基于模糊數(shù)學感官評定法與響應面分析法優(yōu)化番茄花菇牛肉醬工藝的研究

張軍，張艾青，韓偉，任富慧，田銘，陳霖朗，李孟婷

(1.青島農(nóng)業(yè)大學海都學院 食品系，山東 萊陽 265200；2.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學院 食品與藥品科技學院，山東 濰坊 261061；3.青島檢驗認證有限公司，山東 青島 266002)

番茄營養(yǎng)價值極高且顏色鮮亮，富含多種微量元素[1-2]，能夠降低膽固醇含量，清除自由基[3-4]?；ü焦麑嶕r嫩并含有大量的多糖、核酸、維生素等功能成分，因而成為香菇中的極品[5]。牛肉肌纖維較粗，咀嚼性較強，富含肌氨酸、維生素B6等[6]，能極大地提高機體免疫力。潘治利等[7]研究不同部位牛肉對菜肴品質(zhì)的比較分析，發(fā)現(xiàn)牛肉黃瓜條部位風味物質(zhì)有20多種，嫩度和質(zhì)構(gòu)品質(zhì)較好。

從市場產(chǎn)品來分析，我國牛肉醬種類復雜多樣，但多數(shù)局限在辣味產(chǎn)品中，復合型高營養(yǎng)的牛肉醬產(chǎn)品備受大眾青睞。研究新型復合調(diào)味醬能夠增加牛肉醬產(chǎn)品種類，對滿足不同飲食嗜好性的消費群體具有重要意義。本試驗以牛肉中品質(zhì)較高的黃瓜條部位為原料，添加花生油、黑芝麻、雞精、海鹽等輔料，以番茄、花菇、黃豆醬、白砂糖為單因素，模糊數(shù)學感官評定結(jié)果為依托，與響應面分析法相結(jié)合，開發(fā)一款復合型牛肉醬。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮番茄、黃瓜條牛肉、花菇：市售；黃豆醬：佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司；花生油：魯花集團；白砂糖：太古糖業(yè)(中國)有限公司；雞精：太太樂集團；熟黑芝麻：冠香居食品有限公司；海鹽：山東省鹽業(yè)集團。

1.2 儀器與設備

JY2002分析天平 上海儀器儀表公司；C22電磁爐 蘇泊爾公司；LDZX滅菌鍋 上海申安醫(yī)療科技有限公司；HH-6水浴鍋 上海力辰儀器科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料選擇→清洗→預處理→炒醬→裝罐→排氣→殺菌→冷卻→產(chǎn)品。

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 牛肉丁的制備

參照潘治利等研究不同部位牛肉對菜肴品質(zhì)的比較分析，選取牛肉黃瓜條部位，洗凈瀝干水分，切成1 cm3大小的肉丁，備用。

1.3.2.2 花菇的制備

參照張莉等[8]的原材料預處理方案并部分修改，選擇形態(tài)完整、無霉變、無病蟲害、大小均勻的新鮮花菇[9]，在清水中洗凈后，切成1 cm3大小的花菇丁，沸水煮5 min后將花菇撈出置于冷水中冷卻，瀝干水分，備用。

1.3.2.3 番茄的制備

挑選無機械損傷、成熟且色澤紅艷、大小均勻的新鮮番茄，用清水洗凈，在80 ℃條件下漂燙2 min進行軟化工序處理，可以最大程度地保留Vc[10]。軟化后將番茄皮去掉，用刀去除番茄蒂后將番茄切成均勻的小塊，備用。

1.3.2.4 炒醬

將鍋燒熱，倒入花生油加熱至60 ℃，放入牛肉丁，翻炒至肉色發(fā)白，溫度升高至120 ℃[11]時加入豆瓣醬，攪拌均勻后依次加入番茄塊、花菇丁，加入調(diào)味料后撒上熟黑芝麻，不停翻炒，防止粘鍋，使黃豆醬與牛肉丁、花菇丁充分接觸融合，參照劉馥源等[12]對香菇醬加工工藝的研究，選擇最佳炒醬時間為3 min。

