響應曲面法結合模糊感官評定在木姜子風味酸辣醬研制中的應用

曾朝懿，張琦，何紹志，王鳳揚，鄢夢，劉娟，車振明

(1.西華大學 食品與生物工程學院，成都 610039；2.四川省食品檢驗研究院，成都 611731)

我國傳統復合調味醬一直深受消費者喜愛，不僅可以烹調菜肴，還可以佐餐蘸料。但傳統復合調味醬品類較少，選擇單一，隨著生活水平的提高，人們更加需要天然化、方便化、風味多元化的調味醬以滿足烹飪要求[1]。木姜子又名山胡椒、山蒼子，其根、莖、葉、果實不僅可以入藥[2]，還含有精油，其主要成分是檸檬醛，占60%～80%，具有新鮮檸檬果香[3-4]。在我國川南、滇、黔、湘等地作為風味獨特的調味料被人們用于涼粉、豆花蘸醬等烹飪食品中[5]。此外，木姜子及其精油具有殺蟲、抗氧化、抑菌功效，在食品行業中被廣泛應用于防腐保鮮[6-7]。

木姜子風味酸辣醬是一種酸辣型的復合調味醬，由多種調味料炒制調配而成，醬體一般呈紅色或紅褐色，其味道鮮美，即食方便，使用的原料種類豐富，呈味成分多，口感復雜，各種呈味成分的性能特點及其之間的配合比例[8]決定了木姜子風味酸辣醬的調味效果。為了得到木姜子風味突出的酸辣醬，本研究以辣椒面、永川豆豉、醋、木姜子油為主材料，添加桂皮、八角、山奈等香料炒制，通過模糊數學感官評定優化工藝，研制出一種木姜子風味酸辣醬，從原料上滿足了人們對藥食同源的需求，豐富了我國傳統醬類產品種類。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

木姜子油、菜籽油、辣椒面、永川豆豉、蔥、姜、蒜、香葉、小茴香、桂皮、花椒、藤椒、八角、山奈、糖、醋、味精：均購于本地沃爾瑪超市；生理鹽水、平板計數瓊脂、月桂基硫酸鹽胰蛋白胨(LST)肉湯、煌綠乳糖膽鹽(BGLB)肉湯、百里香酚酞指示劑、乙醚、乙醇、氫氧化鉀標準滴定溶液、三氯甲烷、冰乙酸、飽和碘化鉀溶液、硫代硫酸鈉標準滴定溶液、可溶性淀粉：均購于成都科龍試劑公司。

WK2102多功能電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；JY20002電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；SGSP-02電熱恒溫培養箱 黃石市恒豐醫療器械有限公司；WF32-16 mm色差儀 深圳市威福光電科技有限公司；Novasina LabSwift-aw水分活度儀(瑞士)；雙人超凈臺 蘇州凈化設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

根據預試驗結果和參考文獻[9-12]確定酸辣醬工藝流程，見圖1。

圖1 木姜子風味酸辣醬工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of Litsea cubeba flavor chutney

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 預處理

挑選完好無損的老姜、小蔥、大蔥、香葉、小茴香、桂皮、花椒、藤椒、八角、山奈等香辛料，洗凈晾干。

1.2.2.2 配料

香辛料添加量為10%，各香辛料占比1%。

1.2.2.3 炒制攪拌

用電磁爐將菜籽油在130 ℃下煎熬5 min，再將加熱溫度調至60 ℃，加入香辛料翻炒至顏色金黃時，用漏勺過濾香辛料后分別加入豆豉、辣椒面、蒜末翻炒至香氣四溢時停止加熱，添加一定比例的糖、醋、味精、木姜子油等調味料充分攪拌混合。

1.2.2.4 罐裝

趁熱罐裝，罐裝溫度不得低于70 ℃。

1.2.2.5 滅菌

121 ℃高壓蒸汽滅菌15 min，取出冷卻至室溫[13]。

1.2.3 木姜子風味酸辣型調味醬各原料單因素實驗

根據前期實驗結果，在用油量為100 g，香辛料為10%，蒜末為5%的條件下，分別以糖醋比(1∶3、1∶2、2∶5、2∶3，質量比)、辣椒面用量(20%、25%、30%、35%、40%、45%，質量比)、永川豆豉用量(15%、20%、25%、30%、35%、40%，質量比)以及木姜子油用量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，mL/g)為影響因素，通過單因素實驗考察其對酸辣醬感官品質的影響，為響應面實驗選出因素水平。

1.2.4 木姜子風味酸辣型調味醬工藝響應面優化實驗

經單因素實驗，運用Design-Expert軟件，采用Box-Behnken實驗設計[14-17]，以模糊感官評分為響應值，確定酸辣型復合調味醬的最優配方。試驗因子及水平見表1。

