基于模糊數學感官評價法優化牛肉風味植物肉配方

摘要：以大豆拉絲蛋白為主要原料，谷朊粉、豌豆蛋白、食用油、魔芋膠、TG酶為輔料研制一種中式麻辣牛肉風味植物肉休閑食品。先采用單因素試驗探究谷朊粉、食用油、魔芋膠、TG酶添加量對植物肉感官品質的影響，再選取影響較大的3個因素進行響應面優化試驗，通過模糊數學感官評價法進行分析。結果表明，以大豆拉絲蛋白濕基為基準，谷朊粉添加量4.21%、魔芋膠添加量0.63%、TG酶添加量0.56%、食用油3.00%時制品的感官品質最好。

關鍵詞：植物肉；牛肉風味；模糊數學感官評價法；響應面試驗

中圖分類號：TS207.3""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）10-0140-07

Optimization of Formula of Beef-Flavor Plant Meat Based on Fuzzy

Mathematics Sensory Evaluation Method

KONG Xin-xin， LI Shi-hao， WANG Xuan， HOU Xiao-ge

（School of Food Science and Engineering， Zhengzhou University of Science and

Technology， Zhengzhou 450064， China）

Abstract： A kind of Chinese-style spicy beef-flavor plant meat snack food is developed with soybean protein drawing as the main raw material， gluten， pea protein， edible oil， konjac gum and TGase as the auxiliary materials. The effects of the addition amount of gluten， edible oil， konjac gum and TGase on the sensory quality of plant meat are investigated by single factor test firstly， then three factors with greater influence are selected to carry out response surface optimization test， and fuzzy mathematics sensory evaluation method is used for analysis. The results show that based on the wet basis of soybean protein drawing， the sensory quality of the product is the best when the addition amount of gluten， konjac gum， TGase and edible oil is 4.21%， 0.63%， 0.56%， 3.00% respectively.

Key words： plant meat; beef flavor; fuzzy mathematics sensory evaluation method; response surface test

由于人類對肉類食品的需求旺盛，長久以來消費市場上肉類食品一直相對短缺，另外，動物飼養還面臨著環境壓力和倫理問題，因此，尋求新的替代資源一直是食品科技和生產領域關注的焦點。植物仿肉制品（簡稱植物肉）是以植物蛋白為基礎，添加一些輔料和必要的食品添加劑制成的食品，具有與肉制品相似的外觀、質地和口感，在市場上已經逐漸被消費者認可，成為有效解決當前肉類生產不足和消費困境的新方法[1-3]。蛋白原料中的蛋白質在加熱、機械擠壓、生物發酵過程中結構會發生變化，發生分子鏈展開、聚集和交聯等，使得蛋白質纖維結構和口感發生新的變化，可能出現與動物組織纖維性結構較接近的質構和口感[4]。目前植物肉制品多以大豆蛋白為主要原料，但大豆蛋白的致敏性高，且有豆腥味等異味。我國農產品資源豐富，油料副產物、雜豆等也是良好的植物蛋白來源，其氨基酸組成可以與大豆蛋白形成一定互補，風味也有一定差異。利用混合蛋白生產植物肉制品，在制品模擬動物肉質構、口感、風味和營養組成方面可能有更大優勢。

目前植物肉的品質評價方法主要采用感官評價法，可以評定與真肉的接近程度，如質構、口感、風味、色澤等，然而傳統感官評價法通常受客觀環境和個人喜好的影響，評價結果誤差較大。模糊數學評價法通過構建影響因素與評價指標的數學模型，避免了傳統感官評價主觀影響大的問題，實現對樣品感官品質的綜合評定，可使試驗結果更加精確[5]。以大豆拉絲蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白等為主要原料，適度添加TG酶和魔芋膠改善其質構和口感，研制出一種麻辣牛肉風味植物肉休閑食品，采用響應面法優化其配方，用模糊數學與感官評價相結合的方式對試樣品質進行科學分析、評價，以期為高品質植物肉制品生產及品質評價提供更科學的依據。

