模糊數(shù)學(xué)模型在酶解法蠔汁感官評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

陳建旭 陳志光 黃健玲 李桂花 曾慧芯 李麗珊

摘要 以生蠔為原料制備酶解法蠔汁，對(duì)比酶解溫度、酶解時(shí)間及酶添加量對(duì)蠔汁感官評(píng)分的影響，并以酶解溫度、酶解時(shí)間和酶添加量為考察因素，利用模糊數(shù)學(xué)模型結(jié)合響應(yīng)面的方法優(yōu)化酶解法蠔汁的加工工藝。結(jié)果表明：酶解時(shí)間對(duì)蠔汁的感官評(píng)分影響最大，其次是酶解溫度，酶添加量對(duì)蠔汁感官評(píng)分影響最小。確定了酶解法蠔汁最佳工藝參數(shù)，即酶解時(shí)間3.6 h，酶解溫度50 ℃，酶添加量0.15%。在該優(yōu)化工藝條件下生產(chǎn)的酶解法蠔汁色澤光鮮，鮮美蠔味突出，鮮蠔香氣濃郁，感官評(píng)分為85.05，與響應(yīng)面預(yù)測(cè)值85.44擬合良好。

關(guān)鍵詞 酶解；蠔汁；模糊數(shù)學(xué)；響應(yīng)面法

中圖分類號(hào) TS264.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2023）09-0149-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.037

Abstract Oyster extractives of enzymatic hydrolysis process was made from oyster. The effects of enzymolysis temperature， enzymolysis time and total enzyme amount on the yield of the sensory scores were studied. Fuzzy mathematical model combined with response surface method is used to optimize the processing of oyster extractives.Based on the results of single factor test， the yield response was analyzed using method of response surface analysis. The results showed that the order influenced the sensory scores was enzymolysis time ＞enzymolysis temperature ＞total enzyme amount. The optimal enzymatic conditions were： enzymolysis time 3.6 h， enzymolysis temperature of 50 ℃， total enzyme amount 0.15%. Under the optimal conditions， oyster extractives of enzymatic hydrolysis process have bright color， good and strong flavor of oyster ，and the sensory score of oyster extractives was 85.05， which was in good agreement with the predicted value by methodology of 85.44.

Key words Enzymatic;Oyster extractives;Fuzzy mathematics;Response surface methodology

作者簡(jiǎn)介 陳建旭（1982—），男，廣東陽(yáng)江人，工程師，碩士，從事食品化學(xué)和香精香料研究。

生蠔（Oyster）是牡蠣的別稱，因其屬于低脂肪高蛋白食物，營(yíng)養(yǎng)豐富，含有微量元素鋅、?；撬?、人體必需氨基酸和呈味氨基酸而被廣泛食用，素有“海底牛奶”之稱［1］。蠔油是利用生蠔蒸煮后的汁液進(jìn)行濃縮或直接用生蠔肉酶解，然后再加入食糖、食鹽、淀粉或變性淀粉等原料，輔以其他配料和食品添加劑制成的水產(chǎn)調(diào)味品［2］，具有天然海產(chǎn)品風(fēng)味特征，色澤光鮮亮麗，滋味濃郁鮮美，氣味芬芳怡人等特點(diǎn)［3］，味道鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，老少皆宜，受到消費(fèi)者的喜愛(ài)和追捧。