1.3.2.5 裝罐、排氣、滅菌

炒制好的牛肉醬以每罐100 g的標準裝入玻璃瓶中，恒溫水浴鍋設置90 ℃加熱排氣6 min，迅速擰緊瓶蓋密封，滅菌鍋設置120 ℃，20 min，殺菌后冷卻至室溫。

1.3.3 單因素試驗

以黃瓜條牛肉丁200 g為原料，花生油20%、黑芝麻5%、雞精0.5%、海鹽1%為基礎配方，分別對番茄、花菇、豆瓣醬、白砂糖添加量的工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

1.3.4 設計響應面試驗

采用Design Expert V8.0.6.1軟件設計試驗方案，見表1。

表1 響應曲面試驗設計

1.3.5 感官評定

參考高子武等、耿吉等[13]的感官評定方法并加以修改，通過招募、初篩、復篩，篩選出10名食品相關專業(yè)在校學生作為感官評定員，組成測評小組，依據(jù)色澤、風味、口感和組織狀態(tài)4項指標對番茄花菇牛肉醬進行感官評定，滿分100分。感官評定員之間不做任何評價的交流以保證評價結(jié)果的真實性和可靠性。最終成品評分結(jié)果取平均值，具體評分標準見表2。

表2 感官評分表

1.3.6 模糊數(shù)學模型的建立

參照楊雪欣等[14]、來靜等[15]關于模糊數(shù)學方法的應用并加以修改，建立番茄花菇牛肉醬的感官評定標準。評定因素集U={u1,u2,u3,u4}；評語集V={v1,v2,v3}；以4個因素所占比重打分[16]，權(quán)重集K={k1,k2,k3,k4}；綜合評判集Y=KA，A為模糊矩陣，感官評分S=VY。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 22.0、Excel 2010、Design Expert V8.0.6.1軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)品的模糊數(shù)學感官評定結(jié)果

2.1.1 感官品質(zhì)權(quán)重的評定結(jié)果

感官評定員對4個影響肉醬品質(zhì)的因素進行評分，單項總分10分。由表3可知，按照4個因素對產(chǎn)品品質(zhì)影響的重要程度排序：口感>風味>組織狀態(tài)>色澤，因素集U={色澤，風味，口感，組織狀態(tài)}；各因素的權(quán)重K={0.12，0.32，0.41，0.15}。

表3 權(quán)重分布情況表

2.1.2 模糊矩陣的評定結(jié)果

10名感官評定員對單因素試驗的20組樣品進行感官評定[17]，每名感官評定員對每組樣品平行檢驗3次，結(jié)果以平均值±標準偏差表示。以單因素第1組樣品為例，結(jié)果見表4。

