均勻設(shè)計(jì)和模糊數(shù)學(xué)聯(lián)用優(yōu)化香辣豬肉干配方

周慧，范江平，李睿，段連芳，付曉萍

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

豬肉干作為一種傳統(tǒng)的肉制品具有風(fēng)味獨(dú)特、方便、儲(chǔ)藏期較長(zhǎng)的特點(diǎn)[1-2]，是以豬肉為原料，加入食鹽、調(diào)味料、香辛料等數(shù)10種輔料，經(jīng)選料、腌制、煮制、烘烤、冷卻、包裝等工藝加工成的熟肉干制品，廣受消費(fèi)者的喜愛(ài)[3]。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)創(chuàng)新中發(fā)揮重要作用。豬肉干的原輔料添加較多，構(gòu)建的多因素試驗(yàn)區(qū)域很大且因素與響應(yīng)之間存在非線性關(guān)系情況，因而選擇合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法顯得尤為重要，實(shí)現(xiàn)既能科學(xué)合理安排試驗(yàn)，還能節(jié)約試驗(yàn)材料、降低試驗(yàn)成本等[4]?，F(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐的需求推動(dòng)了試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展與創(chuàng)新，均勻設(shè)計(jì)是將“數(shù)論方法”和“多元統(tǒng)計(jì)”相結(jié)合研究出的全新試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，能借助計(jì)算機(jī)軟件采用多元逐步回歸統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)多個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響進(jìn)行有效分析，從而獲得最優(yōu)的理論試驗(yàn)參數(shù)，與正交試驗(yàn)相比，具有“完全保證均勻性”、節(jié)省工作量的特點(diǎn)[5-7]，更加適用于多因素多水平的試驗(yàn)[8]。此外，在食品評(píng)價(jià)中，感官評(píng)價(jià)非常重要，直接決定消費(fèi)者的購(gòu)買欲望且起主導(dǎo)作用，但諸如顏色、外觀、風(fēng)味等一般均為文字描述，無(wú)法直接數(shù)學(xué)化或定量化，具有模糊性特征。模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法則是依據(jù)模糊變換原理及最大隸屬度原則對(duì)食品品質(zhì)產(chǎn)生影響因素做出總體評(píng)價(jià)的方法[9-11]。比起傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)方法，更加客觀、準(zhǔn)確、具體化，能綜合考慮各種因素對(duì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)的綜合影響，可降低因個(gè)人喜好在評(píng)價(jià)中產(chǎn)生的偏差。目前采用均勻設(shè)計(jì)法與模糊數(shù)學(xué)聯(lián)用優(yōu)化產(chǎn)品配方報(bào)道較少，僅有葉韜等[12]、譚祥峰等[13]、許彬等[14]發(fā)表了相關(guān)成果。本試驗(yàn)以香辣型豬肉干為研究對(duì)象，借助均勻設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)雜的配方原料進(jìn)行優(yōu)化，驗(yàn)證了模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法的可行性和準(zhǔn)確性，為香辣型豬肉干的生產(chǎn)實(shí)踐提供相關(guān)理論依據(jù)，也為今后類似復(fù)雜產(chǎn)品的配方優(yōu)化提供新思路。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

豬后腿肉、雞精、大豆油、香葉粉、花椒粉、辣椒粉、茴香粉、孜然、芝麻、蔥：市售；食鹽：云南省鹽業(yè)有限公司；白糖：昆明香冠食品有限公司；醬油：加加食品集團(tuán)股份有限公司；白酒：重慶江記酒莊有限公司；八角粉、生姜粉、大蒜粉：云南尼羅非食品開(kāi)發(fā)有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

電子天平（FA110AN）：上海精密科學(xué)儀器有限公司；電磁爐（WK2102）：美的集團(tuán)股份有限公司；煙熏爐（30型）：諸城興和機(jī)械有限公司；落地式真空包裝機(jī)（DZ-400）：溫州市華僑包裝機(jī)械廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

