模糊综合评价结合响应面法优化鹰爪虾滑加工工艺

朱 凯， 郑飞洋， 郭丽平， 张益奇，2， 卢延斌，2， 戴志远，2*

（1 浙江工商大学海洋食品研究院 杭州310012 2 浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室 杭州310012）

为获取优质蛋白， 人类对于鱼类食品的青睐由来已久， 如今全球渔获量的增长已无法跟上消耗速度的急剧增加， 因此转而寻找更多的蛋白质来源。虾，最初是作为鲸鱼等海洋动物的食物而被世人所知晓， 如今凭借其出众的营养价值而被人类接受成为食品[1]。 我国水域辽阔，拥有得天独厚的渔业优势，2019年我国虾的总产量约587 t，达到甲壳类总产量的77.3%； 各类虾， 如南美白对虾、斑节对虾、中国对虾、罗氏沼虾、青虾和克氏原螯虾等皆有出产[2]。 相较于丰富的虾资源，我国的虾产品深加工能力却处于初级阶段， 以南美白对虾为例，除了鲜食外，大多用于冷冻加工，加工方式单一[3]。 虾滑是利用浓缩的肌原纤维蛋白（MPs）相互交联形成具有空间网状结构的凝胶[4]，具有良好的口感和风味，受到消费者的青睐。目前市场上流通的虾滑类产品主要使用南美白对虾、日本沼虾（青虾）以及鱿鱼、鱼糜等材料制作，虾肉含量低、鲜味不足和弹性较差。

鹰爪虾（Trachypenaeus curvirostris），因其形如鹰爪而出名[5]，又名鸡爪虾、厚壳虾。鹰爪虾海捕产量大、肉多味鲜，营养价值高，是我国东海和黄海重要的生态和经济虾种[6-7]。 本研究以鹰爪虾和南美白对虾为原料，探究不同漂洗水料比、漂洗时间对虾滑凝胶性能的影响以及不同配方工艺 （马铃薯淀粉添加量、食盐添加量、南美白对虾-鹰爪虾粒糜比）对虾滑感官品质的影响，并通过响应面法获取虾滑最优配方， 为高品质虾滑类制品的开发提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鹰爪虾购于中国舟山国际水产城，体长（15.0±0.09）cm、质量（16.2±0.11） g，装入冰盒密闭保鲜，运至实验室后立刻-18 ℃冷冻贮藏；南美白对虾购于杭州物美大卖场；马铃薯淀粉、鸡蛋、食盐、姜粉、料酒、食用油：市售；TMS-pro 质构仪：美国FTC 公司；其它基础仪器设备均为国产通用型。

1.2 虾滑的制备

参考徐晨等[8]和董志俭等[9]的方法，并稍加改进：鹰爪虾4 ℃解冻后采肉并去除虾线，冰水中稍加清洗后沿着虾的腹节将虾肉切成大小相近块状，以不同的条件将虾肉漂洗并滤干，加入0.5%姜粉和1%的料酒去腥后，将虾肉块和不同比例的食盐放入料理机擂溃2 min；南美白对虾采肉去虾线后冰水中稍加清洗， 沿着虾的腹节切块并将每个腹节四等分切成虾肉碎；不同配比的白虾肉碎、马铃薯淀粉、5%蛋清和3%食用油加入鹰爪虾糜中搅拌均匀，塑成大小合适的丸子形状，制备成虾滑样品。

1.3 漂洗工艺的确定

1.3.1 水料比对虾滑凝胶性能的影响 鹰爪虾肉粒分成5 份， 分别加入水料比为5∶1、7∶1、9∶1、11∶1、13∶1 的清水，不断搅拌7 min，其间保持漂洗液温度在0 ℃左右。漂洗后的虾肉用双层滤布拧干，加入2%的食盐擂溃2 min，进行质构测定。

1.3.2 漂洗时间对虾滑凝胶性能的影响 鹰爪虾肉粒分成5 份， 各加入水料比为11∶1 的清水，分别漂洗3，5，7，9，11 min，不断搅拌，其间保持漂洗液温度在0 ℃左右，其余同1.3.1 节。

1.4 单因素实验

1.4.1 马铃薯淀粉添加量对虾滑感官品质的影响鹰爪虾肉分成6 份按照1.3 节获得的最优漂洗工艺进行漂洗、滤干，用质量分数0.5%姜粉和1%的料酒去腥，加入2%的食盐擂溃成糜，分别加入0，2%，4%，6%，8%，10%的马铃薯淀粉和5%的鸡蛋清、3%食用油、24%的白虾粒，用手塑成丸子，40℃水浴30 min，90 ℃煮熟，进行感官评定。