蠔汁是蠔油呈現(xiàn)蠔特征香氣的主體，為蠔油提供豐富的氨基酸、核糖核酸、糖原、有機(jī)酸、酯類物質(zhì)、微量元素和礦物質(zhì)等，其含量直接影響蠔油呈味和呈香的品質(zhì)［4-6］。傳統(tǒng)蠔汁是將生蠔進(jìn)行簡(jiǎn)單的蒸煮，然后收集生蠔蒸煮的汁液進(jìn)行濃縮，其營(yíng)養(yǎng)成分基本屬于水溶性，生蠔中的其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并未得到釋放，也限制了蠔油生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大。生蠔通過(guò)酶解生物技術(shù)處理后，不僅可以使水溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到充分的釋放，還進(jìn)一步增加了蠔汁中礦物質(zhì)、微量元素、氨基酸、小分子肽和多肽等物質(zhì)的含量［4］，大幅提高了蠔汁無(wú)鹽固形物和氨基酸態(tài)氮的含量，從而可以擴(kuò)大蠔油整體產(chǎn)量，以滿足市場(chǎng)的需求。

傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)使得評(píng)價(jià)人員對(duì)測(cè)試樣品的評(píng)估往往傾向于語(yǔ)言描述，難以用數(shù)字進(jìn)行量化，主觀差異比較明顯，具有一定的局限性［7］。而模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)恰好能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)的不足之處，可以為每個(gè)描述性的語(yǔ)言進(jìn)行賦值和編碼，經(jīng)過(guò)一定的邏輯運(yùn)算，使每份測(cè)試樣品獲得一個(gè)數(shù)值，更具客觀性［7-9］。目前模糊數(shù)學(xué)模型感官評(píng)定已廣泛應(yīng)用于肉制品、調(diào)味品、休閑食品和飲品等食品領(lǐng)域［10-13］。

目前，對(duì)傳統(tǒng)蒸煮法蠔汁研究報(bào)道較多，尚鮮見(jiàn)有關(guān)酶解法蠔汁感官評(píng)價(jià)的研究報(bào)道。因此筆者在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用模糊數(shù)學(xué)模型結(jié)合響應(yīng)面的方法優(yōu)化酶解法蠔汁的加工工藝，以期為生蠔資源的深度開(kāi)發(fā)和綜合利用提供新的途徑和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮生蠔，廣東省陽(yáng)西縣程村鎮(zhèn)市場(chǎng)；復(fù)合風(fēng)味酶（堿性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶），安琪酵母股份有限公司；食用鹽，廣東鹽業(yè)有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

JYL-Y921九陽(yáng)高速破壁調(diào)理機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；LT3002E電子天平，常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司；JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，上海標(biāo)本模型廠；ZNHW-II1000ML加熱套，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；SHA-B水浴恒溫振蕩器，常州澳華儀器有限公司；BCE2241-1CCN電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酶解法蠔汁的制備工藝流程。

生蠔去殼、除雜→搗碎→酶解→過(guò)濾→濃縮→熱反應(yīng)→調(diào)配→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)。

將生蠔清洗干凈并去殼、除雜，所收集的生蠔肉按料水比1∶1（g/mL）一起放入高速破壁調(diào)理機(jī)中打漿，得到生蠔勻漿。加入一定量的復(fù)合蛋白酶，置于一定溫度的水浴鍋中進(jìn)行一定時(shí)間的酶解，再于95 ℃水浴中滅酶15 min，冷卻至室溫。將酶解液過(guò)120目的篩網(wǎng)，然后在微沸狀態(tài)下濃縮至最初生蠔肉的重量，將所得濃縮酶解蠔汁置于恒溫反應(yīng)器98 ℃反應(yīng)6 h，最后加食用鹽調(diào)配至含鹽量為18%。

1.3.3 酶解法蠔汁工藝優(yōu)化試驗(yàn)［14-15］。

根據(jù)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)原則，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以酶解時(shí)間、酶解溫度和酶添加量為自變量，以酶解法蠔汁的色澤、滋味、體態(tài)和氣味為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)模型評(píng)定方法得到酶解法蠔汁的品質(zhì)綜合評(píng)分為響應(yīng)值，進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面分析。試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

1.3.4 感官評(píng)價(jià)方法。

參照蠔汁的感官評(píng)價(jià)要求［16］，由10名技術(shù)中心研發(fā)部食品工程師組成感官評(píng)價(jià)小組，制訂感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

