響應面法和模糊數學聯用優化葛粉魚丸制備工藝

摘要：以信陽南灣魚、葛根為原料制備葛粉魚丸，以期豐富魚丸制品預制菜的產品類型。以感官評分和質構參數為評價指標，研究葛粉、蔥姜汁、玉米淀粉、食鹽、蔗糖的添加量對葛粉魚丸品質的影響，通過模糊數學模型建立感官評價體系與響應面實驗聯用對葛粉魚丸的制備工藝進行優化，并對優化后葛粉魚丸的理化指標和微生物指標進行測定。結果表明，當葛粉添加量（以魚肉質量計）為7.9%、蔥姜汁添加量為90%、玉米淀粉添加量為6.0%、食鹽添加量為2.1%、蔗糖添加量為1.20%時，所得葛粉魚丸風味獨特，感官評分可達90.6分，彈性可達3.63 mm，顏色雪白，脂肪含量為2.11 g/100 g，蛋白質含量為12.13 g/100 g，揮發性鹽基氮含量和致病菌數量均在國家標準規定的范圍內，是一種低脂肪、高蛋白質、安全可食用的魚丸制品。

關鍵詞：葛粉；南灣魚；魚丸；響應面實驗；模糊數學

中圖分類號：TS254.4""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）08-0125-08

Optimization of Preparation Process of Kudzu Powder Fish Balls by

Response Surface Methodology and Fuzzy Mathematics

CHEN Hui， YANG Jie-ru， XING Shu-jie， CHEN Long， MEI Na， XIA Nan*

（College of Food Science and Engineering， Xinyang Agriculture and Forestry University，

Xinyang 464000， China）

Abstract： With Nanwan fish from Xinyang and kudzu as the raw materials， kudzu powder fish balls are prepared， in order to enrich the types of fish ball product prepared dishes. With sensory scores and texture parameters as the evaluation indexes， the effects of the addition amount of kudzu powder， scallion and ginger juice， corn starch， salt and sucrose on the quality of kudzu powder fish balls are investigated.The sensory evaluation system established through fuzzy mathematics model is combined with response surface experiment to optimize the preparation process of kudzu powder fish balls， and the physicochemical and microbial indexes of the optimized kudzu powder fish balls are determined. The results show that when the addition amount of kudzu powder （based on the mass of fish）， scallion and ginger juice， corn starch， salt and sucrose is 7.9%， 90%， 6.0%， 2.1%， 1.20% respectively， the obtained kudzu powder fish balls have unique flavor， with the sensory score of 90.6 points， elasticity of 3.63 mm， white color， fat content of 2.11 g/100 g， and protein content of 12.13 g/100 g. The content of volatile basic nitrogen and the number of pathogenic bacteria are within the range specified by national standards， making it a kind of low-fat， high-protein， safe and edible fish ball product.

Key words： kudzu powder; Nanwan fish; fish balls; response surface experiment; fuzzy mathematics

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.021

引文格式：陳暉，楊潔茹，邢淑婕，等.響應面法和模糊數學聯用優化葛粉魚丸制備工藝.中國調味品，2024，49（8）：125-132.

CHEN H， YANG J R， XING S J， et al.Optimization of preparation process of kudzu powder fish balls by response surface methodology and fuzzy mathematics.China Condiment，2024，49（8）：125-132.

收稿日期：2024-01-10

基金項目：河南省高等學校重點科研項目（22B550016）；信陽農林學院南灣魚制品開發與應用科技創新團隊（XNKJTD-002）；信陽農林學院高水平科研孵化器建設基金（FCL202110，FCL202014）；信陽農林學院青年基金項目（QN2023032）

