模糊数学感官评价结合响应面法优化五香卤味即食豆杆调味配方

周志帅，李 娇，李洁芝，邓维琴，杨国华，陈 功，2，李 恒，2，

（1.四川省食品发酵工业研究设计院，四川 成都 611130；2.四川东坡中国泡菜产业技术研究院，四川 眉山 620030；3.成都市丹丹川菜调味品产业研究院有限公司，四川 成都 611730；4.四川农业大学食品学院，四川 雅安 625000）

我国是大豆的故乡，有5 000多年种植和食用大豆的悠久历史[1]，大豆中包含多种矿物质和维生素等营养物质[2]，近来年，随着人们生活节奏的加快，同时受社会文化、饮食文化和社会经济地位的影响，休闲食品正在被广泛接受[3-4]。大豆及其制品对人体的健康十分有益[5-6]，目前，常见的大豆制品有腐竹、素鸡、素肥肠和糍粑豆干等[7-8]，同时笋片、香菇脆片、苹果片、牡蛎和虾仁等即食产品的生产工艺和保藏手段研究得比较成熟[9-13]，然而以隆昌豆杆为原料制备休闲食品的研究尚不够深入。

本研究将以隆昌豆杆为原料，采用模糊数学感官评价法和响应面法相结合的方式，来提高即食豆杆调味配方优化的准确性[14]，同时进行变温杀菌，杀灭其中的耐热性芽孢杆菌等腐败微生物，达到长期储存的目的[15-16]，为即食豆杆的产品开发和产业化发展提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

隆昌豆杆：隆昌县思雨食品有限公司；大豆油：中粮食品营销有限公司；红油豆瓣：四川省丹丹郫县豆瓣集团股份有限公司；酿造酱油：佛山市海天调味食品股份有限公司；食用盐：四川久大盐业（集团）公司；鸡精：四川新雅轩生物科技有限公司；料酒：成都巨龙生物科技有限公司；味精：河北梅花味精集团；白砂糖：福建糖业股份有限公司；平板计数琼脂：青岛日水生物技术有限公司；花椒、辣椒、白芝麻、香辛料：雅安吉选超市有限公司。

1.2 仪器与设备

C21-WT2112T电磁炉：美的电磁炉科技股份有限公司；YH-C10002电子天平：东阳市英衡智能设备有限公司；TW-500/2SB依利达真空包装机：佛山市禅城依利达包装器材有限公司；LDZF-75L-II立式高压蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械有限公司；SPX-150B-Z型恒温培养箱：上海博讯实业有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 五香卤味即食豆杆制作工艺流程

豆杆→复水→切分→卤制→调味→包装→杀菌→检验→成品

操作要点：

复水：选取形状匀称，无明显破损的隆昌豆杆，用初温为（98±1）℃的自来水浸泡1 h，中途翻动一次，豆杆与自来水质量比为1∶3。

切分：复水后的豆杆，按与纵截面平行的方向进行切分，获得长度为（20±3）mm的豆杆节。

卤制：将食用盐12%、味精8%、鸡精调味料10%、白砂糖12%、酿造酱油10%、料酒14%、香辛料3%、辣椒4%、自来水20%、焦糖色素1%、其他辅料6%混合均匀制成五香卤料，添加自来水500%稀释，获得卤水，加入卤水质量50%的豆杆节，煮沸后关火，冷却至40 ℃，进行保温卤制40 min。

调味：卤制后的豆杆经滤干后，将隆昌豆杆90%、红油7%、食用盐0.5%、味精0.5%、鸡精0.5%、炒白芝麻1%、五香油0.2%、丙氨酸0.2%搅拌均匀。

包装：经调味的五香卤味即食豆杆，用蒸煮袋按100 g/袋规格进行真空包装，封口温度为150 ℃，真空度为-0.1 MPa。

杀菌：将包装好的产品于立式高压蒸汽灭菌器中进行95 ℃、5 min；105 ℃、10 min；121 ℃、15 min的变温杀菌。

1.3.2 五香卤味即食品豆杆配方优化单因素试验

在预试验的基础上，依次考察调味配方中食用盐添加量（0.30%、0.40%、0.50%、0.60%、0.70%）、红油添加量（5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%）、五香油添加量（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）、丙氨酸添加量（0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%）对五香卤味豆杆感官评分的影响。

1.3.3 五香卤味即食豆杆的感官评价

由四川农业大学食品学院本科生、研究生和老师共8人组成感官评价小组，分别从色泽、滋味、形态、香气4方面对五香卤味即食豆杆进行等级评判，满分100分，感官评价标准见表1[17]。

表1 五香卤味即食豆杆的感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standards of spiced braised instant dried tofu

1.3.4 模糊数学感官评价方法[18-19]

