基于模糊數學感官評定法與響應面分析法優化番茄花菇牛肉醬工藝的研究

張軍，張艾青，韓偉，任富慧，田銘，陳霖朗，李孟婷

(1.青島農業大學海都學院 食品系，山東 萊陽 265200；2.山東畜牧獸醫職業學院 食品與藥品科技學院，山東 濰坊 261061；3.青島檢驗認證有限公司，山東 青島 266002)

番茄營養價值極高且顏色鮮亮，富含多種微量元素[1-2]，能夠降低膽固醇含量，清除自由基[3-4]。花菇果實鮮嫩并含有大量的多糖、核酸、維生素等功能成分，因而成為香菇中的極品[5]。牛肉肌纖維較粗，咀嚼性較強，富含肌氨酸、維生素B6等[6]，能極大地提高機體免疫力。潘治利等[7]研究不同部位牛肉對菜肴品質的比較分析，發現牛肉黃瓜條部位風味物質有20多種，嫩度和質構品質較好。

從市場產品來分析，我國牛肉醬種類復雜多樣，但多數局限在辣味產品中，復合型高營養的牛肉醬產品備受大眾青睞。研究新型復合調味醬能夠增加牛肉醬產品種類，對滿足不同飲食嗜好性的消費群體具有重要意義。本試驗以牛肉中品質較高的黃瓜條部位為原料，添加花生油、黑芝麻、雞精、海鹽等輔料，以番茄、花菇、黃豆醬、白砂糖為單因素，模糊數學感官評定結果為依托，與響應面分析法相結合，開發一款復合型牛肉醬。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮番茄、黃瓜條牛肉、花菇：市售；黃豆醬：佛山市海天調味食品股份有限公司；花生油：魯花集團；白砂糖：太古糖業(中國)有限公司；雞精：太太樂集團；熟黑芝麻：冠香居食品有限公司；海鹽：山東省鹽業集團。

1.2 儀器與設備

JY2002分析天平 上海儀器儀表公司；C22電磁爐 蘇泊爾公司；LDZX滅菌鍋 上海申安醫療科技有限公司；HH-6水浴鍋 上海力辰儀器科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料選擇→清洗→預處理→炒醬→裝罐→排氣→殺菌→冷卻→產品。

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 牛肉丁的制備

參照潘治利等研究不同部位牛肉對菜肴品質的比較分析，選取牛肉黃瓜條部位，洗凈瀝干水分，切成1 cm3大小的肉丁，備用。

1.3.2.2 花菇的制備

參照張莉等[8]的原材料預處理方案并部分修改，選擇形態完整、無霉變、無病蟲害、大小均勻的新鮮花菇[9]，在清水中洗凈后，切成1 cm3大小的花菇丁，沸水煮5 min后將花菇撈出置于冷水中冷卻，瀝干水分，備用。

1.3.2.3 番茄的制備

挑選無機械損傷、成熟且色澤紅艷、大小均勻的新鮮番茄，用清水洗凈，在80 ℃條件下漂燙2 min進行軟化工序處理，可以最大程度地保留Vc[10]。軟化后將番茄皮去掉，用刀去除番茄蒂后將番茄切成均勻的小塊，備用。

1.3.2.4 炒醬

將鍋燒熱，倒入花生油加熱至60 ℃，放入牛肉丁，翻炒至肉色發白，溫度升高至120 ℃[11]時加入豆瓣醬，攪拌均勻后依次加入番茄塊、花菇丁，加入調味料后撒上熟黑芝麻，不停翻炒，防止粘鍋，使黃豆醬與牛肉丁、花菇丁充分接觸融合，參照劉馥源等[12]對香菇醬加工工藝的研究，選擇最佳炒醬時間為3 min。

1.3.2.5 裝罐、排氣、滅菌

炒制好的牛肉醬以每罐100 g的標準裝入玻璃瓶中，恒溫水浴鍋設置90 ℃加熱排氣6 min，迅速擰緊瓶蓋密封，滅菌鍋設置120 ℃，20 min，殺菌后冷卻至室溫。

1.3.3 單因素試驗

以黃瓜條牛肉丁200 g為原料，花生油20%、黑芝麻5%、雞精0.5%、海鹽1%為基礎配方，分別對番茄、花菇、豆瓣醬、白砂糖添加量的工藝參數進行優化。

1.3.4 設計響應面試驗

采用Design Expert V8.0.6.1軟件設計試驗方案，見表1。

表1 響應曲面試驗設計

1.3.5 感官評定

參考高子武等、耿吉等[13]的感官評定方法并加以修改，通過招募、初篩、復篩，篩選出10名食品相關專業在校學生作為感官評定員，組成測評小組，依據色澤、風味、口感和組織狀態4項指標對番茄花菇牛肉醬進行感官評定，滿分100分。感官評定員之間不做任何評價的交流以保證評價結果的真實性和可靠性。最終成品評分結果取平均值，具體評分標準見表2。

