响应面法和模糊数学联用优化葛粉鱼丸制备工艺

摘要：以信阳南湾鱼、葛根为原料制备葛粉鱼丸，以期丰富鱼丸制品预制菜的产品类型。以感官评分和质构参数为评价指标，研究葛粉、葱姜汁、玉米淀粉、食盐、蔗糖的添加量对葛粉鱼丸品质的影响，通过模糊数学模型建立感官评价体系与响应面实验联用对葛粉鱼丸的制备工艺进行优化，并对优化后葛粉鱼丸的理化指标和微生物指标进行测定。结果表明，当葛粉添加量（以鱼肉质量计）为7.9%、葱姜汁添加量为90%、玉米淀粉添加量为6.0%、食盐添加量为2.1%、蔗糖添加量为1.20%时，所得葛粉鱼丸风味独特，感官评分可达90.6分，弹性可达3.63 mm，颜色雪白，脂肪含量为2.11 g/100 g，蛋白质含量为12.13 g/100 g，挥发性盐基氮含量和致病菌数量均在国家标准规定的范围内，是一种低脂肪、高蛋白质、安全可食用的鱼丸制品。

关键词：葛粉；南湾鱼；鱼丸；响应面实验；模糊数学

中图分类号：TS254.4""""" 文献标志码：A""""" 文章编号：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：陈晖，杨洁茹，邢淑婕，等.响应面法和模糊数学联用优化葛粉鱼丸制备工艺.中国调味品，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

基金项目：河南省高等学校重点科研项目（22B550016）；信阳农林学院南湾鱼制品开发与应用科技创新团队（XNKJTD-002）；信阳农林学院高水平科研孵化器建设基金（FCL202110，FCL202014）；信阳农林学院青年基金项目（QN2023032）

作者简介：陈晖（1993—），女，硕士，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：农业生物资源利用。

随着当下消费的升级以及人们饮食习惯、饮食行为的改变，开盖即食、加热即食的预制菜制品受到广大消费者的欢迎。鱼丸又称“鱼包肉”，是经典的鱼糜制品，其口感爽滑、不腻口，既可用作点心配料，又可用来烹制汤品。鱼丸食用方便，制作过程简易，经济效益好，消费市场与需求大。信阳南湾鱼由于其生活水质较好而富含蛋白质、脂肪及多种微量元素，其中硒含量是普通鱼类的6倍以上，是鱼丸制品较好的原料。但传统鱼丸制品的营养结构相对单一，因此，开发新型鱼丸制品、推动鱼丸制品向预制菜转型逐渐成为当前的研究热点。郑媛制作的海带鱼丸增加了鱼丸的营养，做到荤素搭配。师文添等制作的莲藕山药鲢鱼丸丰富了鱼丸的营养，降低了鱼丸的生产成本。Hong等将红茶粉加入鲢鱼丸中提高了鱼丸的凝胶特性和抗氧化性。

葛根是一种“药食同源”的植物，被誉为“亚洲人参”，现代药理学研究发现葛根具有降血压、降血脂、预防骨质疏松等功效。葛根在食用方面有多种加工方式，如煲汤、制粉、加工成即食产品等，而目前鲜见葛根在鱼丸制品中的应用与推广。感官评价是最直观的评判产品质量的方法，但传统的感官评价会由于个体差异对结果造成一定影响，而模糊数学模型法能减轻人类行为导致的不确定性，因此是现代食品感官评定中较为推崇的方法之一。基于此，本研究将葛根与南湾鱼相结合制作葛粉鱼丸，以模糊数学感官评分和质构参数作为评价指标，通过单因素实验和响应面实验优化葛粉鱼丸的加工工艺，以期开发出一款营养强化型鱼丸，为进一步丰富鱼丸预制菜产品类型、增加葛根的利用方式提供了相应的理论依据。

1" 材料和方法

1.1" 材料

南湾鱼、玉米淀粉、食盐、蔗糖、料酒、味精、葱、姜：信阳市西亚超市；葛粉：湖北省钟祥市国森源葛粉实业有限公司。

1.2" 试剂

硫酸铜、硫酸钾、硼酸、氢氧化钠、石油醚（均为分析纯）：郑州派尼化学试剂厂；甲基红-亚甲基蓝指示剂（分析纯）：福州飞净生物科技有限公司。

1.3" 主要仪器与设备

TMS-Pro型质构仪" 美国FTC公司；CR9型色差仪" 深圳市三恩时科技有限公司；SER148型脂肪测定仪" 意大利VELP公司；SY-04型凯氏定氮仪" 山东盛泰仪器有限公司；SHP-150生化培养箱" 北京中兴伟业世纪仪器有限公司；DHG-9240A型电热鼓风干燥箱" 北京科伟永兴仪器有限公司。

