基于模糊数学法优化巴沙鱼糜脆片微波膨化工艺研究

薛 山，杜楚玲

（1.闽南师范大学生物科学与技术学院，福建 漳州 363000；2.菌物产业福建省高校工程研究中心，福建 漳州 363000）

巴沙鱼（Pangasius bocourti）为芒鲶属动物，原产于泰国、老挝等东南亚国家，是重要的淡水养殖鱼品，在国际市场上占有重要地位。巴沙鱼具有易养殖、生长快的特点，因此具有较高的经济价值，同时，鉴于其具有肉质鲜美、营养价值高、优质蛋白质和多不饱和脂肪酸丰富且易消化等特性，市场消费需求广阔[1-2]。目前，巴沙鱼的产品尚比较单一，常用于海鲜调味品基料[3]、鱼皮明胶提取利用[4]等，其休闲加工食品仍需进一步开发。

随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，微波膨化食品愈加受到消费者的欢迎。微波膨化技术能够将微波能量在到达物料深层后转换成热能，使物料深层的水分迅速蒸发并形成较高内部蒸汽压力，从而迫使物料膨化，其加工时间短，且能够实现膨化、干燥和杀菌工艺同时完成[5]。同时，采用微波膨化技术制作脆片不仅消除了油炸脆片易产生致癌物的隐患，还克服了其他方法复杂且耗时的缺陷，被认为是一种可行性强的新型脆片加工方法[6-7]。

模糊数学评定法是由Zadeh创建的一种评定方法，通过建立模糊综合评价的评判因素集、评语集、权重集以及建立矩阵和权重之间的运算，将模糊的、定性的指标转变为清晰的、定量的指标[8-9]。将模糊数学评定法与感官评价相结合，能够大幅降低评价过程中人为主观误差，已广泛用于食品工艺优化[10]、食品品质检测[11]、工作评价[12-13]等多个领域。

本研究以巴沙鱼制成的鱼糜为原料，采用微波膨化技术，建立模糊数学感官评分评价体系，通过单因素和响应曲面优化试验，优化巴沙鱼糜脆片的配方比例及加工工艺，研发新型巴沙鱼休闲产品，以期满足消费者安全、营养、便捷的消费需求。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

大小均匀的冷冻巴沙鱼，中盐牌精盐，三象牌糯米粉，金宝象牌白砂糖，百年宏云牌小苏打，安佳牌黄油，纯净水，鸡蛋，以上原料均购于漳州大润发超市。

1.1.2 仪器与设备

G70F20CN1L-DG（B1）型微波炉，格兰仕微波炉电器有限公司；HX-J3011型奥克斯绞肉机，佛山市海迅电器有限公司；JR05-300型绞肉机，苏泊尔生活电器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

原料预处理→清洗搅拌→擂溃→混料（添加辅料）→成型→熟化→冷却→切片整形→微波膨化→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料预处理

利用微波炉自带的解冻功能将冷冻的巴沙鱼解冻，用时约96 s。

1.2.2.2 清洗搅拌

将鱼肉清洗后用绞肉机绞碎至鱼糜状。

1.2.2.3 擂溃

称取鱼糜，添加适量食盐，使用绞肉机擂溃3 min，使鱼糜具有一定黏性。

1.2.2.4 混料

将黄油放置室温软化，鸡蛋打散，然后将糯米粉、盐、白砂糖、小苏打、蛋液、水、黄油依次加入擂溃好的鱼糜中，进行充分搅拌。

1.2.2.5 成型

对混料进行揉搓排气，直至鱼糜混料无大气孔后停止揉搓，将成型好的鱼糜面团放在100℃的蒸锅中熟化3 min[14]。

1.2.2.6 冷却

将熟化后的鱼糜面团冷却至室温后放置于冰箱中冷却15 min。

1.2.2.7 切片整形

将冷却后的面团整形成长条后切成规格为2 cm×2 cm×0.2 cm的方形薄片[14]。

1.2.2.8 微波膨化

采用不同的微波参数对鱼糜片进行膨化。

1.2.3 微波膨化工艺试验

通过预试验确定微波功率490 W，微波时间70 s，以鱼糜质量为基准，添加50.25%糯米粉、16.02%水、10.38%蛋液、4.50%蔗糖、6.62%黄油、1.00%盐、0.75%小苏打，脆片厚度为2 mm。

