利用TRIZ方法解决泡菜产气的研究

宋茜，庞彧娟，王春梅

（天津市利民调料有限公司，天津300308）

利用TRIZ方法解决泡菜产气的研究

宋茜，庞彧娟，王春梅

（天津市利民调料有限公司，天津300308）

利用发明问题解决理论（Theory of inventive problem solving，TRIZ）方法解决泡菜产气的问题，通过对问题进行分析，找到乳酸菌及葡萄糖在系统中的矛盾关系，以发酵作为场，葡萄糖及乳酸菌作为物质进行研究，从而找到标准解：1）改进工艺：提高发酵温度至30℃，延长发酵时间至25 d的工艺。2）改善配方：产品中加入苯甲酸钠0.07%，山梨酸钾0.03%，可以使泡菜产气问题得到有效解决。

发明问题解决理论（TRIZ）；物质-场；泡菜；产气

泡菜是一种发酵蔬菜制品，主要发酵菌种为乳酸菌，乳酸菌可分为同型和异型两种，其中异型乳酸菌产生CO2，容易引起产品胀气。同型异型乳酸菌在发酵制品中往往协同作用[1]，其产生的乙酸、乙醇等物质丰富发酵制品的风味，同时产生的CO2能加速微生物的无氧呼吸，对乳酸菌发酵产生促进作用，因此在发酵蔬菜中往往两种类型乳酸菌同时存在。而产气却是影响泡菜产品货架期和质量的重要因素。发酵产生的风味成分无法用其他手段进行取代，因此如何在不影响产品风味的基础上，解决产品的产气现象是本课题研究的重点。

发明问题解决理论（Theory of inventive problem solving，TRIZ）成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解[2]。TRIZ是一套解决实际问题的成熟的理论和方法体系[3]。该理论实用性强，并经过实践检验，领域也从原先的发明改造向自然科学、社会科学、管理科学、生物科学等不同领域的技术问题发展[4]。因此本文不采用传统研究思维，而利用TRIZ理论对本课题进行研究。

1 分析方法

1.1 功能分析

功能分析是指基于TRIZ系统中输出与输入的正常关系，来分析系统的各个部分的关系[5]，也是TRIZ梳理问题的基础方法。那么泡菜产品的本质功能是食用，因此味道、色泽、口感是其最主要的性能指标，如图1所示，对泡菜进行功能分析。

图1 泡菜功能分析Fig.1 Analysis of pickle function

1.2 因果分析

经过功能分析，明确解决问题后，第二步就是要梳理清楚造成该问题出现的原因[6]，这一步常常会产生一对或几对因-果的模式，因此称为因果分析。

乳酸菌是泡菜发酵过程中的主要菌种，对泡菜风味生成起决定作用，同时乳酸菌还增加蔬菜的可消化性，并产生一些维生素与抗氧化剂[7]，因此乳酸菌是泡菜生产过程中无法简化的步骤。

但是空包装的泡菜会产生涨袋或真空度下降的现象，这是由Leuconostoc mesenteroides和Streptococcus等异型乳酸发酵菌属产生的CO2引起，是一种正常现象[8]，其反应方程为：

C6H12O6+乳酸菌→C3H6O3（乳酸）+C2H5OH+CO2+能量[9]。

因此在本问题中，葡萄糖和乳酸菌为反应底物，温度为反应条件，温度范围可以在15℃～40℃之间。因此，乳酸菌、葡萄糖和二氧化碳为问题的根本，方程式可以写为：乳酸菌+葡萄糖 → 乙醇+乙酸+CO2。

解决问题的根本途径就是在装袋后，阻止本反应的进行。

1.3 冲突区域确定

经过因果分析后，便可以找到系统中的冲突，因此由1.2可知，本文系统中的冲突区域：产品期乳酸菌和葡萄糖。

1.4 理想解分析

理想解是抛去所有客观条件，得到的最理想的解决方案，也是研究问题的最终目标[10]。针对泡菜发酵过程，理想解是能够发酵预定程度，不影响泡菜色泽、口感和体态并且不产生气体；产品中含葡萄糖和乳酸菌，并且它们之间在常温下会反应，从而产生的气体；不出现这种结果的条件：消除产品中的葡萄糖或乳酸菌，或者二者都存在，但不反应。

