基于模糊數(shù)學與響應面分析法開發(fā)味噌風味鲅魚罐頭

步營，呂月月,2，朱文慧*，李學鵬，李仕政，勵建榮，位正鵬

(1.渤海大學 食品科學與工程學院，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州 121013；2.大連工業(yè)大學 海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116034；3.莒南新希望六和食品有限公司，山東 臨沂 276600；4.泰祥集團-榮成泰祥食品股份有限公司，國家馬鮫魚加工技術研發(fā)分中心，山東 榮成 264300)

近年來，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代社會節(jié)奏的加快，對方便食品提出了更高的要求，其不僅要滿足快節(jié)奏的生活，還要滿足人們的營養(yǎng)需要[1]。水產(chǎn)品由于營養(yǎng)豐富及其特殊的風味、口感而廣受人們的喜愛，其中方便食品已經(jīng)成為水產(chǎn)食品開發(fā)的重要方向[2-4]。在眾多方便食品中，罐頭類食品不僅營養(yǎng)豐富、便于運輸攜帶、方便食用、保質期長，而且能在一定程度上保持食品的原有風味，越來越多地受到人們的青睞[5-6]。

鲅魚學名藍點馬鮫，屬于鱸形目鲅科，體長而側扁，呈紡錘形[7]，主要分布于我國渤海、黃海和東海。鲅魚肉多刺少，肉質細膩、味道鮮美、含有豐富蛋白質、維生素A、礦物質及不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質。目前鲅魚深加工產(chǎn)品開發(fā)較少，加工水平較低[8-9]。味噌利用大豆和谷物發(fā)酵而成，是一種營養(yǎng)風味、味道獨特的調味品[10]，其含有豐富的蛋白質和人體所需的氨基酸等營養(yǎng)物質[11]。有研究表明，味噌本身具有提高免疫力的功能[12]，日本的免疫學調查也表明經(jīng)常喝味噌湯的人癌癥發(fā)病率低，因此，味噌可以作為一種健康食品進行推廣[13]?，F(xiàn)階段對鲅魚罐頭的研究，常見的有紅燒、咸干鲅魚等[14-15]，味噌風味類鲅魚罐頭的開發(fā)研究未見報道。因此，本文基于模糊數(shù)學與響應面分析法開發(fā)一款味噌風味鲅魚罐頭，為市場提供了更多的選擇。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

鲅魚：購于錦州市林西水產(chǎn)市場；味噌、鹽曲、白砂糖、淀粉、I+G、生姜：食品級，均為市售。

JA4103電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；LDZX-50FBS立式蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；電磁爐 美的集團。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

原料預處理→去腥→瀝干→調味→裝罐→排氣→殺菌→冷卻→產(chǎn)品。

1.2.2 操作要點1.2.2.1 原料預處理

將鲅魚處理干凈后瀝干水分備用。

1.2.2.2 去腥

將處理好的鲅魚放入料酒中以料液比1∶50浸泡20 min，結束后，沖洗干凈并瀝干。

1.2.2.3 調味

根據(jù)試驗所得的罐頭配方進行調味。

1.2.2.4 高溫殺菌

樣品裝罐、排氣、封口后進行高溫殺菌，溫度121 ℃，時間20 min，殺菌后降溫至室溫，得成品。

1.2.3 感官評定方法

參考孫紅梅等[16]和代文婷等[17]的方法并加以修改，感官評定小組由10名經(jīng)過專門感官訓練的本科生和研究生組成(男性5名，女性5名)，分別從味噌風味鲅魚罐頭的色澤、氣味、口感3個指標進行感官評價，以優(yōu)、良、差3個等級對每組樣品進行評分，產(chǎn)品品質評價標準見表1。要求感官評定員在評價前 12 h 禁吃辛辣刺激食物，每評價一個樣品后需用清水漱口，間隔 10 min再評定下一個樣品，且評價過程中避免討論。

表1 味噌風味鲅魚罐頭的感官評價標準Table 1 The sensory evaluation criteria for canned miso-flavor Spanish mackerel

1.2.4 模糊數(shù)學模型的建立

參照張斌等[18]和孔祥佳等[19]的方法并加以修改，建立味噌風味鲅魚罐頭的模糊數(shù)學感官評價方法。根據(jù)產(chǎn)品品質評判標準，以色澤、氣味、口感3項指標建立評價因素集U={u1,u2,u3}；以優(yōu)、良、差為評語集V={v1,v2,v3}，各級評語集對應的感官評定標準見表1。根據(jù)感官評定結果，建立3個單因素評價矩陣，用模糊數(shù)學評判方法進行分析。