表4 感官評分表

由表4可知，10位感官評定員對第1組樣品的感官評價進行歸一化處理，得到模糊矩陣A11、A12、A13[18]。

綜合評判集Y=KA=(y1，y2，y3)計算Y11、Y12、Y13。

Y11=KA11=(0.12，0.32，0.41，0.15)×

Y12=KA12=(0.12，0.32，0.41，0.15)×

Y13=KA13=(0.12，0.32，0.41，0.15)×

由感官評價得分S=VY，可以計算S11、S12、S13，利用SPSS 22.0軟件計算S1。

S11=(0.197×100.0+0.665×50.0+0.138×0.0)=52.95分，

S12=(0.232×100.0+0.677×50.0+0.091×0.0)=57.05分，

S13=(0.200×100.0+0.633×50.0+0.167×0.0)=51.65分，

S1=(53.88±2.82)分。

同理可以計算出S2～S20。

2.2 工藝參數(shù)單因素試驗結(jié)果

2.2.1 番茄添加量對肉醬品質(zhì)的影響

固定黃豆醬添加量35%、花菇添加量30%、白砂糖添加量10%，改變番茄添加量后感官評定結(jié)果見圖1。

圖1 番茄添加量的影響

由圖1可知，番茄添加量對番茄花菇牛肉醬的色澤、風味、口感和組織狀態(tài)影響較大。番茄添加量由20%增至60%過程中感官評分持續(xù)升高，當番茄添加量為20%時，醬體顏色較暗，無光澤，甜味較重，醬體濃厚，不均勻。當番茄添加量為60%時，感官評分最高，此時番茄花菇牛肉醬的色澤鮮亮，酸甜適宜，有醬香味，醬體均勻，黏稠度較好。當番茄添加量由60%增至100%的過程中感官評分持續(xù)下降，番茄添加量過高，水分含量增加，醬體較稀薄，有分層現(xiàn)象，醬體不均勻，番茄汁液多，均質(zhì)感差。響應面試驗選取番茄添加量為40%、60%、80%。

2.2.2 花菇添加量對肉醬品質(zhì)的影響

固定黃豆醬添加量35%、番茄添加量60%、白砂糖添加量10%，改變花菇添加量后感官評定結(jié)果見圖2。

圖2 花菇添加量的影響

由圖2可知，花菇添加量由10%增至30%的過程中感官評分持續(xù)升高，當花菇添加量為10%時，無花菇清香味及咀嚼感，色澤較暗。當花菇添加量為30%時，感官評分最高，此時番茄花菇牛肉醬的色澤鮮亮，花菇味、牛肉味、番茄味濃郁，有醬香味，咀嚼性較好，醬體均勻，黏稠度較好?；ü教砑恿坑?0%增至50%的過程中感官評分持續(xù)下降，花菇添加量過高，遮蓋了牛肉、番茄的口味，花菇味道過重，影響口感，且花菇丁較多，均質(zhì)感差。選取花菇添加量為20%、30%、40%進行響應面試驗。

2.2.3 黃豆醬添加量對肉醬品質(zhì)的影響

固定花菇添加量30%、番茄添加量60%、白砂糖添加量10%，改變黃豆醬添加量后感官評定結(jié)果見圖3。

圖3 黃豆醬添加量的影響

由圖3可知，黃豆醬添加量對番茄花菇牛肉醬的色澤、風味、口感和組織狀態(tài)影響較大。醬體的黏稠度和色澤隨著黃豆醬添加量的增加而增加。黃豆醬添加量由15%增至25%時感官評分沒有明顯差別，主要是黃豆醬的添加量較少，花菇味道較重，醬體黏稠度較差，口味寡淡。黃豆醬添加量由15%增至35%的過程中感官評分持續(xù)升高，黃豆醬添加量為35%時，感官評分最高，此時番茄花菇牛肉醬的色澤鮮亮，有花菇的清香，醬體咸淡適宜，有醬香味，醬體均勻，黏稠度較好。當黃豆醬添加量持續(xù)升高，咸味加重，醬體顏色加深，掩蓋了牛肉、花菇和番茄的香味，醬體均質(zhì)感較差。選取黃豆醬添加量為25%、35%、45%進行響應面試驗。

續(xù) 表

續(xù) 表

2.2.4 白砂糖添加量對肉醬品質(zhì)的影響

固定花菇添加量30%、番茄添加量60%、黃豆醬添加量35%，改變白砂糖添加量后感官評定結(jié)果見圖4。

圖4 白砂糖添加量的影響

由圖4可知，白砂糖有提鮮減膩的效果，高溫條件下加速了美拉德反應，使牛肉醬焦糖色明顯[19]。白砂糖添加量為4%時，番茄酸味明顯，醬體顏色差，影響口感。白砂糖添加量為10%時，牛肉醬顏色鮮亮，酸甜適宜，感官評分最高。當白砂糖添加量由10%增至16%時，感官評分下降，醬體的香味被白砂糖的甜味掩蓋，綜合評分較差。響應面試驗選取白砂糖添加量為7%、10%、13%。