1.3.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立［7-11］。

以酶解法蠔汁的色澤、滋味、體態(tài)、氣味作為評(píng)價(jià)因素，組成評(píng)價(jià)因素集U=（U1，U2，U3，U4）；評(píng)語(yǔ)集為V=（V1，V2，V3，V4）T=（優(yōu)，良，中，差）T，其中優(yōu)90分，良80分，中70分，差60分。各因素權(quán)重集K的確定：由10位技術(shù)中心研發(fā)部食品工程師為各因素打分（表3），得出各因素的權(quán)重集K=（K1，K2，K3，K4）=（色澤，滋味，體態(tài)，氣味）=（0.225，0.255，0.235，0.285）。

構(gòu)建模糊數(shù)學(xué)模型Yj=K·Rj

式中，Yj為模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果，K為各因素的權(quán)重集，Rj為每個(gè)樣品的模糊評(píng)價(jià)矩陣。然后對(duì)等級(jí)因素進(jìn)行賦值，得到感官評(píng)價(jià)得分。

Sj=Yj·V

式中，Sj為感官評(píng)價(jià)得分，Yj為模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果，V為評(píng)價(jià)集。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 酶解時(shí)間考察結(jié)果。

在酶解溫度50 ℃、酶添加量0.15%的條件下，酶解時(shí)間分別選擇1、2、3、4、5 h進(jìn)行試驗(yàn)，考察酶解時(shí)間對(duì)酶解法蠔汁感官評(píng)分的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，酶解時(shí)間對(duì)酶解法蠔汁的感官評(píng)分有顯著影響，感官評(píng)分隨著酶解時(shí)間的增加而升高，但是到達(dá)一定的時(shí)間后，感官評(píng)分又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是由于酶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生了一些不良?xì)馕叮斐缮柕鞍踪|(zhì)過(guò)度酶解，釋放出過(guò)多呈苦味、澀味的氨基酸，從而引起口感不好。

2.1.2 酶解溫度考察結(jié)果。

在酶解時(shí)間3 h、酶添加量0.15%的條件下，酶解溫度分別選擇30、40、50、60、70 ℃進(jìn)行試驗(yàn)，考察酶解溫度對(duì)酶解法蠔汁感官評(píng)分的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，酶解溫度對(duì)酶解法蠔汁的感官評(píng)分有顯著影響，感官評(píng)分隨著酶解溫度的增加而升高，但是超過(guò)60 ℃后，感官評(píng)分急劇降低。在酶解時(shí)間和酶添加量不變的條件下，隨著酶解溫度的升高，酶的活性隨之增加，酶解產(chǎn)物提高，但是酶解溫度過(guò)高，會(huì)影響酶的活性，從而造成生蠔蛋白酶的水解程度偏低，進(jìn)而影響到蠔汁的滋味、體態(tài)和香氣，使得感官評(píng)分下降。

2.1.3 酶添加量考察結(jié)果。

在酶解時(shí)間3 h，酶解溫度50 ℃的條件下，酶添加量（按生蠔的質(zhì)量計(jì)算）分別選擇0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%進(jìn)行試驗(yàn)，考察酶添加量對(duì)酶解法蠔汁感官評(píng)分的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)的酶添加量對(duì)感官評(píng)分的影響不如酶解時(shí)間和酶解溫度對(duì)感官評(píng)分的影響大，隨著酶添加量的增大，感官評(píng)分緩慢升高，酶添加量超過(guò)0.15%后，感官評(píng)分開(kāi)始緩慢降低。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用中心組合設(shè)計(jì)原理進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到17種試驗(yàn)方案，邀請(qǐng)公司技術(shù)中心20位同事（其中10位同事為研發(fā)部工程師，10位同事為品控部人員），對(duì)17種不同酶解條件的酶解法蠔汁進(jìn)行優(yōu)、良、中、差4級(jí)感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。

