基于模糊數(shù)學(xué)感官評價法優(yōu)化牛肉風(fēng)味植物肉配方

摘要：以大豆拉絲蛋白為主要原料，谷朊粉、豌豆蛋白、食用油、魔芋膠、TG酶為輔料研制一種中式麻辣牛肉風(fēng)味植物肉休閑食品。先采用單因素試驗探究谷朊粉、食用油、魔芋膠、TG酶添加量對植物肉感官品質(zhì)的影響，再選取影響較大的3個因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗，通過模糊數(shù)學(xué)感官評價法進(jìn)行分析。結(jié)果表明，以大豆拉絲蛋白濕基為基準(zhǔn)，谷朊粉添加量4.21%、魔芋膠添加量0.63%、TG酶添加量0.56%、食用油3.00%時制品的感官品質(zhì)最好。

關(guān)鍵詞：植物肉；牛肉風(fēng)味；模糊數(shù)學(xué)感官評價法；響應(yīng)面試驗

中圖分類號：TS207.3""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）10-0140-07

Optimization of Formula of Beef-Flavor Plant Meat Based on Fuzzy

Mathematics Sensory Evaluation Method

KONG Xin-xin， LI Shi-hao， WANG Xuan， HOU Xiao-ge

（School of Food Science and Engineering， Zhengzhou University of Science and

Technology， Zhengzhou 450064， China）

Abstract： A kind of Chinese-style spicy beef-flavor plant meat snack food is developed with soybean protein drawing as the main raw material， gluten， pea protein， edible oil， konjac gum and TGase as the auxiliary materials. The effects of the addition amount of gluten， edible oil， konjac gum and TGase on the sensory quality of plant meat are investigated by single factor test firstly， then three factors with greater influence are selected to carry out response surface optimization test， and fuzzy mathematics sensory evaluation method is used for analysis. The results show that based on the wet basis of soybean protein drawing， the sensory quality of the product is the best when the addition amount of gluten， konjac gum， TGase and edible oil is 4.21%， 0.63%， 0.56%， 3.00% respectively.

Key words： plant meat; beef flavor; fuzzy mathematics sensory evaluation method; response surface test

由于人類對肉類食品的需求旺盛，長久以來消費(fèi)市場上肉類食品一直相對短缺，另外，動物飼養(yǎng)還面臨著環(huán)境壓力和倫理問題，因此，尋求新的替代資源一直是食品科技和生產(chǎn)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。植物仿肉制品（簡稱植物肉）是以植物蛋白為基礎(chǔ)，添加一些輔料和必要的食品添加劑制成的食品，具有與肉制品相似的外觀、質(zhì)地和口感，在市場上已經(jīng)逐漸被消費(fèi)者認(rèn)可，成為有效解決當(dāng)前肉類生產(chǎn)不足和消費(fèi)困境的新方法[1-3]。蛋白原料中的蛋白質(zhì)在加熱、機(jī)械擠壓、生物發(fā)酵過程中結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，發(fā)生分子鏈展開、聚集和交聯(lián)等，使得蛋白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)和口感發(fā)生新的變化，可能出現(xiàn)與動物組織纖維性結(jié)構(gòu)較接近的質(zhì)構(gòu)和口感[4]。目前植物肉制品多以大豆蛋白為主要原料，但大豆蛋白的致敏性高，且有豆腥味等異味。我國農(nóng)產(chǎn)品資源豐富，油料副產(chǎn)物、雜豆等也是良好的植物蛋白來源，其氨基酸組成可以與大豆蛋白形成一定互補(bǔ)，風(fēng)味也有一定差異。利用混合蛋白生產(chǎn)植物肉制品，在制品模擬動物肉質(zhì)構(gòu)、口感、風(fēng)味和營養(yǎng)組成方面可能有更大優(yōu)勢。

目前植物肉的品質(zhì)評價方法主要采用感官評價法，可以評定與真肉的接近程度，如質(zhì)構(gòu)、口感、風(fēng)味、色澤等，然而傳統(tǒng)感官評價法通常受客觀環(huán)境和個人喜好的影響，評價結(jié)果誤差較大。模糊數(shù)學(xué)評價法通過構(gòu)建影響因素與評價指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，避免了傳統(tǒng)感官評價主觀影響大的問題，實現(xiàn)對樣品感官品質(zhì)的綜合評定，可使試驗結(jié)果更加精確[5]。以大豆拉絲蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白等為主要原料，適度添加TG酶和魔芋膠改善其質(zhì)構(gòu)和口感，研制出一種麻辣牛肉風(fēng)味植物肉休閑食品，采用響應(yīng)面法優(yōu)化其配方，用模糊數(shù)學(xué)與感官評價相結(jié)合的方式對試樣品質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分析、評價，以期為高品質(zhì)植物肉制品生產(chǎn)及品質(zhì)評價提供更科學(xué)的依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

