基于模糊数学感官评价法 优化烧烤牛肚的制作工艺

王 莉,郭丽君,张秀英,王玉涛,*,魏 健,张 丽,孙宝忠,余群力

(1.喀什大学生命与地理科学学院,叶尔羌绿洲生态与生物资源研究高校重点实验室,新疆喀什 844000; 2.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070; 3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193)

中国是畜牧业大国,2015年的牛出栏量为5003.37万头,牛肉年产量突破700万吨,其中副产物脏器约占9.1%，年产量达63.71万吨,脏器中牛胃约占5.94%[1-2]。牛副产物的加工利用可以合理延长产业链、实现零排放、保护环境、增加企业经济利益。目前我国牛副产物除一部分以原料形式直接上市,一部分初级加工成饲料、肥料外,很大一部分直接被丢弃了,加工利用率还不足5%,而牛胃的加工率利用更低[3-7]。牛肚即牛的瘤胃,内壁肉厚而韧,含蛋白质、脂肪、钙、磷、铁、硫胺素、核黄素、尼克酸等,营养丰富[8]。目前,牛肚类产品主要集中在酱、卤制品[2,9-10]。泡椒类产品因可增进食欲,有助消化吸收,深受大众青睐,而烧烤制品作为一种料理美食,也是消费者情有独钟的休闲食品[11-12]。但目前市场上还未见烧烤泡椒牛肚类休闲即食产品,所以利用烧烤加工技术，将泡椒牛肚转化为高附加值的产品，可有效提高牛肚加工利用率,减少资源浪费,提高企业利益。

烧烤泡椒类产品口味的好坏受泡椒比例、泡制时间、烧烤时间等诸多因素的影响[13-15]。感官评价对于食品风味良好、外观突出和产品质量均衡非常重要,但该评价方法易受评价员心理等主观因素的影响,缺乏客观性,误差较大,而模糊数学法可以使模糊的问题数学化,使评定结果更趋于合理,已广泛应用于食品领域[16-20]。食品行业新产品开发及工艺优化等多用响应面优化法,包高良等[14]采用响应面法优化了泡椒牦牛黄喉制作工艺,白腾辉等[21]采用响应面法对鸡胸肉肌原纤维蛋白酶法水解工艺条件进行了优化。模糊数学和响应面法结合,既可解决感官评价主观性的问题,又可以得到工艺条件较好的产品,张斌等[22]将模糊数学和响应面法相结合用于超高压嫩化河蚌肉的工艺切实可行,且重复性好,刘加友等[23]将感官模糊综合评价法与响应面优化法相结合用于葛根乳酸菌饮料配方的优化,所得葛根乳酸菌饮料的色、香、味与组织形态最佳,但针对烧烤泡椒牛肚的模糊数学综合评价与响应面优化工艺相结合的研究尚未见报道。

因此,本研究以市售新鲜牛肚为研究对象,通过前期试验选取嫩度、颜色、多汁性、风味、弹性和润滑性为评价指标,确定各指标的权重,采用模糊综合评价法得到各样品的综合评分,进一步采用4因素3水平的Box-Behnken响应面分析法优化烧烤牛肚的制作工艺参数,以得到一种新的风味协调、外观突出、产品质量均一的烧烤类泡椒休闲食品。从而提高牛肚加工利用率,增加附加值,并为烧烤泡椒牛肚的工业化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜牛肚 购自新疆维吾尔自治区喀什市亿家汇超市；泡椒、食用油、辣椒面、孜然、食盐、白醋、一次性杯子等 均购自新疆维吾尔自治区喀什市亿家汇超市。

RT2155型电磁炉 南阳市联强电器有限责任公司;PC32M2型平底锅 武汉苏泊尔炊具有限公司;一次性纸盘 上海坚尔美塑胶实业有限公司;YY-003型烧烤架 刀永康市盛华厨具厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 原料选择→浸泡清洗→修整切形→水煮→泡制→烧烤→成品

1.2.2 操作要点 原料选择:选择新鲜富有弹性、质地紧而厚实、乳白色或淡黄色的牛肚作为原料;

浸泡清洗:用约25 ℃的清水(量为牛肚重量的5倍)将牛肚浸泡30 min后再加少量小苏打进行清洗至无异味;

修整切形:将清洗干净的牛肚切成边长为3 cm的等腰三角形状;

水煮:将修整好的牛肚在沸水中进行煮制;

泡制:将煮好的牛肚置于4 ℃泡椒液中进行泡制(泡椒液量为牛肚重量的5倍);

