模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化五香鹵味即食豆桿調(diào)味配方

周志帥，李 嬌，李潔芝，鄧維琴，楊國(guó)華，陳 功，2，李 恒，2，

（1.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 611130；2.四川東坡中國(guó)泡菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，四川 眉山 620030；3.成都市丹丹川菜調(diào)味品產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，四川 成都 611730；4.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625000）

我國(guó)是大豆的故鄉(xiāng)，有5 000多年種植和食用大豆的悠久歷史[1]，大豆中包含多種礦物質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]，近來(lái)年，隨著人們生活節(jié)奏的加快，同時(shí)受社會(huì)文化、飲食文化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位的影響，休閑食品正在被廣泛接受[3-4]。大豆及其制品對(duì)人體的健康十分有益[5-6]，目前，常見(jiàn)的大豆制品有腐竹、素雞、素肥腸和糍粑豆干等[7-8]，同時(shí)筍片、香菇脆片、蘋果片、牡蠣和蝦仁等即食產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和保藏手段研究得比較成熟[9-13]，然而以隆昌豆桿為原料制備休閑食品的研究尚不夠深入。

本研究將以隆昌豆桿為原料，采用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法和響應(yīng)面法相結(jié)合的方式，來(lái)提高即食豆桿調(diào)味配方優(yōu)化的準(zhǔn)確性[14]，同時(shí)進(jìn)行變溫殺菌，殺滅其中的耐熱性芽孢桿菌等腐敗微生物，達(dá)到長(zhǎng)期儲(chǔ)存的目的[15-16]，為即食豆桿的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

隆昌豆桿：隆昌縣思雨食品有限公司；大豆油：中糧食品營(yíng)銷有限公司；紅油豆瓣：四川省丹丹郫縣豆瓣集團(tuán)股份有限公司；釀造醬油：佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司；食用鹽：四川久大鹽業(yè)（集團(tuán)）公司；雞精：四川新雅軒生物科技有限公司；料酒：成都巨龍生物科技有限公司；味精：河北梅花味精集團(tuán)；白砂糖：福建糖業(yè)股份有限公司；平板計(jì)數(shù)瓊脂：青島日水生物技術(shù)有限公司；花椒、辣椒、白芝麻、香辛料：雅安吉選超市有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

C21-WT2112T電磁爐：美的電磁爐科技股份有限公司；YH-C10002電子天平：東陽(yáng)市英衡智能設(shè)備有限公司；TW-500/2SB依利達(dá)真空包裝機(jī)：佛山市禪城依利達(dá)包裝器材有限公司；LDZF-75L-II立式高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械有限公司；SPX-150B-Z型恒溫培養(yǎng)箱：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 五香鹵味即食豆桿制作工藝流程

豆桿→復(fù)水→切分→鹵制→調(diào)味→包裝→殺菌→檢驗(yàn)→成品

操作要點(diǎn)：

復(fù)水：選取形狀勻稱，無(wú)明顯破損的隆昌豆桿，用初溫為（98±1）℃的自來(lái)水浸泡1 h，中途翻動(dòng)一次，豆桿與自來(lái)水質(zhì)量比為1∶3。

切分：復(fù)水后的豆桿，按與縱截面平行的方向進(jìn)行切分，獲得長(zhǎng)度為（20±3）mm的豆桿節(jié)。

鹵制：將食用鹽12%、味精8%、雞精調(diào)味料10%、白砂糖12%、釀造醬油10%、料酒14%、香辛料3%、辣椒4%、自來(lái)水20%、焦糖色素1%、其他輔料6%混合均勻制成五香鹵料，添加自來(lái)水500%稀釋，獲得鹵水，加入鹵水質(zhì)量50%的豆桿節(jié)，煮沸后關(guān)火，冷卻至40 ℃，進(jìn)行保溫鹵制40 min。

調(diào)味：鹵制后的豆桿經(jīng)濾干后，將隆昌豆桿90%、紅油7%、食用鹽0.5%、味精0.5%、雞精0.5%、炒白芝麻1%、五香油0.2%、丙氨酸0.2%攪拌均勻。