作者簡介：陳暉（1993—），女，碩士，研究方向：食品功能性成分。

*通信作者：夏南（1988—），男，副教授，博士，研究方向：農業生物資源利用。

隨著當下消費的升級以及人們飲食習慣、飲食行為的改變，開蓋即食、加熱即食的預制菜制品受到廣大消費者的歡迎。魚丸又稱“魚包肉”，是經典的魚糜制品，其口感爽滑、不膩口，既可用作點心配料，又可用來烹制湯品。魚丸食用方便，制作過程簡易，經濟效益好，消費市場與需求大。信陽南灣魚由于其生活水質較好而富含蛋白質、脂肪及多種微量元素，其中硒含量是普通魚類的6倍以上，是魚丸制品較好的原料。但傳統魚丸制品的營養結構相對單一，因此，開發新型魚丸制品、推動魚丸制品向預制菜轉型逐漸成為當前的研究熱點。鄭媛制作的海帶魚丸增加了魚丸的營養，做到葷素搭配。師文添等制作的蓮藕山藥鰱魚丸豐富了魚丸的營養，降低了魚丸的生產成本。Hong等將紅茶粉加入鰱魚丸中提高了魚丸的凝膠特性和抗氧化性。

葛根是一種“藥食同源”的植物，被譽為“亞洲人參”，現代藥理學研究發現葛根具有降血壓、降血脂、預防骨質疏松等功效。葛根在食用方面有多種加工方式，如煲湯、制粉、加工成即食產品等，而目前鮮見葛根在魚丸制品中的應用與推廣。感官評價是最直觀的評判產品質量的方法，但傳統的感官評價會由于個體差異對結果造成一定影響，而模糊數學模型法能減輕人類行為導致的不確定性，因此是現代食品感官評定中較為推崇的方法之一。基于此，本研究將葛根與南灣魚相結合制作葛粉魚丸，以模糊數學感官評分和質構參數作為評價指標，通過單因素實驗和響應面實驗優化葛粉魚丸的加工工藝，以期開發出一款營養強化型魚丸，為進一步豐富魚丸預制菜產品類型、增加葛根的利用方式提供了相應的理論依據。

1" 材料和方法

1.1" 材料

南灣魚、玉米淀粉、食鹽、蔗糖、料酒、味精、蔥、姜：信陽市西亞超市；葛粉：湖北省鐘祥市國森源葛粉實業有限公司。

1.2" 試劑

硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、氫氧化鈉、石油醚（均為分析純）：鄭州派尼化學試劑廠；甲基紅-亞甲基藍指示劑（分析純）：福州飛凈生物科技有限公司。

1.3" 主要儀器與設備

TMS-Pro型質構儀" 美國FTC公司；CR9型色差儀" 深圳市三恩時科技有限公司；SER148型脂肪測定儀" 意大利VELP公司；SY-04型凱氏定氮儀" 山東盛泰儀器有限公司；SHP-150生化培養箱" 北京中興偉業世紀儀器有限公司；DHG-9240A型電熱鼓風干燥箱" 北京科偉永興儀器有限公司。

1.4" 方法

1.4.1" 工藝流程

原料預處理→沖洗→制取魚茸→斬拌→混料→成型→成熟→冷卻→包裝→成品。

1.4.2" 操作要點

原料預處理：將宰殺后清理干凈的南灣魚從脊骨處切成兩半。

沖洗：為完全除去血污、減少腥味，需將魚片清洗較長時間。

制取魚茸：用釘子將魚片固定在案板上，刮取魚茸時，刀應傾斜一定的角度。

斬拌：將魚茸放入絞肉機中斬拌3 min制成魚糜。

混料：將食鹽、蔗糖等各種輔料加入魚糜中，攪拌均勻。

成型：抓取適量魚糜從虎口擠入湯勺即可，將其放入涼水靜置一段時間，加速魚丸凝膠化。

成熟：魚丸應冷水下鍋，先小火慢煮后大火，水溫約95 ℃，煮8 min后撈出放涼冷卻。

包裝：將冷卻后的魚丸進行真空包裝，于4 ℃條件下貯存。

1.4.3" 單因素實驗

以預實驗為基礎確定單因素實驗中各因素及水平，見表1。通過感官評分和質構參數考察上述因素對葛粉魚丸品質的影響。

1.4.4" 響應面實驗

基于單因素實驗結果，遵循Box-Behnken響應面設計原理，選取食鹽添加量（A）、葛粉添加量（B）、蔥姜汁添加量（C）作為考察變量，設計響應面實驗，見表2。以魚丸的模糊數學感官評分（Y1）、彈性（Y2）為響應值，通過Design-Expert 13軟件對實驗結果進行分析和處理。

