基于模糊數學評價法優化對蝦真空油炸工藝

摘要：【目的】優化凡納濱對蝦真空油炸工藝條件，為開發凡納濱對蝦即食品提供技術參考。【方法】以新鮮凡納濱對蝦為原料、模糊數學感官評分（Y）為考察指標，在單因素試驗的基礎上，選擇真空油炸溫度（A）、真空油炸時間（B）和真空度（C）為自變量，利用響應面法對真空油炸工藝進行優化。【結果】以感官評定為基礎對真空油炸對蝦的品質進行權重分析，得到權重集K={色澤0.205，形狀0.125，油膩感0.270，酥脆度0.400}。建立二次多項回歸方程：Y=71.76+

5.40A+5.75B+7.34C+3.89AB+5.43AC+6.47BC-4.90A2-3.80B2；真空油炸溫度、真空油炸時間、真空度及真空油炸時間與真空度的交互作用對感官評分有極顯著影響（P<0.01），真空油炸溫度與真空油炸時間、真空油炸溫度與真空度的交互作用有顯著影響（P<0.05）。通過響應面分析得到對蝦真空油炸的最佳工藝條件為：真空油炸溫度110 ℃、真空油炸時間50 min、真空度0.09 MPa，在此條件下的感官評分為90.09±1.27分，與預測值（94.51分）的誤差較小，產品色澤均勻有光澤、口感酥脆、油含量適中、形態完整。【結論】響應面法優化的對蝦真空油炸工藝具有操作簡單、優化條件精確、結果顯示直觀等優點；建立的回歸方程能反映各因素對指標的影響規律，并可進行實際預測。

關鍵詞： 凡納濱對蝦；真空油炸；響應面法；模糊數學評價

中圖分類號： S945.46；TS254.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）07-1266-08

0 引言

【研究意義】凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）又稱南美白對蝦，是一種高蛋白、高礦物質、低脂肪的優質食物（張高靜，2013）。凡納濱對蝦營養均衡、味道鮮美，深受消費者青睞，且因其具有生長快、抗病力強、可實現高密度養殖、經濟價值高等特點，已成為我國蝦類產量最高的品種之一（吳冬梅，2013；何蘋萍等，2017）。目前凡納濱對蝦的加工品主要為冷凍品，運輸流通成本高，且產品形式單一，已無法滿足消費者的需求，因此，有必要將其加工成耐貯藏、能常溫流通的對蝦即食品。【前人研究進展】即食品在冷藏或常溫下有較長的保質期，便于流通和銷售（黃萬有，2014）。目前對蝦即食品主要有蝦干（楊留明等，2007；Deng et al.，2014）和蝦仁（崔宏博等，2012；Mejlholm et al.，2012）。蝦干雖然易貯藏和運輸，但通過傳統日光晾曬干燥、熱風干燥（成本低，品質差）、冷凍干燥（品質好，成本高）等常用干燥技術（Musielak et al.，2016）生產蝦干，產品質量與干燥經濟性存在巨大矛盾；而蝦仁生產對腌漬液的濃度要求嚴格，濃度過低，貯藏時間短；濃度過高，影響產品的風味和口感。模糊數學感官評價法通過模擬人的邏輯思維方式，綜合考慮各種評定因素，從而獲得比較科學、準確的評價結果（吳靖娜等，2015），該法已在食品加工中得到廣泛應用。潘志民等（2014）采用正交試驗法結合模糊數學感官評價法獲得培根的最佳加工條件；任彩霞等（2015）通過單因素和正交設計試驗，并結合模糊數學感官評價法優化得到黑豆桃酥的最佳配方；翁敏劼等（2016）應用模糊數學感官評價法對即食杏鮑菇的品質進行評價，并結合儀器分析驗證了該方法的可行性。【本研究切入點】真空油炸可實現在較低溫度下對食品脫水干燥，具有保香保色、降低油脂劣變、最大限度保留營養成分、脆性好等優點（Andrés-Bello et al.，2011），目前廣泛應用于生產果蔬脆片（Da Silva and Moreira，2008；張巖等，2012），但利用此法生產脆蝦的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以凡納濱對蝦為試驗材料，以模糊感官評分為考察指標，在單因素試驗基礎上，利用響應面法優化對蝦真空油炸工藝，為開發對蝦即食休閑品提供技術參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