2.2.2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)17組酶解法蠔汁的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分結(jié)合響應(yīng)面分析，其試驗(yàn)結(jié)果和方差分析見(jiàn)表5、6。

用Design-Expert 12軟件對(duì)表5的結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，得到酶解法蠔汁感官評(píng)分（Y）和酶解時(shí)間（X1）、酶解溫度（X2）、酶添加量（X3）的編碼的二次多項(xiàng)式回歸方程如下：Y=83.940 0+4.960 0X1-0.852 5X2-0.213 7X3+1.670 0X1X2-0.110 0X1X3-5.600 0X2X3-4.140 0X12-4.570 0X22-6.160 0X32。

由表6可知，模型的F值為48.620 0，P＜0.000 1，達(dá)到極顯著水平，失擬項(xiàng)P=0.125 5＞0.05不顯著，說(shuō)明方程擬合程度良好，可用于酶解法蠔汁生產(chǎn)工藝參數(shù)模型分析。由表6的F值大小順序可知，各工藝條件對(duì)酶解法蠔汁感官評(píng)分的影響表現(xiàn)為X1＞X2＞X3，即酶解時(shí)間＞酶解溫度＞酶添加量。方差分析各因素顯著性結(jié)果顯示，X1、X1X2、X2X3、X12、 X22、X32達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。因此，可利用該模型進(jìn)行酶解法蠔汁的感官評(píng)價(jià)。剔除不顯著項(xiàng)，得到優(yōu)化后的響應(yīng)面回歸方程為

Y=83.94+4.96X1+1.67X1X2-5.60X2X3-4.14X12-4.57X22-6.16X32

2.2.3 因素交互作用分析。

由表6可知，試驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型中X1X3交互影響較小，X1X2、X2X3的交互作用顯著，即酶解時(shí)間和酶解溫度之間的交互影響對(duì)酶解法蠔汁感官評(píng)分有顯著影響，酶解溫度和酶添加量之間的交互影響對(duì)酶解蠔汁感官評(píng)分有顯著影響。它們交互作用響應(yīng)曲面和等高線見(jiàn)圖4、5。

從圖4可以看出，當(dāng)提取時(shí)間一定時(shí)，酶解溫度在40～60 ℃，酶解法蠔汁的感官評(píng)分先是顯著增大，但到達(dá)一定值時(shí)，又開(kāi)始慢慢減??；當(dāng)酶解溫度一定時(shí)，提取時(shí)間在2.0～4.0 h，酶解法蠔汁的感官評(píng)分先逐漸增大，到達(dá)一定值時(shí)，又開(kāi)始減小。

從圖5可知，當(dāng)酶解溫度一定時(shí)，酶添加量在0.10%～0.20%，酶解蠔汁的感官評(píng)分先增大，到達(dá)0.15%時(shí)，變化趨于平緩；當(dāng)酶添加量一定時(shí)，酶解溫度在40～60 ℃，酶解法蠔汁先逐漸增大，到達(dá)一定值時(shí)，感官評(píng)分緩慢變小。

2.3 最佳工藝條件試驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用Design-Expert 12軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，得到酶解法蠔汁感官評(píng)分的最高工藝參數(shù)為：酶解時(shí)間3.61 h，酶解溫度50.44 ℃，酶添加量0.147 8%，預(yù)測(cè)酶解法蠔汁感官評(píng)分為85.436 6。結(jié)合實(shí)際操作的可行性，將最佳工藝參數(shù)修正為：酶解時(shí)間3.6 h，酶解溫度50 ℃，酶添加量0.15%，在該條件下進(jìn)行酶解法蠔汁感官評(píng)分的驗(yàn)證試驗(yàn)，做3份平行試樣，酶解法蠔汁的感官評(píng)分為85.05，與模型預(yù)測(cè)值基本符合。

