shù)學(xué)化的描述,很大程度上克服了主觀因素的影響,使評價結(jié)果更加客觀科學(xué)[13-14]。模糊數(shù)學(xué)綜合評定法已廣泛應(yīng)用于紅燒肉[15]、麥麩香茶[16]、豬肉丸[17]等研究中,但在番茄調(diào)味醬中的應(yīng)用研究鮮見報道。

將模糊數(shù)學(xué)綜合評定法應(yīng)用于番茄調(diào)味醬評價中可以綜合考慮各感官屬性對產(chǎn)品的影響,從而作出客觀準(zhǔn)確的評價。本研究擬通過模糊數(shù)學(xué)感官評定法結(jié)合響應(yīng)面分析法,確定番茄調(diào)味醬的最佳配方,旨為番茄調(diào)味醬工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù),為番茄醬深加工提供新的思路和方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原味番茄醬(可溶性固形物含量>28%) 新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司;豆豉、食鹽、植物油、白砂糖、味精、5′-呈味核苷酸二鈉、干辣椒塊、辣椒粉、姜、蒜、花生、白醋、醬油(均為食品級) 市售。

HR-2006飛利浦打漿機(jī) 飛利浦電子香港有限公司;CH2176J電磁爐 廣東格蘭仕生活電器制造有限公司;家用炒鍋 蘇泊爾集團(tuán)有限公司;YH-A2003電子天平 五鑫衡器有限公司;FA1104N型電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;Waters Xevo TQ-S型LC-MS/MS儀 美國Waters公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 稱量→調(diào)配→炒制→灌裝→殺菌→冷卻→檢驗→成品。

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 預(yù)處理 選擇無腐爛的蒜、姜,去皮清洗后切成2 mm左右的小丁,將炒熟的花生去衣后切成2～4 mm的花生碎,待用。

1.2.2.2 調(diào)配 復(fù)合調(diào)味料配方按干辣椒塊3%、味精2%、辣椒粉5%、5′-呈味核苷酸二鈉0.1%,蒜丁4%、姜丁4%、白醋3%、醬油3%、白砂糖5%進(jìn)行調(diào)配。

1.2.2.3 炒制 將鍋加熱后,倒入植物油,再倒入原味番茄醬、豆豉、復(fù)合調(diào)味料及5%花生碎,不斷翻炒,以防粘鍋,溫度控制在120 ℃左右,10～15 min后放入鹽,翻炒均勻后起鍋,室溫下靜置冷卻、灌裝。

1.2.2.4 殺菌、冷卻 將灌裝好的番茄調(diào)味醬置于100 ℃沸水中殺菌30 min,采用分段冷卻[18]的方式快速冷卻至室溫。

1.2.3 感官評定方法 由10名專業(yè)人員(5男5女)組成評價小組,按照番茄調(diào)味醬感官評價標(biāo)準(zhǔn),見表1。分別從色澤、組織形態(tài)、滋味三方面評分,為提高評定的可信度,要求感官評定人員身體健康、無任何感覺方面的缺陷,在評定前1 h不喝酒,不吸煙,不吃辛辣等刺激性食物,評定過程中禁止相互討論,評定一個樣品后,需以清水漱口并間隔10 min再評定下一個樣品[19]。

表1 番茄調(diào)味醬感官評定標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 模糊數(shù)學(xué)模型的建立 以色澤、組織形態(tài)、滋味3項指標(biāo)組成因素集U={色澤u1,組織形態(tài)u2,滋味u3};以優(yōu)秀、一般、較差為評語集V={優(yōu)秀v1,一般v2,較差v3},以10分為標(biāo)準(zhǔn),v1為7～10分,v2為4～6分,v3為1～3分,各級評語集對應(yīng)的感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。根據(jù)感官評定結(jié)果,建立3個單因素評價矩陣,用模糊數(shù)學(xué)評價方法進(jìn)行分析。

1.2.5 單因素實驗 根據(jù)復(fù)合調(diào)味料配方及工藝流程,以感官評分為考察指標(biāo),研究原味番茄醬、植物油、鹽、豆豉的添加量(各原輔料添加量占番茄調(diào)味醬總量的比例,用百分?jǐn)?shù)表示)對番茄調(diào)味醬感官評分的影響。

1.2.5.1 原味番茄醬添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響 固定植物油30%,鹽1%,豆豉5%,研究原味番茄醬添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%時對番茄調(diào)味醬感官評分的影響。