（1）立评判因素集合

选择五香卤味即食豆杆的色泽、滋味、形态、香气作为评判指标，设定为集合A，分别以a1、a2、a3、a4表示色泽、滋味、形态、香气，所以集合A={a1，a2，a3，a4}。

（2）评价等级集合

由立评判因素的指标组成，用等级和分数两部分进行表示，b1=（90，100]为优，b2=（80，90]为较优，b3=（70，80]为良，b4=（60，70]为差，组成评价等级集合，用B表示，所以集合B={b1，b2，b3，b4}。

（3）建立权重集合

邀请食品专业的10人员对色泽、滋味、形态、香气4个影响因素对五香卤味即食豆杆的影响程度进行权重商讨打分，规定4项权重之和等于1，得出权重结合，用C表示，C={0.2，0.2，0.3，0.3}[20]。

（4）模糊关系综合评判集

模糊矩阵的确定和模糊转换：对评价结果划分等级，统计各等级的票数，将各等级的票数除以参评人数，得到4个等级的行矩阵，用字母r表示，4个行矩阵组成模糊关系数字矩阵R，用R1～R29表示，下角标序号等同于样品编号。将权重集C和模糊关系数字矩阵R合成得到模糊关系评价集Y，即Y=C×R，获得所有样品模糊评价结果Y1～Y29，下角标序号等同于样品编号。

（5）模糊数学感官评分

将综合评判集Y中的各量，分别乘以其对应分值（优、较优、良、差分别对应分值为95分、85分、75分、65分），然后求和，作为响应面中每个样品的模糊数学感官评分。

1.3.5 五香卤味即食豆杆配方优化响应面试验[21]

在单因素试验的基础上，以食用盐添加量（A）、红油添加量（B）、五香油添加量（C）和丙氨酸添加量（D）为考察因素，以模糊数学感官评分（Y）为评价指标，应用Design-Expert8.0.6软件的Box-Behnken模块设计4因素3水平响应面试验，试验因素与水平见表2。

表2 五香卤味即食豆杆调味配方优化响应面试验因素与水平Table 2 Factors and levels of response surface tests for seasoning formula optimization of spiced braised instant dried tofu

1.3.6 微生物指标测定方法

大肠菌群：参照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验大肠菌群计数》测定[22]；沙门氏菌（Salmonella）：参照GB 4789.4—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验》测定[23]；金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）：参照GB 4789.10—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验》测定[24]。

1.3.7 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 22.0软件对数据进行统计分析，运用MATLAB软件进行矩阵计算，运用Origin2017软件制图[25]。

2 结果与分析

2.1 五香卤味即食豆杆配方优化单因素试验结果

2.1.1 食用盐添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响

图1 食用盐添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响Fig.1 Effect of edible salt addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

由图1可知，随食用盐添加量的增加，五香卤味即食豆杆的感官评分呈先增高后降低的趋势。当食用盐添加量为0.5%时，感官评分最高，为（86±0.43）分，这与目前市售休闲食品的食用盐添加量相似，也符合人们对于休闲食品对人体健康的要求[26]。因此，确定最佳食用盐添加量为0.5%。

2.1.2 红油添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响

图2 红油添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响Fig.2 Effect of red oil addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

由图2可知，随着红油添加量的增加，五香卤味即食豆杆的感官评分呈先升高后下降的趋势，当红油添加量为8%时，感官评分最高，为（87±0.41）分，此时所获得的五香卤味即食豆杆产品，色泽均一，油料分离不明显，油料比和市售的豆干制品比较接近，同时红油中溶解的辣椒中的有益成分，可以产生热量、增加血流量和促进伤口愈合[27]。因此，确定最佳红油添加量为8%。

2.1.3 五香油添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响

图3 五香油添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响Fig.3 Effect of spiced oil addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

由图3可知，随着五香油添加量的增加，五香卤味即食豆杆的感官评分呈先升高后下降的趋势，当五香油添加量为0.10%时，感官评分达最高，为（88±0.24）分，此时所获得的即食豆杆产品，五香风味明显，不刺激。随着五香油添加量的增加，其含量超过人们可以接受的正常水平。因此，确定五香油的最佳添加量为0.10%。

2.1.4 丙氨酸添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响

由图4可知，随着丙氨酸添加量的增加，五香卤味即食豆杆的感官评分呈先升高后下降的趋势，当添加量为0.20%时，感官评分达最高，为（86±0.44）分，此时所获得的即食豆杆产品，综合风味较柔和，此添加量也符合GB 2760—2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》[28]的要求。因此，确定丙氨酸的最佳添加量为0.20%。

图4 丙氨酸添加量对五香卤味即食豆杆感官评分的影响Fig.4 Effect of alanine addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

