模糊数学评价结合响应面法优化低盐蘑菇酱配方

刘东，夏金龙

(吉林工商学院 吉林省饮食文化研究院，长春 130507)

发酵酱类调味品的含盐量普遍较高，食盐质量分数多在10%以上，有的甚至超过25%[1-2]。过量摄入食盐会导致人体内的钠浓度增加，渗透压升高，血管张力与心排血量增加，进而引发高血压[3-5]。目前,中国盐敏感性高血压患者超过40%，日常膳食减少食盐摄入被认为是预防高血压最具成本效益的公共卫生策略[6-8]。东北地区冬季寒冷，人们喜欢食用具有高盐、高蛋白特点的发酵豆酱，并广泛地应用在烹饪菜品加工中[9]。随着人们健康意识的增强，降低发酵调味品的食盐含量，生产低盐甚至无盐的发酵调味品受到了人们的广泛关注。

目前，通过发酵菌株优化，改善水解酶活性，控制生物胺等方法，已经实现了传统发酵酱的减盐发酵[10-11]。但是由于食盐添加减少，对产品风味产生影响，消费者接受度降低。为改善产品风味，在发酵酱中添加复合风味的原料，通过感官协调刺激作用，提供消费者对产品咸度的感受，实现“减盐、保咸、增鲜”的目的。双孢蘑菇含有大量以鲜味为主的复合风味肽[12-13]，通过热加工和水解的方法，可以有效增加蘑菇水解物中鲜味肽的释放数量，具有开发食品增鲜剂的发展前景。中式烹饪擅长制备复合风味的调味油，可以有效地提高对消费者的感官刺激[14]。

本研究计划开发一种“减盐、保咸、增鲜”的低盐蘑菇酱，以低盐发酵酱、双孢蘑菇提取物和调味油为基础原料，拟利用模糊数学感官评价方法结合响应面法对加工配方进行优化，并对产品品质进行分析，为食品减盐这一重要的健康需求提供实验科学依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

米曲霉菌株为吉林工商学院吉林省粮油食品深加工重点实验室保存的具有耐低盐发酵能力的菌株。双孢蘑菇(Agaricusbisporus)的选购条件为菌褶发育不全且呈浅棕色，果体较小、椭圆形，菌肉灰白色。黄豆、面粉、植物油、调味料等购自当地农贸市场。商品化蛋白酶、氢氧化钠、磷酸二氢钠、盐酸、酚酞等试剂购自长春博大生物科技公司。

1.2 主要仪器与设备

DHP-9052型恒温培养箱 上海捷呈实验仪器有限公司；BPH-7100A型台式pH计 上海贝尔股份有限公司；XFH-40CA型压力蒸汽灭菌器 浙江新丰医疗器械有限公司；SJ-CJ-1FD型超净工作台 苏州苏洁净化设备有限公司；EX-B型精密电子天平 厦门莱斯德科学仪器有限公司；HZ85-2型磁力搅拌器 杭州彩谱科技有限公司；101-4型干燥箱 上海琅玕实验设备有限公司；LD-5型高速离心机 常州荣华仪器制造有限公司。

1.3 实验条件

1.3.1 低盐蘑菇酱的加工方法

低盐蘑菇酱是在传统发酵酱的基础上，应用蘑菇提取物和调味油制备的一种新型低盐蘑菇酱。具体的加工方法：分别制作低盐发酵酱、蘑菇提取物和调味油，按照一定比例进行熬酱，最后进行装罐、杀菌和冷却储存。

1.3.2 制备要点

1.3.2.1 低盐发酵酱的制备

对选购的黄豆进行筛选，之后用纯净水浸泡18 h。浸泡要求达到豆粒表皮无任何皱纹，豆瓣内部呈现出伸平状态。将处理好的大豆放入蒸锅，蒸煮20 min，再冷水浸泡5 min，至豆粒软硬均匀，手捏成饼即可。熟豆出锅，摊平冷却，厚度20 cm，翻动至豆粒表面无浮水，降温至40 ℃左右，放入等量的小麦粉和活化的米曲霉菌株，搅拌均匀，将接入菌种的曲料装入曲箱，摊平，保持曲料温度在25 ℃，静置培养16 h。待曲料开始结块并有裂缝，表层呈现白色，进行连续翻曲，注意控制温度不超过30 ℃，经16 h即为成曲。准备1个100 kg的酱缸，将制好的曲块打碎，放入缸中，灌入盐水，其中添加盐水含盐量为10%，相当于将食盐添加量减少40%，90 d后发酵结束，实验过程中用手持盐度计检测食盐浓度。

1.3.2.2 蘑菇水解物的制备

取新鲜的平菇在液氮下冷冻，之后使用设备冻干，取冻干平菇(1000 g)在液氮下冷冻，用研磨机磨成细粉，转移到旋口瓶中备用。取100 g平菇粉，加入400 mL的水和1.5 mL的商品化蛋白酶。将得到的混合物充分混匀，50 ℃作用4 h。完成后取出样品，用真空漏斗过滤，将液体与固体分离，所得液体即为蘑菇水解物，放置于4 ℃冰箱中保存。