凡納濱對蝦（80～90尾/斤）購自湛江霞山水產品批發市場，加冰運送至實驗室，去除黑變、不新鮮的對蝦，選擇大小均一的個體作為試驗材料。食鹽購自廣東省鹽業集團湛江有限公司，食用大豆油購自美食客食品（中國）有限公司，石油醚（沸程30～60 ℃，分析純）購自廣東光華科技股份有限公司。主要儀器設備：JA2003型電子天平（上海市安亭電子儀器廠），WFO-700W 型送風定溫干燥箱（上海愛朗儀器有限公司），HH-S電熱恒溫水浴鍋（上海新苗醫療器械制造有限公司），FW80高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司），愛仕達QVL1526不銹鋼鍋（廣州晶東貿易有限公司），SZF-06粗脂肪測定儀（上海洪紀儀器設備有限公司），多功能電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司），VFI真空低溫油炸干燥機（海陽鑫銳食品設備有限公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 工藝流程 新鮮對蝦→挑選、分級（選擇個體完整、皮殼發亮、大小均一且無異味的新鮮對蝦）→稱量→清洗（將挑選的對蝦用冰水洗凈）→瀝水→水煮（水溶液煮沸后放入洗凈的對蝦，水煮液鹽濃度30 g/L，蝦水質量比1∶3，水煮時間3 min）（李文盛等，2015）→冷卻、瀝水→真空油炸。

1. 2. 2 試驗設計

1. 2. 2. 1 單因素試驗 以油含量為評價指標，研究在相同脫油速度下脫油時間（5、10、15和20 min）對油炸對蝦油含量的影響，確定最佳脫油時間。然后分別考察真空油炸溫度（80、90、100、110和120 ℃）、真空油炸時間（20、30、40、50和60 min）和真空度（0.05、0.06、0.07、0.08和0.09 MPa）對產品感官評分的影響，并測定油含量和水分含量。感官評分為色澤、形狀、酥脆度和油膩感4個指標（表1）評分的加權平均得分。

1. 2. 2. 2 響應面優化試驗 在單因素試驗的基礎上，選擇真空油炸溫度、真空油炸時間和真空度為自變量（因脫油時間主要影響油含量，故僅通過單因素試驗確定最佳脫油時間），以感官評分為響應值，采用Design-Expert 8.0.6設計3因素3水平的響應面試驗，優化對蝦真空油炸工藝。試驗因素與水平見表2。

1. 2. 3 油含量測定 采用索氏抽提法，參照GB/T 14772-2008《食品中脂肪的測定》測定對蝦油含量。

1. 2. 4 水分含量測定 采用直接干燥法，參照GB 5009.3-2010《食品中水分的測定》測定對蝦水分含量。

1. 2. 5 綜合模糊感官評定分析

1. 2. 5. 1 感官評定標準 參考Sallam（2007）的方法，選擇接受過食品感官評定培訓的10人（男、女生各5人）組成感官評定小組，在評價前12 h內禁止飲酒、禁食刺激性食物，根據真空油炸對蝦感官評定標準（表1）對產品進行感官評價。

1. 2. 5. 2 評定因素集確立 評定因素集即影響被評判對象質量的指標集合。本研究中，因素集U={色澤，形狀，油膩感，酥脆度}。

1. 2. 5. 3 評語集確定 評定論域是被評對象所屬質量等級的集合，表示方法為V=（v1，v2，v3，v4，v5）=（5.0分，4.0分，3.0分，2.0分，1.0分）；經感官評定小組討論，確定真空油炸對蝦的評語集為V=（很好v1，較好v2，一般v3，較差v4，很差v5）。

