基于模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法 優(yōu)化燒烤牛肚的制作工藝

王 莉,郭麗君,張秀英,王玉濤,*,魏 健,張 麗,孫寶忠,余群力

(1.喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院,葉爾羌綠洲生態(tài)與生物資源研究高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆喀什 844000; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070; 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京 100193)

中國(guó)是畜牧業(yè)大國(guó),2015年的牛出欄量為5003.37萬(wàn)頭,牛肉年產(chǎn)量突破700萬(wàn)噸,其中副產(chǎn)物臟器約占9.1%，年產(chǎn)量達(dá)63.71萬(wàn)噸,臟器中牛胃約占5.94%[1-2]。牛副產(chǎn)物的加工利用可以合理延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈、實(shí)現(xiàn)零排放、保護(hù)環(huán)境、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益。目前我國(guó)牛副產(chǎn)物除一部分以原料形式直接上市,一部分初級(jí)加工成飼料、肥料外,很大一部分直接被丟棄了,加工利用率還不足5%,而牛胃的加工率利用更低[3-7]。牛肚即牛的瘤胃,內(nèi)壁肉厚而韌,含蛋白質(zhì)、脂肪、鈣、磷、鐵、硫胺素、核黃素、尼克酸等,營(yíng)養(yǎng)豐富[8]。目前,牛肚類產(chǎn)品主要集中在醬、鹵制品[2,9-10]。泡椒類產(chǎn)品因可增進(jìn)食欲,有助消化吸收,深受大眾青睞,而燒烤制品作為一種料理美食,也是消費(fèi)者情有獨(dú)鐘的休閑食品[11-12]。但目前市場(chǎng)上還未見(jiàn)燒烤泡椒牛肚類休閑即食產(chǎn)品,所以利用燒烤加工技術(shù)，將泡椒牛肚轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品，可有效提高牛肚加工利用率,減少資源浪費(fèi),提高企業(yè)利益。

燒烤泡椒類產(chǎn)品口味的好壞受泡椒比例、泡制時(shí)間、燒烤時(shí)間等諸多因素的影響[13-15]。感官評(píng)價(jià)對(duì)于食品風(fēng)味良好、外觀突出和產(chǎn)品質(zhì)量均衡非常重要,但該評(píng)價(jià)方法易受評(píng)價(jià)員心理等主觀因素的影響,缺乏客觀性,誤差較大,而模糊數(shù)學(xué)法可以使模糊的問(wèn)題數(shù)學(xué)化,使評(píng)定結(jié)果更趨于合理,已廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域[16-20]。食品行業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及工藝優(yōu)化等多用響應(yīng)面優(yōu)化法,包高良等[14]采用響應(yīng)面法優(yōu)化了泡椒牦牛黃喉制作工藝,白騰輝等[21]采用響應(yīng)面法對(duì)雞胸肉肌原纖維蛋白酶法水解工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。模糊數(shù)學(xué)和響應(yīng)面法結(jié)合,既可解決感官評(píng)價(jià)主觀性的問(wèn)題,又可以得到工藝條件較好的產(chǎn)品,張斌等[22]將模糊數(shù)學(xué)和響應(yīng)面法相結(jié)合用于超高壓嫩化河蚌肉的工藝切實(shí)可行,且重復(fù)性好,劉加友等[23]將感官模糊綜合評(píng)價(jià)法與響應(yīng)面優(yōu)化法相結(jié)合用于葛根乳酸菌飲料配方的優(yōu)化,所得葛根乳酸菌飲料的色、香、味與組織形態(tài)最佳,但針對(duì)燒烤泡椒牛肚的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)與響應(yīng)面優(yōu)化工藝相結(jié)合的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

因此,本研究以市售新鮮牛肚為研究對(duì)象,通過(guò)前期試驗(yàn)選取嫩度、顏色、多汁性、風(fēng)味、彈性和潤(rùn)滑性為評(píng)價(jià)指標(biāo),確定各指標(biāo)的權(quán)重,采用模糊綜合評(píng)價(jià)法得到各樣品的綜合評(píng)分,進(jìn)一步采用4因素3水平的Box-Behnken響應(yīng)面分析法優(yōu)化燒烤牛肚的制作工藝參數(shù),以得到一種新的風(fēng)味協(xié)調(diào)、外觀突出、產(chǎn)品質(zhì)量均一的燒烤類泡椒休閑食品。從而提高牛肚加工利用率,增加附加值,并為燒烤泡椒牛肚的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮牛肚 購(gòu)自新疆維吾爾自治區(qū)喀什市億家匯超市；泡椒、食用油、辣椒面、孜然、食鹽、白醋、一次性杯子等 均購(gòu)自新疆維吾爾自治區(qū)喀什市億家匯超市。

