均匀设计和模糊数学联用优化香辣猪肉干配方

周慧，范江平，李睿，段连芳，付晓萍

（云南农业大学食品科学技术学院，云南 昆明 650201）

猪肉干作为一种传统的肉制品具有风味独特、方便、储藏期较长的特点[1-2]，是以猪肉为原料，加入食盐、调味料、香辛料等数10种辅料，经选料、腌制、煮制、烘烤、冷却、包装等工艺加工成的熟肉干制品，广受消费者的喜爱[3]。

试验设计在产品开发创新中发挥重要作用。猪肉干的原辅料添加较多，构建的多因素试验区域很大且因素与响应之间存在非线性关系情况，因而选择合适的试验设计方法显得尤为重要，实现既能科学合理安排试验，还能节约试验材料、降低试验成本等[4]。现代生产实践的需求推动了试验设计理论的发展与创新，均匀设计是将“数论方法”和“多元统计”相结合研究出的全新试验设计方法，能借助计算机软件采用多元逐步回归统计方法，对多个试验因素对试验结果影响进行有效分析，从而获得最优的理论试验参数，与正交试验相比，具有“完全保证均匀性”、节省工作量的特点[5-7]，更加适用于多因素多水平的试验[8]。此外，在食品评价中，感官评价非常重要，直接决定消费者的购买欲望且起主导作用，但诸如颜色、外观、风味等一般均为文字描述，无法直接数学化或定量化，具有模糊性特征。模糊数学感官评价方法则是依据模糊变换原理及最大隶属度原则对食品品质产生影响因素做出总体评价的方法[9-11]。比起传统感官评价方法，更加客观、准确、具体化，能综合考虑各种因素对产品评价的综合影响，可降低因个人喜好在评价中产生的偏差。目前采用均匀设计法与模糊数学联用优化产品配方报道较少，仅有叶韬等[12]、谭祥峰等[13]、许彬等[14]发表了相关成果。本试验以香辣型猪肉干为研究对象，借助均匀设计对复杂的配方原料进行优化，验证了模糊数学综合评价方法的可行性和准确性，为香辣型猪肉干的生产实践提供相关理论依据，也为今后类似复杂产品的配方优化提供新思路。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

猪后腿肉、鸡精、大豆油、香叶粉、花椒粉、辣椒粉、茴香粉、孜然、芝麻、葱：市售；食盐：云南省盐业有限公司；白糖：昆明香冠食品有限公司；酱油：加加食品集团股份有限公司；白酒：重庆江记酒庄有限公司；八角粉、生姜粉、大蒜粉：云南尼罗非食品开发有限公司。

1.2 主要仪器与设备

电子天平（FA110AN）：上海精密科学仪器有限公司；电磁炉（WK2102）：美的集团股份有限公司；烟熏炉（30型）：诸城兴和机械有限公司；落地式真空包装机（DZ-400）：温州市华侨包装机械厂。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1）原料处理：选用新鲜猪后腿瘦肉，去除结缔组织及筋膜。在清水中洗净，将其切分成0.5 kg左右的肉块。

2）预煮：将切好的猪肉块放入沸水中预煮约15min，时间过长肉会老化，影响入味。待肉块中间无血丝后捞出并滤干水分，期间撇去汤中浮沫，保证肉汤清澈，肉汤备用。

3）细切分：肉块冷凉后将其切分为30 mm×5 mm×5 mm左右的块状备用。肉块大小一致、厚薄适中便于入味。

4）炒制：以肉重为100%（质量分数），在平底锅中加入质量分数为15.00%大豆油、3.00%葱、0.70%生姜粉、2.50%食盐、0.50%鸡精、4.00%辣椒粉、0.30%花椒粉、2.00%白糖和2.00%酱油，小火煮炒至有香味逸出，放入细切分的肉块。

5）复煮：以肉重为100%（质量分数），加入质量分数为80.00%的汤汁、2.50%食盐以大火煮制。待汤汁将干时，加入0.30%香叶粉、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，熬至汤干后取出肉块，期间需用锅铲不停翻动，防止黏锅。