1.2.4 单因素试验设计

以“1.2.3”微波膨化工艺预试验结果为固定因素，分别考察不同微波时间（50、60、70、80、90 s）、不同微波功率（350、420、490、560、630 W）、不同食盐用量（0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%）、不同糖用量（2.5%、3.5%、4.5%、5.5%、6.5%）、不同小苏打用量（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%）对鱼糜脆片模糊数学感官评分的影响。

1.2.5 模糊数学感官评价体系

1.2.5.1 感官评价方法

由食品系教师和学生共10人组成的评价小组分别对鱼糜脆片的组织状态、色泽、口感、气味4个指标进行感官评价，每个指标分为好、较好、一般、差4个评定等级。鱼糜脆片感官品质评价标准见表1。

表1 鱼糜脆片感官品质评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria for surimi crisp chips

1.2.5.2 模糊数学感官评价体系的建立

参考张云亮等[5]的方法建立鱼糜脆片模糊数学感官评价体系。根据鱼糜脆片的感官评定标准，设定因素集K={组织状态，色泽，口感，气味}作为感官品质指标评价集，L={好，较好，一般，差}作为评语集。

1.2.6 响应面优化试验设计

对单因素试验的结果进行方差分析，发现微波时间、微波功率、小苏打用量对鱼糜脆片感官评分的影响显著，根据Box-Benhnken试验设计原理，以模糊数学感官评分为指标，采用Design Export 8.0软件对鱼糜脆片加工工艺进行优化，确定脆片的最佳配方和工艺条件，响应面优化试验因素与水平如表2所示。

表2 响应面试验因素与水平Table 2 Response surface experimental factors and levels

1.2.7 数据处理

采用Excel 2016对试验数据进行处理和绘图，用Origin 8.0软件进行图表制作，用Design Expert 8.0软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 模糊数学感官评价结果

2.1.1 评价结果

由10位感官评价人员对前期制作的25份样品进行4个指标的评测，对评分结果进行收集整理，得到鱼糜脆片的感官评价结果，见表3。

2.1.2 模糊矩阵的建立

如表3所示，从10位感官评价人员对1号产品的4个指标评分得到评价矩阵：

表3 鱼糜脆片感官评分结果Table 3 Sensory evaluation results of surimi crisp chips

同理得R2～R25评价矩阵：

由评价人员对鱼糜脆片的组织状态、色泽、口感、气味指标进行评分，并给出其所占产品品质重要性的比例，即组织状态0.25、色泽0.2、口感0.4、气味0.15，构成评价体系权重集X={0.25，0.2，0.4，0.15}，参照比例集计算公式Y=X·R，代入第1组数据得：

同理根据上述公式Y=X·R，求得各比例集为：

设定评定等级为好1 00分，较好80分，一般60分，差40分，得评价等级集为根据公式T=Y·D，代入1号样品的数据：

同理由上述公式T=Y×D计算可得T2～T25样品的模糊数学感官评分：T2=63.7，T3=92.2，T4=62.9，T5=46.7，T6=63.8，T7=96，T8=78.6，T9=59.4，T10=43.9，T11=93.6，T12=83.9，T13=74.2，T14=70.3，T15=60.7，T16=63.8，T17=86.8，T18=93.2，T19=70，T20=64.1，T21=74.1，T22=96.6，T23=79.4，T24=64.5，T25=55.7。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 微波时间对鱼糜脆片感官品质的影响

微波膨化处理能够改变食品的感官品质、物化及营养特性[15-16]。由图1可知，微波时间对巴沙鱼糜脆片感官品质影响显著，在70 s时感官品质达到最高92.2分。微波膨化时间太短时，鱼糜脆片得不到充分的熟化，组织较软不酥脆，色泽偏白，没有浓郁的脆片香味，而当微波时间超过70 s时，脆片组织开始焦糊，导致脆片感官评分较低。

图1 微波时间对鱼糜脆片感官品质的影响Fig.1 Effects of microwave time on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.2 微波功率对鱼糜脆片感官品质的影响

由图2可见，微波功率对鱼糜脆片感官品质的影响显著，当微波功率为420 W时，产品的感官评分达最大值。推测该原因是当功率较低时，产能较少，脆片得不到充分膨化，导致组织松软，感官状态不佳，而当微波功率大于420 W时，脆片过分被膨化，导致组织残渣较多，并且大面积烤焦，样品评分降低[17]。

