響應曲面法結合模糊評價優化低鹽蜂蜜梅工藝

謝桂勉，林海濱，楊培新，羅集豐，鄭銳東，黃桂珍

(1.揭陽職業技術學院，廣東揭陽 522000；2.廣東殿羽田食品有限公司，廣東揭陽 515332)

青梅是天然的堿性食品，具有很高的營養價值。近年來國內外對青梅中有益成分如有機酸、多酚、黃酮、萜烯、甾醇等進行了較深入的研究，并分析了這些有益成分在抑制細菌[1]、抑制肥胖、降血糖和血脂、抗氧化[2]、抗過敏[3]、抗血栓[4]、抗腫瘤[5]、保護支氣管上皮細胞和角蛋白細胞[6]以及提高免疫力等方面的作用。國內研究人員也對青梅的制品如酒、醋、果汁、醬、果凍、軟糖、固體飲料、泡騰片、蜜餞等進行了較深入的研究。

青梅通常不能直接食用，最常見的是經過鹽腌、日曬成為干濕梅[7]，再進一步加工成蜜餞[8-9]等產品。而傳統的梅餅、話梅、日式調味梅等青梅制品以“高鹽高糖”為特征，其營養價值大打折扣。開發低鹽、低糖、富營養價值的青梅蜜餞成為當前消費升級的所需。為減少食鹽和蔗糖的使用，必須使用合適的甜味料和合理的工藝加工低鹽、低糖青梅制品。麥芽糖醇作為甜味劑，具有甜味溫和，不易被霉菌、酵母菌、乳酸菌發酵的特點，克服了傳統蜜餞產品高糖不利于健康的不足，同時對產品的防腐又有積極的作用[9]。海藻糖屬于天然糖類，甜味柔和，具有耐酸性和保濕性，作為優良活性保護劑，可有效防止食品劣化、保持食品新鮮風味、提升食品品質。蜂蜜呈酸性，具有抗菌作用，并且能賦予產品獨特的風味。將上述3種甜味料搭配使用，研制一種低鹽蜂蜜梅，通過響應曲面法結合模糊數學感官評價優化產品工藝，以期提高產品的感官品質并延長產品保質期。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料。干濕梅，廣東殿羽田食品有限公司；麥芽糖醇，羅蓋特精細化工有限公司；海藻糖，廈門長瀨貿易有限公司；蜂蜜，潮州市潮安區東鳳鎮四永養蜂場；甜菊糖，曲阜海根甜菊制品有限公司；三氯蔗糖，山東康寶科技有限公司；檸檬酸，濰坊英軒實業有限公司；山梨酸鉀，南通醋酸化工股份有限公司。

1.1.2儀器。NSK-500清洗機，中根機械有限會社；配料桶、腌制桶為定制；KW5366BW66重量檢測機，日本安立株式會社；KD740KP X射線異物檢出機，日本安立株式會社；CFD系列自動封口機，華宇食品包裝機械廠；HP-241B打碼機，上海迪凱分離機械實業有限公司；PAL-3 Brix糖度計，ATAGO(愛拓)中國分公司；JJ1000Y電子天平，美國雙杰。

