基于模糊數(shù)學(xué)與響應(yīng)面分析法開(kāi)發(fā)味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭

步營(yíng)，呂月月,2，朱文慧*，李學(xué)鵬，李仕政，勵(lì)建榮，位正鵬

(1.渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州 121013；2.大連工業(yè)大學(xué) 海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034；3.莒南新希望六和食品有限公司，山東 臨沂 276600；4.泰祥集團(tuán)-榮成泰祥食品股份有限公司，國(guó)家馬鮫魚(yú)加工技術(shù)研發(fā)分中心，山東 榮成 264300)

近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代社會(huì)節(jié)奏的加快，對(duì)方便食品提出了更高的要求，其不僅要滿足快節(jié)奏的生活，還要滿足人們的營(yíng)養(yǎng)需要[1]。水產(chǎn)品由于營(yíng)養(yǎng)豐富及其特殊的風(fēng)味、口感而廣受人們的喜愛(ài)，其中方便食品已經(jīng)成為水產(chǎn)食品開(kāi)發(fā)的重要方向[2-4]。在眾多方便食品中，罐頭類食品不僅營(yíng)養(yǎng)豐富、便于運(yùn)輸攜帶、方便食用、保質(zhì)期長(zhǎng)，而且能在一定程度上保持食品的原有風(fēng)味，越來(lái)越多地受到人們的青睞[5-6]。

鲅魚(yú)學(xué)名藍(lán)點(diǎn)馬鮫，屬于鱸形目鲅科，體長(zhǎng)而側(cè)扁，呈紡錘形[7]，主要分布于我國(guó)渤海、黃海和東海。鲅魚(yú)肉多刺少，肉質(zhì)細(xì)膩、味道鮮美、含有豐富蛋白質(zhì)、維生素A、礦物質(zhì)及不飽和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。目前鲅魚(yú)深加工產(chǎn)品開(kāi)發(fā)較少，加工水平較低[8-9]。味噌利用大豆和谷物發(fā)酵而成，是一種營(yíng)養(yǎng)風(fēng)味、味道獨(dú)特的調(diào)味品[10]，其含有豐富的蛋白質(zhì)和人體所需的氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[11]。有研究表明，味噌本身具有提高免疫力的功能[12]，日本的免疫學(xué)調(diào)查也表明經(jīng)常喝味噌湯的人癌癥發(fā)病率低，因此，味噌可以作為一種健康食品進(jìn)行推廣[13]。現(xiàn)階段對(duì)鲅魚(yú)罐頭的研究，常見(jiàn)的有紅燒、咸干鲅魚(yú)等[14-15]，味噌風(fēng)味類鲅魚(yú)罐頭的開(kāi)發(fā)研究未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文基于模糊數(shù)學(xué)與響應(yīng)面分析法開(kāi)發(fā)一款味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭，為市場(chǎng)提供了更多的選擇。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設(shè)備

鲅魚(yú)：購(gòu)于錦州市林西水產(chǎn)市場(chǎng)；味噌、鹽曲、白砂糖、淀粉、I+G、生姜：食品級(jí)，均為市售。

JA4103電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；LDZX-50FBS立式蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；電磁爐 美的集團(tuán)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

原料預(yù)處理→去腥→瀝干→調(diào)味→裝罐→排氣→殺菌→冷卻→產(chǎn)品。

1.2.2 操作要點(diǎn)1.2.2.1 原料預(yù)處理

將鲅魚(yú)處理干凈后瀝干水分備用。

1.2.2.2 去腥

將處理好的鲅魚(yú)放入料酒中以料液比1∶50浸泡20 min，結(jié)束后，沖洗干凈并瀝干。

1.2.2.3 調(diào)味

根據(jù)試驗(yàn)所得的罐頭配方進(jìn)行調(diào)味。

1.2.2.4 高溫殺菌

樣品裝罐、排氣、封口后進(jìn)行高溫殺菌，溫度121 ℃，時(shí)間20 min，殺菌后降溫至室溫，得成品。

1.2.3 感官評(píng)定方法

參考孫紅梅等[16]和代文婷等[17]的方法并加以修改，感官評(píng)定小組由10名經(jīng)過(guò)專門(mén)感官訓(xùn)練的本科生和研究生組成(男性5名，女性5名)，分別從味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭的色澤、氣味、口感3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，以優(yōu)、良、差3個(gè)等級(jí)對(duì)每組樣品進(jìn)行評(píng)分，產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。要求感官評(píng)定員在評(píng)價(jià)前 12 h 禁吃辛辣刺激食物，每評(píng)價(jià)一個(gè)樣品后需用清水漱口，間隔 10 min再評(píng)定下一個(gè)樣品，且評(píng)價(jià)過(guò)程中避免討論。

表1 味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The sensory evaluation criteria for canned miso-flavor Spanish mackerel