烧烤:泡制结束后在300～500 ℃炭火上进行烧烤牛肚烤制。

1.2.3 响应面试验设计 根据前期单因素试验和预实验结果,采用Design-Expert 8.05b软件中响应面Box-Behnken中心组合实验设计原理[24],以感官评价为主要指标,采用响应面法4因素3水平对烧烤牛肚工艺条件进行优化,分析影响感官评价的显著因素。试验设计见表1。

表1 响应面优化实验设计Table 1 Factors and levels in the Box-Behnken design

1.2.4 感官评定 参考GB/T 16291.1-2012《感官分析:选拔与培训感官分析;优选评价员导则》[25],挑选10位经过培训的评价员组成评价小组,选择不同水煮时间、泡椒比例、泡制时间、烧烤时间制作的牛肚,依据国标GB/T10221-2012《感官分析术语》[26]的要求,选择嫩度、颜色、多汁性、风味、弹性和润滑性这6个指标作为烧烤牛肚的评定指标,从外观、风味、质地和颜色这4个方面对产品进行感官评分,评价标准为满意、较满意、一般、较不满意、不满意。烧烤牛肚质量指标级等级描述如表2所示。

1.2.5 建立模糊数学模型和确定权重 以嫩度、颜色、多汁性、风味、弹性和润滑性6个评价指标组成烧烤牛肚的评价因素集,即因素集U=[U1,U2,U3,U4,U5,U6]=[嫩度,颜色,多汁性,风味,弹性,润滑性],评语集V=[V1,V2,V3,V4,V5]=[满意,较满意,一般,较不满意,不满意]。

确定权重时首先以随机抽样的方法发放调查问卷。问卷内容就是对烧烤牛肚的感官评价指标描述(表2),同时要求评价人员对6个指标的重要性进行先后排序(5分为最重要,1分为最不重要)。

表2 烧烤牛肚评价指标及描述Table 2 Sensory evaluation standards of barbecue tripe

记录评价人员对烧烤牛肚的评定结果,整理分析问卷数据,然后按照GB/T12315-2008《感官分析方法排序法》[27]确定各评价指标权重集合AU。每一个评价因素都对应一个权重系数,记为AU=(AU1,AU2,AU3,AU4,AU5,AU6),然后建立模糊数学评价矩阵R,最终根据B=AU×R确定烧烤牛肚综合感官评分。

1.2.6 评价等级向量的确定 每个评价等级[100,80]、[79,60]、[59,40]、[39,20]、[19,0],取相应分数段的中间值90、70、50、30、10,得到评价等级向量H=[90,70,50,30,10]。

1.2.7 回归方法 本试验中采用Design-Expert 8.05b中Box-Behnken中心组合试验进行试验设计和分析时,对综合感官评价值和各制作指标间关系分析采用线性回归模型。

1.3 数据处理与统计分析

烧烤牛肚感官评分数据分析软件采用Design-Expert 8.05b中Box-Behnken中心组合实验进行试验设计和分析,并对综合评价值和各制作指标间关系采用线性回归模型分析;感官结果统计、权重计算均采用Microsoft Excel 2013软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 烧烤牛肚的感官评分

本试验10位感官评价员对响应面实验设计的29组样品进行评价打分,将评价结果收集汇总并进行统计分析,得出烧烤牛肚感官评价结果,评价结果见表3。

表3 烧烤牛肚感官评价结果Table 3 Results of sensory evaluation for barbecue tripe

2.2 模糊矩阵的建立

由表3可知,在10人对烧烤牛肚嫩度的评价结果中,样品1有0人感觉满意,6人认为较满意,4人认为一般,0人觉得较不满意,0人觉得不满意。则得到r嫩度=[0,6,4,0,0];同理,r颜色=[0,3,4,1,2];r多汁性=[0,4,1,1,4];r风味=[0,5,0,2,3];r弹性=[0,1,2,2,5];r润滑性=[0,3,0,0,7]。把6个因素的评价结果写成一个矩阵R1为:

2.3 评价指标权重的计算

随机邀请喀什大学的学生和教职工品尝烧烤牛肚,然后判定嫩度、颜色、多汁性、风味、弹性、润滑性指标的重要性。除去评语记录不清、逻辑矛盾等问卷,有效样本105份,所以最终对这105位评价人员的问卷数据进行统计分析,结果如表4所示。

表4 烧烤牛肚感官指标权重Table 4 Weight of sensory indexes of barbecue tripe

2.4 综合评价

然后采用中值法[19]对评价集赋值,每个评价等级[100,80]、[79,60]、[59,40]、[39,20]、[19,0],取相应分数段的中间值90、70、50、30、10,得到评价等级向量H=[90,70,50,30,10],则可得到每个样品的综合结果为S=B·HT。最后得到29组样品综合评分见表5中综合评价值。