大豆拉絲蛋白：河南百川食品有限公司；豌豆蛋白：煙臺雙塔食品股份有限公司；谷朊粉：河南登純實業(yè)有限公司；大豆油：益海嘉里（武漢）糧油工業(yè)有限公司；魔芋膠：鄭州陳家化工產(chǎn)品有限公司；TG酶：山東百龍創(chuàng)園生物科技股份有限公司；牛肉香膏：青島新聯(lián)康食品配料有限公司；食用鹽：河南省鹽業(yè)集團(tuán)有限公司；老抽醬油：佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司；十三香：駐馬店市王守義十三香調(diào)味品集團(tuán)有限公司；復(fù)合調(diào)味粉：自制；各類植物香辛料：購于當(dāng)?shù)卣{(diào)味料市場；工藝用水均為自來水。

1.2 儀器與設(shè)備

ES1200-4型電子天平 沈陽龍騰電子有限公司；C22-iA812電磁爐、G86450手動絞肉機(jī)、G59470手動灌腸器 浙江蘇泊爾股份有限公司；JC-80L恒溫恒濕試驗箱 青島精誠儀器儀表有限公司；FCD-3000型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上?？坪銓崢I(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 大豆拉絲蛋白預(yù)處理

將準(zhǔn)確稱量的大豆拉絲蛋白浸泡于50 ℃溫水中約40 min至蛋白無硬芯。快速打絲4 min，擠出水分至濕基水分含量為（50±1）%。

1.3.2.2 預(yù)混、斬拌、成型

在100 g大豆拉絲蛋白中加入谷朊粉、豌豆蛋白、大豆油及各類調(diào)味成分，先進(jìn)行預(yù)混，然后加入TG酶、魔芋膠，放入絞肉機(jī)中進(jìn)行混合斬拌。將混勻的物料放入灌腸器中擠壓緊實，注入磨具使其呈餅狀，直徑約40 mm、厚度約15 mm。

1.3.2.3 酶反應(yīng)

將成型的物料放入恒溫箱中，在43 ℃條件下進(jìn)行TG酶反應(yīng)，反應(yīng)時間70 min。

1.3.2.4 鹵煮入味

將160 g食用油加熱至140 ℃，依次放入花椒10 g、辣椒10 g，分別炸制3～4 min制成麻辣油，冷卻備用。將八角3.6 g、茴香2.0 g、香葉2.0 g、桂皮3.0 g、丁香0.6 g、陳皮0.6 g、香果1.4 g、黃梔子1.6 g裝入香料袋內(nèi)，簡單清洗去除表面雜質(zhì)，然后加入1 500 g水浸泡10 min，大火煮制15 min，再放入麻辣油160 g、鹽10 g、蠔油2 g、生抽2 g、老抽1 g，鹵水沸騰后加入植物肉生坯小火鹵制30 min，關(guān)火后再浸漬20 min。

1.3.2.5 噴油、干燥、冷卻

將鹵制好的植物肉瀝去鹵水，表面噴植物油，置于烘箱中80 ℃干燥2 h，達(dá)到干燥、定型和殺菌的效果，然后冷卻至室溫，真空包裝。

1.3.3 植物肉配方單因素試驗

基礎(chǔ)配方：大豆拉絲蛋白100 g（濕基）、谷朊粉4.0 g、豌豆蛋白3.0 g、大豆油3.0 g、牛肉香膏2.0 g、生抽2.0 g、食用鹽1.0 g、自制復(fù)合調(diào)味粉0.6 g、王守義十三香0.4 g、TG酶0.6 g、魔芋膠0.6 g。

根據(jù)前期預(yù)試驗結(jié)果，以100 g大豆拉絲蛋白為基準(zhǔn)，采用單因素試驗研究谷朊粉、大豆油、魔芋膠、TG酶添加量對植物肉品質(zhì)的影響。水平取值：谷朊粉添加量2%、3%、4%、5%、6%；大豆油添加量1%、2%、3%、4%、5%；魔芋膠添加量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%；TG酶添加量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。以感官評分作為產(chǎn)品品質(zhì)評價指標(biāo)。

