基于模糊数学法优化百香果果酒带壳发酵工艺研究.pdf
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1、百香果,又名西番莲、鸡蛋果,为西番莲科西番莲属多年生木质藤本植物1,因其具有芒果、香蕉、菠萝、番石榴等多种水果的香气而被命名2。百香果原产于北美洲安的列斯群岛3,主要分布于亚热带及热带地区,目前在我国广东、广西、福建、海南等地均大面积种植。百香果果酒以百香果鲜果为原料发酵制成,是一种香气浓郁的纯天然低度果酒。添加果壳发酵,可增加酒体中黄酮、多酚、花色苷、多糖等生物活基于模糊数学法优化百香果果酒带壳发酵工艺研究鄢沈冰1,2,钟璇1,2,马婷婷1,2,梁艳玲3(1.广西职业技术学院农业工程学院/食品产业学院,南宁530226;2.广西农垦工程技术研究(服务)中心-农产品高值化工程技术研究中心,南宁
2、530226;3.广西轻工业科学技术研究院广西食品与农产品综合加工技术重点实验室,南宁530000)摘要:以新鲜紫色百香果为原料,以模糊数学综合评价法为研究方法,选取果壳添加量、酵母接种量、发酵温度和初始糖度四个影响因素,研究优化百香果果酒的带壳发酵工艺。结果表明,最优发酵参数为:果壳添加量5%,酵母接种量0.25%,发酵温度21,初始糖度25 Brix。该条件下,酒样色泽诱人、清亮透明、果香四溢、口感协调,感官评分为90.33分。关键词:百香果果酒;发酵;工艺;感官评定;矩阵中图分类号:TS 262.7文献标识码:A文章编号:1007-6395(2023)04-0068-06Optimiza
3、tion of Fermentation Technology ofPassion Fruit Wine with Shells Based on Fuzzy Mathematics MethodSHEN Bing1,2,ZHONG Xuan1,2,MA Tingting1,2,LIANG Yanling3,4(1.College of Agricultural Engineering/College of Food Industry,Guangxi Vocational and Technical College,530226 Nanning,China.2.Guangxi State Fa
4、rms Engineering Technology Research(Service)Center-EngineeringTechnology Research Center for High-Value Agricultural Products,530226 Nanning,China.3.Key Laboratory ofFood and Agricultural Products Integrated Processing of Guangxi,Guangxi Light Industry Science and TechnologyResearch Institute,530000
5、 Nanning,China)Abstract:In order to optimize the fermentation process of passion fruit wine with shells,fresh purple passionfruits were used as raw material,fuzzy mathematics comprehensive evaluation method was used as the researchingmeans,and four factors were selected:added amount of shells,yeast
6、inoculation quantity,fermentation tempera鄄ture and initial sugar content.The results showed that the optimal fermentation process was as follows:addedamount of shells was 5%,yeast inoculation quantity was 0.25%,fermentation temperature was 21 and initialsugar content was 25 Brix.Under these fermenta
7、tion conditions,the wine sample was attractive in color,clearand transparent,fruity and harmonious in taste,and the sensory score was 90.33.Key words:passion fruit wine with shells,fermentation;technology,sensory evaluation,matrix鄢基金项目:广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY29019);广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2021KY0979)
8、;广西职业技术学院自然科学类重点课题(201102)收稿日期:2023-03-28作者简介:沈冰(1989-),女(壮族),讲师,硕士,研究方向:农产品加工。性物质,从而提高百香果果酒抗氧化功效4-5,帮助人体清除自由基、改善血液循环、促进新陈代谢6-9。胡来丽等1和程宏桢等10的研究均表明,相比于果汁酒,带壳发酵的百香果果酒在游离氨基酸含量、呈味氨基酸种类和挥发性香气成分等方面表现更好,即风味更佳。模糊数学评价法是根据模糊数学的隶属度和隶属函数原理,将定性评价转化为定量评价,并对受多因素影响或制约事物给出一个总体评价方法11-12。传统的感官评定方法存在对象属性难界定、评价结果易受评价主体的
