基于模糊數(shù)學法優(yōu)化巴沙魚糜脆片微波膨化工藝研究

薛 山，杜楚玲

（1.閩南師范大學生物科學與技術學院，福建 漳州 363000；2.菌物產(chǎn)業(yè)福建省高校工程研究中心，福建 漳州 363000）

巴沙魚（Pangasius bocourti）為芒鯰屬動物，原產(chǎn)于泰國、老撾等東南亞國家，是重要的淡水養(yǎng)殖魚品，在國際市場上占有重要地位。巴沙魚具有易養(yǎng)殖、生長快的特點，因此具有較高的經(jīng)濟價值，同時，鑒于其具有肉質(zhì)鮮美、營養(yǎng)價值高、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸豐富且易消化等特性，市場消費需求廣闊[1-2]。目前，巴沙魚的產(chǎn)品尚比較單一，常用于海鮮調(diào)味品基料[3]、魚皮明膠提取利用[4]等，其休閑加工食品仍需進一步開發(fā)。

隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，微波膨化食品愈加受到消費者的歡迎。微波膨化技術能夠?qū)⑽⒉芰吭诘竭_物料深層后轉(zhuǎn)換成熱能，使物料深層的水分迅速蒸發(fā)并形成較高內(nèi)部蒸汽壓力，從而迫使物料膨化，其加工時間短，且能夠?qū)崿F(xiàn)膨化、干燥和殺菌工藝同時完成[5]。同時，采用微波膨化技術制作脆片不僅消除了油炸脆片易產(chǎn)生致癌物的隱患，還克服了其他方法復雜且耗時的缺陷，被認為是一種可行性強的新型脆片加工方法[6-7]。

模糊數(shù)學評定法是由Zadeh創(chuàng)建的一種評定方法，通過建立模糊綜合評價的評判因素集、評語集、權(quán)重集以及建立矩陣和權(quán)重之間的運算，將模糊的、定性的指標轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦?、定量的指標[8-9]。將模糊數(shù)學評定法與感官評價相結(jié)合，能夠大幅降低評價過程中人為主觀誤差，已廣泛用于食品工藝優(yōu)化[10]、食品品質(zhì)檢測[11]、工作評價[12-13]等多個領域。

本研究以巴沙魚制成的魚糜為原料，采用微波膨化技術，建立模糊數(shù)學感官評分評價體系，通過單因素和響應曲面優(yōu)化試驗，優(yōu)化巴沙魚糜脆片的配方比例及加工工藝，研發(fā)新型巴沙魚休閑產(chǎn)品，以期滿足消費者安全、營養(yǎng)、便捷的消費需求。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

大小均勻的冷凍巴沙魚，中鹽牌精鹽，三象牌糯米粉，金寶象牌白砂糖，百年宏云牌小蘇打，安佳牌黃油，純凈水，雞蛋，以上原料均購于漳州大潤發(fā)超市。

1.1.2 儀器與設備

G70F20CN1L-DG（B1）型微波爐，格蘭仕微波爐電器有限公司；HX-J3011型奧克斯絞肉機，佛山市海迅電器有限公司；JR05-300型絞肉機，蘇泊爾生活電器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料預處理→清洗攪拌→擂潰→混料（添加輔料）→成型→熟化→冷卻→切片整形→微波膨化→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料預處理

利用微波爐自帶的解凍功能將冷凍的巴沙魚解凍，用時約96 s。

1.2.2.2 清洗攪拌

將魚肉清洗后用絞肉機絞碎至魚糜狀。

1.2.2.3 擂潰

稱取魚糜，添加適量食鹽，使用絞肉機擂潰3 min，使魚糜具有一定黏性。

1.2.2.4 混料

將黃油放置室溫軟化，雞蛋打散，然后將糯米粉、鹽、白砂糖、小蘇打、蛋液、水、黃油依次加入擂潰好的魚糜中，進行充分攪拌。

1.2.2.5 成型

對混料進行揉搓排氣，直至魚糜混料無大氣孔后停止揉搓，將成型好的魚糜面團放在100℃的蒸鍋中熟化3 min[14]。

1.2.2.6 冷卻

將熟化后的魚糜面團冷卻至室溫后放置于冰箱中冷卻15 min。

1.2.2.7 切片整形

將冷卻后的面團整形成長條后切成規(guī)格為2 cm×2 cm×0.2 cm的方形薄片[14]。

1.2.2.8 微波膨化

采用不同的微波參數(shù)對魚糜片進行膨化。

1.2.3 微波膨化工藝試驗

通過預試驗確定微波功率490 W，微波時間70 s，以魚糜質(zhì)量為基準，添加50.25%糯米粉、16.02%水、10.38%蛋液、4.50%蔗糖、6.62%黃油、1.00%鹽、0.75%小蘇打，脆片厚度為2 mm。