包裝：經(jīng)調(diào)味的五香鹵味即食豆桿，用蒸煮袋按100 g/袋規(guī)格進(jìn)行真空包裝，封口溫度為150 ℃，真空度為-0.1 MPa。

殺菌：將包裝好的產(chǎn)品于立式高壓蒸汽滅菌器中進(jìn)行95 ℃、5 min；105 ℃、10 min；121 ℃、15 min的變溫殺菌。

1.3.2 五香鹵味即食品豆桿配方優(yōu)化單因素試驗(yàn)

在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依次考察調(diào)味配方中食用鹽添加量（0.30%、0.40%、0.50%、0.60%、0.70%）、紅油添加量（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%）對(duì)五香鹵味豆桿感官評(píng)分的影響。

1.3.3 五香鹵味即食豆桿的感官評(píng)價(jià)

由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院本科生、研究生和老師共8人組成感官評(píng)價(jià)小組，分別從色澤、滋味、形態(tài)、香氣4方面對(duì)五香鹵味即食豆桿進(jìn)行等級(jí)評(píng)判，滿分100分，感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[17]。

表1 五香鹵味即食豆桿的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of spiced braised instant dried tofu

1.3.4 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法[18-19]

（1）立評(píng)判因素集合

選擇五香鹵味即食豆桿的色澤、滋味、形態(tài)、香氣作為評(píng)判指標(biāo)，設(shè)定為集合A，分別以a1、a2、a3、a4表示色澤、滋味、形態(tài)、香氣，所以集合A={a1，a2，a3，a4}。

（2）評(píng)價(jià)等級(jí)集合

由立評(píng)判因素的指標(biāo)組成，用等級(jí)和分?jǐn)?shù)兩部分進(jìn)行表示，b1=（90，100]為優(yōu)，b2=（80，90]為較優(yōu)，b3=（70，80]為良，b4=（60，70]為差，組成評(píng)價(jià)等級(jí)集合，用B表示，所以集合B={b1，b2，b3，b4}。

（3）建立權(quán)重集合

邀請(qǐng)食品專業(yè)的10人員對(duì)色澤、滋味、形態(tài)、香氣4個(gè)影響因素對(duì)五香鹵味即食豆桿的影響程度進(jìn)行權(quán)重商討打分，規(guī)定4項(xiàng)權(quán)重之和等于1，得出權(quán)重結(jié)合，用C表示，C={0.2，0.2，0.3，0.3}[20]。

（4）模糊關(guān)系綜合評(píng)判集

模糊矩陣的確定和模糊轉(zhuǎn)換：對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分等級(jí)，統(tǒng)計(jì)各等級(jí)的票數(shù)，將各等級(jí)的票數(shù)除以參評(píng)人數(shù)，得到4個(gè)等級(jí)的行矩陣，用字母r表示，4個(gè)行矩陣組成模糊關(guān)系數(shù)字矩陣R，用R1～R29表示，下角標(biāo)序號(hào)等同于樣品編號(hào)。將權(quán)重集C和模糊關(guān)系數(shù)字矩陣R合成得到模糊關(guān)系評(píng)價(jià)集Y，即Y=C×R，獲得所有樣品模糊評(píng)價(jià)結(jié)果Y1～Y29，下角標(biāo)序號(hào)等同于樣品編號(hào)。

（5）模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分

將綜合評(píng)判集Y中的各量，分別乘以其對(duì)應(yīng)分值（優(yōu)、較優(yōu)、良、差分別對(duì)應(yīng)分值為95分、85分、75分、65分），然后求和，作為響應(yīng)面中每個(gè)樣品的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分。

1.3.5 五香鹵味即食豆桿配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)[21]

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以食用鹽添加量（A）、紅油添加量（B）、五香油添加量（C）和丙氨酸添加量（D）為考察因素，以模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分（Y）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用Design-Expert8.0.6軟件的Box-Behnken模塊設(shè)計(jì)4因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

表2 五香鹵味即食豆桿調(diào)味配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels of response surface tests for seasoning formula optimization of spiced braised instant dried tofu