表2 感官評分表

1.3.6 模糊數學模型的建立

參照楊雪欣等[14]、來靜等[15]關于模糊數學方法的應用并加以修改，建立番茄花菇牛肉醬的感官評定標準。評定因素集U={u1,u2,u3,u4}；評語集V={v1,v2,v3}；以4個因素所占比重打分[16]，權重集K={k1,k2,k3,k4}；綜合評判集Y=KA，A為模糊矩陣，感官評分S=VY。

1.4 數據分析

利用SPSS 22.0、Excel 2010、Design Expert V8.0.6.1軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 產品的模糊數學感官評定結果

2.1.1 感官品質權重的評定結果

感官評定員對4個影響肉醬品質的因素進行評分，單項總分10分。由表3可知，按照4個因素對產品品質影響的重要程度排序：口感>風味>組織狀態>色澤，因素集U={色澤，風味，口感，組織狀態}；各因素的權重K={0.12，0.32，0.41，0.15}。

表3 權重分布情況表

2.1.2 模糊矩陣的評定結果

10名感官評定員對單因素試驗的20組樣品進行感官評定[17]，每名感官評定員對每組樣品平行檢驗3次，結果以平均值±標準偏差表示。以單因素第1組樣品為例，結果見表4。

表4 感官評分表

由表4可知，10位感官評定員對第1組樣品的感官評價進行歸一化處理，得到模糊矩陣A11、A12、A13[18]。

綜合評判集Y=KA=(y1，y2，y3)計算Y11、Y12、Y13。

Y11=KA11=(0.12，0.32，0.41，0.15)×

Y12=KA12=(0.12，0.32，0.41，0.15)×

Y13=KA13=(0.12，0.32，0.41，0.15)×

由感官評價得分S=VY，可以計算S11、S12、S13，利用SPSS 22.0軟件計算S1。

S11=(0.197×100.0+0.665×50.0+0.138×0.0)=52.95分，

S12=(0.232×100.0+0.677×50.0+0.091×0.0)=57.05分，

S13=(0.200×100.0+0.633×50.0+0.167×0.0)=51.65分，

S1=(53.88±2.82)分。

同理可以計算出S2～S20。

2.2 工藝參數單因素試驗結果

2.2.1 番茄添加量對肉醬品質的影響

固定黃豆醬添加量35%、花菇添加量30%、白砂糖添加量10%，改變番茄添加量后感官評定結果見圖1。

圖1 番茄添加量的影響

由圖1可知，番茄添加量對番茄花菇牛肉醬的色澤、風味、口感和組織狀態影響較大。番茄添加量由20%增至60%過程中感官評分持續升高，當番茄添加量為20%時，醬體顏色較暗，無光澤，甜味較重，醬體濃厚，不均勻。當番茄添加量為60%時，感官評分最高，此時番茄花菇牛肉醬的色澤鮮亮，酸甜適宜，有醬香味，醬體均勻，黏稠度較好。當番茄添加量由60%增至100%的過程中感官評分持續下降，番茄添加量過高，水分含量增加，醬體較稀薄，有分層現象，醬體不均勻，番茄汁液多，均質感差。響應面試驗選取番茄添加量為40%、60%、80%。

2.2.2 花菇添加量對肉醬品質的影響

固定黃豆醬添加量35%、番茄添加量60%、白砂糖添加量10%，改變花菇添加量后感官評定結果見圖2。

圖2 花菇添加量的影響

由圖2可知，花菇添加量由10%增至30%的過程中感官評分持續升高，當花菇添加量為10%時，無花菇清香味及咀嚼感，色澤較暗。當花菇添加量為30%時，感官評分最高，此時番茄花菇牛肉醬的色澤鮮亮，花菇味、牛肉味、番茄味濃郁，有醬香味，咀嚼性較好，醬體均勻，黏稠度較好。花菇添加量由30%增至50%的過程中感官評分持續下降，花菇添加量過高，遮蓋了牛肉、番茄的口味，花菇味道過重，影響口感，且花菇丁較多，均質感差。選取花菇添加量為20%、30%、40%進行響應面試驗。

2.2.3 黃豆醬添加量對肉醬品質的影響

固定花菇添加量30%、番茄添加量60%、白砂糖添加量10%，改變黃豆醬添加量后感官評定結果見圖3。

圖3 黃豆醬添加量的影響

由圖3可知，黃豆醬添加量對番茄花菇牛肉醬的色澤、風味、口感和組織狀態影響較大。醬體的黏稠度和色澤隨著黃豆醬添加量的增加而增加。黃豆醬添加量由15%增至25%時感官評分沒有明顯差別，主要是黃豆醬的添加量較少，花菇味道較重，醬體黏稠度較差，口味寡淡。黃豆醬添加量由15%增至35%的過程中感官評分持續升高，黃豆醬添加量為35%時，感官評分最高，此時番茄花菇牛肉醬的色澤鮮亮，有花菇的清香，醬體咸淡適宜，有醬香味，醬體均勻，黏稠度較好。當黃豆醬添加量持續升高，咸味加重，醬體顏色加深，掩蓋了牛肉、花菇和番茄的香味，醬體均質感較差。選取黃豆醬添加量為25%、35%、45%進行響應面試驗。

