基于模糊数学感官评定法与响应面分析法优化番茄花菇牛肉酱工艺的研究

张军，张艾青，韩伟，任富慧，田铭，陈霖朗，李孟婷

(1.青岛农业大学海都学院 食品系，山东 莱阳 265200；2.山东畜牧兽医职业学院 食品与药品科技学院，山东 潍坊 261061；3.青岛检验认证有限公司，山东 青岛 266002)

番茄营养价值极高且颜色鲜亮，富含多种微量元素[1-2]，能够降低胆固醇含量，清除自由基[3-4]。花菇果实鲜嫩并含有大量的多糖、核酸、维生素等功能成分，因而成为香菇中的极品[5]。牛肉肌纤维较粗，咀嚼性较强，富含肌氨酸、维生素B6等[6]，能极大地提高机体免疫力。潘治利等[7]研究不同部位牛肉对菜肴品质的比较分析，发现牛肉黄瓜条部位风味物质有20多种，嫩度和质构品质较好。

从市场产品来分析，我国牛肉酱种类复杂多样，但多数局限在辣味产品中，复合型高营养的牛肉酱产品备受大众青睐。研究新型复合调味酱能够增加牛肉酱产品种类，对满足不同饮食嗜好性的消费群体具有重要意义。本试验以牛肉中品质较高的黄瓜条部位为原料，添加花生油、黑芝麻、鸡精、海盐等辅料，以番茄、花菇、黄豆酱、白砂糖为单因素，模糊数学感官评定结果为依托，与响应面分析法相结合，开发一款复合型牛肉酱。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜番茄、黄瓜条牛肉、花菇：市售；黄豆酱：佛山市海天调味食品股份有限公司；花生油：鲁花集团；白砂糖：太古糖业(中国)有限公司；鸡精：太太乐集团；熟黑芝麻：冠香居食品有限公司；海盐：山东省盐业集团。

1.2 仪器与设备

JY2002分析天平 上海仪器仪表公司；C22电磁炉 苏泊尔公司；LDZX灭菌锅 上海申安医疗科技有限公司；HH-6水浴锅 上海力辰仪器科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

原料选择→清洗→预处理→炒酱→装罐→排气→杀菌→冷却→产品。

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 牛肉丁的制备

参照潘治利等研究不同部位牛肉对菜肴品质的比较分析，选取牛肉黄瓜条部位，洗净沥干水分，切成1 cm3大小的肉丁，备用。

1.3.2.2 花菇的制备

参照张莉等[8]的原材料预处理方案并部分修改，选择形态完整、无霉变、无病虫害、大小均匀的新鲜花菇[9]，在清水中洗净后，切成1 cm3大小的花菇丁，沸水煮5 min后将花菇捞出置于冷水中冷却，沥干水分，备用。

1.3.2.3 番茄的制备

挑选无机械损伤、成熟且色泽红艳、大小均匀的新鲜番茄，用清水洗净，在80 ℃条件下漂烫2 min进行软化工序处理，可以最大程度地保留Vc[10]。软化后将番茄皮去掉，用刀去除番茄蒂后将番茄切成均匀的小块，备用。

1.3.2.4 炒酱

将锅烧热，倒入花生油加热至60 ℃，放入牛肉丁，翻炒至肉色发白，温度升高至120 ℃[11]时加入豆瓣酱，搅拌均匀后依次加入番茄块、花菇丁，加入调味料后撒上熟黑芝麻，不停翻炒，防止粘锅，使黄豆酱与牛肉丁、花菇丁充分接触融合，参照刘馥源等[12]对香菇酱加工工艺的研究，选择最佳炒酱时间为3 min。

1.3.2.5 装罐、排气、灭菌

炒制好的牛肉酱以每罐100 g的标准装入玻璃瓶中，恒温水浴锅设置90 ℃加热排气6 min，迅速拧紧瓶盖密封，灭菌锅设置120 ℃，20 min，杀菌后冷却至室温。

1.3.3 单因素试验

以黄瓜条牛肉丁200 g为原料，花生油20%、黑芝麻5%、鸡精0.5%、海盐1%为基础配方，分别对番茄、花菇、豆瓣酱、白砂糖添加量的工艺参数进行优化。

1.3.4 设计响应面试验

采用Design Expert V8.0.6.1软件设计试验方案，见表1。

表1 响应曲面试验设计

1.3.5 感官评定

参考高子武等、耿吉等[13]的感官评定方法并加以修改，通过招募、初筛、复筛，筛选出10名食品相关专业在校学生作为感官评定员，组成测评小组，依据色泽、风味、口感和组织状态4项指标对番茄花菇牛肉酱进行感官评定，满分100分。感官评定员之间不做任何评价的交流以保证评价结果的真实性和可靠性。最终成品评分结果取平均值，具体评分标准见表2。