1.2.4 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

參照張斌等[18]和孔祥佳等[19]的方法并加以修改，建立味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法。根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以色澤、氣味、口感3項(xiàng)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)因素集U={u1,u2,u3}；以優(yōu)、良、差為評(píng)語(yǔ)集V={v1,v2,v3}，各級(jí)評(píng)語(yǔ)集對(duì)應(yīng)的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。根據(jù)感官評(píng)定結(jié)果，建立3個(gè)單因素評(píng)價(jià)矩陣，用模糊數(shù)學(xué)評(píng)判方法進(jìn)行分析。

采用用戶調(diào)查法[20]讓感官評(píng)定小組成員對(duì)產(chǎn)品的3個(gè)因素所占比重進(jìn)行打分，確定權(quán)重集a=(a1,a2,a3)，總權(quán)重和為1。

模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果為b=a×R，a為權(quán)重集，R為評(píng)判矩陣。

1.2.5 罐頭配方單因素試驗(yàn)

1.2.5.1 鹽曲添加量的確定

保持其他調(diào)味料添加量不變，味噌添加量為5%，白砂糖添加量為6%，設(shè)置鹽曲添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%，以感官為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.2.5.2 白砂糖添加量的確定

保持其他調(diào)味料添加量不變，鹽曲添加量為3%，味噌添加量為5%，設(shè)置白砂糖添加量分別為4%、5%、6%、7%、8%，以感官為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.2.5.3 味噌添加量的確定

保持其他調(diào)味料添加量不變，鹽曲添加量為3%，白砂糖添加量為6%，設(shè)置味噌添加量分別為3%、4%、5%、6%、7%，以感官為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.2.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以鹽曲(A)、白砂糖(B)、味噌(C)添加量為考察因素，以感官評(píng)分(Y)為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 2 Response surface experiment design table

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組至少做3次平行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0、Origin 9.0、Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

由10人組成的感官評(píng)價(jià)小組對(duì)32個(gè)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，統(tǒng)計(jì)各因素在每個(gè)等級(jí)中的票數(shù)，進(jìn)行歸一化得到鲅魚(yú)罐頭的感官評(píng)價(jià)模糊關(guān)系矩陣R[21]。

其中，x為樣品編號(hào)，每一行代表一個(gè)因素的感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

根據(jù)色澤、氣味、口感3個(gè)因素所占權(quán)重確定權(quán)重集a=(0.2，0.3，0.5)。

將權(quán)重a乘以矩陣R可得到每個(gè)樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果，矩陣b反映對(duì)樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)時(shí)優(yōu)、良、差的贊成比。以樣品1為例，其模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果為：

其中，b11=0.2，b12=0.26，b13=0.54，即b1=(0.2，0.26，0.54)；結(jié)果表明，在該工藝條件下，有20%的人覺(jué)得樣品1為優(yōu)，26%的人覺(jué)得樣品1為良，54%的人覺(jué)得樣品1為差，同理可得其他樣品的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2 罐頭配方單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 單因素試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)評(píng)語(yǔ)集和評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)分布，設(shè)定優(yōu)100分，良50分，差0分，即評(píng)價(jià)等級(jí)集 K=(100,50，0)。產(chǎn)品的模糊綜合評(píng)價(jià)得分T=b·K，由第1個(gè)樣品 b1=(0.2，0.26，0.54)可知，第1個(gè)樣品的綜合評(píng)分 T1=0.2×100+0.26×50+0.54×0=33，同理可得到其他樣品的綜合評(píng)分。

2.2.2 鹽曲添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖1可知，隨著鹽曲添加量的增加，感官評(píng)分先升高再降低。鹽曲添加量少于3%時(shí)，由于添加量過(guò)低，導(dǎo)致味道過(guò)淡；鹽曲添加量超過(guò)3%時(shí)，添加量過(guò)多，味道過(guò)咸，鹽曲的氣味掩蓋了魚(yú)肉的香氣，效果不佳。適當(dāng)?shù)靥砑欲}曲，會(huì)提升鲅魚(yú)罐頭的整體風(fēng)味。所以鹽曲添加量為3%時(shí)感官評(píng)分最高，為62分，此時(shí)產(chǎn)品咸度適口，口感最佳。

圖1 鹽曲添加量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of salt koji additive amount on sensory evaluation score

2.2.3 白砂糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖2可知，隨著白砂糖添加量的增加，感官評(píng)分先升高再降低。白砂糖添加量少于6%時(shí)，由于添加量過(guò)低，不能充分和味噌的香氣結(jié)合，導(dǎo)致甜味不足，香氣不夠；白砂糖添加量超過(guò)6%時(shí)，添加量過(guò)多，導(dǎo)致甜度過(guò)大，掩蓋了魚(yú)肉的香氣，效果不好。適當(dāng)?shù)靥砑影咨疤牵瑫?huì)提高鲅魚(yú)罐頭的整體風(fēng)味。所以，白砂糖添加量為6%時(shí)，感官評(píng)分最高，為62分，此時(shí)產(chǎn)品甜香適宜，口感協(xié)調(diào)。

