模糊数学感官评价法优化豆渣发酵工艺

张 明，王 燕*，欧阳梦云

（湖南农业大学 食品科学与技术学院，湖南 长沙 410128）

随着人们对大豆营养认识的进一步深入，中国作为传统豆制品消费大国，其消费量也逐年增加。豆渣是豆腐、豆奶、腐竹、豆腐皮等大豆制品加工中的主要副产物，约占全豆干质量的15%～20%，目前国内大豆食品行业每年约产生1 500万t湿豆渣[1-3]。豆渣含有丰富的膳食纤维，其中纤维素占了豆渣中干物质的一半以上，纤维素是一种具有保健功能的功效成分，对人体有着非常特殊的生理功能，被营养学家称为第七营养素，对于预防肠道癌变、便秘、减肥具有优良功效。豆渣还含有较高的优质蛋白，其蛋白中的氨基酸比值与世界粮农组织提出的参考比值非常接近，具有很高的使用价值。此外近年来研究还发现，发酵豆渣具有抗氧化[4-6]、降低血液中的胆固醇含量、减少糖尿病患者对胰岛素的消耗[7-8]等功效。因此豆渣是具有开发价值的膳食纤维和蛋白源，是一种质优价廉的食品资源[9-10]。但由于豆渣颗粒大，口感比较粗糙，人们对其不喜欢食用，多作为饲料或直接废弃，从而造成资源浪费。为了增加豆渣的有效利用，避免浪费。人们试图从改善豆渣口感入手来增加其食用性，改善豆渣口感一般通过微生物发酵豆渣。如李艳芳等[11]利用黑曲霉和米曲霉对豆渣进行发酵，发现豆渣经发酵后口感得到明显改善。潘进权等[12]利用毛霉发酵豆渣提高了豆渣中的可溶性膳食纤维含量，这对提高豆渣的食用性也具有重要的意义。本实验尝试选用米曲霉和毛霉两种菌种对新鲜豆渣进行复合发酵，对比两种菌种混合及各菌种单独发酵在不同豆渣含水量、发酵温度、发酵时间条件下对豆渣口感的提升效果。研究了豆渣发酵前后色泽、粒度、滋味及气味的变化情况，并通过确定因素合理的权重，建立感官综合评分体系，采用正交试验法对豆渣的发酵工艺进行优化，并应用模糊数学感官评价法探究出食用豆渣的最佳发酵工艺条件豆渣含水量、发酵温度、发酵菌种及其比例、发酵时间。研究出一种能有效提升发酵豆渣口感的工艺，为发酵豆渣的在食品方面增加有效利用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料与菌种

新鲜豆渣：由湖南农业大学丰泽食堂提供；米曲霉（Aspergillus oryzae）2176：中国工业微生物菌种保藏管理中心（China Center of Industrial Culture Collection，CICC）；毛霉（Mucor）：湖南农业大学食品科学技术学院实验室。

1.1.2 培养基

试管斜面培养基采用马铃薯葡萄糖琼脂（potato dextrose agar，PDA）培养基：马铃薯 200 g，葡萄糖20 g，琼脂15～20 g，水1 000 mL。

菌种活化培养基：每支250 mL三角瓶中加入干麸皮10 g，水10 mL，搅拌均匀，121℃灭菌20 min，冷却后备用。

1.2 仪器与设备

CJ-2D型净化工作台：天津市泰斯特仪器有限公司；DHP-9082型恒温培养箱、上海市飞越实验仪器有限公司；GZ-250-S型生化培养箱：韶关市广智科技设备发展有限公司；LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂。

1.3 方法

1.3.1 豆渣的发酵工艺流程及操作要点

操作要点：

孢子悬液制备：首先将菌种在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）斜面培养基上活化，然后分别挑取活化好的菌丝接种到装有麸皮培养基的三角瓶上进行扩大培养，活化和扩培条件均为温度28℃、时间3 d。最后向三角瓶加入适量的质量分数为0.9%生理盐水，振荡后，用无菌纱布过滤，将滤液收集到三角瓶中并用质量分数为0.9%的生理盐水稀释，制成2×107～5×107个/mL孢子悬浮液备发酵豆渣使用。

混合：将制备好的米曲霉孢子悬液和毛霉孢子悬液按照不同比例混合成混合孢子悬液，待用。

加水：把豆渣烘干至豆渣干基，再加入一定量的水使其含水量分别达到一定比例，同时调节到确定的pH值。

接种：接种混合孢子悬液是按照所需发酵豆渣（包含加入水分质量）质量分数1%添加。

发酵：在一定发酵温度下发酵一定时间。

1.3.2 豆渣发酵优化试验

根据单因素试验结果，确定采用50 g豆渣干基，分别加入不同质量水，以得到不同含水量豆渣。再以米曲霉∶毛霉、发酵温度、豆渣含水量、发酵时间为主要因素，采用L9（34）正交试验设计方案，以感官评定为指标，进行正交试验。因素与水平见表1。

表1 发酵工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

1.3.3 感官评价方法

组成一个由10位（5男5女）经过选择和培训的评价员的评价小组，分别对9组发酵豆渣成品的色泽、质地、滋味、气味4个指标进行感官评价，并从非常好、好、较好、一般、差5个等级进行评价，结果见表2。担任评价员的基本条件[13-14]是：身体健康、无任何感觉方面的缺陷，并对感官分析有兴趣；个人卫生条件良好、无明显个人气味；不嗜烟酒，且在检验前1 h内不抽烟、不吃东西，不使用有气味的化妆品；按照培训的技术要求进行评价。

