模糊邏輯模型優化海藻雞肉膏工藝條件

張馨寧，劉雪，劉少偉*，施曉予，宋皓瑜，金鑫

(1.華東理工大學 食品科學與工程系，生物反應器工程國家重點實驗室，上海 200237；2.中國農業大學 信息與電氣工程學院，北京 100083)

膏狀香精具有香味濃厚、耐熱性好的特點，被廣泛用于中式菜肴、火鍋底料、肉灌制品和方便面等各種食品中。近年來，餐飲業及各種方便食品、休閑食品等相關產業在我國迅速發展，消費者對膏狀香精的品種需求也越來越廣泛。運用酶解技術、美拉德反應生產膏狀香精是目前研究香精的熱點[1]。雞肉因蛋白質含量高、氨基酸完整、口感好等特點，被廣泛用作肉味香精原料[2]。海藻富含海藻多糖、膳食纖維和多不飽和脂肪酸等，作為一種優質植物基料，也逐漸應用于制作健康、營養的功能性調味料[3]。

食品的價值取決于感官評價、理化性質、微生物、有毒污染物水平和保質期等[4]。在這些質量指標中，食品感官評價是最直觀的，它體現了消費者對產品的接受程度[5]。用語言或數字表示的感官結果易受環境影響導致其穩定性差，不具有統計學意義。模糊邏輯模型是目前食品質量控制中一個重要的研究領域[6]，廣泛應用于食品的感官評價、質量屬性的排序和最優化配方的選擇等[7-8]。運用模糊邏輯模型能解決主觀評價帶來的精度低、準確性差和缺乏重復性等問題[9]。

目前市售的雞膏主要有濃香原味和椒麻味兩種，缺少味感復合化的特殊風味雞膏產品。因此，本文將以雞肉和海藻為主要原料制作海藻雞肉膏，通過單因素試驗和正交試驗，結合模糊邏輯模型對感官評價結果進行驗證，確定最佳配方，以獲得雞肉味濃郁、口感豐富的海藻雞肉膏產品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

北京油雞：北京百年栗園生態農業有限公司；馬尾藻：山東省榮成市嶗山運升海產品店；復合蛋白酶(120 U/mg)、纖維素酶(50 U/mg)：上海源葉生物有限公司；木糖、葡萄糖、半胱氨酸、硫胺素、玉米淀粉、麥芽糊精：浙江一諾生物科技有限公司；食鹽、香辛料：市售。

1.1.2 儀器

DS-1組織搗碎機 上海標本模型廠；多功能粉碎機 永康市鉑歐五金制品有限公司；ST2100 pH計 常州奧豪斯儀器限公司；DL-5-B離心機 上海安亭科學儀器廠；HHS-II-1電熱水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；CP213電子分析天平 上海奧豪斯儀器有限公司；LMQ.C-80E蒸汽滅菌鍋 濟南來寶醫療器械有限公司。

1.2 方法

1.2.1 雞肉酶解物的制備

取新鮮的北京油雞去皮、去骨攪碎至肉糜，80 ℃熱處理15 min，冷卻后加入1∶3比例的去離子水，調節pH至6.5，加入3000 U/g復合蛋白酶，在55 ℃恒溫水浴中酶解3.5 h。反應結束后，升溫至90 ℃滅酶15 min，冷卻至室溫，5000 r/min離心10 min，去沉淀，上清液即為雞肉酶解液。

1.2.2 海藻酶解物的制備

將馬尾藻洗凈、烘干、粉碎，在料液比1∶25的海藻粉溶液中，調節pH為 4.4，加入4.0% (W/W)纖維素酶，在55 ℃恒溫水浴中酶解3 h。反應結束后，升溫至90 ℃滅酶15 min，冷卻至室溫，5000 r/min離心10 min，去沉淀，上清液即為海藻酶解液。

1.2.3 海藻雞肉膏的制備

按表1的配方，在雞肉酶解液基礎上，依次加入海藻酶解液、木糖、半胱氨酸、硫胺素和雞油，設置反應溫度為100 ℃，于鍋中反應80 min，得到美拉德反應產物。之后加入食鹽、香辛料、玉米淀粉和麥芽糊精混勻并乳化25 min，停止加熱，靜置放涼，得到海藻雞肉膏。