1.3.4 植物肉配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇谷朊粉添加量（%）、魔芋膠添加量（%）和TG酶添加量（%）作為試驗因素，以模糊數(shù)學(xué)感官評分作為響應(yīng)值（Y），采用Design-Expert軟件的Box-Behnken模式設(shè)計試驗方案，用二次回歸方程擬合因素與指標(biāo)的函數(shù)關(guān)系來確定最優(yōu)添加量，響應(yīng)面試驗因素與水平見表1。

1.4 感官評價模糊數(shù)學(xué)法模型的構(gòu)建

1.4.1 感官評定

參考崔立柱等[6]的方法，由5男5女共10位味覺和嗅覺敏感、身體健康和衛(wèi)生習(xí)慣良好的食品專業(yè)學(xué)生組成感官評價小組，對植物肉樣品的色澤、風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)進(jìn)行評價，為每位評價人員提供良好的獨(dú)立感官評價工作環(huán)境。每個樣品在15 min內(nèi)完成評價。

1.4.2 確定感官評定對象集

感官評定對象集是待評定樣品的集合，表示為X＝｛X1，X2，X3，…，X17｝，其中X1～X17代表本次響應(yīng)面試驗中所做的17組植物肉樣品。

1.4.3 確定評價因素集和評語集

評價因素集是植物肉的一組感官評價因子，評價因素集W=（W1，W2，W3，W4），其中W1、W2、W3、W4分別代表色澤、風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)；評語集是評價因素集的一組標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)，評語集Z=（Z1，Z2，Z3），Z1、Z2、Z3分別代表優(yōu)秀（20～25分）、中等（10～19分）和差（0～9分）。植物肉感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。根據(jù)明確質(zhì)量等級邊界的模糊方法，明確得分區(qū)域，取評語集的中間值，得到相應(yīng)的得分[7]。

1.4.4 確定評價因子權(quán)重集

評價因子權(quán)重集是各分值所占比例的集合。參考Mu 等[8]的方法，建立了一個3×4的矩陣，包括色澤、風(fēng)味、口感和組織狀態(tài)4個因素。權(quán)重集是上述幾個評價因素的加權(quán)系數(shù)集合，權(quán)重分配方案的正確與否直接影響評定結(jié)果的科學(xué)性、正確性、客觀性[9]。該響應(yīng)面試驗采用強(qiáng)制確定法確定權(quán)重，確定為權(quán)重集L=（0.25，0.25，0.25，0.25），故色澤為25分，滋味為25分，口感為25分，組織狀態(tài)為25分，分值合計100分。

1.4.5 模糊關(guān)系綜合評判集

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)評價法的模糊變換原理Ｘ＝L×T（式中：L為權(quán)重集，T為模糊矩陣），獲取上述樣品試驗組的模糊感官評定結(jié)果。

1.5 成品主要質(zhì)量指標(biāo)的檢測

1.5.1 蛋白質(zhì)的測定

按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》中的凱氏定氮法測定植物肉休閑食品的蛋白質(zhì)含量，其中TG酶按含氮物質(zhì)估算。參考T/CIFST 001—2020《植物基肉制品》進(jìn)行評價。

1.5.2 過氧化值的測定

按照 GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》中的滴定法測定植物肉的過氧化值。參考 QB/T 5729—2022《調(diào)味面制品》中的過氧化值限量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。

1.5.3 菌落總數(shù)的測定

按照 GB 4789.2—2022《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》中的平板計數(shù)法進(jìn)行植物肉菌落總數(shù)檢測。按照QB/T 5729—2022《調(diào)味面制品》中的菌落總數(shù)限量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

所有數(shù)據(jù)用Origin 2021作圖，用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗數(shù)據(jù)處理、畫圖、分析，優(yōu)化植物肉配方。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物肉配方單因素試驗

2.1.1 谷朊粉添加量對植物肉品質(zhì)的影響

由圖1可知，感官評分隨著谷朊粉添加量的增加先上升后下降，且變化幅度較大，可見谷朊粉添加量對植物肉感官評分的影響較顯著。當(dāng)谷朊粉添加量低于4%時，植物肉的硬度較低，彈性較差，組織松散；當(dāng)谷朊粉添加量高于4%時，植物肉的硬度逐漸增加，彈性先上升后下降，但口感與真肉的差距越來越大。當(dāng)谷朊粉添加量為4%時，感官評分最高，此時植物肉色澤均勻，硬度適中，彈性較好，組織緊實不松散，有接近真肉的纖維狀態(tài)和口感。