1.2方法

1.2.1工藝流程。干濕梅→清洗→脫鹽→配料→調味腌制→檢驗→瀝干→填充→重量檢測和X光機異物檢測→貼標、捆包→登記入庫。

1.2.2操作要點。

(1)將干濕梅(青梅經過90 d左右鹽腌)從腌制池撈起，用清洗機洗凈，去除沙土、枝葉等異物。

(2)將洗凈的干濕梅裝框，放入脫鹽桶進行脫鹽，按產品要求脫至所需鹽分。

(3)將麥芽糖醇、海藻糖、蜂蜜、檸檬酸、甜菊糖苷、三氯蔗糖、山梨酸鉀按配方量加入配料桶，加入配方量水，攪拌溶解，制成調味液。

(4)將脫鹽好的干濕梅置于調配好的2倍重量份的調味液中進行腌制，腌制5～7 d。

(5)將腌制好的調味梅進行理化指標(包括鹽分、酸度、BRIX)和微生物(菌落總數、大腸菌群、霉菌)的檢驗。

(6)經檢驗合格后，將腌制結束的調味梅瀝干1～2 d。

(7)用自動包裝機進行稱重、填充和包裝。

(8)將包裝好產品經過X光機異物檢測，合格產品貼標、捆包，登記入庫。

1.2.3單因素試驗。

1.2.3.1干濕梅鹽分優選試驗。以干濕梅鹽分為5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%(干濕梅置于脫鹽桶中，用清水進行脫鹽。脫鹽8 h后，每0.5 h測定一次干濕梅的鹽分，達到所需的鹽分后停止脫鹽，并撈起瀝干備用)設置5水平單因素試驗，固定因素水平分別為調味液糖度25.2%(麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1)、檸檬酸2.5%、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸鉀0.04%，研究干濕梅脫鹽后的適宜鹽分。

1.2.3.2甜味料比例及用量優選試驗。采用麥芽糖醇、海藻糖和蜂蜜作為調味液甜味料。以麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=30∶3∶1、麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1、麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=50∶5∶1、麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=60∶6∶1、麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=70∶7∶1設置5水平單因素試驗，固定因素水平分別為干濕梅鹽分5.0%、調味液糖度25.2%、檸檬酸2.5%、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸鉀0.04%，研究麥芽糖醇、海藻糖和蜂蜜的最優比例。

以調味液調味料質量分數為16.8%、19.6%、22.4%、25.2%、28.0%設置5水平單因素試驗，固定因素水平分別為干濕梅鹽分5.0%、麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1、檸檬酸2.5%、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸鉀0.04%，研究調味液甜味料的用量。

1.2.3.3調味液檸檬酸用量優選試驗。以檸檬酸質量分數為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%設置5水平單因素試驗，固定因素水平分別為干濕梅鹽分5.0%、調味液糖度25.2%(麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1)、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸鉀0.04%，研究調味液檸檬酸的用量。

1.2.4響應曲面試驗設計。根據單因素試驗結果，采用中心組合試驗Box-Behnken設計[10-12]，對干濕梅鹽分(A)、調味液甜味料用量(B)和調味液檸檬酸用量(C)進行響應曲面試驗設計，試驗自變量因素及水平見表1。調味液其他配料為甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸鉀0.04%。

表1 試驗自變量因素及水平

1.2.5模糊數學模型的建立。

1.2.5.1感官評定因素集和等級集。該研究低鹽蜂蜜梅屬于蜜餞制品，參照蜜餞國家標準[13]制定產品感官評分標準，并建立模糊數學評價模型[14-15]。設定因素集U={色澤u1，風味u2，組織狀態u3}，等級集V={優v1，良v2，中v3，差v4}，其中各評價等級分值v1=90，v2=80，v3=70，v4=60，即V={90，80，70，60}。

1.2.5.2權重的確定。采用“0～4評判法”[16]確定每個因素的權重，得到色澤、風味、組織狀態的權重分別為0.21、0.41、0.38，即低鹽蜂蜜梅的權重集X={0.21，0.41，0.38}。

1.2.5.3模糊矩陣和綜合評價集。將不同等級票數除以總票數得到模糊矩陣R，將權重集X和模糊矩陣R合成得到每個樣品的綜合評價集為Yi=X×Ri(i為樣品的數目)。將綜合評價集Y和等級集V合成得到評分矩陣T，即T=Y×V。

1.2.6產品質量指標測定。

1.2.6.1總糖、總酸及氯化鈉含量測定。按GB/T 10782—2006《蜜餞通則》規定測定產品總糖和氯化鈉含量[17]，按GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》[18]規定測定總酸(以檸檬酸計)。

1.2.6.2微生物指標的測定。按GB 14884—2016《食品安全國家標準 蜜餞》[13]規定測定產品的菌落總數、大腸菌群和霉菌。

1.2.6.3產品感官評分標準，參照蜜餞國家標準制定低鹽蜂蜜梅的感官評分標準，組織訓練型感官評定人員共10人，采用隨機雙盲試驗設計，按照色澤、風味和組織狀態3個項目對產品感官品質進行評價(根據“0～4評判法”確定色澤、風味和組織狀態的權重分別為0.21、0.41、0.38)，統計各因素優、良、中、差4個等級的票數。產品感官評分標準如表2所示。