RT2155型電磁爐 南陽(yáng)市聯(lián)強(qiáng)電器有限責(zé)任公司;PC32M2型平底鍋 武漢蘇泊爾炊具有限公司;一次性紙盤(pán) 上海堅(jiān)爾美塑膠實(shí)業(yè)有限公司;YY-003型燒烤架 刀永康市盛華廚具廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 原料選擇→浸泡清洗→修整切形→水煮→泡制→燒烤→成品

1.2.2 操作要點(diǎn) 原料選擇:選擇新鮮富有彈性、質(zhì)地緊而厚實(shí)、乳白色或淡黃色的牛肚作為原料;

浸泡清洗:用約25 ℃的清水(量為牛肚重量的5倍)將牛肚浸泡30 min后再加少量小蘇打進(jìn)行清洗至無(wú)異味;

修整切形:將清洗干凈的牛肚切成邊長(zhǎng)為3 cm的等腰三角形狀;

水煮:將修整好的牛肚在沸水中進(jìn)行煮制;

泡制:將煮好的牛肚置于4 ℃泡椒液中進(jìn)行泡制(泡椒液量為牛肚重量的5倍);

燒烤:泡制結(jié)束后在300～500 ℃炭火上進(jìn)行燒烤牛肚烤制。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)前期單因素試驗(yàn)和預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用Design-Expert 8.05b軟件中響應(yīng)面Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[24],以感官評(píng)價(jià)為主要指標(biāo),采用響應(yīng)面法4因素3水平對(duì)燒烤牛肚工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,分析影響感官評(píng)價(jià)的顯著因素。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels in the Box-Behnken design

1.2.4 感官評(píng)定 參考GB/T 16291.1-2012《感官分析:選拔與培訓(xùn)感官分析;優(yōu)選評(píng)價(jià)員導(dǎo)則》[25],挑選10位經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的評(píng)價(jià)員組成評(píng)價(jià)小組,選擇不同水煮時(shí)間、泡椒比例、泡制時(shí)間、燒烤時(shí)間制作的牛肚,依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T10221-2012《感官分析術(shù)語(yǔ)》[26]的要求,選擇嫩度、顏色、多汁性、風(fēng)味、彈性和潤(rùn)滑性這6個(gè)指標(biāo)作為燒烤牛肚的評(píng)定指標(biāo),從外觀、風(fēng)味、質(zhì)地和顏色這4個(gè)方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)分,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為滿意、較滿意、一般、較不滿意、不滿意。燒烤牛肚質(zhì)量指標(biāo)級(jí)等級(jí)描述如表2所示。

1.2.5 建立模糊數(shù)學(xué)模型和確定權(quán)重 以嫩度、顏色、多汁性、風(fēng)味、彈性和潤(rùn)滑性6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成燒烤牛肚的評(píng)價(jià)因素集,即因素集U=[U1,U2,U3,U4,U5,U6]=[嫩度,顏色,多汁性,風(fēng)味,彈性,潤(rùn)滑性],評(píng)語(yǔ)集V=[V1,V2,V3,V4,V5]=[滿意,較滿意,一般,較不滿意,不滿意]。

確定權(quán)重時(shí)首先以隨機(jī)抽樣的方法發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷。問(wèn)卷內(nèi)容就是對(duì)燒烤牛肚的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)描述(表2),同時(shí)要求評(píng)價(jià)人員對(duì)6個(gè)指標(biāo)的重要性進(jìn)行先后排序(5分為最重要,1分為最不重要)。

表2 燒烤牛肚評(píng)價(jià)指標(biāo)及描述Table 2 Sensory evaluation standards of barbecue tripe

記錄評(píng)價(jià)人員對(duì)燒烤牛肚的評(píng)定結(jié)果,整理分析問(wèn)卷數(shù)據(jù),然后按照GB/T12315-2008《感官分析方法排序法》[27]確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重集合AU。每一個(gè)評(píng)價(jià)因素都對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重系數(shù),記為AU=(AU1,AU2,AU3,AU4,AU5,AU6),然后建立模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)矩陣R,最終根據(jù)B=AU×R確定燒烤牛肚綜合感官評(píng)分。

