多級模糊數(shù)學評判法評價蝦殼類調味料

盧文超,白嬋,熊光權,周際松,王炬光,邱亮*,廖濤*

(1.武漢工程大學 化學與環(huán)境工程學院,武漢 430073;2.湖北省農業(yè)科學院農產(chǎn)品加工與核農技術研究所,農業(yè)農村部農產(chǎn)品冷鏈物流技術重點實驗室,湖北省農產(chǎn)品輻照工程技術研究中心,武漢 430064)

小龍蝦因其獨特的風味和較高的營養(yǎng)價值而深受中國消費者的喜愛。2020年,我國小龍蝦養(yǎng)殖總面積達到2 184.63萬畝,養(yǎng)殖總產(chǎn)量達到239.37萬噸,位列我國淡水養(yǎng)殖品種第六位[1]。然而目前小龍蝦加工產(chǎn)品多以冷凍蝦尾為主,精深加工產(chǎn)品不多,加工過程中廢棄的蝦殼類物質接近四成。這些副產(chǎn)物含有大量的蝦青素[2-3]、紅色素[4-5]、甲殼素[6]、生物蛋白鈣[7-8]等高值化物質,經(jīng)過酶解的小分子生物活性肽[9]等物質還具有較好的風味和抗氧化功能,因此制備蝦殼類調味料已成為優(yōu)化小龍蝦產(chǎn)業(yè)鏈的重要手段。

近幾年,國內外專家學者對小龍蝦蝦味調味料的制備做了相關研究。如王紫微[10]利用超聲輔助方法對小龍蝦制備風味料進行工藝優(yōu)化;Kazakova等[11]對蝦味調味料的營養(yǎng)風味和藥物殘留進行了相關分析。本研究用60Co-γ射線輻照改性堿性蛋白酶,酶解小龍蝦蝦殼粉制備酶解液,以低分子量香氣中間體形成程度[12]、類黑精聚合物濃度[13]等指標評價還原糖對美拉德反應產(chǎn)物的影響,以多級模糊數(shù)學評判法[14]評價去腥劑和增鮮劑對美拉德反應產(chǎn)物的影響,該研究為多級模糊數(shù)學評判法在調味料感官評價中的應用提供了一定的啟發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

聞香紙(160 mm×10 mm×0.6 mm)、D-葡萄糖、D-核糖、D-木糖、D-果糖、?；撬?、檸檬酸、5′-肌苷酸二鈉、5′-鳥苷酸二鈉(均為食品級):武漢光麗生物技術有限公司;堿性蛋白酶(生物試劑):上海源葉生物科技有限公司;酵母抽提物(食品級):北京索萊寶科技有限公司。

1.2 主要儀器設備

BSA124S天平(0.1 mg) 德國Sartorius公司;K1100F自動凱氏定氮儀 濟南海能儀器股份有限公司;DW-86L959W恒溫冰箱 青島海爾公司;可見分光光度計、微量玻璃比色皿/96孔板、勻漿器、可調式移液器、臺式離心機、磁力攪拌器、多種規(guī)格的EP管、恒溫水浴箱 武漢光麗生物技術有限公司;DF-101T集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 河南省予華儀器有限公司;Spark酶標儀 帝肯(上海)貿易有限公司;PHS-25 pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司;JH-752紫外分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理

小龍蝦購于湖北省武漢市洪山區(qū)悅活里超市,單蝦體長(5.3±0.6) cm,質量(25.2±5.4) g,人工作業(yè)剝得蝦殼、蝦腳。將剝得的蝦殼類物質置于冰水中清洗3遍,烘干后經(jīng)20 min超微粉碎制成蝦殼粉。取蝦殼粉1 g,加蒸餾水和0.1 mol/L的HCl調節(jié)pH至8.5,蒸餾水和HCl總量為20 mL。然后加入2 kGy輻照后的改性堿性蛋白酶,在恒溫水浴鍋中酶解3 h,接著對酶100 ℃滅活6 min,在5 000 r/min離心30 min,最后取上清液作為樣品。

1.3.2 還原糖實驗設計與評價指標

固定美拉德反應條件:pH為11,反應溫度為110 ℃,反應時間為100 min。為探究還原糖添加量對美拉德反應產(chǎn)物的影響,以性價比較高的葡萄糖為例,向酶解液中加入不同量(1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)的葡萄糖。為探索還原糖添加種類和比例對美拉德反應產(chǎn)物的影響,固定還原糖總添加量為4%,向酶解液中加入葡萄糖∶木糖為1∶1、葡萄糖∶果糖為1∶1、葡萄糖∶核糖為1∶1以及葡萄糖∶木糖∶核糖為2∶1∶1的還原糖。