續 表

續 表

2.2.4 白砂糖添加量對肉醬品質的影響

固定花菇添加量30%、番茄添加量60%、黃豆醬添加量35%，改變白砂糖添加量后感官評定結果見圖4。

圖4 白砂糖添加量的影響

由圖4可知，白砂糖有提鮮減膩的效果，高溫條件下加速了美拉德反應，使牛肉醬焦糖色明顯[19]。白砂糖添加量為4%時，番茄酸味明顯，醬體顏色差，影響口感。白砂糖添加量為10%時，牛肉醬顏色鮮亮，酸甜適宜，感官評分最高。當白砂糖添加量由10%增至16%時，感官評分下降，醬體的香味被白砂糖的甜味掩蓋，綜合評分較差。響應面試驗選取白砂糖添加量為7%、10%、13%。

2.3 響應面結果與分析

2.3.1 響應面試驗結果

以番茄添加量、花菇添加量、黃豆醬添加量、白砂糖添加量4個因素為單因素，模糊數學感官評分為響應面值，Box-Behnken組合設計試驗結果見表5。

表5 響應面試驗設計及結果

使用Design Expert V8.0.6.1軟件可知，二次多項回歸方程為：Y=92.32-1.36A+2.06B-1.44C-1.45D+4.01AB-3.18AC-2.59AD-2.96BC+1.84BD-3.26CD-5.97A2-6.85B2-4.92C2-4.42D2。

由回歸方程可知，二次項A2、B2、C2、D2的系數均為負值，表明拋物線開口向下，此模型有極大值，因此可以得到最佳工藝配方，具體響應面方差分析結果見表6。

表6 響應面方差分析結果

由方差分析結果可知，P<0.0001，差異極顯著；失擬項的P=0.2590>0.05，失擬項差異不顯著，說明番茄花菇牛肉醬的感官評分(Y)與番茄添加量(A)、花菇添加量(B)、黃豆醬添加量(C)、白砂糖添加量(D)存在線性關系，該模型具有統計學意義。B、AB、CD、A2、B2、C2、D2對感官評分的影響極顯著(P<0.01)；A、C、D、AC、AD、BC對感官評分的影響顯著(P<0.05)，BD對感官評分的影響不顯著(P>0.05)，各因素對肉醬感官評分的影響依次為花菇添加量>白砂糖添加量>黃豆醬添加量>番茄添加量。相關系數R2為0.9311，試驗模型的校正系數RAdj2=0.8623，說明該數據可靠，該模型擬合度較高，可以用于番茄花菇牛肉醬感官評分的理論預測。

由上述回歸方程得出交互作用響應面分析圖，見圖5。

圖5 番茄花菇牛肉醬感官品質響應面圖和等高線圖

由圖5可知，交互作用極其明顯的因素為番茄添加量與花菇添加量、黃豆醬添加量與白砂糖添加量，其曲面陡峭，等高線為橢圓形，感官評分受兩兩交互作用的影響較大，與方差分析結果一致。

采用Design Expert V8.0.6.1軟件優化得到預測番茄花菇牛肉醬的最佳工藝條件組合為：番茄添加量60.23%，花菇添加量31.85%，黃豆醬添加量33.15%，白砂糖添加量9.82%，響應面值感官評分為92.68分。

2.3.2 最佳工藝條件的驗證

將響應面模型結果進行驗證性試驗。選取番茄添加量60%、花菇添加量32%、黃豆醬添加量33%、白砂糖添加量10%，進行3次平行試驗，得到產品感官評分為92.40分，與模型預測的提取率相差0.28分，表明該模型對花菇番茄牛肉醬加工工藝的優化是可行的，有一定的實用價值，可以應用到實際加工中。

3 結論

本試驗以番茄、花菇、牛肉為原料，經炒制加工制得番茄花菇牛肉醬產品，在單因素試驗基礎上建立響應面優化分析，感官評定采用模糊數學評價法，得到肉醬的最佳工藝配方：以黃瓜條牛肉丁200 g為原料，花生油20%、黑芝麻5%、雞精0.5%、海鹽1%為基礎配方，番茄60%、花菇32%、黃豆醬33%、白砂糖10%，感官評分為92.40分，與模型預測值十分接近。本試驗為牛肉醬的品類增添了新的口味，為研發新型復合調味醬提供了可靠的理論數據。