表5 Box-Bchnken实验设计及结果Table 5 Design and results of Box-Behnken experiment

利用Design Expert 8.05b软件对实验数据进行多元回归拟合,得到烧烤牛肚感官评分的回归方程如下:

R=35.59+3.07A+0.72B-0.061C-0.27D-0.15AB+0.45AC+0.01AD-1.74BC+0.88CD-2.28A2-1.96B2-1.25C2-1.22D2。

回归方程的系数显著性检验见表6,本试验中模型的回归方程的一次项A(水煮时间)影响极显著(p<0.01),一次项B(泡椒比例)影响显著(p<0.05);表明在烧烤牛肚的制作过程中,泡椒比例和水煮时间对烧烤牛肚感官评分有显著影响;而C(泡制时间)和D(烧烤时间)影响不显著(p>0.05);二次项A2、C2、D2、AC、AD、BC影响极显著(p<0.01)，B2影响显著(p<0.05);即烧烤牛肚制作过程中,水煮时间和泡制时间、泡制时间和水煮时间、泡椒比例和泡制时间对烧烤牛肚感官影响极显著(p<0.01)。其余项影响不显著(p>0.05)。根据模型的回归方程,可以得到各因素的影响主次顺序为:A>B>D>C。即水煮时间>泡椒比例>烧烤时间>泡制时间。

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

响应面图形是响应值对应于试验因素A、B、C和D所构成的三维空间的曲面图及其在二维平面上的等高线图,其可以直观地反映各因素及它们之间的交互作用对响应值的影响。结果如图1～图3所示。

图1 烧烤时间和水煮时间交互作用的响应面图Fig.1 Response surface diagram of interaction between cooking time and boiling time

图2 水煮时间和泡制时间交互作用的响应面图Fig.2 Response surface diagram of interaction between cooking time and soaking time

图3 泡制时间和泡椒比例交互作用的响应面图Fig.3 Response surface diagram of interaction between soaking time and peppers amount

根据Design-Expert 8.05软件得到的响应曲面图和等高线图，可以直观地展示响应值与实验参数水平之间的关系。若响应面的坡度越陡峭，说明相应的指标的变化对响应值影响较大；反之，若响应面的坡度平缓，则说明该指标的变化对响应值影响较小。等高线的形状反映两因素之间交互作用的强弱，越接近椭圆形，则说明两因素之间的交互作用显著；反之，越接近圆形，则说明两因素之间的交互作用不显著。由图1～图3可知，AD、AC和BC的曲线图坡度陡峭，等高线接近于椭圆，说明AD、AC和BC交互作用显著，与方差分析的结果一致。

2.5 验证实验

对Box-Behnken实验所得的结果和二次多项回归方程进行分析,得到了烧烤牛肚最佳制作条件为:泡椒比例18.22%、泡制时间4.44 h、烧烤时间6.25 min、水煮时间7.96 min,在此制作参数下,烧烤牛肚理论感官评分48.94。为了操作方便,在检验该模型预测的准确性时,在优选得到的最佳制作条件基础上对参数进行修正,修正后制作参数为泡椒比例18.22%、泡制时间4.50 h、烧烤时间6.20 min、水煮时间8.00 min，进行3次重复实验,3次重复试验结果得到向量分别为[0,0.483,0.125,0.1774,0.2146]、[0,0.434,0.158,0.1603,0.2481]、[0,0.504,0.176,0.1253,0.1956],通过计算得到实际感官评分为47.61±2.10,与模型所得感官评分最高值48.94相对误差为2.74%,误差较小。由此可得,模型合理有效,工艺真实可靠,采用响应面分析法对烧烤牛肚制作条件的优化是行之有效的。本工艺所得烧烤牛肚色泽鲜美,能增加食欲,香味浓郁,口感细腻、脆嫩,硬度适宜。

3 结论

本试验建立了烧烤牛肚模糊综合感官评价的方法,以及与水煮时间、泡椒比例、泡制时间和烧烤时间等工艺参数的二次多项式回归模型,进一步通过4因素3水平的响应面分析法对烧烤牛肚制作工艺条件进行了优化,并且经检验证明工艺是合理可靠的,最后得出烧烤牛肚最优制作条件为水煮时间8.00 min,泡椒比例18.22%,泡制时间4.50 h,烧烤时间6.20 min。在此条件下进行验证试验得感官评分为47.61±2.10,与模型所得感官评分最高值48.94相对误差为2.74%,误差较小,并且得到的烧烤牛肚色香味俱全,提高了产品质量,改善了牛肚食用品质,也增加了牛副产物附加值。