1.4" 方法

1.4.1" 工艺流程

原料预处理→冲洗→制取鱼茸→斩拌→混料→成型→成熟→冷却→包装→成品。

1.4.2" 操作要点

原料预处理：将宰杀后清理干净的南湾鱼从脊骨处切成两半。

冲洗：为完全除去血污、减少腥味，需将鱼片清洗较长时间。

制取鱼茸：用钉子将鱼片固定在案板上，刮取鱼茸时，刀应倾斜一定的角度。

斩拌：将鱼茸放入绞肉机中斩拌3 min制成鱼糜。

混料：将食盐、蔗糖等各种辅料加入鱼糜中，搅拌均匀。

成型：抓取适量鱼糜从虎口挤入汤勺即可，将其放入凉水静置一段时间，加速鱼丸凝胶化。

成熟：鱼丸应冷水下锅，先小火慢煮后大火，水温约95 ℃，煮8 min后捞出放凉冷却。

包装：将冷却后的鱼丸进行真空包装，于4 ℃条件下贮存。

1.4.3" 单因素实验

以预实验为基础确定单因素实验中各因素及水平，见表1。通过感官评分和质构参数考察上述因素对葛粉鱼丸品质的影响。

1.4.4" 响应面实验

基于单因素实验结果，遵循Box-Behnken响应面设计原理，选取食盐添加量（A）、葛粉添加量（B）、葱姜汁添加量（C）作为考察变量，设计响应面实验，见表2。以鱼丸的模糊数学感官评分（Y1）、弹性（Y2）为响应值，通过Design-Expert 13软件对实验结果进行分析和处理。

1.4.5" 感官评定方法

1.4.5.1" 感官评定方法

参照Zhao等的方法并略作改动。组织经专业培训的10人成立评价小组对葛粉鱼丸从色泽、气味、滋味、组织状态和口感方面进行评价，评分标准见表3。

1.4.5.2" 模糊数学感官评定方法

参照王辅霞等的方法并稍作修改，建立模糊数学感官评价模型。评定因素集为U={u1（色泽）、u2（气味）、u3（滋味）、u4（组织状态）、u5（口感）}；评语集为V={v1（优秀）、v2（良好）、v3（中等）}；权重集为K={k1（0.2）、k2（0.1）、k3（0.1）、k4（0.3）、k5（0.3）}；评价集为A={a1（95）、a2（85）、a3（75）}，由评价因素U的权重集K和模糊矩阵R，计算得到每个样品的隶属度X，X＝K·R。而最终葛粉鱼丸的感官评分Y＝X·A。

1.4.6" 质构参数测定

将葛粉鱼丸切成1 cm×1 cm×1 cm的立方体，再用P/50圆柱形探头对鱼丸的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性进行检测，条件设置：检测速度60 mm/min，形变量40%，下压2次，测试距离15 mm，最大触发力5 g。

1.4.7" 理化指标和微生物指标测定

1.4.7.1" 蛋白质含量测定

根据GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》，采用凯氏定氮法对鱼丸中的粗蛋白含量进行测定。

1.4.7.2" 脂肪含量测定

根据GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》，采用索氏抽提法测定鱼丸中脂肪的含量。

1.4.7.3" 白度测定

将鱼丸切成直径约2 cm、厚度约0.5 cm的圆片，采用色差仪测定葛粉鱼丸的白度。

1.4.7.4" 持水力测定

参照Yu等的方法并略作改动。采用离心法测定葛粉鱼丸的持水力。称取鱼丸样品2.00 g，用一层滤纸将其包裹，转速为4 000 r/min，离心15 min后称重，按下式算持水力。

WHC=m2m1×100%。

式中：WHC为持水力，%；m1为离心前样品质量，g；m2为离心后样品质量，g。

1.4.7.5" 挥发性盐基氮含量的测定

根据GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》，采用半微量定氮法测定鱼丸中挥发性盐基氮的含量。