1.2.5.2 植物油添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響 固定原味番茄醬20%,鹽1%,豆豉5%,研究植物油添加量分別為25%、30%、35%、40%、45%時對番茄調(diào)味醬感官評分的影響。

1.2.5.3 鹽添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響 固定原味番茄醬20%,植物油30%,豆豉5%,研究鹽添加量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2%、2.5%時對番茄調(diào)味醬感官評分的影響。

1.2.5.4 豆豉添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響 固定原味番茄醬20%,植物油30%,鹽1%,研究豆豉添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%時對番茄調(diào)味醬感官評分的影響。

1.2.6 響應(yīng)面試驗設(shè)計 在單因素實驗基礎(chǔ)上,以原味番茄醬添加量(A)、植物油添加量(B)、鹽添加量(C)、豆豉添加量(D)為響應(yīng)因素,以感官評分為響應(yīng)值,采用Design-Expert V 8.0.6.1軟件設(shè)計4因素3水平響應(yīng)面分析試驗,其因素與水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗因素水平表

1.2.7 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)檢驗 酸價參考GB5009.229的規(guī)定檢驗;過氧化值參考GB5009.227的規(guī)定檢驗;黃曲霉毒素B1參考GB5009.22的規(guī)定檢驗;菌落總數(shù)參考GB4789.2的規(guī)定檢驗;致病菌:沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌分別按GB/T 4789.4、GB/T 4789.5、GB/T 4789.10的規(guī)定檢驗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組試驗做3次平行,采用Origin 7.5作圖,SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評定結(jié)果

2.1.1 確定質(zhì)量因素權(quán)重集X 試驗采用用戶調(diào)查法[13]確定色澤、組織形態(tài)、滋味3項指標(biāo)的權(quán)重。隨機(jī)選取10名不同專業(yè)和年齡階段的評定員,根據(jù)個人喜好程度,對3項指標(biāo)的重要性打分,總分100分。各項指標(biāo)的得分與總分的比重即為權(quán)重,最后求出各項指標(biāo)的權(quán)重平均值,結(jié)果見表3。

3項番茄調(diào)味醬的質(zhì)量因素的權(quán)重集合為:X=(x1,x2,x3)=(0.26,0.29,0.45)。由表3可知,在3項影響番茄調(diào)味醬的質(zhì)量因素中,滋味所占權(quán)重最大,其次是組織形態(tài),權(quán)重最小的是番茄調(diào)味醬的色澤。這與張民等[20]對黑蒜醬質(zhì)量因素權(quán)重的確定結(jié)果較為相似。

表3 番茄調(diào)味醬權(quán)重得分表

2.1.2 模糊矩正的建立及綜合評價結(jié)果 由10名感官評價員對番茄調(diào)味醬樣品進(jìn)行感官評定,統(tǒng)計各個因素在每個等級中的票數(shù)分布。將各等級的票數(shù)除以總評定人數(shù)得到Cij(i=1,2,3…m;j=1,2,3…n),根據(jù)對各試驗樣品不同指標(biāo)的得票結(jié)果,得到模糊關(guān)系矩陣。

其中k=1,2,3…t為樣品編號,每一行代表一個評價因素的評價結(jié)果。依據(jù)模糊矩陣變換原理W=X×R,計算對第k號樣品的綜合評價結(jié)果Wk=X×Rk。

計算出各試驗樣品的綜合評價結(jié)果后,對評價標(biāo)準(zhǔn)賦值(v1=9,v2=6,v3=3),二者相應(yīng)相乘再相加[14],最終得出各組樣品的綜合感官評分Y。

2.2 單因素實驗結(jié)果

單因素實驗結(jié)果如圖1A～D所示。如圖1A所示,隨著原味番茄醬添加量的增加,番茄調(diào)味醬的感官評分呈先增大后降低的趨勢,當(dāng)原味番茄醬添加量為20%時,感官評分達(dá)到最高值,繼續(xù)增加原味番茄醬添加量至25%時,感官評分略有降低,差異不顯著(p>0.05),若繼續(xù)增加番茄醬添加量,感官評分明顯降低。原味番茄醬的增多致使醬體組織狀態(tài)粘稠成糊狀[21],適口性變差,又出于工業(yè)生產(chǎn)中成本核算的考慮,后續(xù)試驗中選擇原味番茄醬添加量20%為宜。

如圖1B所示,隨著植物油添加量的增加,番茄調(diào)味醬的感官評分呈先上升后下降的趨勢,當(dāng)植物油添加量為35%時,感官評分達(dá)到最大值,若繼續(xù)增加植物油,會使醬體變稀,適口性變差,綜合感官評分下降。故而選擇植物油添加量35%為宜。