1.4.2 虾粒糜比对虾滑感官品质的影响 鹰爪虾肉分成6 份按照1.3 节获得的最优漂洗工艺进行漂洗、滤干，用0.5%姜粉和1%的料酒去腥，加入2%的食盐擂溃成糜， 分别按照粒糜比0，0.16∶1，0.2∶1，0.24∶1，0.28∶1，0.32∶1 加入白虾粒， 以及6%的马铃薯淀粉和5%的鸡蛋清、3%食用油，其余同1.4.1 节。

1.4.3 食盐添加量对虾滑感官品质的影响 鹰爪虾肉分成5 份， 照1.3 节获得的最优漂洗工艺进行漂洗、滤干，用0.5%姜粉和1%的料酒去腥，分别加入0，1%，2%，3%，4%的食盐擂溃成糜， 再加入24%白虾粒、6%淀粉和5%鸡蛋清其余同1.4.1节。

1.5 响应面优化试验

在单因素实验的基础上挑选对产品感官品质影响最显著的因素和水平，以A（淀粉添加量）、B（粒糜比）、C（食盐添加量）为自变量，感官得分为响应值Y，设计三因素三水平响应面试验，试验设计因素水平表见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface analysis

1.6 虾滑产品感官评价模型的构建

1.6.1 因素评价矩阵 感官评价因素集是影响鹰爪虾滑感评价得分的影响因素的集合，以口感u1、滋味u2和色泽u33 项指标建立感官评价因素集U={u1，u2，u3}； 评价集是评价员对产品可能做出的各种结果的集合[10-11]。 以优v1、良v2和差v33 项结果建立感官评价集V={v1，v2，v3}，以10 分为标准，设定单指标得分8～10 分为优v1，5～7 分为良v2，1～4 分为差v3。 根据感官评定结果，进行因素模糊评价，获得因素评价矩阵。

1.6.2 因素评价权重集 在感官评价过程之中，各评价因素的重要程度是不相同的， 因此需要给每一个因素ui赋予一个权重ai， 各评价因素的权重即组合成权重集A=（a1，a2，a3）。根据归一化法原则：

∑ai=1

即a1+a2+a3=1。 采取用户调查法[12]，由20 名专业感官分析人员各自对影响虾滑品质的口感、滋味、色泽3 项因素赋予权重，求得各因素权重的平均值的集合即为因素评价权重集[13-14]。

1.6.3 感官评价标准 成立由20 名身体健康、无任何感官方面缺陷的、 经过专业培训的水产品感官评价员组成的评价小组（10 男10 女），采用双盲法对鹰爪虾滑样品口感、 滋味和色泽进行感官评价。 感官评价标准见表2。

表2 虾滑感官评价标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of shrimp ball

1.7 质构的测定

质构测定参照Zhang 等[15]的方法，并稍作修改： 样品压成长×宽×高为4 cm×4 cm×2.5 cm 的长方体， 两段法 （40 ℃水浴30 min、90 ℃加热20 min） 加热后于冰水冷却30 min，4 ℃冰箱冷藏12 h， 随后拿出于室温平衡2 h， 利用质构仪在TPA程序方法下进行测定。质构测试的参数为：探头类型P0.5，检测速度1.00 mm/s，起始力0.100 N，形变量60%。 质构指标选取：凝胶强度和弹性；破裂强度与破裂位移的乘积为凝胶强度，即：

凝胶强度（g·mm）=破裂强度 （g）×破裂位移（mm）

1.8 数据处理与分析

采用SPSS 21.0 软件进行数据处理， 差异显著性分析采用最小显著性差异法（LSD）；采用Design-Expert.V8.6 软件进行响应面分析；采用Origin 2019 软件进行图表绘制。 以上各组试验均进行3 组平行试验，试验结果用“平均值±标准差”表示，并标注显著性差异。

2 结果与分析

2.1 漂洗工艺对虾滑凝胶性能的影响

2.1.1 漂洗水料比对虾滑凝胶性能的影响 漂洗是生产高质量鱼糜的关键工序， 目的是去除鱼糜中的肌浆蛋白、 内源性蛋白酶、 脂质和色素等成分，从而相应浓缩盐溶性蛋白[16]。 漂洗的水料比决定着一定时间内水溶性物质溶出的限度。 虾滑的凝胶强度和弹性随着水料比的增加先上升后下降， 在水料比为11∶1 时分别达到最高值1 826 g·mm 和16.37 mm（见图1），主要是因为适当的水料比可以降低水溶性的肌浆蛋白含量，使得MPs 的含量提高， 高含量的MPs 有利于交联过程的发生； 而过高的水料比同样会使得MPs 含量下降，不利于MPs 相互交联形成空间网状结构[17]。