1. 2. 5. 4 各因素權重集確定 權重是指各因素在被評因素中的影響和比重。被評對象權重的集合記為K=（k1，k2，k3，k4），且k1+k2+k3+k4=1。

本研究中，權重因子的確定方法為：選擇10名感官評定員對真空油炸對蝦色澤、形狀、油膩感和酥脆度4個質量因素在感官評價中的重要程度進行打分，總分為10.0分，最后各因素得分之和與總分100.0分的比值，即為各因素的權重因子。

1. 2. 5. 5 模糊關系綜合評判集 模糊關系綜合評判集Y=K×A，式中：K為權重集，A為模糊矩陣。

1. 3 統計分析

每個試驗重復3次，試驗數據采用SPSS 22.0、Origin 8.5和Excel 2003進行統計分析，Design-Expert 8.0.6進行響應面分析。

2 結果與分析

2. 1 感官品質評分結果

10名感官評定員對影響真空油炸對蝦品質的4個指標評分結果見表3。由表3可知，在感官評定過程中，不同感官指標的重要程度也不同，排序為酥脆度>油膩感>色澤>形狀，各指標的得分之和除以總分100.0分，得到各指標權重，即K={色澤，形狀，油膩感，酥脆度}={0.205，0.125，0.270，0.400}。

2. 2 單因素試驗結果

2. 2. 1 脫油時間對真空油炸對蝦油含量的影響 從圖1可看出，在5～15 min的范圍內，隨著脫油時間的延長，真空油炸對蝦油含量顯著下降（P<0.05，下同），脫油15 min后，油含量趨于平穩，無顯著變化（P>0.05，下同）。綜合考慮產品的感官品質及能耗問題，確定最佳脫油時間為15 min。

2. 2. 2 真空油炸溫度對真空油炸對蝦品質的影響

油含量過高會增加產品的油膩感，且不利于產品貯藏，使產品質量下降；水分含量過高，產品過于濕軟而不酥脆，水分含量過低則導致口感干且粗糙。由圖2可知，在固定真空油炸時間40 min、真空度0.09 MPa的條件下，當真空油炸溫度為100 ℃時，真空油炸對蝦的感官評分（3.9分）最高；真空油炸溫度過低或過高時，感官評分均較低。因為油炸溫度較低時，凡納濱對蝦水分蒸發緩慢，致使油炸對蝦水分含量高，達不到酥脆效果，且香味不明顯；油炸溫度過高時，對蝦因過于酥脆而失去良好的口感，且油溫過高會嚴重破壞蝦青素，營養價值降低，色澤不佳。

真空油炸對蝦的油含量和水分含量受真空油炸溫度的影響。水分含量隨真空油炸溫度的升高不斷降低，油含量則隨真空油炸溫度的升高有所升高。在真空條件下，水的沸點極大降低，以油作為傳熱介質，對蝦內部的水分會急劇蒸發，使組織形成疏松多孔結構，油脂進入微孔，故油含量與水分含量呈負相關。

2. 2. 3 真空油炸時間對真空油炸對蝦品質的影響

由圖3可知，在固定真空油炸溫度100 ℃、真空度0.09 MPa的條件下，隨著真空油炸時間的延長，油炸對蝦感官評分呈先升高后降低的變化趨勢。當油炸時間超過40 min后，感官評分下降，因為油炸時間過長，會導致吸油量增大及色澤下降。油炸時間為20～30 min時，油炸對蝦水分下降明顯，30 min后下降緩慢，與傳統干燥中的降速干燥階段一致（夏文水，2014）。油炸對蝦油含量的增加趨勢與水分含量的降低趨勢一致，油含量隨真空油炸時間的延長而增加，30 min后油含量增加緩慢。