图2 微波功率对鱼糜脆片感官品质的影响Fig.2 Effects of microwave power on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.3 盐用量对鱼糜脆片感官品质的影响

由图3可知，鱼糜脆片的感官评分随着盐量的增加而逐渐下降，当盐用量为0.5%时，评分最高。原因可能是当盐用量超过0.5%时，组织形态、色泽、口感、气味的综合感官评分整体呈下降趋势，尤其是食盐添加量过多时口感偏咸，降低了总体分值[18]。

图3 盐用量对鱼糜脆片感官品质的影响Fig.3 Effects of salt additions on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.4 糖用量对鱼糜脆片感官品质的影响

由图4可知，鱼糜脆片的感官评分随着糖用量的增加先升高后降低，当糖用量为4.50%时，产品感官评分最高。适量的糖用量能够改善微波膨化食品的风味和口感[18]。

图4 糖用量对鱼糜脆片感官品质的影响Fig.4 Effects of sugar additions on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.2.5 小苏打用量对鱼糜脆片感官品质的影响

随着小苏打用量的增加，鱼糜脆片的感官评分呈现先升高后降低的趋势，当小苏打用量为0.5%时，脆片感官评分最高。小苏打常作为膨松剂用于膨化食品的加工，有利于脆片的成型[14]，适量的小苏打能够改善脆片组织结构，使口感酥脆，色泽均匀，提升感官评分，但当小苏打用量过高时口感发苦，且颜色较深，总体评分下降。

图5 小苏打用量对鱼糜脆片感官品质的影响Fig.5 Effects of baking soda additions on the sensory qualities of surimi crisp chips

2.3 响应面优化试验结果

以微波功率、微波时间、小苏打用量为自变量，以模糊数学感官评分为响应值，进行响应面试验设计，结果如表5所示。采用Design Expert 8.0软件对表5数据进行多元线性回归拟合，得到以模糊数学感官评分为响应值的二次多项回归模型方程：

表5 响应面试验设计方案及结果Table 5 Experimental design scheme and results for response surface methodology

Y=94.60+3.25A+1.25B-0.25C-5.00AB-4.00AC-3.50BC-6.30A2-9.80B2-7.30C2

由表6方差分析可知，模型极显著（P＜0.000 1），所建立模型的拟合程度较好，因此可以较好地反映鱼糜脆片的感官品质与各因素间的关系。比较F值大小可知，影响鱼糜脆片感官品质的主要因素依次为A＞B＞C，即微波功率＞微波时间＞小苏打用量。所建立模型R2=0.981 4，R2adj=0.957 4，并且失拟度低，代表模型可信度高。

表6 回归模型的方差分析Table 6 Variance analysis of regression equation

响应面可以很好地反映各个单因素以及各因素间交互作用对感官评分的影响，若响应面的坡度较陡，代表此因素的影响较大；反之，则因素的影响较小。等高线图反映了各个因素间交互作用强弱的大小，即椭圆形表示影响较大，圆形代表影响较小[19-21]。根据表6方差分析可知，AB、AC、BC交互作用对产品感官品质的影响均极显著（P＜0.01）。

分析图6可知，AB交互作用椭圆形最明显，说明影响最显著。此外，微波时间、微波功率、小苏打用量三因素皆对鱼糜脆片的感官品质影响较大。根据软件分析得出工艺优化结果为：微波功率440.3 W、微波时间70.1 s、小苏打用量0.497%。为了简化优化后的工艺条件，将工艺参数调整为微波功率440 W、微波时间70 s、小苏打用量0.5%，在此工艺条件下得到的鱼糜脆片模糊数学感官评分为97分。由此可知，优化后的参数与实际感官评价最优结果基本符合，优化后的工艺参数可信度较高。

图6 各因素交互作用对产品感官品质的影响Fig.6 The effect of interaction of each factor on sensory quality of product

3 结论

基于单因素试验的结果，采用响应面法对鱼糜脆片的工艺参数进行优化，得到最佳工艺条件为：微波功率440 W，微波时间70 s，小苏打用量0.5%，各因素对鱼糜脆片感官品质影响的大小顺序为：微波功率＞微波时间＞小苏打用量。此外，通过对各因素交互作用分析得出，两两因素交互作用对感官评分的影响均极显著（P＜0.01）。在最佳工艺条件下制得的鱼糜脆片口感酥脆，香气浓郁，色泽明亮均匀，感官品质最佳。