图1 水料比对虾滑凝胶强度和弹性变化的影响Fig.1 Effects of water to feed ratios on the gel strength and elasticity in T. curvirostris prawn ball

2.1.2 漂洗时间对虾滑凝胶性能的影响 漂洗时间决定着一定水料比下， 虾肉中水溶性物质的溶出量。随着漂洗时间的增加，样品的凝胶强度和弹性都呈现先上升后下降的趋势， 在7 min 时分别达到最大值1 869 g·mm 和15.24 mm（见图2）。 适当的漂洗时间可以使得水溶性蛋白含量下降，而长时间的漂洗同样使得一部分MPs 溶出，降低了MPs 的浓度。 因此，选择水料比11∶1，漂洗时间7 min 作为鹰爪虾肉较优的漂洗参数。

图2 漂洗时间对虾滑凝胶强度和弹性变化的影响Fig.2 Effects of rinsing time on the gel strength and elasticity in T. curvirostris prawn ball

2.2 模糊综合评价结果

2.2.1 因素评价权重的确定 为消除主观感受的模糊度，提高感官评定的可信度，对鹰爪虾滑感官品质进行模糊综合评价。由20 位专业感官评定人员依次评定得到的各因素权重分布见表3。

表3 评价鹰爪虾滑感官质量各因素的权重分布统计Table 3 Weight distribution statistics of factors for evaluating sensory quality of T. chinensis

3 项评价因素的权重集A=（a1，a2，a3）=（0.359，0.342，0.299），即3 项因素对虾滑感官品质都十分重要， 其中口感被认为是最重要的因素， 滋味次之，而色泽相对前两者影响程度更小。

2.2.2 因素评价矩阵和最终得分 对每个样品因素集U 中的各因素ui进行评价，计算各因素在评价集V 中各评价结果vi的占比， 可得到有序对（ui，vj）指定的隶属度，从而获得感官模糊综合评价矩阵R。 以单因素实验中马铃薯淀粉添加量为6%时所得样品R1为例，其（ui，vj）的隶属度见表4。

表4 样品1（ui，vj）的隶属度Table 4 Membership degree of （ui，vj） of sample 1

由此得到模糊综合评价矩阵：

通过模糊变化， 求得评价集V 上的模糊向量B=A*R，即样品最终的综合评价结果：

以上结果说明，上述样品R1被90%的感官评价人员评定为优，被10%的评定为良，无评定人员认为样品感官等级为差。

样品最终得分Y1为B1与评价标准赋值H1的乘积。 设定即得最终得分：

同理可得其它组样品感官评定得分。

2.3 单因素实验结果

2.3.1 马铃薯淀粉添加量对产品感官品质的影响马铃薯淀粉的添加量能显著影响虾滑感官得分（图3）。 随着淀粉添加量的增大，在一定范围能虾滑感官得分呈上升趋势，在6%添加量时达到最大值，之后感官评分开始下降。马铃薯淀粉具有较多的支链结构， 可以与蛋白质相互交联以增强凝胶结构；此外，淀粉吸水溶胀，一定温度加热糊化后体积增大，可以填充于凝胶的三位网状空间，有利于凝胶的稳定性[17]。 工业生产中常常通过添加适量的淀粉来达到增强产品品质和降低生产成本的目的[18]然而过多的淀粉会阻碍蛋白质凝胶的形成，降低虾肉风味强度，破坏虾滑特有的口感和风味体验，因此在添加量大于6%时，虾滑感官得分开始下降。

图3 马铃薯淀粉添加量对虾滑感官得分的影响Fig.3 Effects of potato starch addition amount on sensory score of shrimp balls

2.3.2 虾粒糜比对产品感官品质的影响 向虾滑中添加鹰爪虾粒可以显著提升虾滑的感官得分（图4）。 产品感官得分呈上升趋势，直到粒糜比为0.24∶1 时达到最大值，此后得分开始下降。 适当的粒糜比可以使虾滑兼具良好的弹性、 咀嚼感和虾肉风味，提高产品整体感官品质；过多虾粒可能会影响蛋白质凝胶的形成，降低虾滑的质构特性，影响感官品质。

2.3.3 食盐添加量对产品感官品质的影响 不同的食盐添加量可以改变虾滑的感官得分 （图5），

图5 食盐添加量对虾滑感官得分的影响Fig.5 Effects of salt addition amount on sensory score of shrimp balls