2. 2. 4 真空度對真空油炸對蝦品質的影響 如圖4所示，在固定真空油炸溫度100 ℃、真空油炸時間40 min的條件下，真空油炸對蝦感官評分隨真空度的增大不斷升高，在真空度為0.09 MPa時達最高分（3.7分），油含量也隨真空度的增大而不斷增加，水分含量不斷減少。

2. 3 響應面優化試驗結果

2. 3. 1 模糊數學感官評定結果 10名感官評定員對17組樣品進行評價打分，將各指標在每個等級中的票數進行匯總統計，得出真空油炸對蝦感官評定結果（表4）。

2. 3. 2 模糊矩陣的建立及結果 由表4可知，在10人對1號真空油炸對蝦色澤的評價結果中，有2人認為較好，5人認為一般，3人認為較差。將1號樣品各指標每個等級的評定人數除以參與評定的總人數，即得1號樣品的模糊評價關系矩陣A1。

同理可得第2～17號樣品的模糊關系矩陣，結果如下：

2. 3. 3 模糊變換及綜合評價結果 將權重集合K乘以模糊關系矩陣Ai可得到第i號樣品的綜合評價結果Yi。以1號樣品為例：

同理可得其他樣品的綜合評價結果：

Y2=（0.0330，0.3175，0.2475，0.3155，0.0800）

Y3=（0.0790，0.2190，0.3745，0.2875，0.0400）

Y4=（0.3995，0.2600，0.2330，0.1075，0）

Y5=（0.0785，0.1640，0.4160，0.2615，0.0800）

Y6=（0.1315，0.1660，0.2995，0.2615，0.1415）

Y7=（0.0850，0.2655，0.3080，0.2215，0.1200）

Y8=（0.4395，0.2535，0.2200，0.0870，0）

Y9=（0.0995，0.2035，0.3080，0.2820，0.1070）

Y10=（0.0520，0.1515，0.3960，0.3000，0.1005）

Y11=（0.0930，0.2845，0.3825，0.1200，0.1200）

Y12=（0.5065，0.2660，0.2005，0.0270，0）

Y13=（0.2995，0.3140，0.2170，0.1295，0.0400）

Y14=（0.0525，0.6520，0.2685，0.0270，0）

Y15=（0.1595，0.3795，0.1410，0.2000，0.1200）

Y16=（0.2930，0.2765，0.2350，0.1750，0.0205）

Y17=（0.2930，0.2510，0.2605，0.1545，0.0410）

2. 3. 4 Box-Behnken試驗設計結果與分析 設感官特殊性為很好100.0分，較好80.0分，一般60.0分，較差40.0分，很差20.0分。模糊綜合評分T為評價等級集R=（100.0，80.0，60.0，40.0，20.0）與綜合評價結果Yi的乘積。以樣品1為例，其模糊綜合總分T1=R×Y1=54.88，同理可得其他樣品的綜合評分，結果見表5。

2. 3. 4. 1 二次響應面回歸模型的建立與分析 利用Design-Expert 8.0.6對響應面試驗結果（表5）進行二元多次回歸擬合，除去不顯著項，獲得產品感官評分對真空油炸溫度、真空油炸時間和真空度的二次多項回歸方程：Y=71.76+5.40A+5.75B+7.34C+3.89AB+

5.43AC+6.47BC-4.90A2-3.80B2。

由表6可知，回歸模型具有極顯著差異（P<0.01，下同），而失擬項不顯著（P=0.7808>0.05），表明所建立的模型對試驗擬合度好；相關系數R2=0.9525，說明可用該模型對真空油炸對蝦的感官評分進行分析和預測。從表6還可看出，一次項A、B、C和交互項BC對感官評分影響極顯著，交互項AB、AC和二次項A2、B2對感官評分影響顯著，而二次項C2對感官評分影響不顯著。