1.2.6 評(píng)價(jià)等級(jí)向量的確定 每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)[100,80]、[79,60]、[59,40]、[39,20]、[19,0],取相應(yīng)分?jǐn)?shù)段的中間值90、70、50、30、10,得到評(píng)價(jià)等級(jí)向量H=[90,70,50,30,10]。

1.2.7 回歸方法 本試驗(yàn)中采用Design-Expert 8.05b中Box-Behnken中心組合試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析時(shí),對(duì)綜合感官評(píng)價(jià)值和各制作指標(biāo)間關(guān)系分析采用線性回歸模型。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

燒烤牛肚感官評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)分析軟件采用Design-Expert 8.05b中Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析,并對(duì)綜合評(píng)價(jià)值和各制作指標(biāo)間關(guān)系采用線性回歸模型分析;感官結(jié)果統(tǒng)計(jì)、權(quán)重計(jì)算均采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 燒烤牛肚的感官評(píng)分

本試驗(yàn)10位感官評(píng)價(jià)員對(duì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的29組樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)打分,將評(píng)價(jià)結(jié)果收集匯總并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出燒烤牛肚感官評(píng)價(jià)結(jié)果,評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 燒烤牛肚感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Results of sensory evaluation for barbecue tripe

2.2 模糊矩陣的建立

由表3可知,在10人對(duì)燒烤牛肚嫩度的評(píng)價(jià)結(jié)果中,樣品1有0人感覺(jué)滿意,6人認(rèn)為較滿意,4人認(rèn)為一般,0人覺(jué)得較不滿意,0人覺(jué)得不滿意。則得到r嫩度=[0,6,4,0,0];同理,r顏色=[0,3,4,1,2];r多汁性=[0,4,1,1,4];r風(fēng)味=[0,5,0,2,3];r彈性=[0,1,2,2,5];r潤(rùn)滑性=[0,3,0,0,7]。把6個(gè)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果寫(xiě)成一個(gè)矩陣R1為:

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

隨機(jī)邀請(qǐng)喀什大學(xué)的學(xué)生和教職工品嘗燒烤牛肚,然后判定嫩度、顏色、多汁性、風(fēng)味、彈性、潤(rùn)滑性指標(biāo)的重要性。除去評(píng)語(yǔ)記錄不清、邏輯矛盾等問(wèn)卷,有效樣本105份,所以最終對(duì)這105位評(píng)價(jià)人員的問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如表4所示。

表4 燒烤牛肚感官指標(biāo)權(quán)重Table 4 Weight of sensory indexes of barbecue tripe

2.4 綜合評(píng)價(jià)

然后采用中值法[19]對(duì)評(píng)價(jià)集賦值,每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)[100,80]、[79,60]、[59,40]、[39,20]、[19,0],取相應(yīng)分?jǐn)?shù)段的中間值90、70、50、30、10,得到評(píng)價(jià)等級(jí)向量H=[90,70,50,30,10],則可得到每個(gè)樣品的綜合結(jié)果為S=B·HT。最后得到29組樣品綜合評(píng)分見(jiàn)表5中綜合評(píng)價(jià)值。

表5 Box-Bchnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 5 Design and results of Box-Behnken experiment

利用Design Expert 8.05b軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到燒烤牛肚感官評(píng)分的回歸方程如下:

R=35.59+3.07A+0.72B-0.061C-0.27D-0.15AB+0.45AC+0.01AD-1.74BC+0.88CD-2.28A2-1.96B2-1.25C2-1.22D2。

回歸方程的系數(shù)顯著性檢驗(yàn)見(jiàn)表6,本試驗(yàn)中模型的回歸方程的一次項(xiàng)A(水煮時(shí)間)影響極顯著(p<0.01),一次項(xiàng)B(泡椒比例)影響顯著(p<0.05);表明在燒烤牛肚的制作過(guò)程中,泡椒比例和水煮時(shí)間對(duì)燒烤牛肚感官評(píng)分有顯著影響;而C(泡制時(shí)間)和D(燒烤時(shí)間)影響不顯著(p>0.05);二次項(xiàng)A2、C2、D2、AC、AD、BC影響極顯著(p<0.01)，B2影響顯著(p<0.05);即燒烤牛肚制作過(guò)程中,水煮時(shí)間和泡制時(shí)間、泡制時(shí)間和水煮時(shí)間、泡椒比例和泡制時(shí)間對(duì)燒烤牛肚感官影響極顯著(p<0.01)。其余項(xiàng)影響不顯著(p>0.05)。根據(jù)模型的回歸方程,可以得到各因素的影響主次順序?yàn)?A>B>D>C。即水煮時(shí)間>泡椒比例>燒烤時(shí)間>泡制時(shí)間。