1.4.7.6" 致病菌的测定

按照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》，检测鱼丸中的菌落总数。

按照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》检测鱼丸中大肠菌群的数量。

1.4.8" 数据处理

所有实验均重复3次，数据用平均值±标准差表示。实验结果使用SPSS 24.0和Design-Expert 13进行处理，采用Origin 2022软件进行绘图。

2" 结果与分析

2.1" 单因素实验结果

2.1.1" 葛粉添加量对鱼丸品质的影响

在鱼丸中添加葛粉可以有效减轻鱼丸的鱼腥味，赋予鱼丸独特的葛根风味，有利于改善鱼糜产品的凝胶强度和持水性能。

由表4可知，葛粉添加量对葛粉鱼丸的质地有显著影响（Plt;0.05），当葛粉添加量为8.0%时，其质构特性和感官评分最好。所制葛粉鱼丸的颜色和外观最好，且弹性、口感更好；但随着葛粉添加量的增加，会使鱼丸混有一定的葛根辛味，色泽也会变得越来越暗。综上，设置葛粉添加量为8.0%。贺习耀等制备的葛粉鱼面中葛粉最佳添加量为10.0%，此时鱼面的感官评分最佳，与本文的研究结果相似。

2.1.2" 不同葱姜汁添加量对鱼丸品质的影响

在制作鱼丸时加入配好的葱姜汁能够很好地去除鱼肉的腥味，冰水可以防止鱼肉在搅拌过程中发热进而导致肉质发硬，确保鱼丸口感爽滑、有弹性。

由表5可知，葱姜汁添加量对鱼丸的硬度和咀嚼性影响显著（Plt;0.05），当葱姜汁添加量为90%时，鱼丸的弹性、咀嚼性、感官评分最高。综上，葱姜汁最佳添加量为90%。

2.1.3" 玉米淀粉添加量对鱼丸品质的影响

在鱼糜中加入淀粉可以增大鱼糜的黏性，有利于鱼丸成型，改善鱼丸的弹性。

由表6可知，随着玉米淀粉添加量的增加，葛粉鱼丸的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性随之增大。当玉米淀粉添加量超过6.0%时，鱼丸的感官评分显著下降（Plt;0.05），加入过量的玉米淀粉不利于鱼糜中蛋白质变性展开，形成三维网状结构使得鱼丸的口感与品质下降，这与王然等的研究结果相似。综上，选择玉米淀粉添加量为6.0%，在响应面实验中舍去该因素。

2.1.4" 食盐添加量对鱼丸品质的影响

由表7可知，随着食盐添加量的增加，葛粉鱼丸的弹性总体呈现上升趋势，硬度、黏聚性、咀嚼性均在食盐添加量为2.0%时达到最大值，廖慧琦等也发现当食盐添加量为2.0%时，大黄鱼鱼糜的咀嚼性、硬度均达到最大值，这可能是由于离子强度的增大减弱了肌原纤维蛋白间的静电斥力，使得蛋白聚集，凝胶强度增大。食盐添加量对葛粉鱼丸感官品质的影响显著（Plt;0.05）。随着食盐添加量的增加，鱼丸的感官评分先上升后下降，在食盐添加量为2.0%时达到最高。综上，食盐最佳添加量为2.0%。

2.1.5" 蔗糖添加量对鱼丸品质的影响

由表8可知，蔗糖添加量对鱼丸的硬度、咀嚼性影响显著（Plt;0.05），加入的蔗糖越多，鱼丸的硬度越大，咀嚼性越强，蔗糖的加入对鱼丸的弹性无显著影响（Pgt;0.05），这与阙凤等的研究结果一致。当蔗糖添加量为1.20%时，鱼丸的弹性最大。蔗糖添加量对葛粉鱼丸感官评分的影响不显著（Pgt;0.05），在蔗糖添加量为1.20%达到最高分，综上，葛粉鱼丸的蔗糖添加量为1.20%，在响应面实验中舍去该因素。

2.2" 响应面实验结果

2.2.1" 模糊数学感官评价

参照表3对葛粉鱼丸进行感官评价，得到各组样品所得票数，见表9。

经计算，以第一组样品为例：

隶属度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，感官评分Y1=X1·A=（0.43，0.42，0.15）×958575=87.8。

同理计算出其他样品组的感官评分。

2.2.2" 响应面实验结果分析

以模糊数学感官评分（Y1）和弹性（Y2）为响应值，采用Box-Behnken设计响应面优化实验，选取食盐添加量（A）、葛粉添加量（B）、葱姜汁添加量（C）作为考察变量进行响应面实验，并对模型进行方差分析，得到最佳工艺参数，实验设计及结果见表10，方差分析结果见表11。