1.5 求解工具

由1.3可知，葡萄糖和乳酸菌在泡菜产品期是一对矛盾物质，而发酵过程可看做矛盾物质的作用场，于是泡菜产气的问题可以采用物质-场的分析方法，进行分析。

1）确定系统的物质和场。

场为发酵场，矛盾物质可分别代表乳酸菌及葡萄糖。

2）建立物质-场模型，如图2所示。

1.6 确定代表性的解

1）引入一种物质在产品期消除乳酸菌。

2）引入一种物质在产品期消除葡萄糖。

3

）引入一种物质在产品期消除CO2。

图2 物质-场模型Fig.2 Model of material-field

由于泡菜是一种食品，根据《食品安全法》，不得添加非食品原料和GB 2760-2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》规定超剂量食品添加剂，并且考虑其运输性，于是只采取3种方式解决该问题。

具体解的确定

1）灭菌、防腐剂，使乳酸菌失效。

2）生物反应：加强发酵程度，消耗葡萄糖。

为了使感测数据在UAV中正确解码，发射功率应满足最小信噪比，对于QPSK调制，其误码率为：则第i个IoT设备的发射功率为(mW)：

2 材料与方法

2.1 仪器

0.000 1 g分析天平：上海精密科学仪器有限公司；恒温培养箱、水浴灭菌锅：上海博迅实业有限公司；超净工作台：苏州苏洁净化有限公司。

2.2 试剂

苯甲酸钠、山梨酸钾、脱氢乙酸钠、尼泊金酯（对羟基苯甲酸酯）：化学纯，天津市北联精细化学品开发有限公司）；硫酸铜、亚甲基蓝、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾盐酸（31%）、乙酸锌：化学纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

2.3 试验方法

2.3.1 巴氏杀菌

将泡菜产品200 g进行封袋，然后投入到70、80、90℃的水浴灭菌锅中，然后放入恒温培养箱，30℃培养30 d，观察其胀气情况。

2.3.2 防腐剂试验

市面上泡菜产品使用防腐剂大致有苯甲酸钠、山梨酸钾、脱氢乙酸钠、尼泊金酯（对羟基苯甲酸酯）4种，4种防腐剂效果不同，作用微生物也不相同，分别取GB2760-2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》使用量的防腐剂放入200 g产品中，密封装袋，30℃培养30 d，观察其胀气情况。

1）提高发酵温度：采用 20、25、30、35 ℃不同温度进行发酵，每隔3天测定还原糖含量。

2）延长发酵时间：在最佳温度下进行发酵，每隔5天测定样品中还原糖含量，同时对还原糖含量≤1.0 g/100 g样品封袋，放入30℃培养箱内，培养30 d，观察其产气情况。

3 结果

3.1 不同灭菌条件下泡菜各指标的变化

不同灭菌条件下泡菜各指标的变化见表1。

表1 不同灭菌条件下泡菜各指标的变化Table 1 Changes of picklein different conditions of sterilization

通过表1可以看出，在不同灭菌条件下，样品的产气效果不同，其颜色和口感也不同，总的来说温度越高、时间越长其颜色口感相差越大，因此只能采用最低温度70℃，10 min作为最佳灭菌条件，但其口感也略有下降。