1 材料和方法

1.1 材料

大豆拉絲蛋白：河南百川食品有限公司；豌豆蛋白：煙臺雙塔食品股份有限公司；谷朊粉：河南登純實業有限公司；大豆油：益海嘉里（武漢）糧油工業有限公司；魔芋膠：鄭州陳家化工產品有限公司；TG酶：山東百龍創園生物科技股份有限公司；牛肉香膏：青島新聯康食品配料有限公司；食用鹽：河南省鹽業集團有限公司；老抽醬油：佛山市海天調味食品股份有限公司；十三香：駐馬店市王守義十三香調味品集團有限公司；復合調味粉：自制；各類植物香辛料：購于當地調味料市場；工藝用水均為自來水。

1.2 儀器與設備

ES1200-4型電子天平 沈陽龍騰電子有限公司；C22-iA812電磁爐、G86450手動絞肉機、G59470手動灌腸器 浙江蘇泊爾股份有限公司；JC-80L恒溫恒濕試驗箱 青島精誠儀器儀表有限公司；FCD-3000型電熱鼓風干燥箱 上海科恒實業發展有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 大豆拉絲蛋白預處理

將準確稱量的大豆拉絲蛋白浸泡于50 ℃溫水中約40 min至蛋白無硬芯。快速打絲4 min，擠出水分至濕基水分含量為（50±1）%。

1.3.2.2 預混、斬拌、成型

在100 g大豆拉絲蛋白中加入谷朊粉、豌豆蛋白、大豆油及各類調味成分，先進行預混，然后加入TG酶、魔芋膠，放入絞肉機中進行混合斬拌。將混勻的物料放入灌腸器中擠壓緊實，注入磨具使其呈餅狀，直徑約40 mm、厚度約15 mm。

1.3.2.3 酶反應

將成型的物料放入恒溫箱中，在43 ℃條件下進行TG酶反應，反應時間70 min。

1.3.2.4 鹵煮入味

將160 g食用油加熱至140 ℃，依次放入花椒10 g、辣椒10 g，分別炸制3～4 min制成麻辣油，冷卻備用。將八角3.6 g、茴香2.0 g、香葉2.0 g、桂皮3.0 g、丁香0.6 g、陳皮0.6 g、香果1.4 g、黃梔子1.6 g裝入香料袋內，簡單清洗去除表面雜質，然后加入1 500 g水浸泡10 min，大火煮制15 min，再放入麻辣油160 g、鹽10 g、蠔油2 g、生抽2 g、老抽1 g，鹵水沸騰后加入植物肉生坯小火鹵制30 min，關火后再浸漬20 min。

1.3.2.5 噴油、干燥、冷卻

將鹵制好的植物肉瀝去鹵水，表面噴植物油，置于烘箱中80 ℃干燥2 h，達到干燥、定型和殺菌的效果，然后冷卻至室溫，真空包裝。

1.3.3 植物肉配方單因素試驗

基礎配方：大豆拉絲蛋白100 g（濕基）、谷朊粉4.0 g、豌豆蛋白3.0 g、大豆油3.0 g、牛肉香膏2.0 g、生抽2.0 g、食用鹽1.0 g、自制復合調味粉0.6 g、王守義十三香0.4 g、TG酶0.6 g、魔芋膠0.6 g。

根據前期預試驗結果，以100 g大豆拉絲蛋白為基準，采用單因素試驗研究谷朊粉、大豆油、魔芋膠、TG酶添加量對植物肉品質的影響。水平取值：谷朊粉添加量2%、3%、4%、5%、6%；大豆油添加量1%、2%、3%、4%、5%；魔芋膠添加量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%；TG酶添加量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。以感官評分作為產品品質評價指標。