因為美拉德反應主要是氨基酸和還原糖反應[15],應側重香氣和色澤的評價,所以用A294 nm、A420 nm和A280 nm評價調味料更為客觀,A294 nm代表香味中間體物質,即“低分子量香氣中間體形成程度”,吸取1 mL樣液稀釋50倍測得;A420 nm代表褐變程度,即“類黑精聚合物濃度”,吸取反應終產(chǎn)物1 mL稀釋20倍測得;A280 nm代表“肉香味”物質[16],吸取反應終產(chǎn)物1 mL稀釋100倍測得。

1.3.3 去腥劑實驗設計與評價指標

固定美拉德反應條件,固定葡萄糖添加量2%、木糖添加量1%、核糖添加量1%。為探究去腥劑種類對調味料的影響,向調味料中分別加入?；撬?%、檸檬酸1%和酵母提取物1%。為探究?；撬岷徒湍柑崛∥飪煞N去腥劑添加量對調味料的影響,向調味料中分別加入不同添加量的?；撬?0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)和酵母提取物(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)。

去腥劑實驗用多級模糊數(shù)學評判法進行感官評判。

1.3.4 增鮮劑實驗設計與評價指標

固定美拉德反應條件,固定葡萄糖添加量2%、木糖添加量1%、核糖添加量1%、?；撬崽砑恿?.4%。研究表明,當鳥苷酸二鈉∶肌苷酸二鈉為1∶1時可發(fā)揮食品增鮮劑的最大協(xié)同作用。因此固定此比例,以總添加量作為增鮮劑實驗的因素。為探究增鮮劑添加量對調味料的影響,向調味料中分別加入不同添加量(0.1%、0.2%、0.3%)的增鮮劑。

增鮮劑實驗用多級模糊數(shù)學評判法進行感官評判。

1.3.5 多級模糊數(shù)學評判模型的建立

挑選10 位專家對調味料4個一級指標、8個二級指標進行感官評價,評價專家均為具有正常感官條件,能夠進行獨立評價且對小龍蝦無過敏史的人員。挑選1位記錄員對評價結果進行及時、準確記錄。其中,評價指標分別為滋味(蝦味、甜味、鮮味)、異味(腥味、苦味、硫味)、色度、接受度,感官評價標準表見表1。

表1 感官評價標準

以評價指標得分值與總得分值的比值作為該指標權重系數(shù),一級指標權重評價結果見表2。

表2 一級指標權重評價結果

由表2可知,滋味指標的得分值為370 分,異味指標的得分值為280 分,色度指標的得分值為80 分,接受度指標的得分值為270 分,總分值為1 000 分,由此所建立的一級指標權重系數(shù)集合為:

A={0.37,0.28,0.08,0.27}。

二級指標權重評價結果見表3。

表3 二級指標權重評價結果

由表3可知,蝦味指標的得分值為550 分,甜味指標的得分值為210 分,鮮味指標的得分值為240 分,總分值為1 000 分,由此所建立的二級滋味指標權重系數(shù)集合為:

A1={0.55,0.21,0.24};

腥味指標的得分值為380 分,苦味指標的得分值為390 分,硫味指標的得分值為230 分,總分值為1 000 分,由此所建立的二級異味指標權重系數(shù)集合為:

A2={0.38,0.39,0.23};

色度和接受度指標的得分值均為1 000 分,由此所建立的二級色度和接受度指標權重系數(shù)集合分別為:

A3={1};

A4={1}。

多級模糊評判響應面法基本原理如下:

首先,將評價指標U劃分成若干子集(子集為一級,子集包含的元素為二級),得到新的因素集組合:

Bi=Ai·Ri(i=1,2,3,4);

最后,對一級因素集做綜合評價,設其權重為A={a1,a2,…a4},則總評判矩陣為:

因此得到綜合評價為B=A·R,按照最大隸屬度原則得到相應評分。

1.3.6 調味劑實驗設計

設置還原糖(D-葡萄糖、D-核糖、D-木糖、D-果糖)、去腥劑(牛磺酸、檸檬酸、酵母抽提物)和增鮮劑(5′-肌苷酸二鈉、5′-鳥苷酸二鈉)3類調味劑及其不同添加比例為影響因素,在pH為11、反應溫度為110 ℃、反應時間為100 min的條件下進行美拉德反應,以低分子量香氣中間體形成程度、類黑精聚合物濃度和肉香味為評價指標。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析采用SPSS 25.0軟件和Matlab R2021a軟件,繪圖處理采用OriginPro 2018軟件。

2 結果與分析

2.1 還原糖實驗結果

為探究還原糖添加量對美拉德反應產(chǎn)物的影響,以性價比較高的葡萄糖為例,向酶解液中加入不同量(1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%)的葡萄糖。因為美拉德反應主要是氨基酸和還原糖反應,側重香氣和色澤的評價,所以用A294 nm、A420 nm和A280 nm評價反應液更客觀,結果見圖1。

圖1 葡萄糖添加量對美拉德反應的影響

由圖1可知,葡萄糖添加量在1%～4%范圍內,A294 nm、A420 nm和A280 nm值隨著葡萄糖添加量的增加而顯著增加(P<0.05)。在4%～7%范圍內,3個值隨著葡萄糖添加量的增加增長速度不明顯。說明當葡萄糖添加量超過4%后,低分子量香氣中間體形成程度、類黑精聚合物濃度和肉香味增加緩慢。因此,選擇還原糖添加量為4%。

為探索還原糖添加種類和比例對美拉德反應產(chǎn)物的影響,固定總還原糖添加量為4%,按葡萄糖∶木糖為1∶1、葡萄糖∶果糖為1∶1、葡萄糖∶核糖為1∶1以及葡萄糖∶木糖∶核糖為2∶1∶1 4種還原糖種類和比例的搭配方式分別加入酶解液,用A294 nm、A420 nm和A280 nm評價反應液,結果見圖2。

圖2 還原糖添加種類和比例對美拉德反應的影響

由圖2可知,葡萄糖∶核糖為1∶1時(即各加2%)A294 nm和A280 nm值最高,說明核糖對提高美拉德反應的低分子量香氣和肉香味效果最好;葡萄糖∶木糖為1∶1時A420 nm值最高,說明木糖對提高美拉德反應的類黑精聚合物濃度效果最好。核糖和果糖比葡萄糖反應速度要快[17],核糖更易與氨基酸、肽、蛋白質發(fā)生美拉德反應形成風味物質[18],而果糖發(fā)生美拉德反應時會有些許異味,口感較平淡[19]。木糖與甘氨酸反應對反應液的色度影響最大,這與董明英[20]在紅糖香精的制備與應用中的發(fā)現(xiàn)相一致。因為核糖價格較高[21],綜合考慮,選擇葡萄糖∶木糖∶核糖為2∶1∶1的添加方式,即葡萄糖添加量2%、木糖添加量1%、核糖添加量1%,此時A294 nm=0.503,A420 nm=0.521,A280 nm=0.824。

2.2 去腥劑實驗結果

去腥劑種類對調味料的影響結果見表4。

表4 去腥劑種類對調味料的影響

由表4可知,?；撬岷徒湍柑崛∥飳ξr味的保持較好,其中牛磺酸在調味料增色方面效果最好。檸檬酸對鮮味的破環(huán)較大,接受度較低。多級模糊數(shù)學關系矩陣如下:

B1-牛=A1·R1-牛;B2-牛=A2·R2-牛;

B3-牛=A3·R3-牛;B4-牛=A4·R4-牛。

B1-檸=A1·R1-檸;B2-檸=A2·R2-檸;

B3-檸=A3·R3-檸;B4-檸=A4·R4-檸。

B1-酵=A1·R1-酵;B2-酵=A2·R2-酵;

B3-酵=A3·R3-酵;B4-酵=A4·R4-酵。

結果顯示,1%?；撬嶙罡唠`屬度為0.310 31,隸屬評價等級為差;1%檸檬酸最高隸屬度為0.467 15,隸屬評價等級為很差;1%酵母提取物最高隸屬度為0.335 16,隸屬評價等級為差;因此選擇?；撬岷徒湍柑崛∥镒鋈バ葎┑奶砑恿繉嶒?。

牛磺酸和酵母提取物添加量對調味料的影響結果見表5。

表5 牛磺酸和酵母提取物添加量對調味料的影響

由表5可知,隨著?；撬岷徒湍柑崛∥锾砑恿康臏p少,在感官上蝦味、甜味、鮮味、苦味和硫味總體上變好,但腥味增加,色度偏淺。多級模糊數(shù)學關系矩陣如下:

B1-0.2牛=A1·R1-0.2牛;B2-0.2牛=A2·R2-0.2牛;

B3-0.2牛=A3·R3-0.2牛;B4-0.2牛=A4·R4-0.2牛。

依此類推,其他7 種添加方式多級模糊數(shù)學結果如下:

結果顯示,0.2%?；撬嶙罡唠`屬度為0.328 82,隸屬評價等級為良;0.4%?；撬嶙罡唠`屬度為0.316 22,隸屬評價等級為良;0.6%?；撬嶙罡唠`屬度為0.321 37,隸屬評價等級為差;0.8%?；撬嶙罡唠`屬度為0.263 03,隸屬評價等級為差。0.2%酵母提取物最高隸屬度為0.343 3,隸屬評價等級為差;0.4%酵母提取物最高隸屬度為0.352 71,隸屬評價等級為中;0.6%酵母提取物最高隸屬度為0.319 4,隸屬評價等級為差;0.8%酵母提取物最高隸屬度為0.387 44,隸屬評價等級為差。由此可知,0.2%和0.4%?；撬嵩诙嗉壞：龜?shù)學評判中等級較好,均為良。其中,0.4%牛磺酸中級及以上隸屬度和為0.864 08,良級及以上隸屬度和為0.549 53,優(yōu)級隸屬度為0.233 31;0.2%?；撬嶂屑壖耙陨想`屬度和為0.721 36,良級及以上隸屬度和為0.504 27,優(yōu)級隸屬度為0.175 45。表明添加0.4%牛磺酸的調味料比添加0.2%?；撬岬恼{味料在各層級上都能滿足更多消費者的感官需求,即更具有普適性。因此,最佳去腥劑添加方式為0.4%的?；撬帷?/p>

2.3 增鮮劑實驗結果

增鮮劑添加量對調味料的影響結果見表6。

表6 增鮮劑添加量對調味料的影響

由表6可知,增鮮劑對提高調味料滋味(特別是蝦味和鮮味)、降低異味、提高接受度有明顯作用。其中,添加0.2%增鮮劑的調味料蝦味指標結果最好;添加0.3%增鮮劑的調味料鮮味指標結果最好,但對蝦味造成了一定程度的損失和掩蓋;0.2%和0.3%的增鮮劑都對調味料的異味有很大的改善,但整體接受度上添加0.2%增鮮劑的調味料明顯優(yōu)于其他兩個添加量。多級模糊數(shù)學結果如下:

結果顯示,0.1%、0.2%和0.3%增鮮劑隸屬評價等級均為優(yōu),最高隸屬度分別為0.367 63,0.643 26,0.504 88;添加0.1%和0.2%增鮮劑的調味料評價等級都在中等及以上,添加0.3%增鮮劑的調味料評價等級在中等及以上的隸屬度之和超過0.99,說明添加增鮮劑后的調味料整體感官效果良好,其中增鮮劑添加量為0.2%時調味料感官效果最好。因此,最佳增鮮劑添加量為0.2%,即0.1%鳥苷酸二鈉和0.1%肌苷酸二鈉。

3 結論

以改性堿性蛋白酶和小龍蝦蝦殼粉為原料制備的酶解液,通過對比還原糖的添加量、種類和比例,得到在加入葡萄糖2%、木糖1%、核糖1%之后進行美拉德反應,A294 nm、A420 nm和A280 nm綜合效果最好,此時A294 nm=0.503,A420 nm=0.521,A280 nm=0.824。

通過對比去腥劑的種類和添加量,得到在加入?；撬?.2%之后多級模糊數(shù)學評判結果最好,此時其中級及以上隸屬度和為0.864 08,良級及以上隸屬度和為0.549 53,優(yōu)級隸屬度為0.233 31,均優(yōu)于其他種類和添加量。通過對比增鮮劑的添加量,得到在加入鳥苷酸二鈉0.1%、肌苷酸二鈉0.1%之后多級模糊數(shù)學評判結果最好,此時其隸屬評價等級為優(yōu),最高隸屬度0.643 26,評價等級全部在中等及以上。研究表明多級模糊數(shù)學評判法在小龍蝦蝦殼類調味料感官評判中可以發(fā)揮顯著作用,使得評價結果更嚴謹、客觀。