表2 感官评分表

1.3.6 模糊数学模型的建立

参照杨雪欣等[14]、来静等[15]关于模糊数学方法的应用并加以修改，建立番茄花菇牛肉酱的感官评定标准。评定因素集U={u1,u2,u3,u4}；评语集V={v1,v2,v3}；以4个因素所占比重打分[16]，权重集K={k1,k2,k3,k4}；综合评判集Y=KA，A为模糊矩阵，感官评分S=VY。

1.4 数据分析

利用SPSS 22.0、Excel 2010、Design Expert V8.0.6.1软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 产品的模糊数学感官评定结果

2.1.1 感官品质权重的评定结果

感官评定员对4个影响肉酱品质的因素进行评分，单项总分10分。由表3可知，按照4个因素对产品品质影响的重要程度排序：口感>风味>组织状态>色泽，因素集U={色泽，风味，口感，组织状态}；各因素的权重K={0.12，0.32，0.41，0.15}。

表3 权重分布情况表

2.1.2 模糊矩阵的评定结果

10名感官评定员对单因素试验的20组样品进行感官评定[17]，每名感官评定员对每组样品平行检验3次，结果以平均值±标准偏差表示。以单因素第1组样品为例，结果见表4。

表4 感官评分表

由表4可知，10位感官评定员对第1组样品的感官评价进行归一化处理，得到模糊矩阵A11、A12、A13[18]。

综合评判集Y=KA=(y1，y2，y3)计算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)×

由感官评价得分S=VY，可以计算S11、S12、S13，利用SPSS 22.0软件计算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。

同理可以计算出S2～S20。

2.2 工艺参数单因素试验结果

2.2.1 番茄添加量对肉酱品质的影响

固定黄豆酱添加量35%、花菇添加量30%、白砂糖添加量10%，改变番茄添加量后感官评定结果见图1。

图1 番茄添加量的影响

由图1可知，番茄添加量对番茄花菇牛肉酱的色泽、风味、口感和组织状态影响较大。番茄添加量由20%增至60%过程中感官评分持续升高，当番茄添加量为20%时，酱体颜色较暗，无光泽，甜味较重，酱体浓厚，不均匀。当番茄添加量为60%时，感官评分最高，此时番茄花菇牛肉酱的色泽鲜亮，酸甜适宜，有酱香味，酱体均匀，黏稠度较好。当番茄添加量由60%增至100%的过程中感官评分持续下降，番茄添加量过高，水分含量增加，酱体较稀薄，有分层现象，酱体不均匀，番茄汁液多，均质感差。响应面试验选取番茄添加量为40%、60%、80%。

2.2.2 花菇添加量对肉酱品质的影响

固定黄豆酱添加量35%、番茄添加量60%、白砂糖添加量10%，改变花菇添加量后感官评定结果见图2。

图2 花菇添加量的影响

由图2可知，花菇添加量由10%增至30%的过程中感官评分持续升高，当花菇添加量为10%时，无花菇清香味及咀嚼感，色泽较暗。当花菇添加量为30%时，感官评分最高，此时番茄花菇牛肉酱的色泽鲜亮，花菇味、牛肉味、番茄味浓郁，有酱香味，咀嚼性较好，酱体均匀，黏稠度较好。花菇添加量由30%增至50%的过程中感官评分持续下降，花菇添加量过高，遮盖了牛肉、番茄的口味，花菇味道过重，影响口感，且花菇丁较多，均质感差。选取花菇添加量为20%、30%、40%进行响应面试验。

2.2.3 黄豆酱添加量对肉酱品质的影响

固定花菇添加量30%、番茄添加量60%、白砂糖添加量10%，改变黄豆酱添加量后感官评定结果见图3。

图3 黄豆酱添加量的影响

由图3可知，黄豆酱添加量对番茄花菇牛肉酱的色泽、风味、口感和组织状态影响较大。酱体的黏稠度和色泽随着黄豆酱添加量的增加而增加。黄豆酱添加量由15%增至25%时感官评分没有明显差别，主要是黄豆酱的添加量较少，花菇味道较重，酱体黏稠度较差，口味寡淡。黄豆酱添加量由15%增至35%的过程中感官评分持续升高，黄豆酱添加量为35%时，感官评分最高，此时番茄花菇牛肉酱的色泽鲜亮，有花菇的清香，酱体咸淡适宜，有酱香味，酱体均匀，黏稠度较好。当黄豆酱添加量持续升高，咸味加重，酱体颜色加深，掩盖了牛肉、花菇和番茄的香味，酱体均质感较差。选取黄豆酱添加量为25%、35%、45%进行响应面试验。