1.4.5" 感官評定方法

1.4.5.1" 感官評定方法

參照Zhao等的方法并略作改動。組織經專業培訓的10人成立評價小組對葛粉魚丸從色澤、氣味、滋味、組織狀態和口感方面進行評價，評分標準見表3。

1.4.5.2" 模糊數學感官評定方法

參照王輔霞等的方法并稍作修改，建立模糊數學感官評價模型。評定因素集為U={u1（色澤）、u2（氣味）、u3（滋味）、u4（組織狀態）、u5（口感）}；評語集為V={v1（優秀）、v2（良好）、v3（中等）}；權重集為K={k1（0.2）、k2（0.1）、k3（0.1）、k4（0.3）、k5（0.3）}；評價集為A={a1（95）、a2（85）、a3（75）}，由評價因素U的權重集K和模糊矩陣R，計算得到每個樣品的隸屬度X，X＝K·R。而最終葛粉魚丸的感官評分Y＝X·A。

1.4.6" 質構參數測定

將葛粉魚丸切成1 cm×1 cm×1 cm的立方體，再用P/50圓柱形探頭對魚丸的硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性進行檢測，條件設置：檢測速度60 mm/min，形變量40%，下壓2次，測試距離15 mm，最大觸發力5 g。

1.4.7" 理化指標和微生物指標測定

1.4.7.1" 蛋白質含量測定

根據GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》，采用凱氏定氮法對魚丸中的粗蛋白含量進行測定。

1.4.7.2" 脂肪含量測定

根據GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》，采用索氏抽提法測定魚丸中脂肪的含量。

1.4.7.3" 白度測定

將魚丸切成直徑約2 cm、厚度約0.5 cm的圓片，采用色差儀測定葛粉魚丸的白度。

1.4.7.4" 持水力測定

參照Yu等的方法并略作改動。采用離心法測定葛粉魚丸的持水力。稱取魚丸樣品2.00 g，用一層濾紙將其包裹，轉速為4 000 r/min，離心15 min后稱重，按下式算持水力。

WHC=m2m1×100%。

式中：WHC為持水力，%；m1為離心前樣品質量，g；m2為離心后樣品質量，g。

1.4.7.5" 揮發性鹽基氮含量的測定

根據GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》，采用半微量定氮法測定魚丸中揮發性鹽基氮的含量。

1.4.7.6" 致病菌的測定

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》，檢測魚丸中的菌落總數。

按照GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》檢測魚丸中大腸菌群的數量。

1.4.8" 數據處理

所有實驗均重復3次，數據用平均值±標準差表示。實驗結果使用SPSS 24.0和Design-Expert 13進行處理，采用Origin 2022軟件進行繪圖。

2" 結果與分析

2.1" 單因素實驗結果

2.1.1" 葛粉添加量對魚丸品質的影響

在魚丸中添加葛粉可以有效減輕魚丸的魚腥味，賦予魚丸獨特的葛根風味，有利于改善魚糜產品的凝膠強度和持水性能。

由表4可知，葛粉添加量對葛粉魚丸的質地有顯著影響（Plt;0.05），當葛粉添加量為8.0%時，其質構特性和感官評分最好。所制葛粉魚丸的顏色和外觀最好，且彈性、口感更好；但隨著葛粉添加量的增加，會使魚丸混有一定的葛根辛味，色澤也會變得越來越暗。綜上，設置葛粉添加量為8.0%。賀習耀等制備的葛粉魚面中葛粉最佳添加量為10.0%，此時魚面的感官評分最佳，與本文的研究結果相似。

2.1.2" 不同蔥姜汁添加量對魚丸品質的影響

在制作魚丸時加入配好的蔥姜汁能夠很好地去除魚肉的腥味，冰水可以防止魚肉在攪拌過程中發熱進而導致肉質發硬，確保魚丸口感爽滑、有彈性。

由表5可知，蔥姜汁添加量對魚丸的硬度和咀嚼性影響顯著（Plt;0.05），當蔥姜汁添加量為90%時，魚丸的彈性、咀嚼性、感官評分最高。綜上，蔥姜汁最佳添加量為90%。