1.3.4 植物肉配方響應面優化試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇谷朊粉添加量（%）、魔芋膠添加量（%）和TG酶添加量（%）作為試驗因素，以模糊數學感官評分作為響應值（Y），采用Design-Expert軟件的Box-Behnken模式設計試驗方案，用二次回歸方程擬合因素與指標的函數關系來確定最優添加量，響應面試驗因素與水平見表1。

1.4 感官評價模糊數學法模型的構建

1.4.1 感官評定

參考崔立柱等[6]的方法，由5男5女共10位味覺和嗅覺敏感、身體健康和衛生習慣良好的食品專業學生組成感官評價小組，對植物肉樣品的色澤、風味、口感、組織狀態進行評價，為每位評價人員提供良好的獨立感官評價工作環境。每個樣品在15 min內完成評價。

1.4.2 確定感官評定對象集

感官評定對象集是待評定樣品的集合，表示為X＝｛X1，X2，X3，…，X17｝，其中X1～X17代表本次響應面試驗中所做的17組植物肉樣品。

1.4.3 確定評價因素集和評語集

評價因素集是植物肉的一組感官評價因子，評價因素集W=（W1，W2，W3，W4），其中W1、W2、W3、W4分別代表色澤、風味、口感、組織狀態；評語集是評價因素集的一組標準分數，評語集Z=（Z1，Z2，Z3），Z1、Z2、Z3分別代表優秀（20～25分）、中等（10～19分）和差（0～9分）。植物肉感官評價標準見表2。根據明確質量等級邊界的模糊方法，明確得分區域，取評語集的中間值，得到相應的得分[7]。

1.4.4 確定評價因子權重集

評價因子權重集是各分值所占比例的集合。參考Mu 等[8]的方法，建立了一個3×4的矩陣，包括色澤、風味、口感和組織狀態4個因素。權重集是上述幾個評價因素的加權系數集合，權重分配方案的正確與否直接影響評定結果的科學性、正確性、客觀性[9]。該響應面試驗采用強制確定法確定權重，確定為權重集L=（0.25，0.25，0.25，0.25），故色澤為25分，滋味為25分，口感為25分，組織狀態為25分，分值合計100分。

1.4.5 模糊關系綜合評判集

根據模糊數學評價法的模糊變換原理Ｘ＝L×T（式中：L為權重集，T為模糊矩陣），獲取上述樣品試驗組的模糊感官評定結果。

1.5 成品主要質量指標的檢測

1.5.1 蛋白質的測定

按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法測定植物肉休閑食品的蛋白質含量，其中TG酶按含氮物質估算。參考T/CIFST 001—2020《植物基肉制品》進行評價。

1.5.2 過氧化值的測定

按照 GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》中的滴定法測定植物肉的過氧化值。參考 QB/T 5729—2022《調味面制品》中的過氧化值限量標準進行評價。

1.5.3 菌落總數的測定

按照 GB 4789.2—2022《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》中的平板計數法進行植物肉菌落總數檢測。按照QB/T 5729—2022《調味面制品》中的菌落總數限量標準進行評價。

1.6 數據統計及分析

所有數據用Origin 2021作圖，用Design-Expert 8.0.6軟件進行響應面試驗數據處理、畫圖、分析，優化植物肉配方。

2 結果與分析

2.1 植物肉配方單因素試驗

2.1.1 谷朊粉添加量對植物肉品質的影響

由圖1可知，感官評分隨著谷朊粉添加量的增加先上升后下降，且變化幅度較大，可見谷朊粉添加量對植物肉感官評分的影響較顯著。當谷朊粉添加量低于4%時，植物肉的硬度較低，彈性較差，組織松散；當谷朊粉添加量高于4%時，植物肉的硬度逐漸增加，彈性先上升后下降，但口感與真肉的差距越來越大。當谷朊粉添加量為4%時，感官評分最高，此時植物肉色澤均勻，硬度適中，彈性較好，組織緊實不松散，有接近真肉的纖維狀態和口感。