表1 響應曲面設計的因素水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.2.5 木姜子風味酸辣醬模糊感官數學模型

模糊感官數學模型多用于非標準化的百分制評價[18]。感官評分標準見表2，邀請10名不同年齡層次的食品從業人員對正交實驗的27組酸辣醬組織狀態、色澤、香味、口感進行評定。模糊感官評價數學模型設定評定指標V=(V1，V2，V3，V4)，其中V1、V2、V3、V4分別代表組織狀態、色澤、香味、口感；指標權重Q=(0.25，0.15，0.25，0.35)；有4種評定等級P=(優，良，中，差)，各等級對應的分值為F=(90，80，70，60)[19-21], 10名評委對實驗組4個指標等級的投票數除以10以矩陣W表示。模糊感官評價得分的數學模型公式：

Ai=Q×W44×F=(0.25，0.15，0.25，0.35)×

其中，i=1，2，3……27。

表2 木姜子風味酸辣醬感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of Litsea cubeba flavor chutney

1.2.6 木姜子風味酸辣醬理化指標及微生物檢測

色澤的測定：采用TC-P3型全自動測色色差計，每個樣品至少進行3次實驗，取平均值作為結果。其中，L*為明度指數，L*=0表示黑色，L*=100表示白色；a*(正值)表示紅色程度，b*(正值)表示黃色程度[22]。過氧化值、酸價測定：按照國家標準GB 5009.227—2016中規定的方法測定；水分活度：按照GB 5009.238—2016中規定的方法測定；微生物檢測指標：按照GB 4789.2—2016中規定的方法測定[23]。

2 結果與討論

2.1 木姜子風味酸辣醬單因素實驗

2.1.1 糖醋比對木姜子風味酸辣醬滋味的影響

圖2 糖醋比對木姜子風味酸辣醬滋味的影響Fig.2 The effect of sugar-vinegar ratio on the taste of Litsea cubeba flavor chutney

糖、醋的用量可以中和辣椒醬的辣味，提高酸辣醬的風味。由圖2可知，隨著糖醋比例的增加，酸辣醬的感官評分先增大，當糖醋比例達到2∶5時，感官評分達到最大值。當糖醋比例超過2∶5時，酸味過于突出，感官評分逐漸降低。因此，確定糖醋比為2∶5。

2.1.2 辣椒面添加量對木姜子風味酸辣醬滋味的影響

圖3 辣椒面添加量對木姜子風味酸辣醬滋味的影響Fig.3 Effect of additive amount of pepper powder on the taste of Litsea cubeba flavor chutney

辣椒的添加量決定了木姜子風味酸辣醬的色澤以及辣味。由圖3可知，隨著辣椒面添加量的增加，酸辣醬的感官評分呈現先迅速增加再有所回落的趨勢，在20%～35%范圍內，感官評分達到最大值83分，因此確定辣椒面添加量為35%。

2.1.3 豆豉添加量對木姜子風味酸辣醬滋味的影響

圖4 豆豉添加量對木姜子風味酸辣醬滋味的影響Fig.4 Effect of additive amount of fermented black beans on the taste of Litsea cubeba flavor chutney

豆豉經大豆發酵制得，油潤松軟，為木姜子風味酸辣醬提供部分咸味和鮮味。豆豉的加入還能影響木姜子風味酸辣醬的組織形態。由圖4可知，豆豉添加量對酸辣醬感官評分的影響與辣椒面添加量的變化趨勢相似，當添加量達到30%時，感官評分達到最大值。這可能是因為隨著豆豉的增加，木姜子風味酸辣醬醬體均勻性不足，豆豉入味較差，因此確定豆豉添加量為30%。

2.1.4 木姜油添加量對木姜子風味酸辣醬滋味的影響

木姜子油富含檸檬醛成分，具有檸檬的果香，木姜子油的添加不僅豐富了酸辣醬的風味，還可以作為天然防腐劑起到護色抑菌作用。由圖5可知，木姜子油添加量為0.6%時，感官評分達到最高分85分。添加量超過0.6%時，感官評分有所降低，這是因為木姜子油添加過多，酸味過于濃郁，風味欠佳。

圖5 木姜子油添加量對木姜子風味酸辣醬滋味的影響Fig.5 Effect of additive amount of Litsea cubeba oil on the taste of Litsea cubeba flavor chutney

2.2 模糊感官數學模型評價結果

感官評定小組結合評分標準對27組試驗進行評價，其結果見表3。根據模糊感官評價得分的數學模型公式計算出感官評分，以7號試驗組為例：

A7=Q×W×F=(0.25，0.15，0.25，0.35)×

同理可得每組感官評價的結果，見表3。

表3 木姜子風味酸辣醬模糊數學感官模型評價結果Table 3 Evaluation results of fuzzy mathematical sensory model for Litsea cubeba flavor chutney