2.1.3" 玉米淀粉添加量對魚丸品質的影響

在魚糜中加入淀粉可以增大魚糜的黏性，有利于魚丸成型，改善魚丸的彈性。

由表6可知，隨著玉米淀粉添加量的增加，葛粉魚丸的硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性隨之增大。當玉米淀粉添加量超過6.0%時，魚丸的感官評分顯著下降（Plt;0.05），加入過量的玉米淀粉不利于魚糜中蛋白質變性展開，形成三維網狀結構使得魚丸的口感與品質下降，這與王然等的研究結果相似。綜上，選擇玉米淀粉添加量為6.0%，在響應面實驗中舍去該因素。

2.1.4" 食鹽添加量對魚丸品質的影響

由表7可知，隨著食鹽添加量的增加，葛粉魚丸的彈性總體呈現上升趨勢，硬度、黏聚性、咀嚼性均在食鹽添加量為2.0%時達到最大值，廖慧琦等也發現當食鹽添加量為2.0%時，大黃魚魚糜的咀嚼性、硬度均達到最大值，這可能是由于離子強度的增大減弱了肌原纖維蛋白間的靜電斥力，使得蛋白聚集，凝膠強度增大。食鹽添加量對葛粉魚丸感官品質的影響顯著（Plt;0.05）。隨著食鹽添加量的增加，魚丸的感官評分先上升后下降，在食鹽添加量為2.0%時達到最高。綜上，食鹽最佳添加量為2.0%。

2.1.5" 蔗糖添加量對魚丸品質的影響

由表8可知，蔗糖添加量對魚丸的硬度、咀嚼性影響顯著（Plt;0.05），加入的蔗糖越多，魚丸的硬度越大，咀嚼性越強，蔗糖的加入對魚丸的彈性無顯著影響（Pgt;0.05），這與闕鳳等的研究結果一致。當蔗糖添加量為1.20%時，魚丸的彈性最大。蔗糖添加量對葛粉魚丸感官評分的影響不顯著（Pgt;0.05），在蔗糖添加量為1.20%達到最高分，綜上，葛粉魚丸的蔗糖添加量為1.20%，在響應面實驗中舍去該因素。

2.2" 響應面實驗結果

2.2.1" 模糊數學感官評價

參照表3對葛粉魚丸進行感官評價，得到各組樣品所得票數，見表9。

經計算，以第一組樣品為例：

隸屬度X1=K·R1=（0.20，0.10，0.10，0.30，0.30）×0.50.20.30.20.70.10.70.10.20.50.40.10.30.60.1=（0.43，0.42，0.15）。

因此，感官評分Y1=X1·A=（0.43，0.42，0.15）×958575=87.8。

同理計算出其他樣品組的感官評分。

2.2.2" 響應面實驗結果分析

以模糊數學感官評分（Y1）和彈性（Y2）為響應值，采用Box-Behnken設計響應面優化實驗，選取食鹽添加量（A）、葛粉添加量（B）、蔥姜汁添加量（C）作為考察變量進行響應面實驗，并對模型進行方差分析，得到最佳工藝參數，實驗設計及結果見表10，方差分析結果見表11。

用Design-Expert 13軟件對表10中的數據進行二元回歸擬合，確定3個因素與彈性和感官評分的回歸方程分別為：Y1=90.26+1.53A-0.713B+0.887 5C+0.525AB-0.275AC-1.4BC-2.51A2-2.53B2-2.63C2；Y2=3.61+0.037 5A+0.03B-0.062 5C-0.032 5AB+0.022 5AC-0.022 5BC-0.138 3A2-0.053 2B2-0.213 3C2。

由表11可知，兩個模型的P值均lt;0.000 1，失擬項均不顯著，R2分別為0.979 9，0.993 0，RAdj2分別為0.954 1，0.984 1，表明兩個模型為具有統計學差異，擬合度均較好，均能較好地預測結果。由F值可知，各因素對感官評分的影響程度為食鹽添加量gt;蔥姜汁添加量gt;葛粉添加量；各因素對彈性的影響程度為蔥姜汁添加量gt;食鹽添加量gt;葛粉添加量，A、B、C、BC、A2、B2、C2對感官評分的影響均極顯著（Plt;0.01）；A、 B、 C、 AB、 A2、B2、C2對彈性的影響均極顯著（Plt;0.01）。