9、主观感受影响等问题,导致应用的局限性。模糊数学评价法则可通过精确的数学手段建立起评价对象的矩阵模型13,将受多因素制约68粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工23年第48卷第4期粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工图1百香果果酒制备的工艺
10、流程配制培养基接入酵母菌培养活化设备CIP清洗百香果清洗取果肉添加果壳调糖巴氏杀菌前发酵后发酵粗滤微滤包装成品的复杂的、难以确定的评价过程转化为可计算、可归纳的矢量,使得评价过程有理可循,更具科学性和客观性14。近年来,模糊数学评价法已充分应用于食品行业,多见于乳制品15-17、肉制品18-19、饮料20-22以及糕点23-24、调味品25-27等生产工艺的优化,仅有少量应用于酒制品的研究28。本研究基于模糊数学综合评价法,以紫色百香果为原料,选取果壳添加量、酵母接种量、发酵温度和初始糖度四个影响因素,研究优化百香果果酒的带壳发酵工艺,以期为百香果深加工和副产物综合利用提供科学依据,为模糊数学
11、法在食品工业的应用拓展提供参考方法。1材料与方法1.1材料与试剂紫色百香果,广西南宁市明阳农场;活性RW型干酵母(葡萄酒、果酒专用酵母),安琪酵母股份有限公司;酵母浸膏,北京奥博星生物技术有限责任公司;牛肉浸膏,广东环凯微生物科技有限公司,均为生化试剂;无水乙醇,江苏强盛功能化学股份有限公司;葡萄糖,西陇科学股份有限公司;氢氧化钠,国药集团化学试剂有限公司,均为分析纯;一水柠檬酸,中粮生物化学(安徽)股份有限公司,食品级。1.2仪器与设备WX-137型微滤-超滤设备,合肥万学科教仪器有限公司;KRH-APJ型自动灭菌发酵罐,江苏科海生物工程设备有限公司;pHS-3DW型pH计,上海雷磁仪器有限
12、公司;TD10型手持式测糖仪,上海力辰邦西仪器科技有限公司;LHS-24B型手提式压力蒸汽灭菌器,宁波凌宏医疗器械科技有限公司;SKY-111C型恒温培养振荡器,上海智城分析仪器制造有限公司;SW-CJ-2F型超净工作台,苏净集团苏州安泰空气技术有限公司。1.3方法1.3.1工艺流程按照图1的工艺流程制备百香果果酒。1.3.2感官评定感官评定小组由20名食品专业的师生组成。其中,教师10人,均持有国家二级品酒师或以上职业资格证,学生10人,均经过感官敏感度测试。感官评定过程均在专业的品评室内进行,室内温度恒定为25。根据百香果果酒感官评定标准(表1),感官评定小组各成员分别对样品的色泽、香气、
13、风味和典型性进行独立评分。表1百香果果酒感官评定标准评分项目评分标准等级色泽酒体呈诱人的红色或棕红色,无沉淀,无悬浮物,无杂质,清亮透明,透光率好酒体呈诱人的红色或棕红色,肉眼可见少量沉淀、悬浮物或杂质,较为清亮透明,透光率尚可酒体呈橙色或黄色,肉眼可见较多沉淀或悬浮物,半透明,透光率较差酒体呈异色,肉眼可见沉淀、悬浮物或杂质,浑浊,失光,透光率差香气具有浓郁的百香果特征果香和酒香具有较为浓郁的百香果特征果香和酒香具有寡淡的百香果特征果香和酒香无百香果特征果香,具有腐败味或其它刺激性异味风味酸甜适中,无苦涩味或苦涩味不明显,口感柔和,协调度高,百香果特征风味和酒味的持久度悠长酸甜适中,苦涩味较
14、明显,口感较柔和,协调度较高,百香果特征风味和酒味的持久度尚可过酸或过甜,涩口,口感粗糙,百香果特征风味和酒味的持久度短暂过酸或过甜,涩口,口感不协调,无百香果特征风味和酒味,或具有其它异味典型性具有百香果和发酵果酒典型的色、香、味,风格明确、良好,典型性好具有百香果和发酵果酒典型的色、香、味,风格较明确但不够怡人,典型性较好基本具有百香果和发酵果酒典型的色、香、味,风格不明显,典型性一般不具有百香果和发酵果酒典型的色、香、味,风格不明,典型性差优良中差优良中差优良中差优良中差69粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮
15、 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工23年第48卷第4期粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工图2果壳添加量对百香果果酒感官评分的影响图3酵母接种量对百香果果酒感官评分的影响1.3.3单因素试验设计百香果果壳添加量分别为0、5%、10%、15%、20%、25%(占酒样体系的质量分数,下同),酵母接种量分别 为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%,发酵温度分别为17、19、21、23、25、27,初始糖度分别为21Brix、23B
16、rix、25Brix、27Brix、29Brix、31Brix,初发酵7 d,后发酵5 d。分别考察果壳添加量、酵母接种量、发酵温度和初始糖度对百香果果酒感官品质的影响。1.3.4正交试验设计在单因素试验的基础上,根据表2设计四因素三水平L9(34)正交试验。1.3.5模糊数学评价模型建立1.3.5.1确定各类评价集合确定因素集、权重集和评语集。百香果果酒模糊数学评定法的因素集为U,则U=u1,u2,u3,u4=色泽,香气,风味,典型性。采用二元比对法确定权重集V,并进行归一化处理,则V=v1,v2,v3,v4=0.2,0.3,0.4,0.1。针对各评价因素,设定评语集A,则A=a1,a2,a