2.2 五香卤味即食豆杆配方优化响应面试验

通过8名评价人员对4因素3水平共29组五香卤味即食豆杆样品的色泽、滋味、形态、香气4个因素逐一评价，对应的等级票数分布情况见表3。

将表3中的结果建立模糊矩阵，即各样品各等级评价人数除以总评价人数得到模糊矩阵R1～R29，以1号样品为例：对于产品色泽，在8名评价人员中，4名人员选择优，2名人员选择较优，1名人员选择良，1名人员选择差，则R色泽=（0.5，0.25，0.125，0.125）；同理可得，R滋味=（0.25，0.25，0.25，0.25）；R形态=（0.5，0.125，0.25，0.125）；R香气=（0.25，0.5，0.125，0.125），即得到R1：

表3 五香卤味即食豆杆感官评定票数分布Table 3 Distribution of sensory evaluation votes of spiced braised instant dried tofu

同理，依次得到R2～R29。

依据模糊数学原理，结合权重集C={0.2，0.2，0.3，0.3}，采用Y=R×C计算得到Y1：

同理，依次得到Y2～Y29，进而得到模糊关系评价集Y。

将评价结果集Y中的各量，分别乘以其对应分值（优、较优、良、差分别对应分值为95分、85分、75分、65分），然后求和，作为响应面中每个样品的模糊数学感官评分。如试验1号的模糊评分=0.375×95+0.287 5×85+0.187 5×75+0.15×65=83.875分，同理可得试验2号至29号的模糊数学感官评分。Box-Behnken试验设计及结果见表4，方差分析结果见表5。

表4 五香卤味即食豆杆响应面试验设计及结果Table 4 Design and results of response surface tests for spiced braised instant dried tofu formula optimization

对表4的数据进行多元回归拟合，得到模糊数学感官评分（Y）对食用盐添加量（A）、红油添加量（B）、五香油添加量（C）和丙氨酸添加量（D）的二次多元回归模型方程：

表5 响应面回归模型方差分析Table 5 Variance analysis of response surface regression model

由表5可知，该模型的P值=0.040 1＜0.05，表明该模型显著；失拟项P值=0.251 7＞0.05，表明失拟项不显著，该回归方程拟和良好[29]。在回归模型中，二次项A2、B2对对结果影响显著（P＜0.05），二次项C2、D2对结果影响极显著（P＜0.01），其他项对结果影响不显著（P＞0.05）。由F值可知，各因素对五香卤味即食豆杆的影响程度为：D＞A＞B＞C，即丙氨酸添加量＞食用盐添加量＞红油添加量＞五香油添加量，信噪比=5.150（＞4），表明模型预测值和试验值之间具有较好的拟合性，可以用该模型对五香卤味即食豆杆的模糊数学感官评分进行预测[30-32]。各因素间相互作用对模糊数学感官评分的影响结果见图5。

由图5可知，响应面曲面均呈凸面，说明响应值均存在极大值；等高线均趋于圆形，说明交互作用对结果影响不显著，与方差分析结果一致。

通过软件分析得出，五香卤味即食豆干最优调味配方为食用盐添加量0.49%，红油添加量7.96%，五香油添加量0.10%，丙氨酸添加量0.19%时，模糊数学感官评分预测值为88.20分。考虑到生产实际，将最优配方修订为食用盐添加量0.5%，红油添加量8%，五香油添加量0.1%，丙氨酸添加量0.2%。为验证回归模型的有效性，采用优化后的配方进行3次验证试验，制成的五香卤味即食豆杆的模糊数学感官评分实际值为（87.91±0.62）分，与预测值相近，其相对误差为0.33%，说明该模型合理有效，具有一定的实际指导意义。

图5 各因素交互作用对五香卤味即食豆杆模糊数字感官评分影响的响应面及等高线Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on fussy evaluation score of spiced braised instant dried tofu

2.3 五香卤味即食豆杆的产品质量标准

按照最优调味配方制备得到五香卤味即食豆杆，其色泽为浅红色，带光泽；咸淡适宜，有五香风味；油料较均匀，无明显破损；五香卤味香气较明显，不刺激。

微生物指标检测结果表明，大肠菌群、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌均未检出。五香卤味即食豆杆质量指标符合GB 2712—2014《食品安全国家标准豆制品》的规定[33]。

3 结论

以隆昌豆杆为原料，经复水、卤制、调味后制作五香卤味即食豆杆，采用模糊数学感官评价法结合响应面法分析得出该产品的最佳调味配方为食用盐添加量0.5%，红油添加量8%，五香油添加量0.1%，丙氨酸添加量0.2%，在该条件下，制作的五香卤味即食豆杆风味呈浅红色，带光泽；咸淡适宜，有五香风味；油料较均匀，无明显破损；五香卤味香气较明显，不刺激，具有较高的接受度，模糊数字感官评分为（87.91±0.62）分，其质量指标符合相关标准。