1）原料處理：選用新鮮豬后腿瘦肉，去除結(jié)締組織及筋膜。在清水中洗凈，將其切分成0.5 kg左右的肉塊。

2）預(yù)煮：將切好的豬肉塊放入沸水中預(yù)煮約15min，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)肉會(huì)老化，影響入味。待肉塊中間無(wú)血絲后撈出并濾干水分，期間撇去湯中浮沫，保證肉湯清澈，肉湯備用。

3）細(xì)切分：肉塊冷涼后將其切分為30 mm×5 mm×5 mm左右的塊狀備用。肉塊大小一致、厚薄適中便于入味。

4）炒制：以肉重為100%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），在平底鍋中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.00%大豆油、3.00%蔥、0.70%生姜粉、2.50%食鹽、0.50%雞精、4.00%辣椒粉、0.30%花椒粉、2.00%白糖和2.00%醬油，小火煮炒至有香味逸出，放入細(xì)切分的肉塊。

5）復(fù)煮：以肉重為100%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.00%的湯汁、2.50%食鹽以大火煮制。待湯汁將干時(shí)，加入0.30%香葉粉、1.00%白酒、1.00%八角粉、0.70%大蒜粉、0.08%茴香粉、0.80%孜然、5.00%芝麻提香收汁，熬至湯干后取出肉塊，期間需用鍋鏟不停翻動(dòng)，防止黏鍋。

6）烘干：將復(fù)煮后的肉塊放入50℃烘箱中烘烤，期間每隔1.50 h翻動(dòng)一次，以防肉塊表面硬化。待肉塊具有芳香味且肉質(zhì)變干時(shí)取出，即為肉干。

7）包裝：烘烤結(jié)束后，將肉干置于室溫（25℃）中冷卻，密封包裝得到成品。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在預(yù)備試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以每100 g豬肉為標(biāo)準(zhǔn)，固定（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）15.00%大豆油、3.00%蔥、0.70%生姜粉、0.50%雞精、0.30%花椒粉、1.00%白酒、1.00%八角粉、0.70%大蒜粉、0.08%茴香粉、0.80%孜然、5.00%芝麻，烘烤溫度55℃，選擇食鹽添加量（1.50%、2.00%、2.50%、3.00%、3.50%）、醬油添加量（1.00%、2.00%、3.00%、4.00%、5.00%）、白糖添加量（1.00%、2.00%、3.00%、4.00%、5.00%）、辣椒粉添加量（2.00%、4.00%、6.00%、8.00%、10.00%）、香葉粉添加量（0.10%、0.30%、0.50%、0.70%、0.90%）以及烘烤時(shí)間（3.00、3.50、4.00、4.50、5.00 h）6個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，通過(guò)感官評(píng)定的方法確定最佳值。

1.3.4 均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用U10（108）均勻設(shè)計(jì)表安排試驗(yàn)，以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定最佳方案。因素水平如表1。

表1 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels used in uniform design

1.4 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理對(duì)香辣豬肉干進(jìn)行感官評(píng)定

1.4.1 確立因素集、評(píng)語(yǔ)集

評(píng)價(jià)因素集是研究產(chǎn)品感官質(zhì)量的構(gòu)成因素的集合[15]。本研究中，因素集設(shè)為Z，產(chǎn)品模糊評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是以色澤、香氣、口感和外形等4個(gè)要素進(jìn)行評(píng)定，即 Z={色澤 z1；香氣 z2；口感 z3；外形 z4}。

評(píng)語(yǔ)集是邀請(qǐng)10位專業(yè)評(píng)定人員組成感官評(píng)定小組對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)反饋信息的集合，可用文字、具體數(shù)值或等級(jí)表示。本研究中，對(duì)每個(gè)因素按優(yōu)秀、良好、較差等級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)語(yǔ)集設(shè)為 V，V={優(yōu) v1；良 v2；差 v3}，并分別賦予 90、80、70 分。

1.4.2 確定權(quán)重

依據(jù)本次試驗(yàn)中肉干的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，權(quán)重集定義為 A，A={0.30；0.20；0.30；0.20}，其中色澤占30%，香氣占20%，口感占30%，外形占20%，權(quán)重總和為1。