采用用戶調查法[20]讓感官評定小組成員對產(chǎn)品的3個因素所占比重進行打分，確定權重集a=(a1,a2,a3)，總權重和為1。

模糊數(shù)學感官評價結果為b=a×R，a為權重集，R為評判矩陣。

1.2.5 罐頭配方單因素試驗

1.2.5.1 鹽曲添加量的確定

保持其他調味料添加量不變，味噌添加量為5%，白砂糖添加量為6%，設置鹽曲添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%，以感官為評價指標，進行單因素試驗。

1.2.5.2 白砂糖添加量的確定

保持其他調味料添加量不變，鹽曲添加量為3%，味噌添加量為5%，設置白砂糖添加量分別為4%、5%、6%、7%、8%，以感官為評價指標，進行單因素試驗。

1.2.5.3 味噌添加量的確定

保持其他調味料添加量不變，鹽曲添加量為3%，白砂糖添加量為6%，設置味噌添加量分別為3%、4%、5%、6%、7%，以感官為評價指標，進行單因素試驗。

1.2.6 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以鹽曲(A)、白砂糖(B)、味噌(C)添加量為考察因素，以感官評分(Y)為響應值，進行響應面試驗設計分析，試驗設計見表2。

表2 響應面試驗設計表Table 2 Response surface experiment design table

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組至少做3次平行試驗，試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0、Origin 9.0、Design Expert 8.0.6軟件進行試驗設計和數(shù)據(jù)分析。

2 結果與討論

2.1 模糊數(shù)學感官評價結果

由10人組成的感官評價小組對32個樣品進行評價打分，統(tǒng)計各因素在每個等級中的票數(shù)，進行歸一化得到鲅魚罐頭的感官評價模糊關系矩陣R[21]。

其中，x為樣品編號，每一行代表一個因素的感官評價結果。

根據(jù)色澤、氣味、口感3個因素所占權重確定權重集a=(0.2，0.3，0.5)。

將權重a乘以矩陣R可得到每個樣品的評價結果，矩陣b反映對樣品進行感官評價時優(yōu)、良、差的贊成比。以樣品1為例，其模糊數(shù)學感官評價結果為：

其中，b11=0.2，b12=0.26，b13=0.54，即b1=(0.2，0.26，0.54)；結果表明，在該工藝條件下，有20%的人覺得樣品1為優(yōu)，26%的人覺得樣品1為良，54%的人覺得樣品1為差，同理可得其他樣品的模糊數(shù)學感官評價結果。

2.2 罐頭配方單因素試驗結果分析

2.2.1 單因素試驗感官評價結果

根據(jù)評語集和評價指標等級分布，設定優(yōu)100分，良50分，差0分，即評價等級集 K=(100,50，0)。產(chǎn)品的模糊綜合評價得分T=b·K，由第1個樣品 b1=(0.2，0.26，0.54)可知，第1個樣品的綜合評分 T1=0.2×100+0.26×50+0.54×0=33，同理可得到其他樣品的綜合評分。

2.2.2 鹽曲添加量對感官評分的影響

由圖1可知，隨著鹽曲添加量的增加，感官評分先升高再降低。鹽曲添加量少于3%時，由于添加量過低，導致味道過淡；鹽曲添加量超過3%時，添加量過多，味道過咸，鹽曲的氣味掩蓋了魚肉的香氣，效果不佳。適當?shù)靥砑欲}曲，會提升鲅魚罐頭的整體風味。所以鹽曲添加量為3%時感官評分最高，為62分，此時產(chǎn)品咸度適口，口感最佳。

圖1 鹽曲添加量對感官評分的影響Fig.1 Effect of salt koji additive amount on sensory evaluation score

2.2.3 白砂糖添加量對感官評分的影響

由圖2可知，隨著白砂糖添加量的增加，感官評分先升高再降低。白砂糖添加量少于6%時，由于添加量過低，不能充分和味噌的香氣結合，導致甜味不足，香氣不夠；白砂糖添加量超過6%時，添加量過多，導致甜度過大，掩蓋了魚肉的香氣，效果不好。適當?shù)靥砑影咨疤?，會提高鲅魚罐頭的整體風味。所以，白砂糖添加量為6%時，感官評分最高，為62分，此時產(chǎn)品甜香適宜，口感協(xié)調。