表2 低鹽蜂蜜梅感官評分標準

1.2.7數據處理。單因素試驗結果采用Microsoft Excel 2013進行處理分析，通過方差分析考察各因素的顯著性；響應曲面試驗采用Design-Expert8.0 軟件進行設計和數據分析，通過二次模型的建立以及響應曲面的分析獲得最佳因素水平，通過F值考察模型及各因素的顯著性。

2 結果與分析

2.1干濕梅鹽分對產品感官評分的影響新鮮青梅經過鹽腌成為干濕梅后，鹽分通常在23.0%以上，制作調味梅時需要經過脫鹽。脫鹽后鹽分過低不能有效抑制微生物，產品色澤易發生變化，過高則影響產品風味。優化試驗表明，干濕梅鹽分對產品感官評分影響顯著(P<0.01)。干濕梅鹽分較低時，調味腌制過程中不易控制微生物，成品容易褐變。干濕梅鹽分達7.0%時，能有效抑制微生物發酵，成品后咸味適中，感官得分達到最高(圖1)。而鹽分大于7.0%時，成品偏咸。故以7.0%為中心值，選擇自變量范圍進行Box-Behnken試驗設計。

圖1 干濕梅鹽分優選試驗結果(n=3)Fig.1 Optimization test result of the salt content of salted prune(n=3)

2.2調味液甜味料比例及用量對產品感官評分的影響麥芽糖醇甜度接近蔗糖，具有耐酸性、保濕性和非發酵性，是高酸、高水分含量青梅制品甜味料的理想選擇。海藻糖同樣具有耐酸性和保濕性的特點，而蜂蜜則賦予產品獨特的風味。三者搭配使用，可有效提高產品的感官品質并延長產品保質期。三者搭配試驗結果(圖2)表明，麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=50∶5∶1時，產品甜味柔和協調，保濕效果明顯，感官得分最高，故優選該搭配比例。

圖2 調味液甜味料比例優選試驗結果(n=3)Fig.2 Optimization test result of the ratio of sweeteners of flavour liquid(n=3)

調味液甜味料用量優選試驗結果(圖3)表明，調味液甜味料用量對產品感官品質影響顯著(P<0.01)。隨著用量的增加，感官得分呈上升趨勢，用量達25.2%以上時趨于穩定，產品酸甜適中，濕潤有光澤，故以25.2%為中心值，選擇自變量范圍進行Box-Behnken試驗設計。

圖3 調味液甜味料用量優選試驗結果(n=3)Fig.3 Optimization test result of the amounts of sweeteners of flavour liquid(n=3)

2.3調味液檸檬酸用量對產品感官評分的影響干濕梅在脫鹽時損失一部分有機酸，調味腌制時補加檸檬酸能使產品更加酸甜可口，同時抑制腌制過程中可能發生發酵的問題。調味液檸檬酸用量優選試驗結果(圖4)表明，調味液檸檬酸用量較少時，酸味不足且易出現發酵現象。用量達3.0%時，產品酸甜適中，能有效抑制發酵現象，產品感官得分最高，而用量大于3.0%時，則偏酸，故以3.0%為中心值，選擇自變量范圍進行Box-Behnken試驗設計。

圖4 調味液檸檬酸用量優選試驗結果(n=3)Fig.4 Optimization test result of the amounts of citric acid of flavour liquid(n=3)

2.4感官評分結果低鹽蜂蜜梅的感官評分結果如表3所示。將不同等級票數除以總票數得到模糊矩陣R。如樣品1的模糊矩陣R1如下：

將模糊矩陣R1與權重集X合成得到樣品1的綜合評價集為Y1=(0.16 0.52 0.32 0)。將綜合評價集Y1和等級集V合成得到樣品1的感官得分T1，即T1=0.16×90+0.52×80+0.32×70+0×60=78.4。同理計算出T2，T3，…，T17。

2.5Box-Behnken試驗設計及分析

2.5.1二次響應面回歸模型的建立與分析。綜合單因素試驗結果，以干濕梅鹽分、調味液甜味料用量和調味液檸檬酸用量3個因素為自變量，根據Box-Behnken設計原理，以產品感官得分為響應值設計試驗，結果如表4所示。