2.1.2 食用油添加量對植物肉品質(zhì)的影響

由圖2可知，隨著食用油添加量的增加，感官評分先上升后下降，食用油添加量對感官評分有一定影響。當(dāng)食用油添加量不足3%時，植物肉的口感較粗糙，結(jié)構(gòu)較松散，不夠緊實；當(dāng)食用油添加量高于3%時，植物肉的成型性逐漸變差，咀嚼性變差，產(chǎn)生油膩味；當(dāng)食用油添加量為3%時，感官評分最高，植物肉的色澤均勻，軟硬適中，口感細(xì)膩，具有與動物肉較接近的纖維結(jié)構(gòu)，均勻緊實。

2.1.3 魔芋膠添加量對植物肉品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著魔芋膠添加量的增加，感官評分先上升后下降，且變化幅度較大，魔芋膠添加量對感官評分的影響較顯著。當(dāng)魔芋膠添加量低于0.6%時，植物肉的硬度偏低，組織結(jié)構(gòu)松散，黏性較??；當(dāng)魔芋膠添加量高于0.6%時，植物肉的硬度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越緊實，但黏性較大，咀嚼性逐漸變差；當(dāng)魔芋膠添加量為0.6%時，感官評分最高，此時植物肉的硬度適中，彈性較強(qiáng)，黏性適中，咀嚼性較好，結(jié)構(gòu)均勻較緊實，纖維結(jié)構(gòu)最接近動物肉。

2.1.4 TG酶添加量對植物肉品質(zhì)的影響

由圖4可知，隨著TG酶添加量的增加，感官評分先上升后下降，且變化幅度較大，TG酶添加量對感官評分的影響較顯著。當(dāng)TG酶添加量低于0.6%時，植物肉組織較松散，咀嚼性不好；當(dāng)TG酶添加量高于0.6%后，組織結(jié)構(gòu)越來越緊實，纖維有黏連，硬度變小，但變化不明顯。當(dāng)TG酶添加量為0.6%時，感官評分最高，此時纖維結(jié)構(gòu)良好，軟硬適度，口感最接近動物肉。

2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評價與配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗?zāi)：龜?shù)學(xué)感官綜合評價結(jié)果

。

通過矩陣乘法，計算合成后的感官評分，避免了因算法不統(tǒng)一產(chǎn)生的誤差[10]。已知植物蛋白肉的權(quán)重集為L={0.25，0.25，0.25，0.25}，按照模糊變換原理Ｘ＝L×T，得到不同因素添加量對植物肉感官評分影響的結(jié)果：

X1=L×T1=0.10.20.7

0.10.30.6

0.10.20.7

0.10.30.6={0.1，0.25，0.65}，同理得：

X2={0.275，0.400，0.325}，X3={0.025，0.250，0.725}，X4={0.250，0.400，0.350}，X5={0.300，0.350，0.350}，X6={0.400，0.400，0.200}，X7={0.350，0.300，0.350}，X8={0.700，0.225，0.075}，X9={0.450，0.350，0.200}，X10={0.125，0.575，0.300}，X11={0.825，0.075，0.100}，X12={0.300，0.300，0.400}，X13={0.825，0.075，0.100}，X14={0.350，0.325，0.325}，X15={0.325，0.500，0.175}，X16={0.850，0.075，0.075}，X17={0.775，0.175，0.050}。

模糊綜合評分P=K×X，評價集K={95，80，60}，則P1=K×X1={0.1，0.25，0.65}×95

80

60=68.5，同理得：P2=77.625，P3=65.875，P4=76.750，P5=77.500，P6=82.000，P7=78.250，P8=89.000，P9=79.375，P10=75.875，P11=90.375，P12=76.500，P13=90.375，P14=78.750，P15=79.875，P16=91.250，P17=90.625。

2.2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與方差分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以A（谷朊粉添加量）、B（魔芋膠添加量）、C（TG酶添加量）為試驗因素，以模糊數(shù)學(xué)感官評分為響應(yīng)值Y，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗，結(jié)果見表6。

對試驗所得數(shù)據(jù)利用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行回歸方程擬合，得到感官評分（Y）的二次多項式回歸方程：Y=90.33+3.86A+1.00B-0.98C-2.81AB+2.66AC+0.94BC-0.86A2-7.15B2-5.05C2。