圖2 白砂糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of white granulated sugar additive amount on sensory evaluation score

2.2.4 味噌添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖3可知，隨著味噌添加量的增加，感官評(píng)分先升高再降低。味噌添加量少于5%時(shí)，由于添加量過(guò)低，導(dǎo)致味道過(guò)淡，且口感不協(xié)調(diào)；味噌添加量超過(guò)5%時(shí)，添加量過(guò)多，導(dǎo)致味噌的味道掩蓋了魚(yú)肉的香氣，效果不好。適當(dāng)?shù)靥砑游多幔瑫?huì)提高鲅魚(yú)罐頭的整體風(fēng)味。所以，味噌添加量為5%時(shí)，感官評(píng)分最高，為69分，此時(shí)產(chǎn)品適口，口感協(xié)調(diào)。

圖3 味噌添加量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of miso additive amount on sensory evaluation score

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)分析結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別以鹽曲(A)、白砂糖(B)、味噌(C)添加量為試驗(yàn)因素，以感官評(píng)分(Y)為響應(yīng)值，得到罐頭配方的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表3。將所得的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元擬合，得到回歸式模型：Y=89.00-2.13A-0.13B+1.00C+0.75AB-0.50AC-0.50BC-7.62A2-2.12B2-2.88C2。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表Table 3 Response surface experiment design and results

一般說(shuō)來(lái)，響應(yīng)面模型的適應(yīng)性會(huì)受到其建模、擬合和優(yōu)化過(guò)程的影響而產(chǎn)生誤差，如果模型中的P< 0.05，失擬項(xiàng)值>0.05同時(shí)存在，則能證明該模型具有良好的適應(yīng)性[22]。

由表4可知，模型中P<0.01，模型極顯著；失擬項(xiàng)P>0.05，不顯著，說(shuō)明構(gòu)建的模型較可靠。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)與回歸模型的擬合性上，可以通過(guò)決定系數(shù)R2進(jìn)行驗(yàn)證，R2值越接近于1，模型的可靠性越高。決定系數(shù)R2為94.08%，調(diào)整后的決定系數(shù)R2為86.48%，兩者都大于80%，表明該模型擬合效果較好，可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)罐頭配方條件[23]。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析表Table 4 Response surface test variance analysis

F值能夠反映各因素對(duì)響應(yīng)值的重要性，F(xiàn)值越大，表明對(duì)響應(yīng)值的影響越大[24-25]。由表4可知，根據(jù)F值的大小可以判斷3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)分影響的順序?yàn)锳>C>B，即鹽曲添加量>味噌添加量>白砂糖添加量。其中一次項(xiàng)A對(duì)罐頭的感官評(píng)分影響顯著(P<0.05)，B，C對(duì)產(chǎn)品的感官評(píng)分無(wú)顯著差異(P>0.05)。二次項(xiàng)A2對(duì)感官評(píng)分影響極顯著(P<0.01)，B2、C2對(duì)結(jié)果影響顯著(P<0.05)。交互項(xiàng)AB、BC、AC對(duì)結(jié)果影響不顯著(P>0.05)。

各影響因素兩兩作用對(duì)產(chǎn)品的交互作用見(jiàn)圖4。

圖4 試驗(yàn)因素間的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of interaction of test factors on sensory scores

由圖4可知，在所選范圍內(nèi)各影響因素的交互作用存在極大值，既是響應(yīng)面的最高點(diǎn)，同時(shí)也是等值線最小橢圓的中心點(diǎn)。由表4數(shù)據(jù)分析可知，鹽曲、白砂糖、味噌添加量的兩兩交互作用不顯著(P>0.05)。

通過(guò)Design Expert 8.0.6軟件分析得出罐頭的最佳配方參數(shù)為鹽曲添加量3.38%、白砂糖添加量6.02%、味噌添加量5.14%，在此參數(shù)下制得的產(chǎn)品感官評(píng)分為87.1分。為了進(jìn)一步對(duì)模型的最優(yōu)組合配方進(jìn)行準(zhǔn)確性和可行性驗(yàn)證，在鹽曲添加量3.4%、白砂糖添加量6%、味噌添加量5.1%條件下味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭的感官值為88分，與模型預(yù)測(cè)值相近，表明該模型是可靠的。

3 結(jié)論

本研究以鲅魚(yú)為原料，采用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定法，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化分析得到罐頭配方的最佳參數(shù)為鹽曲添加量3.4%、白砂糖添加量6%，味噌添加量5.1%，淀粉添加量1%，I+G添加量0.5%，生姜添加量0.5%，在此條件下產(chǎn)品的感官評(píng)分為88分，與模型預(yù)測(cè)值十分接近。經(jīng)此配方得到的味噌風(fēng)味鲅魚(yú)罐頭不僅充分利用了味噌和鹽曲的獨(dú)特風(fēng)味，同時(shí)也提高了鲅魚(yú)的利用率和食用價(jià)值，開(kāi)闊了罐頭類產(chǎn)品的市場(chǎng)前景。