3 結(jié)論

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)構(gòu)建模糊數(shù)學(xué)模型并結(jié)合Design-Expert 12的Box-Behnken（BBD）中心組合原理設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，并采用響應(yīng)面分析法對(duì)酶解法蠔汁感官評(píng)分進(jìn)行分析，建立以酶解時(shí)間（X1）、酶解溫度（X2）、酶添加量（X3）為自變量，以酶解法蠔汁感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值的多元二次回歸數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行方差分析和可信度分析，回歸決定系數(shù)為0.984 3，回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)（P＝0.125 5＞0.05）不顯著。根據(jù)優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，選擇酶解時(shí)間3.6 h，酶解溫度50 ℃，酶添加量0.15%，酶解法蠔汁的感官評(píng)分為85.05，與預(yù)測(cè)值基本相符。說(shuō)明采用模糊數(shù)學(xué)模型并結(jié)合響應(yīng)面法建立的酶解法蠔汁感官評(píng)分穩(wěn)定可行，可應(yīng)用于酶解法蠔汁的生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 文志州.響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合酶酶解牡蠣蛋白的工藝研究［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2016，37（12）：96-99.

［2］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).蠔油：GB/T 21999—2008［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］ 韓碩，鄭姣姣，李永歌.酸水解植物蛋白調(diào)味粉在蠔油中的應(yīng)用［J］.中國(guó)調(diào)味品，2019，44（1）：136-140.

［4］ 張婷婷，詹妙新，張賓樂(lè)，等.牡蠣干酶法制備海鮮調(diào)味基料的研究［J］.中國(guó)調(diào)味品，2021，46（9）：105-111.

［5］ 劉亞，藍(lán)玉雪.不同煮制時(shí)間的近江牡蠣煮制液的風(fēng)味分析與評(píng)價(jià)［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2013，39（3）：83-88.

［6］ 梁影.模糊數(shù)學(xué)法在牡蠣發(fā)酵呈味基料感官評(píng)定中的應(yīng)用［J］.中國(guó)調(diào)味品，2020，45（4）：174-176，180.

［7］ 蘇復(fù)工，劉少偉，娜音圖.模糊數(shù)學(xué)模型在豌豆素食雞排感官評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)調(diào)味品，2022，47（5）：105-109.

［8］ PERROT N，IOANNOU I，ALLAIS I，et al.Fuzzy concepts applied to food product quality control：A review［J］.Fuzzy sets and systems，2006，157（9）：1145-1154.

［9］ SINIJA V R，MISHRA H N.Fuzzy analysis of sensory data for quality evaluation and ranking of instant green tea powder and granules［J］.Food bioprocess technology，2011，4（3）：408-416.

［10］ 任艷梅.基于模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)特色風(fēng)味鹵蛋的品質(zhì)［J］.中國(guó)調(diào)味品，2021，46（6）：122-124.

［11］ 潘志民，鄒文中，鄒艾一，等.模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化培根加工工藝［J］.食品與機(jī)械，2014，30（2）：201-205.

［12］ 程文龍，王麗，李雪，等.模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化蘆筍果糕加工工藝［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2021，42（23）：59-66.

［13］ 曹環(huán)，吳平艷，崔洪亮，等.基于模糊數(shù)學(xué)法綜合評(píng)價(jià)金耳石斛保健飲料的制備工藝［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，42（2）：159-161，164.

［14］ 陳建旭，黃生權(quán)，敖宏，等.赤靈芝中水溶性蛋白響應(yīng)面法優(yōu)化提?。跩］.現(xiàn)代食品科技，2009，25（6）：661-664，668.

［15］ 張莉，劉漢斌，昝軍民，等.響應(yīng)面法優(yōu)化酶法制備馬鈴薯汁工藝［J］.中國(guó)食品添加劑，2019，30（3）：133-139.

［16］ 中華人民共和國(guó)商務(wù)部.蠔汁：SB/T 11191—2017［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.