1.3.6 微生物指標(biāo)測(cè)定方法

大腸菌群：參照GB 4789.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》測(cè)定[22]；沙門氏菌（Salmonella）：參照GB 4789.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)沙門氏菌檢驗(yàn)》測(cè)定[23]；金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）：參照GB 4789.10—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)金黃色葡萄球菌檢驗(yàn)》測(cè)定[24]。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行矩陣計(jì)算，運(yùn)用Origin2017軟件制圖[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 五香鹵味即食豆桿配方優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 食用鹽添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響

圖1 食用鹽添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of edible salt addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

由圖1可知，隨食用鹽添加量的增加，五香鹵味即食豆桿的感官評(píng)分呈先增高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)食用鹽添加量為0.5%時(shí)，感官評(píng)分最高，為（86±0.43）分，這與目前市售休閑食品的食用鹽添加量相似，也符合人們對(duì)于休閑食品對(duì)人體健康的要求[26]。因此，確定最佳食用鹽添加量為0.5%。

2.1.2 紅油添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響

圖2 紅油添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of red oil addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

由圖2可知，隨著紅油添加量的增加，五香鹵味即食豆桿的感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)紅油添加量為8%時(shí)，感官評(píng)分最高，為（87±0.41）分，此時(shí)所獲得的五香鹵味即食豆桿產(chǎn)品，色澤均一，油料分離不明顯，油料比和市售的豆干制品比較接近，同時(shí)紅油中溶解的辣椒中的有益成分，可以產(chǎn)生熱量、增加血流量和促進(jìn)傷口愈合[27]。因此，確定最佳紅油添加量為8%。

2.1.3 五香油添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響

圖3 五香油添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of spiced oil addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

由圖3可知，隨著五香油添加量的增加，五香鹵味即食豆桿的感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)五香油添加量為0.10%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)最高，為（88±0.24）分，此時(shí)所獲得的即食豆桿產(chǎn)品，五香風(fēng)味明顯，不刺激。隨著五香油添加量的增加，其含量超過(guò)人們可以接受的正常水平。因此，確定五香油的最佳添加量為0.10%。

2.1.4 丙氨酸添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響

由圖4可知，隨著丙氨酸添加量的增加，五香鹵味即食豆桿的感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)添加量為0.20%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)最高，為（86±0.44）分，此時(shí)所獲得的即食豆桿產(chǎn)品，綜合風(fēng)味較柔和，此添加量也符合GB 2760—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[28]的要求。因此，確定丙氨酸的最佳添加量為0.20%。

圖4 丙氨酸添加量對(duì)五香鹵味即食豆桿感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of alanine addition on sensory evaluation of spiced braised instant dried tofu

2.2 五香鹵味即食豆桿配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

通過(guò)8名評(píng)價(jià)人員對(duì)4因素3水平共29組五香鹵味即食豆桿樣品的色澤、滋味、形態(tài)、香氣4個(gè)因素逐一評(píng)價(jià)，對(duì)應(yīng)的等級(jí)票數(shù)分布情況見(jiàn)表3。

將表3中的結(jié)果建立模糊矩陣，即各樣品各等級(jí)評(píng)價(jià)人數(shù)除以總評(píng)價(jià)人數(shù)得到模糊矩陣R1～R29，以1號(hào)樣品為例：對(duì)于產(chǎn)品色澤，在8名評(píng)價(jià)人員中，4名人員選擇優(yōu)，2名人員選擇較優(yōu)，1名人員選擇良，1名人員選擇差，則R色澤=（0.5，0.25，0.125，0.125）；同理可得，R滋味=（0.25，0.25，0.25，0.25）；R形態(tài)=（0.5，0.125，0.25，0.125）；R香氣=（0.25，0.5，0.125，0.125），即得到R1：

表3 五香鹵味即食豆桿感官評(píng)定票數(shù)分布Table 3 Distribution of sensory evaluation votes of spiced braised instant dried tofu

同理，依次得到R2～R29。

依據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理，結(jié)合權(quán)重集C={0.2，0.2，0.3，0.3}，采用Y=R×C計(jì)算得到Y(jié)1：