續 表

2.3 響應曲面確定最優木姜子風味酸辣醬配方

2.3.1 響應曲面實驗確定最優配方

在單因素實驗結果分析的基礎上，采用Box-Behnken實驗設計，以模糊感官評分為響應值，設計響應面優化實驗，結果見表4。

表4 木姜子風味酸辣醬Box-Behnken實驗設計方案及結果Table 4 Design and results of Box-Behnken experiment of Litsea cubeba flavor chutney

4個因素經回歸分析，擬合得到以模糊感官評分(Y)為響應值的二次回歸方程：

Y=87.48-3.07A-1.69B+1.28C-0.28D+1.29AB+0.05AC-1.97AD+1.13BC-0.60BD+2.46CD-4.82A2-2.90B2-2.75C2-2.67D2。

表5 回歸統計分析結果Table 5 Results of regression statistical analysis

由表5方差及顯著性分析結果可知，所建立的回歸模型的P=0.0199(P<0.05)顯著，因變量與所考察自變量之間的線性關系顯著(R2=0.9089)，表明所建立的模型可以用來解釋90%的響應值變化，并且該模型與實際的情況擬合較好；失擬項P=0.0648>0.05，差異不顯著，說明所得方程與實際擬合中非正常誤差所占比例小，可用于模型分析，能夠很好地對響應值進行理論預測。

2.3.2 響應曲面分析

兩兩因素相互作用的響應面圖與等高線圖見圖6，圖6能直觀地反映出各因素對響應值的影響大小。

響應面立體分析圖和相應等高線

響應面立體分析圖和相應等高線

響應面立體分析圖和相應等高線

響應面立體分析圖和相應等高線

響應面立體分析圖和相應等高線

響應面立體分析圖和相應等高線

由圖6中a，b，c可知，等高線沿糖醋比值的軸變化相對于辣椒添加量、豆豉添加量、木姜子油添加量的軸變化相對密集，響應曲面圖均呈先上升后下降的趨勢，說明糖醋比值對感官評分影響的顯著。由圖6中d可知，沿豆豉添加量軸變化相對稀疏，沿辣椒添加量相對密集，說明辣椒添加量對感官評分的影響較顯著。由圖6中e可知，在較大范圍內，辣椒添加量可以得到較大的響應值，等高線的密集程度大于木姜子油的軸向方向。由圖6中f可知，響應曲面較為陡峭，等高線呈橢圓狀，說明木姜油添加量與豆豉添加量間的交互作用對感官評分的影響較為顯著。

2.3.3 驗證實驗

根據優化結果，最優條件為：糖醋比1∶2，辣椒面添加量34.39%，豆豉添加量30.64%，木姜子油0.36%，感官評分為86.53。結合實際操作，調整為糖醋比為1∶2，辣椒面添加量為34%，豆豉添加量為31%，木姜子油添加量0.36%。結果表明，感官評分為86.92，與模型的預測值相對偏差為0.74%。說明響應曲面實驗的預測值與實測值較為吻合，具有可行性。

2.4 木姜子風味酸辣醬檢測指標

按照國標檢測方法，對優化后的酸辣醬進行各項指標檢測，所得到的結果見表6。

表6 木姜子風味酸辣醬指標測定結果Table 6 Determination results of indexes of Litsea cubeba flavor chutney

由表6可知，得到的成品酸辣醬酸價為3.765 mg/g，過氧化值為0.0048 g/100 g，測得的菌落總數<10 CFU/g，在酸辣醬中沒有檢測到大腸菌群，水分活度為0.818，色差L*=9.39 NBS，a*=4.46 NBS，b*=1.93 NBS，表明酸辣醬色澤紅黃油亮，有光澤，說明在此參數條件下加工制得的酸辣型復合調味醬品質最好，且符合復合調味品的標準：酸價規定<5 mg/g；過氧化值規定<0.25 g/100 g；菌落總數規定<104CFU/g；大腸菌群規定<5 MPN/g[24]。

3 結論

以模糊數學感官評定結合響應曲面優化，得出了木姜子風味酸辣醬的最優配方：糖醋比為1∶2，辣椒面添加量為34%，豆豉添加量為31%，木姜子油添加量為0.36%。在此優化條件下，木姜子風味酸辣醬醬體均勻，油料比例合適，色澤亮紅，酸、辣、咸味適中，香氣協調，有清新木姜子油香味，其各項指標符合國家規定，感官評分達到86.92。實驗結果不僅豐富了我國傳統醬產品種類，還拓寬了木姜子在食品產品中的應用，為木姜子風味酸辣醬的研制及工業化生產奠定了基礎。