基于模糊数学和电子鼻法优化熏牛肉加工工艺

冉树琼,黄均艳,詹毅

(1.重庆安全技术职业学院,重庆 404120;2.重庆工商大学,重庆 400067)

牛肉中富含营养成分,这些成分主要包括蛋白质、脂肪、矿物质和维生素,具有健胃、强健筋骨和增强机体免疫力等多种生物活性功效[1-2]。牛肉中含有多种矿物质元素,如铁、镁和钾等,其中铁元素的含量为猪肉的2倍以上[3];牛肉中也富含B族维生素,能够快速恢复机体体能[4-5]。

烟熏食品历史悠久,其不仅具有特殊的烟熏风味[6],而且能改善食品的颜色和质构,同时能增强食品的抗氧化性和抗菌性,从而有效地延长食品的储藏时间[7-8]。传统的烟熏方式在植物不完全燃烧时会产生一些气味和颗粒物质,从而影响烟熏食物的品质[9-10]。近些年来,采用烟熏液来替代传统烟熏方式已经被广泛使用,烟熏液能够减少食品中由于烟熏而带入的成分,同时保持着特殊的烟熏香味,此外,抑制微生物生长的时间也得到了显著提升[11-12]。

感官评价是一种较传统的评价方式,采用感官评价会由于参与评价人员的感官存在差异,导致感官评价结果存在不准确性[13],本研究利用模糊数学、电子鼻和电子舌对熏牛肉的感官评价方式进行重建,旨在用数字化的方式为熏牛肉的品质评价带来新方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

牛肉购于当地农贸市场。几种烟熏液的种类和添加量见表1。

表1 烟熏液种类及方案设计Table 1 Types of smoke liquid and scheme design

1.2 试验仪器

低温离心机、恒温箱、电子鼻和电子舌。

1.3 试验方法

1.3.1 电子鼻测定法

参考文献[14]的相关研究。

1.3.2 电子舌测定法

参考文献[15]的相关研究。

1.3.3 熏牛肉感官测定法

邀请10名具有感官评价经验的人员参与熏牛肉的感官评价,评价指标见表2。

表2 熏牛肉感官评价测定标准Table 2 Determination standards of sensory evaluation of smoked beef

2 结果和讨论

2.1 不同样品电子舌分析结果

采用电子舌相关软件对7组熏牛肉样品进行数据分析,以成分1和成分2分别作为横坐标和纵坐标,由图1可知,成分1的贡献率为61.231%,成分2的贡献率为26.215%,成分1和成分2的累计贡献率为87.446%,说明成分1和成分2已经包含了熏牛肉的绝大部分香气成分,可以用于代表熏牛肉的整体品质。A号熏牛肉样品和其他熏牛肉样品分离较远,其他熏牛肉的各个数据点相对较集中,说明电子舌分析能够很好地区分不同熏牛肉之间的区别。此外,已经有相关研究结果表明,采用电子舌能够很好地区分不同类型的调味品,且电子舌分析结果和感官评分结果一致。由于A号熏牛肉属于空白对照样品,所以和其他熏牛肉之间的差别明显,D号样品和E号样品分布的区域较接近,说明这两种熏牛肉之间香味成分存在一定的相似性。

图1 不同的熏牛肉样品电子舌分析结果Fig.1 Electronic tongue analysis results of differentsmoked beef samples

2.2 不同样品电子鼻分析结果

电子鼻能够测定出熏牛肉中复杂的香气成分,是目前最先进的食品品质检测方法之一。本试验以熏牛肉中的成分1和成分2分别作为横坐标和纵坐标,由图2可知,熏牛肉中成分1的贡献率为63.221%,成分2的贡献率为26.215%,成分1和成分2的累计贡献率为89.436%,说明成分1和成分2可以直接反映熏牛肉的品质。

我们使用的电子鼻有10个传感器,分别用1～10表示,每个传感器用于测定对应的香气成分,即1对应芳烃类化合物,2对应氮氧化合物,3对应胺类物质,4对应氧化物类化合物,5对应烯烃类化合物,6对应极性分子类化合物,7对应烷烃类化合物,8对应硫化物或者芳香族化合物,9对应脂肪类化合物,10对应其他类化合物。