同理，依次得到Y(jié)2～Y29，進(jìn)而得到模糊關(guān)系評(píng)價(jià)集Y。

將評(píng)價(jià)結(jié)果集Y中的各量，分別乘以其對(duì)應(yīng)分值（優(yōu)、較優(yōu)、良、差分別對(duì)應(yīng)分值為95分、85分、75分、65分），然后求和，作為響應(yīng)面中每個(gè)樣品的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分。如試驗(yàn)1號(hào)的模糊評(píng)分=0.375×95+0.287 5×85+0.187 5×75+0.15×65=83.875分，同理可得試驗(yàn)2號(hào)至29號(hào)的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分。Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表4，方差分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 五香鹵味即食豆桿響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Design and results of response surface tests for spiced braised instant dried tofu formula optimization

對(duì)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分（Y）對(duì)食用鹽添加量（A）、紅油添加量（B）、五香油添加量（C）和丙氨酸添加量（D）的二次多元回歸模型方程：

表5 響應(yīng)面回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of response surface regression model

由表5可知，該模型的P值=0.040 1＜0.05，表明該模型顯著；失擬項(xiàng)P值=0.251 7＞0.05，表明失擬項(xiàng)不顯著，該回歸方程擬和良好[29]。在回歸模型中，二次項(xiàng)A2、B2對(duì)對(duì)結(jié)果影響顯著（P＜0.05），二次項(xiàng)C2、D2對(duì)結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），其他項(xiàng)對(duì)結(jié)果影響不顯著（P＞0.05）。由F值可知，各因素對(duì)五香鹵味即食豆桿的影響程度為：D＞A＞B＞C，即丙氨酸添加量＞食用鹽添加量＞紅油添加量＞五香油添加量，信噪比=5.150（＞4），表明模型預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值之間具有較好的擬合性，可以用該模型對(duì)五香鹵味即食豆桿的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分進(jìn)行預(yù)測(cè)[30-32]。各因素間相互作用對(duì)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，響應(yīng)面曲面均呈凸面，說(shuō)明響應(yīng)值均存在極大值；等高線均趨于圓形，說(shuō)明交互作用對(duì)結(jié)果影響不顯著，與方差分析結(jié)果一致。

通過(guò)軟件分析得出，五香鹵味即食豆干最優(yōu)調(diào)味配方為食用鹽添加量0.49%，紅油添加量7.96%，五香油添加量0.10%，丙氨酸添加量0.19%時(shí)，模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為88.20分。考慮到生產(chǎn)實(shí)際，將最優(yōu)配方修訂為食用鹽添加量0.5%，紅油添加量8%，五香油添加量0.1%，丙氨酸添加量0.2%。為驗(yàn)證回歸模型的有效性，采用優(yōu)化后的配方進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，制成的五香鹵味即食豆桿的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分實(shí)際值為（87.91±0.62）分，與預(yù)測(cè)值相近，其相對(duì)誤差為0.33%，說(shuō)明該模型合理有效，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

圖5 各因素交互作用對(duì)五香鹵味即食豆桿模糊數(shù)字感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線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 五香鹵味即食豆桿的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

按照最優(yōu)調(diào)味配方制備得到五香鹵味即食豆桿，其色澤為淺紅色，帶光澤；咸淡適宜，有五香風(fēng)味；油料較均勻，無(wú)明顯破損；五香鹵味香氣較明顯，不刺激。

微生物指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表明，大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌均未檢出。五香鹵味即食豆桿質(zhì)量指標(biāo)符合GB 2712—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)豆制品》的規(guī)定[33]。

3 結(jié)論

以隆昌豆桿為原料，經(jīng)復(fù)水、鹵制、調(diào)味后制作五香鹵味即食豆桿，采用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法結(jié)合響應(yīng)面法分析得出該產(chǎn)品的最佳調(diào)味配方為食用鹽添加量0.5%，紅油添加量8%，五香油添加量0.1%，丙氨酸添加量0.2%，在該條件下，制作的五香鹵味即食豆桿風(fēng)味呈淺紅色，帶光澤；咸淡適宜，有五香風(fēng)味；油料較均勻，無(wú)明顯破損；五香鹵味香氣較明顯，不刺激，具有較高的接受度，模糊數(shù)字感官評(píng)分為（87.91±0.62）分，其質(zhì)量指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。