表2 豆渣发酵成品感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard of okara fermentation product

1.3.4 模糊数学模型的建立

（1）因素集、评语集和加权重集的建立

因素集，即影响被评判对象的指标集合，本研究以发酵豆渣成品色泽（U1）、质地（U2）、滋味（U3）、气味（U4）为因素，从而得到的因素集U=｛u1，u2，u3，u4｝。

评语集是参评者对评价指标反馈信息的集合，确定评语论域需要评定的等级。经过评定小组讨论，确定发酵豆渣成品的评价等级为非常好（v1）、较好（v2）、好（v3）、一般（v4）、差（v5），得到发酵豆渣的评语集V＝｛v1，v2，v3，v4，v5｝。以10分为标准，各指标＞8分为非常好，得分6～8分为较好，得分4～6分为好，得分2～4分为一般，得分＜2分为差。

权重集就是各评价因素的权重系数的集合，每个评价因素对应一个权重系数。由于各项指标对质量影响的程度不同，可根据各项指标的权重值确定一个权重向量。采用频数统计法确定权重，请20位用户将豆渣色泽、质地、滋味、气味各因素在所有因素中所占重要性程度的比率填在表格上，并对上述各因素进行单因素权重统计试验，得到质量因素权重集X=｛x1，x2，x3，x4｝。

（2）模糊矩阵的确立和模糊转换

根据高瑞鹤等[15]的方法，先通过10位评价员的感官评价对发酵豆渣各指标的分数进行统计，然后将各级的票数除以10得到模糊关系矩阵R，再通过处理发酵豆渣成品的感官评价结果，将质量因素权重集X与模糊关系矩阵R合成，得到发酵豆渣的模糊关系评价集Y=X×R，从而得到第i个发酵豆渣成品样品的评价结果为Yi=X×Ri（i为1～9）。最后引进综合评分矩阵T处理模糊关系评价集Y，根据感官评价的特殊性，设评价等级集K=｛k1，k2，k3，k4，k5｝，得到发酵豆渣成品的模糊综合评价总分T=Y×K。

2 结果与分析

2.1 质量因素权重集的建立

通过20位评价员对发酵豆渣成品4项质量因素重要性程度的分析评价，结果如表3所示，得出色泽的权重为0.215，质地的权重为0.215，滋味的权重为0.358，气味的权重为0.212，从而得到发酵豆渣成品的质量因素权重集X=｛0.215，0.215，0.358，0.212｝。

2.2 模糊感官评价结果及综合得分

通过10名感官评价员对9个发酵豆渣成品样品进行4项指标评价，并进行统计和分析，得出发酵豆渣感官质量评价结果见表4。

表3 豆渣发酵成品各因素重要性程度分析Table 3 Importance degree analysis of each factor of okara fermentation product

表4 不同工艺条件下豆渣发酵成品感官评价结果Table 4 Results of sensory evaluation of okara fermentation product by different processing technology

根据表4结果，参考潘志民等[16]的方法，将通过计算得出的U1、U2、U3、U44个单因素模糊矩阵的评价结果写成一个矩阵R，根据公式Y=X×R，模糊综合评价总分公式T=Y×K得出9个发酵豆渣成品模糊综合评价总分T，分别为：T1=4.677，T2=6.687，T3=6.612，T4=8.11，T5=6.725，T6=7.307，T7=8.119，T8=6.879，T9=6.16。

2.3 模糊数学感官评价优化

正交试验结果与分析见表5，方差分析见表6。

根据表5得知，4个因素对模糊评价总分的影响从大到小的顺序为D＞A＞C＞B，即发酵时间＞发酵菌种及其配比＞豆渣含水量＞发酵温度。试验4、7的综合评分＞8，为非常好，试验2、3、5、6、8、9在6～8分之间，为较好。最佳的试验方案为A2B1C3D2，并没有出现在试验1～9中，经过验证试验得出A2B1C3D2模糊评价总分为8.286分，高于正交试验中试验7的最高得分8.119分。可选用A2B1C3D2的加工条件作为豆渣发酵条件，即发酵菌种选用米曲霉∶毛霉为1∶1、发酵温度25 ℃、豆渣含水量70%、发酵时间10 d。

表5 发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 5 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

由表6可知，发酵时间和发酵菌种及米曲霉∶毛霉对结果影响显著（P＜0.05），发酵温度和豆渣含水量因素对结果影响不显著。

表6 正交试验结果方差分析Table 6 Analysis of variance of orthogonal experiments results

3 结论

模糊数学感官评价结果表明，4个因素对模糊评价总分的影响从大到小的顺序为发酵时间＞发酵菌种及其配比＞豆渣含水量＞发酵温度，即影响发酵豆渣口感的因素影响顺序。利用模糊数学感官评价法能够获得客观、较准确的豆渣发酵条件，为豆渣发酵产品的生产和研发提供了科学依据。试验得出最佳的结果为A2B1C3D2，即发酵菌种选用米曲霉和毛霉混合且比例为1∶1、发酵温度25℃、豆渣含水量70%、发酵时间10 d。

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