续 表

续 表

2.2.4 白砂糖添加量对肉酱品质的影响

固定花菇添加量30%、番茄添加量60%、黄豆酱添加量35%，改变白砂糖添加量后感官评定结果见图4。

图4 白砂糖添加量的影响

由图4可知，白砂糖有提鲜减腻的效果，高温条件下加速了美拉德反应，使牛肉酱焦糖色明显[19]。白砂糖添加量为4%时，番茄酸味明显，酱体颜色差，影响口感。白砂糖添加量为10%时，牛肉酱颜色鲜亮，酸甜适宜，感官评分最高。当白砂糖添加量由10%增至16%时，感官评分下降，酱体的香味被白砂糖的甜味掩盖，综合评分较差。响应面试验选取白砂糖添加量为7%、10%、13%。

2.3 响应面结果与分析

2.3.1 响应面试验结果

以番茄添加量、花菇添加量、黄豆酱添加量、白砂糖添加量4个因素为单因素，模糊数学感官评分为响应面值，Box-Behnken组合设计试验结果见表5。

表5 响应面试验设计及结果

使用Design Expert V8.0.6.1软件可知，二次多项回归方程为：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。

由回归方程可知，二次项A2、B2、C2、D2的系数均为负值，表明抛物线开口向下，此模型有极大值，因此可以得到最佳工艺配方，具体响应面方差分析结果见表6。

表6 响应面方差分析结果

由方差分析结果可知，P<0.0001，差异极显著；失拟项的P=0.2590>0.05，失拟项差异不显著，说明番茄花菇牛肉酱的感官评分(Y)与番茄添加量(A)、花菇添加量(B)、黄豆酱添加量(C)、白砂糖添加量(D)存在线性关系，该模型具有统计学意义。B、AB、CD、A2、B2、C2、D2对感官评分的影响极显著(P<0.01)；A、C、D、AC、AD、BC对感官评分的影响显著(P<0.05)，BD对感官评分的影响不显著(P>0.05)，各因素对肉酱感官评分的影响依次为花菇添加量>白砂糖添加量>黄豆酱添加量>番茄添加量。相关系数R2为0.9311，试验模型的校正系数RAdj2=0.8623，说明该数据可靠，该模型拟合度较高，可以用于番茄花菇牛肉酱感官评分的理论预测。

由上述回归方程得出交互作用响应面分析图，见图5。

图5 番茄花菇牛肉酱感官品质响应面图和等高线图

由图5可知，交互作用极其明显的因素为番茄添加量与花菇添加量、黄豆酱添加量与白砂糖添加量，其曲面陡峭，等高线为椭圆形，感官评分受两两交互作用的影响较大，与方差分析结果一致。

采用Design Expert V8.0.6.1软件优化得到预测番茄花菇牛肉酱的最佳工艺条件组合为：番茄添加量60.23%，花菇添加量31.85%，黄豆酱添加量33.15%，白砂糖添加量9.82%，响应面值感官评分为92.68分。

2.3.2 最佳工艺条件的验证

将响应面模型结果进行验证性试验。选取番茄添加量60%、花菇添加量32%、黄豆酱添加量33%、白砂糖添加量10%，进行3次平行试验，得到产品感官评分为92.40分，与模型预测的提取率相差0.28分，表明该模型对花菇番茄牛肉酱加工工艺的优化是可行的，有一定的实用价值，可以应用到实际加工中。

3 结论

本试验以番茄、花菇、牛肉为原料，经炒制加工制得番茄花菇牛肉酱产品，在单因素试验基础上建立响应面优化分析，感官评定采用模糊数学评价法，得到肉酱的最佳工艺配方：以黄瓜条牛肉丁200 g为原料，花生油20%、黑芝麻5%、鸡精0.5%、海盐1%为基础配方，番茄60%、花菇32%、黄豆酱33%、白砂糖10%，感官评分为92.40分，与模型预测值十分接近。本试验为牛肉酱的品类增添了新的口味，为研发新型复合调味酱提供了可靠的理论数据。