6）烘干：将复煮后的肉块放入50℃烘箱中烘烤，期间每隔1.50 h翻动一次，以防肉块表面硬化。待肉块具有芳香味且肉质变干时取出，即为肉干。

7）包装：烘烤结束后，将肉干置于室温（25℃）中冷却，密封包装得到成品。

1.3.3 单因素试验设计

在预备试验基础上，以每100 g猪肉为标准，固定（质量分数）15.00%大豆油、3.00%葱、0.70%生姜粉、0.50%鸡精、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，烘烤温度55℃，选择食盐添加量（1.50%、2.00%、2.50%、3.00%、3.50%）、酱油添加量（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%）、香叶粉添加量（0.10%、0.30%、0.50%、0.70%、0.90%）以及烘烤时间（3.00、3.50、4.00、4.50、5.00 h）6个因素进行优化试验，通过感官评定的方法确定最佳值。

1.3.4 均匀设计优化试验设计

在单因素试验的基础上，采用U10（108）均匀设计表安排试验，以感官评分为指标，确定最佳方案。因素水平如表1。

表1 均匀设计试验因素水平Table 1 Factors and levels used in uniform design

1.4 应用模糊数学原理对香辣猪肉干进行感官评定

1.4.1 确立因素集、评语集

评价因素集是研究产品感官质量的构成因素的集合[15]。本研究中，因素集设为Z，产品模糊评价的重点是以色泽、香气、口感和外形等4个要素进行评定，即 Z={色泽 z1；香气 z2；口感 z3；外形 z4}。

评语集是邀请10位专业评定人员组成感官评定小组对评价指标反馈信息的集合，可用文字、具体数值或等级表示。本研究中，对每个因素按优秀、良好、较差等级评价，评语集设为 V，V={优 v1；良 v2；差 v3}，并分别赋予 90、80、70 分。

1.4.2 确定权重

依据本次试验中肉干的评分标准，结合预试验结果，权重集定义为 A，A={0.30；0.20；0.30；0.20}，其中色泽占30%，香气占20%，口感占30%，外形占20%，权重总和为1。

1.4.3 感官评定

10位感官评价人员根据香辣猪肉干配方感官评价的评定标准，分别对10组样品的色泽、香气、口感、外形4个方面进行等级确定，感官标准见表2。

表2 香辣猪肉干配方感官评价标准Table 2 Sensory evaluation table of spicy dried pork recipe

1.5 统计分析

试验数据用SPSS 24.0和Microsoft office Excel 2010软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

根据前期试验，固定条件因素，选择食盐添加量、酱油添加量、香叶粉添加量、辣椒粉添加量、白糖添加量及烘烤时间6个因素，通过感官评定方法进行评定，试验结果见图1。

图1 各因素对肉干感官评分的影响Fig.1 Effects of various factors on sensory score of dried meat

在肉干中添加食盐不仅影响肉干的风味，还可起到去腥、提鲜、防腐的作用。由图1可知，食盐添加量过少时口味较淡，过多时则齁咸，当其为2.00%时，感官评分最高，此时猪肉干咸淡适中，滋味良好。

本试验中所用酱油为老抽，在影响肉干滋味同时，对肉干色泽也有显著影响。添加量过少，则使肉干肉色暗淡，呈淡白色；添加量过多时，肉色呈深黑色，且口感较咸。当其添加量为4.00%时，肉干颜色棕红，与白芝麻搭配食用时，有较好的色泽和风味，可提升肉干总体感官评分。

香辛料是制作猪肉干的重要辅料，香叶粉、辣椒粉都在其中起到提香、去腥的作用。对能赋予肉干良好的香味和滋味，对其有重要影响。添加量过少不能掩盖肉腥味，且肉干滋味淡，无芳香味；添加量过多则会过辣、呛人。香叶粉最佳添加量为0.50%、辣椒粉最佳添加量为8.00%此时感官评分最高。

白糖在食品加工中是较为重要的风味改良剂，其添加量的多少对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。由图1可知，在白糖添加量过高（5.00%）时，其感官评分最低，此时甜味过浓，导致风味变差；当添加量为4%的时候评分达到峰值，此时肉干甜度适中，呈现出良好的口感。