表1 海藻雞肉膏基礎配方Table 1 The basic formula of seaweed chicken paste

1.2.4 單因素試驗

選取海藻酶解液添加量10%、15%、20%、25%、30%為梯度進行試驗；選取木糖添加量4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%為梯度進行試驗; 選取半胱氨酸添加量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%為梯度進行試驗；選取反應溫度80，90，100，110，120 ℃為梯度進行試驗。

1.2.5 正交試驗優化

在以上試驗的基礎上進行正交試驗，優化配方，其因素水平表見表2。

表2 海藻雞肉膏正交試驗因素水平表Table 2 The factors and levels of orthogonal experiment for seaweed chicken paste

1.2.6 感官評價方法

感官評價小組由年齡在20～28歲的16名測評員(8名男性和8名女性)組成，試驗前接受過專業訓練，對肉類香精的評定標準熟悉，能夠區分不同膏狀香精的感官特征，評價標準見表3。

表3 感官屬性的評價標準Table 3 The evaluation standard of sensory attributes

1.2.7 模糊邏輯模型的建立[10]

1.2.7.1 樣品總體感官分數的三角模糊數

感官評分是一個三角形的分布模式，即三角模糊數，簡稱為三元組。圖1中有5種語言變量，分別表示“差/不重要”、“中等/有點重要”、“好/重要”、“非常好/非常重要”和“優秀/極其重要”。

圖1 語言變量的隸屬函數圖Fig.1 The membership functions of linguistic variables

測評員對樣品i的某一質量屬性給出評價，當差為n1票，中等為n2票，好為n3票，非常好為n4票，優秀為n5票時，得到樣品i的三元組Si：

(1)

三角模糊數(a b c)和(d e f)的特殊運算法則為 (a b c)⊙(d e f)=(ab ae+db af+dc)，按公式(2)計算樣品的總體感官分數SOi：

SOi=SiC⊙QCrel+SiFO⊙QFrel+SiT⊙QTrel+SiFO⊙QFOrel+SiA⊙QArel。

(2)

式中:SiC、SiF、SiT、SiFO和SiA對應色澤、氣味、滋味、形態和回味三元組，QCrel、QFrel、QTrel、QFOrel 和QArel對應各質量屬性的模糊相對權重。

1.2.7.2 感官評分的總體隸屬函數

感官評分隸屬函數服從三角形分布，6種感官評價標度分別為F1=(1 0.5 0 0 0 0 0 0 0 0)，F2=(0.5 1 1 0.5 0 0 0 0 0 0)，F3=(0 0 0.5 1 1 0.5 0 0 0 0)，F4=(0 0 0 0 0.5 1 1 0.5 0 0)，F5=(0 0 0 0 0 0 0.5 1 1 0.5)和F6=(0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 1)，分別對應了“不滿意”、“中等”、“滿意”、“好”、“很好”和“優秀”6種評價標度。

圖2 感官標度的隸屬函數圖Fig.2 The membership functions of sensory scale

對于三元組(a b c)來說，當給定的值為a時，隸屬度為1；當給定的值小于a-b或大于a+c時，隸屬度為0。對于給定的值x，三角模糊數隸屬函數Bx可表示為[11]：

(3)

1.2.7.3 樣本的相似值和排序

按公式(4)計算樣本的相似值Sm：

(4)

式中：Fn＇是矩陣Fn的轉置矩陣；Bx＇是矩陣Bx的轉置矩陣。比較不同樣品的相似值，對樣品進行排序。

1.3 數據分析

采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析。采用Microsoft Office Excel 2016、Matlab R2017a分析模糊邏輯模型的感官數據。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 海藻酶解液添加量對海藻雞肉膏感官品質的影響

由圖3可知，隨著海藻酶解液添加量的增加，感官分數呈先上升后下降的趨勢。海藻酶解液添加量為20%時，感官分數最高。海藻酶解液中谷氨酸和天冬氨酸含量較高[12]，濃縮加熱后鮮味增強，與雞肉酶解液進行風味契合，可以達到理想的風味效果。當添加量超過20%時，感官評分開始下降，可能是樣品的藻腥味加重，肉香味減少，導致回味變差，這是大多數測評員不能接受的。故海藻酶解液添加量選擇15%、20%、25%為宜。