2.1.2 食用油添加量對植物肉品質的影響

由圖2可知，隨著食用油添加量的增加，感官評分先上升后下降，食用油添加量對感官評分有一定影響。當食用油添加量不足3%時，植物肉的口感較粗糙，結構較松散，不夠緊實；當食用油添加量高于3%時，植物肉的成型性逐漸變差，咀嚼性變差，產生油膩味；當食用油添加量為3%時，感官評分最高，植物肉的色澤均勻，軟硬適中，口感細膩，具有與動物肉較接近的纖維結構，均勻緊實。

2.1.3 魔芋膠添加量對植物肉品質的影響

由圖3可知，隨著魔芋膠添加量的增加，感官評分先上升后下降，且變化幅度較大，魔芋膠添加量對感官評分的影響較顯著。當魔芋膠添加量低于0.6%時，植物肉的硬度偏低，組織結構松散，黏性較小；當魔芋膠添加量高于0.6%時，植物肉的硬度越來越高，結構越來越緊實，但黏性較大，咀嚼性逐漸變差；當魔芋膠添加量為0.6%時，感官評分最高，此時植物肉的硬度適中，彈性較強，黏性適中，咀嚼性較好，結構均勻較緊實，纖維結構最接近動物肉。

2.1.4 TG酶添加量對植物肉品質的影響

由圖4可知，隨著TG酶添加量的增加，感官評分先上升后下降，且變化幅度較大，TG酶添加量對感官評分的影響較顯著。當TG酶添加量低于0.6%時，植物肉組織較松散，咀嚼性不好；當TG酶添加量高于0.6%后，組織結構越來越緊實，纖維有黏連，硬度變小，但變化不明顯。當TG酶添加量為0.6%時，感官評分最高，此時纖維結構良好，軟硬適度，口感最接近動物肉。

2.2 模糊數學感官評價與配方響應面優化試驗結果

2.2.1 響應面試驗模糊數學感官綜合評價結果

。

通過矩陣乘法，計算合成后的感官評分，避免了因算法不統一產生的誤差[10]。已知植物蛋白肉的權重集為L={0.25，0.25，0.25，0.25}，按照模糊變換原理Ｘ＝L×T，得到不同因素添加量對植物肉感官評分影響的結果：

X1=L×T1=0.10.20.7

0.10.30.6

0.10.20.7

0.10.30.6={0.1，0.25，0.65}，同理得：

X2={0.275，0.400，0.325}，X3={0.025，0.250，0.725}，X4={0.250，0.400，0.350}，X5={0.300，0.350，0.350}，X6={0.400，0.400，0.200}，X7={0.350，0.300，0.350}，X8={0.700，0.225，0.075}，X9={0.450，0.350，0.200}，X10={0.125，0.575，0.300}，X11={0.825，0.075，0.100}，X12={0.300，0.300，0.400}，X13={0.825，0.075，0.100}，X14={0.350，0.325，0.325}，X15={0.325，0.500，0.175}，X16={0.850，0.075，0.075}，X17={0.775，0.175，0.050}。

模糊綜合評分P=K×X，評價集K={95，80，60}，則P1=K×X1={0.1，0.25，0.65}×95

80

60=68.5，同理得：P2=77.625，P3=65.875，P4=76.750，P5=77.500，P6=82.000，P7=78.250，P8=89.000，P9=79.375，P10=75.875，P11=90.375，P12=76.500，P13=90.375，P14=78.750，P15=79.875，P16=91.250，P17=90.625。

2.2.2 響應面試驗結果與方差分析

根據單因素試驗結果，以A（谷朊粉添加量）、B（魔芋膠添加量）、C（TG酶添加量）為試驗因素，以模糊數學感官評分為響應值Y，進行三因素三水平響應面優化試驗，結果見表6。

對試驗所得數據利用Design-Expert 8.0.6軟件進行回歸方程擬合，得到感官評分（Y）的二次多項式回歸方程：Y=90.33+3.86A+1.00B-0.98C-2.81AB+2.66AC+0.94BC-0.86A2-7.15B2-5.05C2。