回歸方程方差分析結(jié)果見表7。

由表7可知，優(yōu)化后模型的F值為45.70，Plt;0.000 1，模型極顯著，失擬項的P=0.057 2gt;0.05，失擬項不顯著。一次項 A，交互項AB、AC和二次項A2、B2、C2對植物肉的感官評分有極顯著影響（Plt;0.01），一次項B、C和交互項BC對感官評分的影響不顯著（Pgt;0.05），對比F值大小可知，3個因素對感官評分的影響順序為A（谷朊粉添加量）gt;B（魔芋膠添加量）gt;C（TG酶添加量），該模型的相關(guān)系數(shù)R2=98.33%，調(diào)整系數(shù)（RAdj2）=96.18%，變異系數(shù)（C.V.）=0.775 9%lt;5.00%，說明模型的重現(xiàn)性比較好。信噪比=20.599gt;4，說明該模型很適合植物肉配方的預(yù)測，試驗誤差小，擬合度高，具有較高的可信度。

2.2.3 各因素交互作用分析

由圖5可知，響應(yīng)面圖開口均向下，響應(yīng)值隨著各因素水平的變化先增大，達(dá)到極點(diǎn)后再逐漸減小，響應(yīng)面具有最大極值點(diǎn)，證明該模型在此水平取值范圍內(nèi)感官評分存在最大變化率。曲面彎曲的程度說明該因素對響應(yīng)值的影響大小，曲面越彎曲即坡度越陡、等高線呈橢圓形則影響較大，反之則影響不大。圖5中AB、AC的交互作用顯著，等高線圖接近橢圓形，曲面坡度陡峭，說明兩因素的交互作用對感官評分的影響顯著；而BC的交互作用不顯著，等高線圖趨于圓形，即對感官評分的影響不顯著，這與表7中結(jié)果相吻合。

采用Design-Expert 8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，得出植物肉的最佳配方：以大豆拉絲蛋白（濕基）為基準(zhǔn)，谷朊粉添加量為4.21%，魔芋膠添加量為0.63%，TG酶添加量為0.56%，此時感官評分為90.815分。進(jìn)行3次平行驗證試驗，其結(jié)果與預(yù)測值差別不大，證明該優(yōu)化配方是可靠的。

2.3 植物肉主要質(zhì)量指標(biāo)檢測結(jié)果

2.3.1 蛋白質(zhì)

由表8可知，經(jīng)檢測，植物肉的蛋白質(zhì)含量為12.9 g/100 g，指標(biāo)符合《植物基肉制品》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3.2 過氧化值

由表9可知，經(jīng)檢測，植物肉的過氧化值為0.207 g/100 g，指標(biāo)符合《調(diào)味面制品》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3.3 菌落總數(shù)

由表10可知，經(jīng)檢測，植物肉的菌落總數(shù)≤10×104 CFU/g，指標(biāo)符合《調(diào)味面制品》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)論

通過單因素試驗得到影響植物肉感官品質(zhì)較大的因素為谷朊粉添加量、魔芋膠添加量和TG酶添加量，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)感官評價法結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化法優(yōu)化上述3種原料的最佳用量。結(jié)果表明，3個因素的影響主次順序為谷朊粉添加量gt;魔芋膠添加量gt;TG酶添加量，通過優(yōu)化，得到植物肉主要原料的最佳配方：以大豆拉絲蛋白（濕基）為基準(zhǔn)，谷朊粉添加量為4.21%，魔芋膠添加量為0.63%，TG酶添加量為0.56%，食用油添加量為3.00%。采用該配方工藝制得的麻辣牛肉風(fēng)味植物肉休閑食品色澤紅亮均勻，軟硬適中，彈性較好，咀嚼性好，組織緊實，口感和纖維結(jié)構(gòu)與動物肉近似，具有典型的中式鹵制麻辣肉制品風(fēng)味。通過分析認(rèn)為采用模糊數(shù)學(xué)感官評價法與響應(yīng)面優(yōu)化法相結(jié)合優(yōu)化的植物肉配方是可靠的，選用多種植物蛋白復(fù)配生產(chǎn)植物肉，可以提升感官品質(zhì)，改善營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。

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收稿日期：2024-03-21

基金項目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（202212746019）；鄭州科技學(xué)院校級科研重點(diǎn)項目（2022XJKY07）

作者簡介：孔欣欣（1975—），女，教授，碩士，研究方向：谷物食品工程化及其功能化。