3.2 不同防腐剂对泡菜产气的影响

不同防腐剂对泡菜产气的影响见表2。

表2 不同防腐剂对泡菜产气的影响Table 2 Influence of different preservatives to pickle

从表2对照结果可以看出：在泡菜中，苯甲酸钠和脱氢乙酸钠抑菌效果最为突出，而复合防腐剂中，苯甲酸钠0.07%、山梨酸钾0.03%效果最好。

3.3 不同发酵温度下还原糖含量变化

不同发酵温度下还原糖含量变化见图3。

从图3可以看出在30℃条件下，还原糖含量有较大范围的下降，因为30℃为乳酸菌最适生长温度，发酵进程被加快，因此在相同天数下让发酵温度保持在30℃有利于还原糖的消耗。

图3 不同发酵温度下还原糖含量变化Fig.3 Change of sugar in different fermentation temperature

3.4 不同发酵时间下还原糖含量及产气效果

不同发酵时间下还原糖含量见图4，产气效果见表3。

图4 不同发酵时间下还原糖含量Fig.4 Change of sugar in different fermentation time

表3 不同发酵时间下产气效果Table 3 Effect of gas of pickle in different fermentation time

从图4及表3所知，发酵时间到25 d后，还原糖含量趋于平稳且低于1.0 g/1 000 mL，经过涨袋试验，发酵25 d的泡菜，在培养30 d的条件下不会产生涨气，因此以25 d作为发酵周期。

4 结论

利用TRIZ方法可以更为系统、逻辑的分析问题和寻求解决方案，本文中的技术问题，如果不采用TRIZ方法，而用传统的直线方式进行研究，最少需要2个发酵周期，而利用TRIZ方法同时进行多种解，只用1个发酵周期，就得到了理想解，大大缩短了研究周期和人力物力。

最终本文的理想解为：1）改进工艺：提高发酵温度至30℃，延长发酵时间至25 d的工艺。2）改善配方：产品中加入苯甲酸钠0.07%，山梨酸钾0.03%。

[1]胡书芳,王雁平,乳酸菌在泡菜生产中的应用[J].安徽农业科技,2008,36(21)：9275-9276

[2]邹尝一.基于TRIZ理论的新型工业设计体系构建与应用[D].广州：华南理工大学,2010：2

[3]DoursonS.The 40 Inventive Principles of TRIZ applied to finance[J].The TRIZ Journal,2004(10)：22-41

[4]HippleJ.40 Inventive Principles with Examples for Chemical Engineering[J].The TRIZ Journal,2005(6)：42-48

[5]祝凤金.TRIZ矛盾平衡分析法在物质-场分析中的应用研究[J].现代制造技术与设备,2011(3)：15-16

[6]韩博.现代TRIZ理论中因果链分析应用研究[J].科技创新与品牌,2016(3)：47-49

[7]李铁军,李爱云,张晓峰.乳酸菌抗菌机理研究进展[J].微生物学通报,2002,29(5)：81-83

[8]崔凤月,王愈.辣白菜工艺特色及改进措施的初步探讨[J].中国酿造,2011(10)：160-163

[9]尹利端.几种泡菜的安全性研究与优良乳酸菌的分离、鉴定[D].北京：中国农业大学,2005：6

[10]檀润华,王庆禹,苑彩云,等.发明问题解决理论：TRIZ[J].机械设计,2001(7)：7-11

Study on the Methods to Prevent of Gasproduced by Pickle Based on TRIZ

SONG Qian，PANG Yu-juan，WANG Chun-mei
（Tianjin Limin Condiment Co.，Ltd.，Tianjin 300308，China）

The problem of gasproduced by pickle was solved by TRIZ methods.Through analysis of this problem，the conflict between glucose and lactic acid bacteria was founded.After study fermentation as a field and glucose and lactic acid bacteria as substances，the standard solution was founded：1）improve process：increase fermentation temperature to 30 ℃，and extend fermentation time to 25 d，2）improve the recipe：add 0.07%sodium benzoate and 0.03%potassium sorbate into productions.

theory of inventive problem solving（TRIZ）；material-field；pickle；gasproduced by pickle

2016-10-13

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.14.025

宋茜（1984—），女（汉），工程师，硕士，从事调味品发酵、食品安全的研究。