回歸方程方差分析結果見表7。

由表7可知，優化后模型的F值為45.70，Plt;0.000 1，模型極顯著，失擬項的P=0.057 2gt;0.05，失擬項不顯著。一次項 A，交互項AB、AC和二次項A2、B2、C2對植物肉的感官評分有極顯著影響（Plt;0.01），一次項B、C和交互項BC對感官評分的影響不顯著（Pgt;0.05），對比F值大小可知，3個因素對感官評分的影響順序為A（谷朊粉添加量）gt;B（魔芋膠添加量）gt;C（TG酶添加量），該模型的相關系數R2=98.33%，調整系數（RAdj2）=96.18%，變異系數（C.V.）=0.775 9%lt;5.00%，說明模型的重現性比較好。信噪比=20.599gt;4，說明該模型很適合植物肉配方的預測，試驗誤差小，擬合度高，具有較高的可信度。

2.2.3 各因素交互作用分析

由圖5可知，響應面圖開口均向下，響應值隨著各因素水平的變化先增大，達到極點后再逐漸減小，響應面具有最大極值點，證明該模型在此水平取值范圍內感官評分存在最大變化率。曲面彎曲的程度說明該因素對響應值的影響大小，曲面越彎曲即坡度越陡、等高線呈橢圓形則影響較大，反之則影響不大。圖5中AB、AC的交互作用顯著，等高線圖接近橢圓形，曲面坡度陡峭，說明兩因素的交互作用對感官評分的影響顯著；而BC的交互作用不顯著，等高線圖趨于圓形，即對感官評分的影響不顯著，這與表7中結果相吻合。

采用Design-Expert 8.0.6軟件對數據進行預測，得出植物肉的最佳配方：以大豆拉絲蛋白（濕基）為基準，谷朊粉添加量為4.21%，魔芋膠添加量為0.63%，TG酶添加量為0.56%，此時感官評分為90.815分。進行3次平行驗證試驗，其結果與預測值差別不大，證明該優化配方是可靠的。

2.3 植物肉主要質量指標檢測結果

2.3.1 蛋白質

由表8可知，經檢測，植物肉的蛋白質含量為12.9 g/100 g，指標符合《植物基肉制品》團體標準的要求。

2.3.2 過氧化值

由表9可知，經檢測，植物肉的過氧化值為0.207 g/100 g，指標符合《調味面制品》行業標準的要求。

2.3.3 菌落總數

由表10可知，經檢測，植物肉的菌落總數≤10×104 CFU/g，指標符合《調味面制品》行業標準的要求。

3 結論

通過單因素試驗得到影響植物肉感官品質較大的因素為谷朊粉添加量、魔芋膠添加量和TG酶添加量，運用模糊數學感官評價法結合響應面優化法優化上述3種原料的最佳用量。結果表明，3個因素的影響主次順序為谷朊粉添加量gt;魔芋膠添加量gt;TG酶添加量，通過優化，得到植物肉主要原料的最佳配方：以大豆拉絲蛋白（濕基）為基準，谷朊粉添加量為4.21%，魔芋膠添加量為0.63%，TG酶添加量為0.56%，食用油添加量為3.00%。采用該配方工藝制得的麻辣牛肉風味植物肉休閑食品色澤紅亮均勻，軟硬適中，彈性較好，咀嚼性好，組織緊實，口感和纖維結構與動物肉近似，具有典型的中式鹵制麻辣肉制品風味。通過分析認為采用模糊數學感官評價法與響應面優化法相結合優化的植物肉配方是可靠的，選用多種植物蛋白復配生產植物肉，可以提升感官品質，改善營養結構。

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收稿日期：2024-03-21

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（202212746019）；鄭州科技學院校級科研重點項目（2022XJKY07）

作者簡介：孔欣欣（1975—），女，教授，碩士，研究方向：谷物食品工程化及其功能化。