圖3 海藻酶解液添加量對海藻雞肉膏感官品質的影響Fig.3 Effect of seaweed enzymatic hydrolysate additive amount on the sensory quality of seaweed chicken paste

2.1.2 木糖添加量對海藻雞肉膏感官品質的影響

由圖4可知，隨著木糖添加量的逐漸增大，感官評分呈上升趨勢。在添加量達到5.5%時，產物呈棕褐色，伴有雞肉香、烤香和焦糖香。在添加量大于5.5%后，感官評分開始下降，可能是因為添加了較多的還原糖，使得體系中的游離氨基酸含量顯著降低[13]，加劇了褐變反應，導致產物色澤變暗，焦糖味重，肉香味被掩蓋。因此，選擇木糖的最適添加量為5.0%、5.5%、6.0%。

圖4 木糖添加量對海藻雞肉膏感官品質的影響Fig.4 Effect of xylose additive amount on the sensory quality of seaweed chicken paste

2.1.3 半胱氨酸添加量對海藻雞肉膏感官品質的影響

由圖5可知，半胱氨酸添加量對海藻雞肉膏的感官品質影響顯著，當半胱氨酸的添加量為0.3%時，產物的整體感官較好，雞肉香濃郁。半胱氨酸與脂質和還原糖的熱降解反應能產生大量的含硫化合物，隨著半胱氨酸的增加，肉味特征香氣物質也加速生成[14]。當半胱氨酸的添加量小于0.3%時，雞肉味淡，風味不顯著。當半胱氨酸的添加量大于0.3%時，感官品質變化不大。因此，選擇0.2%、0.3%、0.4%為半胱氨酸的最適添加量。

圖5 半胱氨酸添加量對海藻雞肉膏感官品質的影響Fig.5 Effect of cysteine additive amount on the sensory quality of seaweed chicken paste

2.1.4 反應溫度對海藻雞肉膏感官品質的影響

由圖6可知，反應溫度對海藻雞肉膏的感官品質有明顯影響，溫度從80 ℃升至120 ℃時，感官分數先上升后下降。當溫度為80 ℃時，因熱反應速率慢，反應不完全，造成生腥味重，雞肉香被覆蓋；當反應溫度為100 ℃時，樣品整體感官最優；當溫度為120 ℃時，反應變得劇烈，加速生成噻烷、噻嗪、吡嗪類物質[15]，伴有焦糊味，對整體感官產生影響。因此，選擇90，100，110 ℃為最佳反應溫度。

圖6 反應溫度對海藻雞肉膏感官品質的影響Fig.6 Effect of reaction temperature on the sensory quality of seaweed chicken paste

2.2 正交試驗結果

海藻雞肉膏配方優選的正交試驗結果見表4。

表4 海藻雞肉膏正交試驗結果Table 4 The orthogonal experiment results of seaweed chicken paste

分析上述正交試驗，4個因素對海藻雞肉膏感官評分的影響順序依次是：A(海藻酶解液添加量)>C(半胱氨酸添加量)>D(反應溫度)>B(木糖添加量)。由直觀分析可見最優組合為A2B3C1D2，即制備海藻雞肉膏的最佳工藝條件為：海藻酶解液添加量20%，木糖添加量6.0%，半胱氨酸添加量0.2%，反應溫度100 ℃，此時制備的海藻雞肉膏感官評分為86.4分，產品雞肉香味濃郁、風味突出、口感醇厚。

2.3 模糊邏輯模型驗證

為了使試驗結果更有可靠性和合理性，選取在正交試驗中得分高于80分的4組樣品進行驗證性試驗，結合模糊邏輯模型對感官評價結果進行優化檢驗。4組樣品分別記作S1(A2B1C2D3)，S2(A2B2C3D1)，S3(A2B3C1D2)和S4(A3B1C3D2)。