2.2.3" 響應面交互作用分析

為進一步研究各因素之間的交互作用并得到最佳工藝條件，通過Design-Expert 13軟件繪制響應面圖，分析各響應值與相關因素的趨勢圖。

由圖1可知，食鹽添加量與葛粉添加量的交互作用顯著，增加葛粉添加量，感官評分先升后降，這是因為魚丸的風味和口感在添加一定量的葛粉后得到提升，葛粉超過一定量后，魚丸的質地變硬，色澤變暗，還會有一定的葛粉辛味；食鹽添加量與蔥姜汁添加量的交互作用顯著；葛粉添加量和蔥姜汁添加量的交互作用顯著，對魚丸的感官評分有很大影響。

由圖2可知，魚丸的彈性隨著食鹽添加量和葛粉添加量的增加均先升后降，二者交互作用顯著，添加適量的食鹽與葛粉有助于增加魚丸的彈性。食鹽添加量與蔥姜汁添加量對魚丸的彈性影響顯著。當食鹽添加量較低時，隨著蔥姜汁添加量的增加，魚丸的彈性逐漸下降，可能是魚糜中存在過多的游離水，魚丸的成型效果被破壞所致。葛粉添加量與蔥姜汁添加量的交互作用對葛粉魚丸的彈性影響顯著。葛粉富含淀粉，加入葛粉有利于在魚糜斬拌過程中促進其內部凝膠的形成，提高魚丸的彈性。

2.3" 工藝的優化組合及驗證實驗

利用Design-Expert 13軟件的目標優化法，設置感官評分和彈性的權重均為1，擬合出最優的工藝配方為食鹽添加量2.11%、葛粉添加量7.93%、蔥姜汁添加量89.85%，預測葛粉魚丸的感官評分為90.47分，彈性為3.62 mm。為節約成本，便于制作魚丸，特將預測最優配方進行調整，確定葛粉魚丸的最佳配方為食鹽添加量2.1%、蔗糖添加量1.20%、葛粉添加量7.9%、蔥姜汁添加量90%、玉米淀粉添加量6.0%。為保證預測工藝準確，按優化工藝制作葛粉魚丸，并進行3次平行實驗，測得葛粉魚丸的彈性和感官評分分別為3.63 mm和90.6分，與模型預測結果的偏差均小于5%，說明建立的回歸模型較準確。

2.4" 葛粉魚丸理化指標和微生物指標結果

相關國家標準規定，對于固體食品、低脂肪食品的脂肪含量不應超過3 g/100 g，高蛋白質食品的蛋白質含量不應少于12 g/100 g。

由表12可知，測得優化后葛粉魚丸的脂肪和蛋白質含量分別為2.11，12.13 g/100 g，符合固體食品低脂肪和高蛋白質的要求。葛粉魚丸的白度為83.94，符合受消費者歡迎的高亮度、高白度的魚丸特質。魚丸的持水力為78.97%，保水能力較好。國標規定動物性水產制品菌落總數和大腸菌群數低于限量，揮發性鹽基氮含量不得超過30 mg/100 g，經實驗測定，該葛粉魚丸的相關指標均符合國標規定。

3" 結論

本研究以南灣魚和葛根為主要原料，以模糊數學感官評分和質構參數為評價指標，通過單因素實驗和響應面實驗優化葛粉魚丸的最佳加工工藝，得到最佳工藝為（以魚肉的質量計）食鹽添加量2.1%、蔗糖添加量1.20%、葛粉添加量7.9%、蔥姜汁添加量90%、玉米淀粉添加量6.0%。根據優化配方生產出的魚丸脂肪含量為2.11 g/100 g，蛋白質含量為12.13 g/100 g，揮發性鹽基氮含量、菌落總數及大腸菌群數均在國標規定范圍內。將具有保健功能的葛粉加入到魚丸中，可以結合植物與動物的營養，提高魚丸的品質，增強魚丸的營養保健功能，有利于提高葛根和南灣魚的商業價值，降低魚丸的生產成本，也為消費者提供了魚丸制品預制菜的新選擇。

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