1.4.3 感官評(píng)定

10位感官評(píng)價(jià)人員根據(jù)香辣豬肉干配方感官評(píng)價(jià)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)10組樣品的色澤、香氣、口感、外形4個(gè)方面進(jìn)行等級(jí)確定，感官標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 香辣豬肉干配方感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation table of spicy dried pork recipe

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 24.0和Microsoft office Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)前期試驗(yàn)，固定條件因素，選擇食鹽添加量、醬油添加量、香葉粉添加量、辣椒粉添加量、白糖添加量及烘烤時(shí)間6個(gè)因素，通過(guò)感官評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 各因素對(duì)肉干感官評(píng)分的影響Fig.1 Effects of various factors on sensory score of dried meat

在肉干中添加食鹽不僅影響肉干的風(fēng)味，還可起到去腥、提鮮、防腐的作用。由圖1可知，食鹽添加量過(guò)少時(shí)口味較淡，過(guò)多時(shí)則齁咸，當(dāng)其為2.00%時(shí)，感官評(píng)分最高，此時(shí)豬肉干咸淡適中，滋味良好。

本試驗(yàn)中所用醬油為老抽，在影響肉干滋味同時(shí)，對(duì)肉干色澤也有顯著影響。添加量過(guò)少，則使肉干肉色暗淡，呈淡白色；添加量過(guò)多時(shí)，肉色呈深黑色，且口感較咸。當(dāng)其添加量為4.00%時(shí)，肉干顏色棕紅，與白芝麻搭配食用時(shí)，有較好的色澤和風(fēng)味，可提升肉干總體感官評(píng)分。

香辛料是制作豬肉干的重要輔料，香葉粉、辣椒粉都在其中起到提香、去腥的作用。對(duì)能賦予肉干良好的香味和滋味，對(duì)其有重要影響。添加量過(guò)少不能掩蓋肉腥味，且肉干滋味淡，無(wú)芳香味；添加量過(guò)多則會(huì)過(guò)辣、嗆人。香葉粉最佳添加量為0.50%、辣椒粉最佳添加量為8.00%此時(shí)感官評(píng)分最高。

白糖在食品加工中是較為重要的風(fēng)味改良劑，其添加量的多少對(duì)于肉干的加工起到了增味[16]、抗咸、上色等作用，也具有一定防腐作用。由圖1可知，在白糖添加量過(guò)高（5.00%）時(shí)，其感官評(píng)分最低，此時(shí)甜味過(guò)濃，導(dǎo)致風(fēng)味變差；當(dāng)添加量為4%的時(shí)候評(píng)分達(dá)到峰值，此時(shí)肉干甜度適中，呈現(xiàn)出良好的口感。

烘烤時(shí)間也是肉干加工的重要影響因素，在烘烤時(shí)能使肉干具有其獨(dú)特的芳香味，并影響著肉干的硬度和色澤。烘烤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使肉干水分含量過(guò)低，質(zhì)地過(guò)于堅(jiān)硬，難以咀嚼，且焦糖化過(guò)度，弱化了原有風(fēng)味；時(shí)間過(guò)短則水分含量過(guò)高，不易保存，質(zhì)地軟爛。當(dāng)烘烤時(shí)間為3.50 h時(shí)，肉干硬度適中，滋氣味較好，感官評(píng)分最高。

2.2 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分統(tǒng)計(jì)結(jié)果

10名感官評(píng)定員對(duì)10組樣品進(jìn)行等級(jí)確定，確定各因素在每個(gè)等級(jí)中的票數(shù)分布見(jiàn)表3。

表3 感官評(píng)定票數(shù)統(tǒng)計(jì)分布Table 3 Vote distributions of sensory evaluation

2.2.2 建立模糊矩陣

將表3中各級(jí)的票數(shù)依次除以總評(píng)定人數(shù)（10人），算出贊成的比率，并按照矩陣排列得出各組樣品的模糊矩陣Rj[17-19]，以第一組色澤為例：3人選優(yōu)，6人選良，1 人選差，因此得到色澤=（0.3，0.6，0.1）；同理可得香氣=（0.9，0.1，0.0）、口感=（0.7，0.3，0.0）、外形=（1.0，0.0，0.0），樣品 1 號(hào)的模糊矩陣如下。