2.3.1 樣品整體感官分數

由表5可知，依次對4組樣品的感官屬性進行評分，其中S3所有屬性的優秀得票數都高于其他樣品。

表5 樣品感官得分表Table 5 The sensory scores of samples

根據公式(1)計算樣本的感官分數三元組，色澤、氣味、滋味、形態和回味三元組分別記作SiC、SiF、SiT、SiFO和SiA，其結果為S1C=(42.19 21.88 25.00)，S2C=(59.38 25.00 23.44)，S3C=(75.00 25.00 18.75)，S4C=(35.94 20.31 25.00)，S1F=(57.81 25.00 23.44)，S2F=(65.63 25.00 21.88)，S3F=(81.25 25.00 15.63)，S4F=(40.63 20.31 25.00)，S1T=(46.88 23.44 23.44)，S2T=(65.63 25.00 21.88)，S3T=(79.69 25.00 17.19)，S4T=(32.81 20.31 25.00)，S1FO=(64.06 25.00 20.31)，S2FO=(75.00 25.00 17.19)，S3FO=(85.94 25.00 14.06)，S4FO=(53.13 25.00 21.88)，S1A=(31.25 18.75 25.00)，S2A=(39.06 23.44 25.00)，S3A=(59.38 25.00 23.44)，S4A=(23.44 17.19 25.00)。

用不重要、有點重要、重要、非常重要和極其重要的評價指標表示測評員對不同屬性的偏好程度，由表6可知，質量屬性的得分都集中在重要、非常重要和極其重要中，沒有一個屬性被認為是不重要的。

表6 質量屬性感官得分表Table 6 The sensory scores of quality attributes

用QC、QF、QT、QFO和QA表示色澤、氣味、滋味、形態和回味的三元組，其結果為QC=(70.31 25.00 18.75)，QF=(79.69 25.00 12.50)，QT=(84.38 25.00 10.94)，QFO=(76.56 25.00 17.19)，QA=(67.19 25.00 20.31)。根據三角模糊數的運算法則，將質量屬性三元組的第一個數除以質量屬性總得分得到模糊相對權重，則質量屬性的模糊相對權重分別為QCrel=(0.186 0.066 0.050)，QFrel=(0.211 0.066 0.033)，QTrel=(0.223 0.066 0.029)，QFOrel=(0.202 0.066 0.045)，QArel=(0.178 0.066 0.054)。按公式(2)計算所有樣品的總體感官分數，得SO1=(49.01 38.97 33.32)，SO2=(61.64 44.87 34.29)，SO3=(76.80 50.21 33.43)，SO4=(37.49 33.00 32.12)。

2.3.2 感官分數的總體隸屬函數

將0≤x≤100平分為10個區間，Bx取每個區間隸屬度的最大值。以S1為例，SO1=(49.01 38.97 33.32)，則a=49.01，b=38.97，c=33.32，B1在x∈[0,10]，[10,20]，[20,30]，[30,40]，[40,50]，[50,60]，[60,70]，[70,80]，[80,90]，[90,100]時的值為0，0.2556，0.5122，0.7688，1.0000，0.9704，0.6703，0.3702，0.0701，0。用相同的方法計算其他樣品的感官分數總體隸屬函數，結果見表7。

表7 樣品的總體隸屬函數值Table 7 The overall membership function values of samples

2.3.3 樣品相似值及排序

樣品感官分數相似值體現了測評者對該樣品的喜愛程度，結果見表8。S3的最大相似值出現在“很好”評級中，S2的最大相似值對應了“好”評級，S1和S4都對應了“滿意”評級。根據最大隸屬度原則比較每個樣本相似值，得到以下排序：S3(很好，0.7196)>S2(好，0.7421)>S4(滿意，0.8275)>S1(滿意，0.7272)。因此S3是喜愛度最高的海藻雞肉膏樣品，且模糊邏輯模型的分析結果與正交結果吻合。經過驗證試驗確定了海藻雞肉膏的最優工藝配方為：海藻酶解液添加量20%，木糖添加量6.0%，半胱氨酸添加量0.2%，反應溫度100 ℃。

表8 樣品相似值及排序Table 8 The similarity values and ranking of samples

3 結論

本試驗以雞肉酶解液為主要原料制作海藻雞肉膏產品。以感官品質為評價指標，通過單因素試驗和正交試驗研究不同因素對海藻雞肉膏感官品質的影響，并采用模糊邏輯模型進行驗證試驗。試驗結果表明：在其他條件不變的情況下，海藻酶解液添加量20%，木糖添加量6.0%，半胱氨酸添加量0.2%，反應溫度100 ℃時制得的海藻雞肉膏感官品質最好。本試驗不僅為創新研發海藻雞肉膏產品提供了借鑒，也為模糊邏輯模型應用于食品配方優化提供了參考。