由图2可知,6(极性分子类化合物),7(烷烃类化合物),8(硫化物或者芳香族化合物),9(脂肪类化合物)和10(其他类化合物)对成分1的贡献较大;3(胺类物质),4(氧化物类化合物)和5(烯烃类化合物)对成分2的贡献相对较大,且图2中成分1的差异率远大于成分2。

由图3可知,熏牛肉样品A和熏牛肉样品B有所重叠,熏牛肉A和熏牛肉B在气味上相对较接近,熏牛肉A未添加烟熏液,熏牛肉B虽然添加了烟熏液,但是其风味仍然较接近原始牛肉,保留了牛肉的原始风味。样品E、样品F和样品G分布的区域较接近,说明这3种熏牛肉的气味较接近,样品C位于坐标的最右侧,说明熏牛肉C和其他样品在气味上的差异较明显。

图3 不同熏牛肉样品的电子鼻分析结果Fig.3 Electronic nose analysis results of different smoked beef samples

2.3 不同样品模糊数学感官评价结果

感官评价的结果会因为个体存在差异导致结果存在不稳定性[16],因此利用模糊数学方法对感官评价结果进行定量化或者数字化分析。邀请20位参加感官评价的人员,对熏牛肉不同评价指标进行占比重要性的评价(见表3),评分结果表示5个重要因素和权重分别为颜色(0.2)、口感(0.1)、质地(0.3)、滋味(0.3)和回味(0.1),可转换为权重α=(0.2,0.1,0.3,0.3,0.1)。

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

感官评分人员对熏牛肉进行感官评分(见表4),其中每个评价指标的X分别表示X1(优秀)、X2(好)、X3(良好)和X4(差)。以熏牛肉样品A作为例子,熏牛肉A的模糊数学评分集合为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 不同烟熏液对熏牛肉感官等级的影响Table 4 Effects of different smoked liquids on the sensory grades of smoked beef

表5 熏牛肉模糊数学感官评价综合评分Table 5 Comprehensive scores of smoked beef by fuzzy mathematics sensory evaluation

即熏牛肉样品A的模糊数学矩阵为:

根据上述的操作方法对熏牛肉样品B～G同样进行模糊矩阵分析,即R2～R7:

已知熏牛肉的5个评价指标颜色、口感、质地、滋味和回味的权重分别为0.2,0.1,0.3,0.3,0.1,即α=(0.2,0.1,0.3,0.3,0.1)。根据模糊数学公式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)。

模糊数学的综合评分γ=Y×K,熏牛肉的4个等级X1(优秀)、X2(好)、X3(良好)和X4(差)的评分为K=(90,70,40,30);即熏牛肉A的综合评分为熏牛肉γ1样品的评分,为57.1;熏牛肉γ2样品的评分为58.1;熏牛肉γ3样品的评分为61.4;熏牛肉γ4样品的评分为64.4;熏牛肉γ5样品的评分为61.0;熏牛肉γ6样品的评分为62.7;熏牛肉γ7样品的评分为63.0。

2.4 电子鼻的模糊数学感官评分及灰色关联度

灰色关联度代表表征变化过程,电子鼻传感器的归一化处理和感官评分的关联度分析见表6和表7。

表6 电子鼻传感器归一化处理Table 6 Normalization processing of electronic nose sensors

表7 电子鼻传感器与感官评分之间的关联度分析Table 7 Correlation analysis between electronic nose sensors and sensory scores

当采用电子鼻的关联度分析时,传感器上的相关系数均大于0.8(0.811 1～0.842 2),表示电子鼻传感器测定的值和感官评分值之间的关联系数较高。由表7可知,传感器3(胺类物质),6(极性分子类化合物),10(其他类化合物)和7(烷烃类化合物)与熏牛肉感官评分之间的关联度较高。感官评分和电子鼻之间的高度关联性表示采用电子鼻测定熏牛肉能够代表熏牛肉的品质。

3 小结

一直以来,感官评价是烟熏类食品的主要评价方法,但感官评价法存在一定程度的个体差异,为了减少差异[17],本研究利用电子舌、电子鼻和模糊数学对7组不同的熏牛肉风味进行分析和研究,研究结果表明,熏牛肉D的感官评分最高,为64.4;未添加烟熏液的空白对照A的感官评分最低,为57.1,说明采用烟熏液制作的熏牛肉能够在一定程度上提高熏牛肉的品质;感官评分和电子鼻数据之间的相关度为0.811 1～0.842 2关联度较大。