1.2.4 單因素試驗設計

以“1.2.3”微波膨化工藝預試驗結(jié)果為固定因素，分別考察不同微波時間（50、60、70、80、90 s）、不同微波功率（350、420、490、560、630 W）、不同食鹽用量（0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%）、不同糖用量（2.5%、3.5%、4.5%、5.5%、6.5%）、不同小蘇打用量（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%）對魚糜脆片模糊數(shù)學感官評分的影響。

1.2.5 模糊數(shù)學感官評價體系

1.2.5.1 感官評價方法

由食品系教師和學生共10人組成的評價小組分別對魚糜脆片的組織狀態(tài)、色澤、口感、氣味4個指標進行感官評價，每個指標分為好、較好、一般、差4個評定等級。魚糜脆片感官品質(zhì)評價標準見表1。

表1 魚糜脆片感官品質(zhì)評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for surimi crisp chips

1.2.5.2 模糊數(shù)學感官評價體系的建立

參考張云亮等[5]的方法建立魚糜脆片模糊數(shù)學感官評價體系。根據(jù)魚糜脆片的感官評定標準，設定因素集K={組織狀態(tài)，色澤，口感，氣味}作為感官品質(zhì)指標評價集，L={好，較好，一般，差}作為評語集。

1.2.6 響應面優(yōu)化試驗設計

對單因素試驗的結(jié)果進行方差分析，發(fā)現(xiàn)微波時間、微波功率、小蘇打用量對魚糜脆片感官評分的影響顯著，根據(jù)Box-Benhnken試驗設計原理，以模糊數(shù)學感官評分為指標，采用Design Export 8.0軟件對魚糜脆片加工工藝進行優(yōu)化，確定脆片的最佳配方和工藝條件，響應面優(yōu)化試驗因素與水平如表2所示。

表2 響應面試驗因素與水平Table 2 Response surface experimental factors and levels

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016對試驗數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，用Origin 8.0軟件進行圖表制作，用Design Expert 8.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學感官評價結(jié)果

2.1.1 評價結(jié)果

由10位感官評價人員對前期制作的25份樣品進行4個指標的評測，對評分結(jié)果進行收集整理，得到魚糜脆片的感官評價結(jié)果，見表3。

2.1.2 模糊矩陣的建立

如表3所示，從10位感官評價人員對1號產(chǎn)品的4個指標評分得到評價矩陣：

表3 魚糜脆片感官評分結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of surimi crisp chips

同理得R2～R25評價矩陣：

由評價人員對魚糜脆片的組織狀態(tài)、色澤、口感、氣味指標進行評分，并給出其所占產(chǎn)品品質(zhì)重要性的比例，即組織狀態(tài)0.25、色澤0.2、口感0.4、氣味0.15，構(gòu)成評價體系權(quán)重集X={0.25，0.2，0.4，0.15}，參照比例集計算公式Y(jié)=X·R，代入第1組數(shù)據(jù)得：

同理根據(jù)上述公式Y(jié)=X·R，求得各比例集為：

設定評定等級為好1 00分，較好80分，一般60分，差40分，得評價等級集為根據(jù)公式T=Y·D，代入1號樣品的數(shù)據(jù)：

同理由上述公式T=Y×D計算可得T2～T25樣品的模糊數(shù)學感官評分：T2=63.7，T3=92.2，T4=62.9，T5=46.7，T6=63.8，T7=96，T8=78.6，T9=59.4，T10=43.9，T11=93.6，T12=83.9，T13=74.2，T14=70.3，T15=60.7，T16=63.8，T17=86.8，T18=93.2，T19=70，T20=64.1，T21=74.1，T22=96.6，T23=79.4，T24=64.5，T25=55.7。

2.2 單因素試驗結(jié)果

2.2.1 微波時間對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響

微波膨化處理能夠改變食品的感官品質(zhì)、物化及營養(yǎng)特性[15-16]。由圖1可知，微波時間對巴沙魚糜脆片感官品質(zhì)影響顯著，在70 s時感官品質(zhì)達到最高92.2分。微波膨化時間太短時，魚糜脆片得不到充分的熟化，組織較軟不酥脆，色澤偏白，沒有濃郁的脆片香味，而當微波時間超過70 s時，脆片組織開始焦糊，導致脆片感官評分較低。

圖1 微波時間對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of microwave time on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.2 微波功率對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響