17、3,a4=优,良,中,差=90,80,70,60。1.3.5.2建立模糊关系矩阵建立单因素模糊矩阵。感官评定小组成员对每个样品的4个因素逐一进行感官评分,分别记录每个评语下的人次,并进行归一化处理,得到单因素模糊矩阵Tij,(i=1,2,9,j=1,2,4)。建立样品模糊评定矩阵。由色泽、香气、风味、典型性4个因素的模糊矩阵,可得到每个样品的模糊评定矩阵Ri=Ti1Ti2Ti3Ti4,i=1,2,9。建立模糊关系综合判别集。由模糊评定矩阵Ri和权重集U,可得模糊关系综合判别集Yi,即Yi=Ri V(i=1,2,9)。计算模糊关系综合感官评分。由模糊关系综合判别集Yi和评语集X,可得模糊关系综合
18、感官评分Xi,即Xi=Yi A(i=1,2,9)。1.4数据处理采用SPSS 26.0进行数据统计与分析。2结果与分析2.1单因素试验结果分析2.1.1果壳添加量对百香果果酒感官品质的影响酵母接种量0.20%、发酵温度21、初始糖度25 Brix,探讨果壳添加量(0、5%、10%、15%、20%、25%)对百香果果酒感官品质的影响,结果如图2。由图2可知,随着果壳含量增加,感官评分提高,并在果壳添加量为5%时评分最高,为89.55分,之后感官评分显著下降,这可能是因为百香果果壳中呈味氨基酸含量比较丰富1,添加少量果壳有利于提升酒样的感官品质,但过高的果壳含量引入大量单宁,酒样苦涩味加重,导致感
19、官评分下降。2.1.2酵母接种量对百香果果酒感官品质的影响果壳添加量5%、发酵温度21、初始糖度25Brix,探讨酵母接种量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%)对百香果果酒的感官品质的影响,试验结果如图3所示。从图3中可知,随着酵母接种量的增加,酒样的感官评分存在不同程度的波动。6个样品中,最高分为90.33分(接种量0.25%),最低分为76.08分(接种量0.10%)。这可能与发酵的中间产物转化和酵母菌老化有关,具体原因还有待进一步研究。表2L9(34)因素与水平ABCD水平果壳添加量酵母接种量发酵温度初始糖度/%/%/Brix152103150.05
20、0.150.2521232523252770粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工23年第48卷第4期粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工粮 食 加 工对表3的数据进行归一化处理后,可建立模糊评定矩阵。以样品1#为例,色泽因素方面,10人认为“优”、8人
21、认为“良”、2人认为“中”,0人认为“差”,则色泽模糊矩阵T11=(0.50 0.40 0.10 0.00)。同理,香气模糊矩阵T12=(0.55 0.35 0.05 0.05),风味模糊矩阵T13=(0.60 0.30 0.10 0.00),典型性模糊矩阵T14=(0.60 0.40 0.00 0.00)。因此,样品1#的模糊评定矩阵R1=T11T12T13T14=0.500.400.100.000.550.350.050.050.600.300.100.000.600.400.000.00同理,可得样品2#9#的模糊评定矩阵如下:R2=0.750.250.000.000.750.250.0
22、50.050.800.200.000.000.700.300.000.00,R3=0.500.300.150.050.500.450.050.000.500.450.050.000.500.400.100.00,R4=0.400.450.100.050.300.450.200.050.200.500.250.050.300.350.250.10,泽、香气、风味和典型性等4个评价维度,对1#至9#样品进行逐一、逐项评分。不同评语下的人次统计如表3所示。图5初始糖度对百香果果酒感官评分的影响图4发酵温度对百香果果酒感官评分的影响2.1.3发酵温度对百香果果酒感官品质的影响果壳添加量5%、酵母接种量
23、0.25%、初始糖度25 Brix,分别置于17、19、21、23、25和27温度下进行发酵。图4结果显示,随着发酵温度的上升,酒样的感官评分先上升、后下降,于23 时达到峰值,为95.03分。这是因为发酵温度影响了酶活,当处于酶的最适温度时,酵母菌的发酵效率最高,产生的呈味物质则最为丰富。2.1.4初始糖度对百香果果酒感官品质的影响果壳添加量5%、酵母接种量0.25%、发酵温度23,初始糖度分别调至21Brix、23Brix、25Brix、27Brix、29Brix、31Brix,感官评定结果见图5。可以看出,初始糖度为23 Brix时,酒样的感官评分最高,为89.78分,当初始糖度大于25
24、 Brix时,感官评分明显下降。一方面,糖为酵母菌的发酵提供碳源,当糖度适宜时,发酵过程最优,酒样的感官品质则最佳,另一方面,糖度调节适宜有利于形成良好的滋味和口感。当糖度过高时,因酵母在分解过量糖时产生过量酒精,致酒精度上升,当酒精含量达15%Vol时,酵母菌停止发酵,因此酒样感官评分下降。2.2模糊数学综合判定结果分析在单因素试验基础上根据四因素三水平L9(34)正交设计表(表2),制备9种百香果果酒样品(编号为1#,2#,9#)。20位感官评定小组成员均从色表3感官评定人次统计结果样品1#2#3#4#5#6#7#8#9#色泽优101510良856中203差001香气优111510良759
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