用Design-Expert 13软件对表10中的数据进行二元回归拟合，确定3个因素与弹性和感官评分的回归方程分别为：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，两个模型的P值均lt;0.000 1，失拟项均不显著，R2分别为0.979 9，0.993 0，RAdj2分别为0.954 1，0.984 1，表明两个模型为具有统计学差异，拟合度均较好，均能较好地预测结果。由F值可知，各因素对感官评分的影响程度为食盐添加量gt;葱姜汁添加量gt;葛粉添加量；各因素对弹性的影响程度为葱姜汁添加量gt;食盐添加量gt;葛粉添加量，A、B、C、BC、A2、B2、C2对感官评分的影响均极显著（Plt;0.01）；A、 B、 C、 AB、 A2、B2、C2对弹性的影响均极显著（Plt;0.01）。

2.2.3" 响应面交互作用分析

为进一步研究各因素之间的交互作用并得到最佳工艺条件，通过Design-Expert 13软件绘制响应面图，分析各响应值与相关因素的趋势图。

由图1可知，食盐添加量与葛粉添加量的交互作用显著，增加葛粉添加量，感官评分先升后降，这是因为鱼丸的风味和口感在添加一定量的葛粉后得到提升，葛粉超过一定量后，鱼丸的质地变硬，色泽变暗，还会有一定的葛粉辛味；食盐添加量与葱姜汁添加量的交互作用显著；葛粉添加量和葱姜汁添加量的交互作用显著，对鱼丸的感官评分有很大影响。

由图2可知，鱼丸的弹性随着食盐添加量和葛粉添加量的增加均先升后降，二者交互作用显著，添加适量的食盐与葛粉有助于增加鱼丸的弹性。食盐添加量与葱姜汁添加量对鱼丸的弹性影响显著。当食盐添加量较低时，随着葱姜汁添加量的增加，鱼丸的弹性逐渐下降，可能是鱼糜中存在过多的游离水，鱼丸的成型效果被破坏所致。葛粉添加量与葱姜汁添加量的交互作用对葛粉鱼丸的弹性影响显著。葛粉富含淀粉，加入葛粉有利于在鱼糜斩拌过程中促进其内部凝胶的形成，提高鱼丸的弹性。

2.3" 工艺的优化组合及验证实验

利用Design-Expert 13软件的目标优化法，设置感官评分和弹性的权重均为1，拟合出最优的工艺配方为食盐添加量2.11%、葛粉添加量7.93%、葱姜汁添加量89.85%，预测葛粉鱼丸的感官评分为90.47分，弹性为3.62 mm。为节约成本，便于制作鱼丸，特将预测最优配方进行调整，确定葛粉鱼丸的最佳配方为食盐添加量2.1%、蔗糖添加量1.20%、葛粉添加量7.9%、葱姜汁添加量90%、玉米淀粉添加量6.0%。为保证预测工艺准确，按优化工艺制作葛粉鱼丸，并进行3次平行实验，测得葛粉鱼丸的弹性和感官评分分别为3.63 mm和90.6分，与模型预测结果的偏差均小于5%，说明建立的回归模型较准确。

2.4" 葛粉鱼丸理化指标和微生物指标结果

相关国家标准规定，对于固体食品、低脂肪食品的脂肪含量不应超过3 g/100 g，高蛋白质食品的蛋白质含量不应少于12 g/100 g。

由表12可知，测得优化后葛粉鱼丸的脂肪和蛋白质含量分别为2.11，12.13 g/100 g，符合固体食品低脂肪和高蛋白质的要求。葛粉鱼丸的白度为83.94，符合受消费者欢迎的高亮度、高白度的鱼丸特质。鱼丸的持水力为78.97%，保水能力较好。国标规定动物性水产制品菌落总数和大肠菌群数低于限量，挥发性盐基氮含量不得超过30 mg/100 g，经实验测定，该葛粉鱼丸的相关指标均符合国标规定。

3" 结论

本研究以南湾鱼和葛根为主要原料，以模糊数学感官评分和质构参数为评价指标，通过单因素实验和响应面实验优化葛粉鱼丸的最佳加工工艺，得到最佳工艺为（以鱼肉的质量计）食盐添加量2.1%、蔗糖添加量1.20%、葛粉添加量7.9%、葱姜汁添加量90%、玉米淀粉添加量6.0%。根据优化配方生产出的鱼丸脂肪含量为2.11 g/100 g，蛋白质含量为12.13 g/100 g，挥发性盐基氮含量、菌落总数及大肠菌群数均在国标规定范围内。将具有保健功能的葛粉加入到鱼丸中，可以结合植物与动物的营养，提高鱼丸的品质，增强鱼丸的营养保健功能，有利于提高葛根和南湾鱼的商业价值，降低鱼丸的生产成本，也为消费者提供了鱼丸制品预制菜的新选择。

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