由圖2可見，微波功率對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響顯著，當微波功率為420 W時，產(chǎn)品的感官評分達最大值。推測該原因是當功率較低時，產(chǎn)能較少，脆片得不到充分膨化，導致組織松軟，感官狀態(tài)不佳，而當微波功率大于420 W時，脆片過分被膨化，導致組織殘渣較多，并且大面積烤焦，樣品評分降低[17]。

圖2 微波功率對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of microwave power on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.3 鹽用量對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，魚糜脆片的感官評分隨著鹽量的增加而逐漸下降，當鹽用量為0.5%時，評分最高。原因可能是當鹽用量超過0.5%時，組織形態(tài)、色澤、口感、氣味的綜合感官評分整體呈下降趨勢，尤其是食鹽添加量過多時口感偏咸，降低了總體分值[18]。

圖3 鹽用量對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of salt additions on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.4 糖用量對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響

由圖4可知，魚糜脆片的感官評分隨著糖用量的增加先升高后降低，當糖用量為4.50%時，產(chǎn)品感官評分最高。適量的糖用量能夠改善微波膨化食品的風味和口感[18]。

圖4 糖用量對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of sugar additions on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.5 小蘇打用量對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響

隨著小蘇打用量的增加，魚糜脆片的感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當小蘇打用量為0.5%時，脆片感官評分最高。小蘇打常作為膨松劑用于膨化食品的加工，有利于脆片的成型[14]，適量的小蘇打能夠改善脆片組織結(jié)構(gòu)，使口感酥脆，色澤均勻，提升感官評分，但當小蘇打用量過高時口感發(fā)苦，且顏色較深，總體評分下降。

圖5 小蘇打用量對魚糜脆片感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effects of baking soda additions on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.3 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

以微波功率、微波時間、小蘇打用量為自變量，以模糊數(shù)學感官評分為響應值，進行響應面試驗設計，結(jié)果如表5所示。采用Design Expert 8.0軟件對表5數(shù)據(jù)進行多元線性回歸擬合，得到以模糊數(shù)學感官評分為響應值的二次多項回歸模型方程：

表5 響應面試驗設計方案及結(jié)果Table 5 Experimental design scheme and results for response surface methodology

Y=94.60+3.25A+1.25B-0.25C-5.00AB-4.00AC-3.50BC-6.30A2-9.80B2-7.30C2

由表6方差分析可知，模型極顯著（P＜0.000 1），所建立模型的擬合程度較好，因此可以較好地反映魚糜脆片的感官品質(zhì)與各因素間的關系。比較F值大小可知，影響魚糜脆片感官品質(zhì)的主要因素依次為A＞B＞C，即微波功率＞微波時間＞小蘇打用量。所建立模型R2=0.981 4，R2adj=0.957 4，并且失擬度低，代表模型可信度高。

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

響應面可以很好地反映各個單因素以及各因素間交互作用對感官評分的影響，若響應面的坡度較陡，代表此因素的影響較大；反之，則因素的影響較小。等高線圖反映了各個因素間交互作用強弱的大小，即橢圓形表示影響較大，圓形代表影響較小[19-21]。根據(jù)表6方差分析可知，AB、AC、BC交互作用對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響均極顯著（P＜0.01）。

分析圖6可知，AB交互作用橢圓形最明顯，說明影響最顯著。此外，微波時間、微波功率、小蘇打用量三因素皆對魚糜脆片的感官品質(zhì)影響較大。根據(jù)軟件分析得出工藝優(yōu)化結(jié)果為：微波功率440.3 W、微波時間70.1 s、小蘇打用量0.497%。為了簡化優(yōu)化后的工藝條件，將工藝參數(shù)調(diào)整為微波功率440 W、微波時間70 s、小蘇打用量0.5%，在此工藝條件下得到的魚糜脆片模糊數(shù)學感官評分為97分。由此可知，優(yōu)化后的參數(shù)與實際感官評價最優(yōu)結(jié)果基本符合，優(yōu)化后的工藝參數(shù)可信度較高。

圖6 各因素交互作用對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響Fig.6 The effect of interaction of each factor on sensory quality of product

3 結(jié)論

基于單因素試驗的結(jié)果，采用響應面法對魚糜脆片的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為：微波功率440 W，微波時間70 s，小蘇打用量0.5%，各因素對魚糜脆片感官品質(zhì)影響的大小順序為：微波功率＞微波時間＞小蘇打用量。此外，通過對各因素交互作用分析得出，兩兩因素交互作用對感官評分的影響均極顯著（P＜0.01）。在最佳工藝條件下制得的魚糜脆片口感酥脆，香氣濃郁，色澤明亮均勻，感官品質(zhì)最佳。