同理可得2～10號(hào)樣品矩陣，結(jié)果如下。

2.2.3 確定綜合評(píng)判結(jié)果集及綜合得分

通過(guò)矩陣乘法得出10組樣品對(duì)各因素的綜合隸屬度Y（Y=Z×R），其中樣品1的綜合隸屬度Y1如下。

同理可得Y2～Y10，經(jīng)歸一化處理后將綜合評(píng)判結(jié)果分別乘以其對(duì)應(yīng)的分值相加可得出樣品的最后總得分，樣品1的總得分為0.680×90+0.290×80+0.030×70=86.5，同理可得樣品2～10的感官總得分。綜合評(píng)判結(jié)果及感官評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 綜合評(píng)判結(jié)果和感官評(píng)分Table 4 Comprehensive evaluation result and the sensory score

由直觀分析法可知，最優(yōu)組為試驗(yàn)2號(hào)，感官評(píng)分為88.4。

2.2.4 多元線性回歸模型和多元二項(xiàng)式回歸模型分析使用SPSS24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行多元回歸分析[20]，分別設(shè)定自變量食鹽添加量（X1）、醬油添加量（X2）、白糖添加量（X3）、辣椒粉添加量（X4）、香葉粉添加量（X5）、烘烤時(shí)間（X6）和因變量感官評(píng)分（Y）。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，方差分析顯著性結(jié)果P=0.548＞0.05，說(shuō)明使用多元線性回歸模型不能顯著性地分析自變量與因變量之間的變化，故分別設(shè)定 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X12、X22、X32、X42、X52、X62為自變量，Y為因變量。再次進(jìn)行多元回歸分析[21]，結(jié)果見(jiàn)表5～表6。

表5 多元線性回歸方差分析Table 5 Multilinear regression variance analysis

表6 多元多項(xiàng)式回歸模型偏相關(guān)系數(shù)Table 6 Partial correlation coefficients for multiple polynotion models

由表5和表6可知，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=1.000、決定系數(shù)R2=1.000，且具有顯著性。去除不顯著項(xiàng)后，得到感官評(píng)分和6個(gè)因素的多元二項(xiàng)式回歸方程確定為Y=32.105-1.322X2+9.163X3-23.008X5+2.428X12-0.227X22-0.260X32+0.269X42+13.008X52+0.893X62。通過(guò)Excel“規(guī)劃求解”分析回歸方程得出最優(yōu)配方食鹽添加量3.50%、醬油添加量1.00%、白糖添加量5.00%、辣椒粉添加量11.00%、香葉粉添加量0.10%、烘烤時(shí)間5.00 h。由于采用多元回歸模型進(jìn)行分析獲得的結(jié)果具有多樣性，因此采用方程代入法對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。將直觀法最優(yōu)方案試驗(yàn)2號(hào)帶入回歸方程中求得Y值為88.38，低于Excel規(guī)劃求解所得Y值152.32。表明回歸模型合理、可靠，可用于實(shí)際生產(chǎn)操作。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)基于均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化了香辣豬肉干的配方設(shè)計(jì)，建立回歸方程為Y=32.105-1.322X2+9.163X3-23.008X5+2.428X12-0.227X22-0.260X32+0.269X42+13.008X52+0.893X62。該模型預(yù)測(cè)能力較好，回歸方程獲得目標(biāo)值與驗(yàn)證結(jié)果接近，能較好地解釋自變量與因變量之間的關(guān)系，適用于香辣豬肉干配方優(yōu)化研究。利用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法對(duì)香辣豬肉干進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出香辣豬肉干的優(yōu)化配方為食鹽添加量3.50%、醬油添加量1.00%、白糖添加量5.00%、辣椒粉添加量11.00%、香葉粉添加量0.10%、烘烤時(shí)間5.00 h，按此配方研制的產(chǎn)品品質(zhì)最佳。