圖2 白砂糖添加量對感官評分的影響Fig.2 Effect of white granulated sugar additive amount on sensory evaluation score

2.2.4 味噌添加量對感官評分的影響

由圖3可知，隨著味噌添加量的增加，感官評分先升高再降低。味噌添加量少于5%時，由于添加量過低，導致味道過淡，且口感不協(xié)調；味噌添加量超過5%時，添加量過多，導致味噌的味道掩蓋了魚肉的香氣，效果不好。適當?shù)靥砑游多?，會提高鲅魚罐頭的整體風味。所以，味噌添加量為5%時，感官評分最高，為69分，此時產(chǎn)品適口，口感協(xié)調。

圖3 味噌添加量對感官評分的影響Fig.3 Effect of miso additive amount on sensory evaluation score

2.3 響應面試驗分析結果

在單因素試驗的基礎上，分別以鹽曲(A)、白砂糖(B)、味噌(C)添加量為試驗因素，以感官評分(Y)為響應值，得到罐頭配方的響應面試驗結果，見表3。將所得的試驗結果進行多元擬合，得到回歸式模型：Y=89.00-2.13A-0.13B+1.00C+0.75AB-0.50AC-0.50BC-7.62A2-2.12B2-2.88C2。

表3 響應面試驗設計及結果表Table 3 Response surface experiment design and results

一般說來，響應面模型的適應性會受到其建模、擬合和優(yōu)化過程的影響而產(chǎn)生誤差，如果模型中的P< 0.05，失擬項值>0.05同時存在，則能證明該模型具有良好的適應性[22]。

由表4可知，模型中P<0.01，模型極顯著；失擬項P>0.05，不顯著，說明構建的模型較可靠。在試驗數(shù)據(jù)與回歸模型的擬合性上，可以通過決定系數(shù)R2進行驗證，R2值越接近于1，模型的可靠性越高。決定系數(shù)R2為94.08%，調整后的決定系數(shù)R2為86.48%，兩者都大于80%，表明該模型擬合效果較好，可以準確地預測罐頭配方條件[23]。

表4 響應面試驗方差分析表Table 4 Response surface test variance analysis

F值能夠反映各因素對響應值的重要性，F(xiàn)值越大，表明對響應值的影響越大[24-25]。由表4可知，根據(jù)F值的大小可以判斷3個因素對感官評分影響的順序為A>C>B，即鹽曲添加量>味噌添加量>白砂糖添加量。其中一次項A對罐頭的感官評分影響顯著(P<0.05)，B，C對產(chǎn)品的感官評分無顯著差異(P>0.05)。二次項A2對感官評分影響極顯著(P<0.01)，B2、C2對結果影響顯著(P<0.05)。交互項AB、BC、AC對結果影響不顯著(P>0.05)。

各影響因素兩兩作用對產(chǎn)品的交互作用見圖4。

圖4 試驗因素間的交互作用對感官評分的影響Fig.4 Effect of interaction of test factors on sensory scores

由圖4可知，在所選范圍內(nèi)各影響因素的交互作用存在極大值，既是響應面的最高點，同時也是等值線最小橢圓的中心點。由表4數(shù)據(jù)分析可知，鹽曲、白砂糖、味噌添加量的兩兩交互作用不顯著(P>0.05)。

通過Design Expert 8.0.6軟件分析得出罐頭的最佳配方參數(shù)為鹽曲添加量3.38%、白砂糖添加量6.02%、味噌添加量5.14%，在此參數(shù)下制得的產(chǎn)品感官評分為87.1分。為了進一步對模型的最優(yōu)組合配方進行準確性和可行性驗證，在鹽曲添加量3.4%、白砂糖添加量6%、味噌添加量5.1%條件下味噌風味鲅魚罐頭的感官值為88分，與模型預測值相近，表明該模型是可靠的。

3 結論

本研究以鲅魚為原料，采用模糊數(shù)學感官評定法，通過單因素試驗和響應面優(yōu)化分析得到罐頭配方的最佳參數(shù)為鹽曲添加量3.4%、白砂糖添加量6%，味噌添加量5.1%，淀粉添加量1%，I+G添加量0.5%，生姜添加量0.5%，在此條件下產(chǎn)品的感官評分為88分，與模型預測值十分接近。經(jīng)此配方得到的味噌風味鲅魚罐頭不僅充分利用了味噌和鹽曲的獨特風味，同時也提高了鲅魚的利用率和食用價值，開闊了罐頭類產(chǎn)品的市場前景。