2.4 虾滑响应面试验结果分析

2.4.1 模型建立与方差分析 响应面试验遵循Box Behnken 设计建立数学模型， 具体设计与结果见表5。 在第1 号试验中虾滑获得最高感官得分，即在淀粉添加量、粒糜比和食盐添加量分别为6%、0.24∶1 和2%时，感官得分达到8.646 分。 以感官得分为响应值Y，由Design-Expert.V8.6 软件对试验数据进行回归拟合， 得到二次多项式回归模在2%添加量时达到最高值。 食盐具有调味的作用，这可以影响消费者的感官体验，过多的食盐会导致感官得分的下降；其中的NaCl 使得虾肉中肌球蛋白溶出达到聚集的作用， 利于蛋白质的相互交联； 此外Na+具有提高内源性TGase 活性的功能，进一步帮助虾滑凝胶形成[17，19]。型：

表5 响应面试验设计与结果Table 5 Experimental design and results for response surface analysis

Y=8.52 - 0.43A + 0.20B - 0.083C - 0.26AB -0.071AC+0.095BC-1.12A2-0.48B2-0.39C2

模型决定系数R2=0.9819，说明模型的拟合度高。 二次多项式模型调整系数R2和预测系数R2均处于较高水平（分别为0.9587 和0.8787），说明模型对试验观察值由较好的预测精确性。

对模型进行进行方差分析（见表6）可知，各因素对虾滑感官得分的影响顺序按降序依次为淀粉添加量（A）、粒糜比（B）和食盐添加量（C）；一次项A 和二次项A2、B2和C2对响应值影响极显著（P＜0.01）；而B、AB 项对响应值影响显著（P＜0.05）。模型P＜0.0001，说明仅有0.1%的概率使得试验值之间的差异由试验设计不当引起的抽样误差所导致，进一步说明了模型拥有较好的预测精确性。模型显著以及失拟项不显著（P＞0.05），说明其符合试验观察值以及适用于观察值的预测。

表6 二次多项式模型的方差分析Table 6 Variance analysis of response surface quadratic model

2.4.2 交互作用分析 3D 响应面图更加直观的反映了独立变量之间相互作用对响应值的影响。图6 显示当食盐添加量取零水平， 粒糜比保持不变时，随着淀粉添加量的增加，鹰爪虾滑的感官得分呈现先上升后下降的趋势； 当淀粉添加量保持不变时， 粒糜比对感官得分的影响曲线呈现抛物线形状，即随着粒糜比的增加，感官得分先增加后减少。图7 显示当粒糜比取零水平，淀粉添加量和食盐添加量对虾滑感官品质的影响均呈现先上升后下降的抛物线状。 图8 显示当淀粉添加量取零水平时， 食盐添加量和粒糜比对虾滑感官品质的影响均呈现先上升后下降的趋势。

图6 淀粉添加量与粒糜比的交互作用Fig.6 Interaction between starch addition amount and ration of shrimp cubes and surimi

图7 淀粉添加量与食盐添加量的交互作用Fig.7 Interaction between starch addition amount and salt addition amount

图8 粒糜比与食盐添加量的交互作用Fig.8 Interaction between ration of shrimp cubes and surimi and salt addition amount

等高线图可以反应两独立因素之间的交互作用，其中椭圆的离心率越接近1，则椭圆越扁，交互作用就越强；反之则椭圆越圆，交互作用越弱[20-21]。 淀粉添加量和粒糜比交互作用时的等高线图接近椭圆形，说明交互作用明显；而淀粉添加量与食盐添加量交互作用、 粒糜比和食盐添加量交互作用的等高线图接近圆形， 交互作用对响应值的影响不显著。 由ANOVA 表，可知AB、AC、BC项的P值分别为0.0168＜0.05、0.4225＞0.05 和0.2935＞0.05，等高线图与P 值代表的交互作用对响应值影响程度相一致。

2.4.3 回归模型最优解的确定与验证 通过响应面模型优化鹰爪虾滑配方工艺， 预测得最优参数为：淀粉添加量5.60%、粒糜比0.2503∶1、食盐添加量1.94%，此时虾滑感官得分为8.588。 考虑实际可操作性，将模型最优解修正为：淀粉添加量5.60%、粒糜比0.25∶1、食盐添加量1.9%，对最优解进行验证， 得到鹰爪虾滑感官得分得实际值为8.601±0.103。 理论值与预测值之间差异不显著（P＞0.05），证明回归模型可信度较好。

3 结论

虾滑是一种滋味鲜美和口感独特的营养健康食品，深受消费者喜爱。本研究通过单因素实验和响应面优化得到了南美白对虾-鹰爪虾滑的最佳工艺参数： 鹰爪虾肉加入11 倍体积冰水漂洗7 min， 滤干后加入0.5%姜粉、1%料酒和1.9%食盐擂溃成糜， 之后加入5.6%马铃薯淀粉、25%白虾粒、5%鸡蛋清和3%食用油搅拌均匀。 本设计解决了市面上虾滑弹性不佳和虾肉含量不足等问题，为虾肉加工提供了新的思路。