2. 3. 4. 2 響應面與等高線分析結果 圖5～圖7是真空油炸溫度、真空油炸時間和真空度3個試驗因素以感官評分為響應值的趨勢圖。真空油炸時間與真空度的交互作用對感官評分的影響最大，曲線圖最陡峭。在高真空度區，隨真空油炸時間的延長，感官評分升高；在高油炸時間區，感官評分隨真空度的增大而升高；在低油炸時間和低真空度區，感官評分隨真空度和油炸時間的變化不明顯。真空油炸溫度與真空油炸時間、真空油炸溫度與真空度的交互作用對感官評分有顯著影響。

2. 3. 4. 3 驗證試驗結果 利用Design-Expert 8.0.6對回歸方程進行分析，得出真空油炸對蝦的最佳工藝條件為：真空油炸溫度110 ℃、真空油炸時間50 min、真空度0.09 MPa，在此條件下的真空油炸對蝦感官評分預測值為94.51分。為檢驗模型預測結果的準確性，在優化條件下進行3次重復驗證試驗，得到實際感官評分為90.09±1.27分，與理論值偏差4.68%，無顯著差異，說明回歸模型的擬合度較好，響應面試驗合理。

3 討論

真空油炸脆蝦是集營養美味與方便即食于一體的新型對蝦即食品，不僅酥脆可口、方便攜帶、油含量低，還因水分含量低而耐貯藏（陳祜福等，2016），但目前關于脆蝦的生產鮮見報道。本研究以感官評分最高為出發點，應用模糊數學感官評分結合響應面法確定最佳油炸工藝條件。模糊數學感官評價法能夠極大消除評價員的主觀因素對感官評分的影響，且該評價方法方便、準確、有說服力，使評價結果客觀合理；響應面優化試驗僅需3因素3水平，操作簡便。與陳祜福等（2016）采用正交試驗優化低溫真空油炸脆蝦工藝條件相比，本研究采用響應面優化試驗可分析自變量間的交互作用對產品品質的影響（真空油炸溫度、真空油炸時間、真空度及真空油炸時間與真空度的交互作用對感官評分的影響極顯著），也能確保試驗實際值與理論預測值的誤差較小（4.68%），具有操作簡單、工藝參數精確、結果顯示直觀的優點。

在常用的干燥技術中，日光晾曬干燥由于長時間暴露在空氣中，產品衛生條件難以保證，且對環境依賴性大；熱風干燥雖然操作簡單、成本低，但產品品質較差，易出現表皮硬化現象，熱敏性營養成分損失嚴重，色香味劣變；真空冷凍干燥能最大限度保留產品的色澤形態，但口感和風味較差，且生產成本高（張高靜，2013）。本研究采用真空油炸技術對凡納濱對蝦進行處理，并通過單因素試驗和響應面優化試驗對其工藝條件進行優化，建立了真空油炸溫度、真空油炸時間和真空度3個因素對脆蝦感官評分的回歸模型：Y=71.76+5.40A+5.75B+7.34C+3.89AB+5.43AC+

6.47BC-4.90A2-3.80B2。驗證試驗證明，該模型可預測脆蝦品質的變化規律，適用于實際生產的預測。優化得到最佳工藝參數為：真空油炸溫度110 ℃、油炸時間50 min、真空度0.09 MPa，該油炸工藝條件下感官評分為90.09±1.27分，產品酥脆可口且色香味俱全。在實際生產中采用該工藝參數，可實現節約能耗、提高生產效率、操作簡單且容易控制的目標。

4 結論

通過響應面法優化得到的對蝦真空油炸工藝條件為：真空油炸溫度110 ℃、真空油炸時間50 min、真空度0.09 MPa，在此條件下的感官評分為90.09±1.27分，與理論預測值偏差小。響應面法優化的對蝦真空油炸工藝具有操作簡單、條件精確、結果直觀等優點；建立的回歸方程能分析各因素對指標的影響規律，并可進行實際預測。

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（責任編輯 羅 麗）