如圖1C所示,番茄調(diào)味醬的感官評分曲線呈先上升后下降的趨勢,當(dāng)鹽添加量為1%時,感官評分達(dá)到最大值,而后隨鹽添加量的不斷增加,適口性變差,感官評分逐漸下降,故選擇鹽添加量1%為宜。

由圖1D可以看出,番茄調(diào)味醬的感官評分隨豆豉添加量的增加呈先上升后下降的趨勢,當(dāng)豆豉添加量為10%時,番茄調(diào)味醬感官評分達(dá)到最大值,若繼續(xù)提高豆豉添加量,感官評分則逐漸降低,豆豉的增多導(dǎo)致醬體色澤暗沉,組織狀態(tài)粗糙,還會掩蓋番茄醬的風(fēng)味,綜合考慮選擇豆豉添加量為10%。

圖1 單因素實驗結(jié)果

2.3 響應(yīng)面結(jié)果

2.3.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果 響應(yīng)面法優(yōu)化番茄調(diào)味醬的試驗結(jié)果如表4。并對表4的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到感官評分Y對原味番茄醬添加量、植物油添加量、鹽添加量、豆豉添加量4個因素的二次多項回歸模型:

表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果

Y=8.42+0.48A+0.55B+0.14C-0.39D+0.43AB-0.44AC+0.07AD-0.6BC-0.11BD-0.034CD-1.29A2-1.05B2-0.95C2-1.42D2

對模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表5。

表5 回歸模型的方差分析

從表5方差分析結(jié)果可以看出,模型極顯著(p<0.0001),方差的失擬項不顯著(p=0.1980>0.05),說明回歸模型對響應(yīng)值擬合良好;回歸方程的決定系數(shù)R2=0.9503,相關(guān)性較好,能夠反映出95.03%的響應(yīng)值變化,可由方程中的4個因素解釋[22-23]。從4個因素A、B、C、D對感官評分的影響來看,方程的一次項A、B和D的回歸系數(shù)極顯著(p<0.01),說明原味番茄醬、植物油和豆豉的添加量對番茄調(diào)味醬的感官評分均有極顯著影響;所有二次項對番茄調(diào)味醬感官評分也均有極顯著影響(p<0.01);交互項BC極顯著(p<0.01),說明植物油和鹽添加量的交互作用對番茄調(diào)味醬的感官評分有極顯著影響;交互項AB和AC均極顯著(p<0.01),說明原味番茄醬和植物油的添加量、原味番茄醬和鹽的添加量均對番茄調(diào)味醬的感官評分有顯著影響。由F值大小可知,4個因素對番茄調(diào)味醬感官評分影響的大小順序為:植物油添加量>原味番茄醬添加量>豆豉添加量>鹽添加量。

2.3.2 交互效應(yīng)分析 圖2為當(dāng)原味番茄醬、植物油、鹽、豆豉的添加量中任意兩個因素為零水平時,其余兩個因素間的交互作用對番茄調(diào)味醬感官評分的影響。番茄調(diào)味醬的感官評分隨其中任意兩個變量的增大呈上升趨勢,達(dá)到某一定值時,曲面呈現(xiàn)下降或趨于平緩趨勢。從響應(yīng)面的陡峭程度分析[24]發(fā)現(xiàn),圖2(a)、圖2(b)及圖2(d)曲面陡峭,說明原味番茄醬與植物油添加量、原味番茄醬與鹽添加量、植物油與鹽添加量間的交互作用比較明顯,這與表5中方差分析結(jié)果一致。

圖2(a)為固定鹽和豆豉添加量為零水平,原味番茄醬與植物油添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響及兩者之間的交互作用。當(dāng)原味番茄醬添加量較低時,感官評分隨植物油添加量的增加呈先上升后下降趨勢,原味番茄醬添加量較高時,感官評分隨植物油添加量增加先上升,達(dá)到某一定值時趨于平緩;固定植物油添加量不變時,感官評分隨原味番茄醬添加量的增加呈先上升后下降趨勢。綜合響應(yīng)面圖看出,植物油添加量的上升幅度比原味番茄醬添加量稍陡峭,說明植物油添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響比原味番茄醬添加量大。圖2(b)為固定植物油和豆豉添加量為零水平,原味番茄醬和鹽添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響及兩者之間的交互作用。番茄調(diào)味醬感官評分隨原味番茄醬和鹽添加量的增加呈先上升后平緩下降的趨勢,且原味番茄醬添加量的上升幅度明顯大于鹽添加量的上升幅度,說明原味番茄醬添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響比鹽添加量大。圖2(d)為固定原味番茄醬和豆豉添加量為零水平,植物油和鹽添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響及兩者之間的交互作用。番茄調(diào)味醬感官評分隨植物油和鹽添加量的增加呈先上升后平緩下降的趨勢,且植物油添加量的上升幅度明顯大于鹽添加量的上升幅度,綜合說明植物油添加量對番茄調(diào)味醬感官評分的影響較大,這與方差分析結(jié)果一致。