2.3 響應面結(jié)果與分析

2.3.1 響應面試驗結(jié)果

以番茄添加量、花菇添加量、黃豆醬添加量、白砂糖添加量4個因素為單因素，模糊數(shù)學感官評分為響應面值，Box-Behnken組合設計試驗結(jié)果見表5。

表5 響應面試驗設計及結(jié)果

使用Design Expert V8.0.6.1軟件可知，二次多項回歸方程為：Y=92.32-1.36A+2.06B-1.44C-1.45D+4.01AB-3.18AC-2.59AD-2.96BC+1.84BD-3.26CD-5.97A2-6.85B2-4.92C2-4.42D2。

由回歸方程可知，二次項A2、B2、C2、D2的系數(shù)均為負值，表明拋物線開口向下，此模型有極大值，因此可以得到最佳工藝配方，具體響應面方差分析結(jié)果見表6。

表6 響應面方差分析結(jié)果

由方差分析結(jié)果可知，P<0.0001，差異極顯著；失擬項的P=0.2590>0.05，失擬項差異不顯著，說明番茄花菇牛肉醬的感官評分(Y)與番茄添加量(A)、花菇添加量(B)、黃豆醬添加量(C)、白砂糖添加量(D)存在線性關系，該模型具有統(tǒng)計學意義。B、AB、CD、A2、B2、C2、D2對感官評分的影響極顯著(P<0.01)；A、C、D、AC、AD、BC對感官評分的影響顯著(P<0.05)，BD對感官評分的影響不顯著(P>0.05)，各因素對肉醬感官評分的影響依次為花菇添加量>白砂糖添加量>黃豆醬添加量>番茄添加量。相關系數(shù)R2為0.9311，試驗模型的校正系數(shù)RAdj2=0.8623，說明該數(shù)據(jù)可靠，該模型擬合度較高，可以用于番茄花菇牛肉醬感官評分的理論預測。

由上述回歸方程得出交互作用響應面分析圖，見圖5。

圖5 番茄花菇牛肉醬感官品質(zhì)響應面圖和等高線圖

由圖5可知，交互作用極其明顯的因素為番茄添加量與花菇添加量、黃豆醬添加量與白砂糖添加量，其曲面陡峭，等高線為橢圓形，感官評分受兩兩交互作用的影響較大，與方差分析結(jié)果一致。

采用Design Expert V8.0.6.1軟件優(yōu)化得到預測番茄花菇牛肉醬的最佳工藝條件組合為：番茄添加量60.23%，花菇添加量31.85%，黃豆醬添加量33.15%，白砂糖添加量9.82%，響應面值感官評分為92.68分。

2.3.2 最佳工藝條件的驗證

將響應面模型結(jié)果進行驗證性試驗。選取番茄添加量60%、花菇添加量32%、黃豆醬添加量33%、白砂糖添加量10%，進行3次平行試驗，得到產(chǎn)品感官評分為92.40分，與模型預測的提取率相差0.28分，表明該模型對花菇番茄牛肉醬加工工藝的優(yōu)化是可行的，有一定的實用價值，可以應用到實際加工中。

3 結(jié)論

本試驗以番茄、花菇、牛肉為原料，經(jīng)炒制加工制得番茄花菇牛肉醬產(chǎn)品，在單因素試驗基礎上建立響應面優(yōu)化分析，感官評定采用模糊數(shù)學評價法，得到肉醬的最佳工藝配方：以黃瓜條牛肉丁200 g為原料，花生油20%、黑芝麻5%、雞精0.5%、海鹽1%為基礎配方，番茄60%、花菇32%、黃豆醬33%、白砂糖10%，感官評分為92.40分，與模型預測值十分接近。本試驗為牛肉醬的品類增添了新的口味，為研發(fā)新型復合調(diào)味醬提供了可靠的理論數(shù)據(jù)。