表3 低鹽蜂蜜梅感官評分結果

表4 Box-Behnken試驗設計與結果

采用Design-Expert 8.0 軟件對結果進行二次多項回歸擬合，得到二次多項回歸方程：Y= 87.16+1.83A+2.08B+0.95C-0.80AB-0.95AC-0.75BC-6.33A2-9.13B2-4.78C2。方差分析可知，模型具有高度顯著性(P<0.000 1)，失擬項不顯著(P=0.423 2>0.05)，確定系數R2=0.996 2，說明該模型對試驗擬合度好，可對蜂蜜梅的感官得分進行分析和預測。因素A、B、C、A2、B2、C2均達到極顯著水平(P<0.01)，AB、AC達到顯著水平(P<0.05)。根據F值，各因素對產品感官得分的影響主次順序依次為B、A、C，即調味液甜味料用量、干濕梅鹽分、調味液檸檬酸用量。

2.5.2響應曲面分析及模型驗證。根據擬合模型繪制不同因素交互作用響應曲面圖(圖5)。由各因素兩兩之間等高線的形狀可以看出相互之間存在一定的交互作用，其中干濕梅鹽分和調味液甜味料用量、干濕梅鹽分和調味液檸檬酸用量交互作用顯著[19-20]。干濕梅鹽分和調味液調味料用量的交互作用主要體現在產品的滋味和組織狀態上。該研究的低鹽蜂蜜梅不同于日式調味梅(咸和甜的滋味均突出)，滋味以甜味為主。由圖5a可知，隨著干濕梅鹽分和調味液甜味料用量的增加，產品感官得分呈先上升后下降的趨勢，兩者達到適宜的比例時，產品甜味柔和協調，顆粒飽滿，濕潤有光澤；兩者均偏高時，滋味出現不協調且易產生褶皺現象。干濕梅鹽分和調味液檸檬酸用量交互作用主要體現在產品的色澤上。由圖5b可知，隨著干濕梅鹽分和調味液檸檬酸用量的增加，產品感官得分呈先上升后下降的趨勢，兩者達到合適的比例時，能有效抑制調味腌制過程中微生物的發酵，避免產品褐變，產品呈均勻淺褐色；兩者水平偏低時，不易有效控制微生物，而水平偏高時則影響產品的滋味。調味液甜味料用量和調味液檸檬酸用量交互作用主要體現在產品的風味上。由圖5c可知，隨著調味液甜味料用量和調味液檸檬酸用量的增加，產品感官得分呈先上升后下降的趨勢，兩者達到合適的比例時，產品滋味協調，酸甜可口。

通過Design-Expert8.0軟件分析，低鹽蜂蜜梅的最佳工藝條件為干濕梅鹽分7.0%，調味液甜味料用量25.2%，調味液檸檬酸用量3.0%，此時預測感官得分的理論值為87.2。為檢測結果的可靠性，采用最佳工藝條件做驗證試驗，感官得分為88.0，與理論值接近，說明回歸模型擬合程度較好，可以利用該工藝條件制作低鹽蜂蜜梅。

圖5 各因素交互作用對感官得分影響的響應曲面Fig.5 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pairwise interactions of the factors on sensory score

2.6低鹽蜂蜜梅產品質量指標產品淺褐色，濕潤鮮亮，無斑點，富有酸爽的青梅滋味和蜂蜜風味，酸甜可口，質地均勻，綿軟，顆粒飽滿，無褶皺；理化指標：總糖(以葡萄糖計)≤25.0%，總酸≤6.0%，鹽分≤6.0%；微生物指標：菌落總數采樣方案及限量n=5，c=2，m=103CFU/g，M=104CFU/g(n為同一批次產品應采集的樣品件數；m為微生物指標可接受水平的限量值；c為最大可允許超出m值的樣品數；M為微生物指標的最高安全限量值)，大腸菌群采樣方案及限量n=5，c=2，m=10 CFU/g，M=102CFU/g，霉菌≤50 CFU/g。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，通過響應面結合模糊數學感官評價法，以產品感官得分為響應值，得到低鹽蜂蜜梅的最優工藝條件為干濕梅鹽分7.0%、調味液甜味料用量25.2%(麥芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=50∶5∶1)、調味液檸檬酸用量3.0%。在此條件下，產品感官得分為87.2，總糖21.5%、總酸2.1%、鹽分4.8%，具有色澤鮮亮、酸甜可口、風味獨特的特點。