圖2 各因素交互作用對番茄調(diào)味醬綜合評分影響的響應(yīng)面圖

2.3.3 驗證試驗 運用Design-Expert V 8.0.6.1軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化,獲得番茄調(diào)味醬的理論最優(yōu)配方為原味番茄醬添加量21.28%、植物油添加量36.73%、鹽添加量0.95%、豆豉添加量9.27%,此時番茄調(diào)味醬感官評分為8.60分。為驗證模型預(yù)測的準(zhǔn)確性及可行性,選取原味番茄醬21%、植物油37%、鹽1%、豆豉9%,做3次平行試驗,得到番茄調(diào)味醬感官評分平均值約為(8.54±0.02)分,接近理論預(yù)測值,相對誤差為0.68%,說明響應(yīng)面分析法適用于番茄調(diào)味醬配方的優(yōu)化研究。

2.4 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)檢驗結(jié)果

本研究參考胡金祥等[21]、翟眾貴[25]的研究,并按照國標(biāo)的方法測定了最優(yōu)工藝配方下所制番茄調(diào)味醬的理化指標(biāo)及微生物指標(biāo),測定結(jié)果見表6所示。番茄調(diào)味醬過氧化值為0.004 g/100 g、酸價3.5 mg/g,黃曲霉毒素B1未檢出;菌落總數(shù)、致病菌的檢測結(jié)果也均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。番茄調(diào)味醬是個復(fù)雜的體系,其中物理、化學(xué)、微生物的變化反應(yīng)都會發(fā)生,而這些反應(yīng)對番茄調(diào)味醬的品質(zhì)有直接影響,若產(chǎn)生有害成分,則會引發(fā)食品安全問題。為避免產(chǎn)品產(chǎn)生不良影響,在加工過程中要嚴(yán)格把控加工環(huán)境、衛(wèi)生條件、操作方法和包裝等因素。

表6 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

本試驗采用模糊數(shù)學(xué)感官評定法與響應(yīng)面分析法相結(jié)合,優(yōu)化番茄調(diào)味醬配方,得到番茄調(diào)味醬的最優(yōu)配方為原味番茄醬21%、植物油37%、鹽1%、豆豉9%、干辣椒塊3%、味精2%、辣椒粉5%、5′-呈味核苷酸二鈉0.1%,蒜丁4%、姜丁4%、白醋3%、醬油3%、白砂糖5%及花生碎5%,此條件下番茄調(diào)味醬的感官評分為8.54±0.02分,與模型預(yù)測值非常接近,表明響應(yīng)面法對番茄調(diào)味醬配方的優(yōu)化是可行的。以上結(jié)果為今后番茄調(diào)味醬的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

其次,模糊數(shù)學(xué)感官評定法綜合考慮了各相關(guān)因素對感官評分的影響,有效避免了評定員的主觀性強(qiáng)、平均值離散程度大等缺點[26],將模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用于番茄調(diào)味醬的感官評價,使其評價值更加客觀、準(zhǔn)確。另有研究證明[27-29]豆豉中含有豐富的蛋白質(zhì)、可溶性糖、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分和大豆異黃酮、β-葡萄糖苷酶、抗菌素等生理活性物質(zhì),具有一定保健功能,經(jīng)過油制還能產(chǎn)生風(fēng)味活性物質(zhì)。本研究中添加了一定比例的豆豉,充分利用了番茄醬和豆豉的營養(yǎng)保健優(yōu)勢,實施風(fēng)味色澤互補(bǔ),使研制出的番茄調(diào)味醬味美口香,既改善了番茄醬單一的口感,又豐富和強(qiáng)化了調(diào)味醬的種類及營養(yǎng)價值。而另一方面,加熱或光照會促使番茄紅素發(fā)生異構(gòu)化和氧化降解,使得番茄紅素呈色能力下降,甚至影響其保健功能[30-32],關(guān)于番茄調(diào)味醬炒制過程中番茄紅素?zé)峤到鈩恿W(xué)及其降解規(guī)律有待進(jìn)一步研究。