表6 回歸模型的方差分析Table 6 Variance analysis of regression model

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對(duì)應(yīng)于試驗(yàn)因素A、B、C和D所構(gòu)成的三維空間的曲面圖及其在二維平面上的等高線圖,其可以直觀地反映各因素及它們之間的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 燒烤時(shí)間和水煮時(shí)間交互作用的響應(yīng)面圖Fig.1 Response surface diagram of interaction between cooking time and boiling time

圖2 水煮時(shí)間和泡制時(shí)間交互作用的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface diagram of interaction between cooking time and soaking time

圖3 泡制時(shí)間和泡椒比例交互作用的響應(yīng)面圖Fig.3 Response surface diagram of interaction between soaking time and peppers amount

根據(jù)Design-Expert 8.05軟件得到的響應(yīng)曲面圖和等高線圖，可以直觀地展示響應(yīng)值與實(shí)驗(yàn)參數(shù)水平之間的關(guān)系。若響應(yīng)面的坡度越陡峭，說(shuō)明相應(yīng)的指標(biāo)的變化對(duì)響應(yīng)值影響較大；反之，若響應(yīng)面的坡度平緩，則說(shuō)明該指標(biāo)的變化對(duì)響應(yīng)值影響較小。等高線的形狀反映兩因素之間交互作用的強(qiáng)弱，越接近橢圓形，則說(shuō)明兩因素之間的交互作用顯著；反之，越接近圓形，則說(shuō)明兩因素之間的交互作用不顯著。由圖1～圖3可知，AD、AC和BC的曲線圖坡度陡峭，等高線接近于橢圓，說(shuō)明AD、AC和BC交互作用顯著，與方差分析的結(jié)果一致。

2.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果和二次多項(xiàng)回歸方程進(jìn)行分析,得到了燒烤牛肚最佳制作條件為:泡椒比例18.22%、泡制時(shí)間4.44 h、燒烤時(shí)間6.25 min、水煮時(shí)間7.96 min,在此制作參數(shù)下,燒烤牛肚理論感官評(píng)分48.94。為了操作方便,在檢驗(yàn)該模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性時(shí),在優(yōu)選得到的最佳制作條件基礎(chǔ)上對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正,修正后制作參數(shù)為泡椒比例18.22%、泡制時(shí)間4.50 h、燒烤時(shí)間6.20 min、水煮時(shí)間8.00 min，進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),3次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果得到向量分別為[0,0.483,0.125,0.1774,0.2146]、[0,0.434,0.158,0.1603,0.2481]、[0,0.504,0.176,0.1253,0.1956],通過(guò)計(jì)算得到實(shí)際感官評(píng)分為47.61±2.10,與模型所得感官評(píng)分最高值48.94相對(duì)誤差為2.74%,誤差較小。由此可得,模型合理有效,工藝真實(shí)可靠,采用響應(yīng)面分析法對(duì)燒烤牛肚制作條件的優(yōu)化是行之有效的。本工藝所得燒烤牛肚色澤鮮美,能增加食欲,香味濃郁,口感細(xì)膩、脆嫩,硬度適宜。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)建立了燒烤牛肚模糊綜合感官評(píng)價(jià)的方法,以及與水煮時(shí)間、泡椒比例、泡制時(shí)間和燒烤時(shí)間等工藝參數(shù)的二次多項(xiàng)式回歸模型,進(jìn)一步通過(guò)4因素3水平的響應(yīng)面分析法對(duì)燒烤牛肚制作工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,并且經(jīng)檢驗(yàn)證明工藝是合理可靠的,最后得出燒烤牛肚最優(yōu)制作條件為水煮時(shí)間8.00 min,泡椒比例18.22%,泡制時(shí)間4.50 h,燒烤時(shí)間6.20 min。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)得感官評(píng)分為47.61±2.10,與模型所得感官評(píng)分最高值48.94相對(duì)誤差為2.74%,誤差較小,并且得到的燒烤牛肚色香味俱全,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,改善了牛肚食用品質(zhì),也增加了牛副產(chǎn)物附加值。