烘烤时间也是肉干加工的重要影响因素，在烘烤时能使肉干具有其独特的芳香味，并影响着肉干的硬度和色泽。烘烤时间过长会使肉干水分含量过低，质地过于坚硬，难以咀嚼，且焦糖化过度，弱化了原有风味；时间过短则水分含量过高，不易保存，质地软烂。当烘烤时间为3.50 h时，肉干硬度适中，滋气味较好，感官评分最高。

2.2 均匀设计试验结果与分析

2.2.1 模糊数学感官评分统计结果

10名感官评定员对10组样品进行等级确定，确定各因素在每个等级中的票数分布见表3。

表3 感官评定票数统计分布Table 3 Vote distributions of sensory evaluation

2.2.2 建立模糊矩阵

将表3中各级的票数依次除以总评定人数（10人），算出赞成的比率，并按照矩阵排列得出各组样品的模糊矩阵Rj[17-19]，以第一组色泽为例：3人选优，6人选良，1 人选差，因此得到色泽=（0.3，0.6，0.1）；同理可得香气=（0.9，0.1，0.0）、口感=（0.7，0.3，0.0）、外形=（1.0，0.0，0.0），样品 1 号的模糊矩阵如下。

同理可得2～10号样品矩阵，结果如下。

2.2.3 确定综合评判结果集及综合得分

通过矩阵乘法得出10组样品对各因素的综合隶属度Y（Y=Z×R），其中样品1的综合隶属度Y1如下。

同理可得Y2～Y10，经归一化处理后将综合评判结果分别乘以其对应的分值相加可得出样品的最后总得分，样品1的总得分为0.680×90+0.290×80+0.030×70=86.5，同理可得样品2～10的感官总得分。综合评判结果及感官评分结果见表4。

表4 综合评判结果和感官评分Table 4 Comprehensive evaluation result and the sensory score

由直观分析法可知，最优组为试验2号，感官评分为88.4。

2.2.4 多元线性回归模型和多元二项式回归模型分析使用SPSS24.0统计分析软件进行多元回归分析[20]，分别设定自变量食盐添加量（X1）、酱油添加量（X2）、白糖添加量（X3）、辣椒粉添加量（X4）、香叶粉添加量（X5）、烘烤时间（X6）和因变量感官评分（Y）。经过数据分析，方差分析显著性结果P=0.548＞0.05，说明使用多元线性回归模型不能显著性地分析自变量与因变量之间的变化，故分别设定 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X12、X22、X32、X42、X52、X62为自变量，Y为因变量。再次进行多元回归分析[21]，结果见表5～表6。

表5 多元线性回归方差分析Table 5 Multilinear regression variance analysis

表6 多元多项式回归模型偏相关系数Table 6 Partial correlation coefficients for multiple polynotion models

由表5和表6可知，复相关系数R=1.000、决定系数R2=1.000，且具有显著性。去除不显著项后，得到感官评分和6个因素的多元二项式回归方程确定为Y=32.105-1.322X2+9.163X3-23.008X5+2.428X12-0.227X22-0.260X32+0.269X42+13.008X52+0.893X62。通过Excel“规划求解”分析回归方程得出最优配方食盐添加量3.50%、酱油添加量1.00%、白糖添加量5.00%、辣椒粉添加量11.00%、香叶粉添加量0.10%、烘烤时间5.00 h。由于采用多元回归模型进行分析获得的结果具有多样性，因此采用方程代入法对结果进行验证。将直观法最优方案试验2号带入回归方程中求得Y值为88.38，低于Excel规划求解所得Y值152.32。表明回归模型合理、可靠，可用于实际生产操作。

3 结论

本试验基于均匀设计法优化了香辣猪肉干的配方设计，建立回归方程为Y=32.105-1.322X2+9.163X3-23.008X5+2.428X12-0.227X22-0.260X32+0.269X42+13.008X52+0.893X62。该模型预测能力较好，回归方程获得目标值与验证结果接近，能较好地解释自变量与因变量之间的关系，适用于香辣猪肉干配方优化研究。利用模糊数学感官评价法对香辣猪肉干进行综合评价，得出香辣猪肉干的优化配方为食盐添加量3.50%、酱油添加量1.00%、白糖添加量5.00%、辣椒粉添加量11.00%、香叶粉添加量0.10%、烘烤时间5.00 h，按此配方研制的产品品质最佳。