1.3.2.3 调味油的制备

调味油采用中式烹饪传统方式进行制备，每份调味油的主要原料为食用油(100 g)、生抽(8 g)、辣椒粉(6 g)、糖(10 g)、醋(5 g)、花椒(3 g)、八角(5 g)、桂皮(4 g)、葱(30 g)、姜(20 g)和蒜(20 g)。具体制备方法：使用电磁炉加热，锅内加入食用油，先加入葱，再加入蒜末和姜末，放入桂皮、八角等，烧制少许时间，再加入辣椒粉，最后加入生抽、醋和白糖。去除八角、花椒、姜、蒜料渣，冷却备用。

1.3.2.4 熬酱

取适量发酵酱、蘑菇提取物、调味油。油锅洗净后加热，倒入少量食用油，使油温快速升高到85 ℃以上，加入减盐发酵酱，炒香，加入蘑菇提取物、适量饮用水，翻炒至微沸，转小火继续加热，加入制备好的调味油，熬煮。

续 表

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1.3.2.5 装罐、杀菌

将密封罐洗净后，灭菌30 min，熬酱结束后，立即装入罐中，罐内保留适量顶隙，避免胀罐。装罐后进行杀菌(15 min，100 ℃)，分段冷却到40 ℃后避光保存。

1.3.3 单因素实验

经预实验结果确定低盐蘑菇酱初步配方：固定蘑菇提取物添加量20%、调味油添加量25%，考察低盐发酵酱添加量(30%、35%、40%、45%、50%)对感官评分的影响；固定低盐发酵酱添加量40%、调味油添加量25%，考察蘑菇提取物添加量(10%、15%、20%、25%、30%)对感官评分的影响；固定低盐发酵酱添加量40%、蘑菇提取物添加量20%，考察调味油添加量(5%、10%、15%、20%、25%)对感官评分的影响。

1.3.4 响应面实验

利用响应面法对实验进行优化研究，根据单因素实验结果确定响应面实验因素，具体见表1。响应值(Y)设置为减盐蘑菇酱的感官评分，通过响应面实验确定减盐蘑菇酱制备的最佳工艺。

表1 响应面实验因素水平表

1.3.5 模糊数学感官评价体系的建立

1.3.5.1 对象集合Y的确定

每个待测的低盐蘑菇酱样品的隶属度为y，设置Y为评价对象集合，即Y={y1，y2，y3……yi}。

1.3.5.2 评价因素集U的确定

在本实验中以滋味(u1)、香味(u2)、色泽(u3)、形态(u4)4个评价指标建立减盐蘑菇酱感官评价因素集 U={u1，u2，u3，u4}。

1.3.5.3 分数集合W的确定

本实验将减盐蘑菇酱评价等级A(w1)，B(w2)，C(w3)，D(w4)4个等级赋予不同的分数，即w1=90，w2=80，w3=70，w4=60，W={w1，w2，w3，w4}={90，80，70，60}。

1.3.5.4 权重集V的确定

本实验中各个评级因素的权重系数值由vi表示，即减盐蘑菇酱滋味(v1)、香味(v2)、色泽(v3)、形态(v4)，组成集合V={v1，v2，v3，v4}。采用二元对比法确定每个指标的权重，邀请10位感官评价人员进行投票评分，1票为1分，各因素两两对比，认为重要的得1分，次要的得0分，自身对比得1分，所得权重为各个因素得分与总分(100分)的比值。

1.3.5.5 感官评价标准的确定

所选择的10位评测人员(5男5女)均经过感官评价培训，参照减盐蘑菇酱感官评分标准(见表2)对不同的样品进行滋味、香味、色泽和形态的品评。具体操作方法：把50 g样品随机倒入白色瓷盘中，在采光良好的实验室内观察减盐蘑菇酱的色泽，轻轻晃动瓷盘观察形态，仔细闻气味观察香味，并用玻璃棒蘸取，尝其滋味，用温开水漱口后再进行下一个样品的品尝。

表2 感官评分标准

1.3.6 品质的测定

1.3.6.1 食盐的测定

参考GB 5009.42-2016《食盐指标的测定》。

1.3.6.2 水分的测定

参考GB 5009.3-2016《食品中水分的测定》。

1.3.6.3 亚硝酸盐的测定

参考GB 5009.33-2016《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》。

1.3.6.4 生物胺的测定

参考GB 5009.208-2016《食品中生物胺的测定》。

1.3.6.5 微生物的测定

参考GB 4789.3-2016《食品微生物学检验 大肠菌群计数》和GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》。

1.4 数据分析

本实验采用WPS 2021进行基本数据处理，采用GraphPad Prism 9进行显著性分析和作图，采用Design Expert 12进行响应面实验分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 感官评价指标权重的确定

各项感官评价指标权重(V)计算结果见表3，分别为滋味0.32，香味 0.30，色泽0.18，形态 0.20，即 V={0.32，0.30，0.18，0.20}。

表3 感官评价指标权重分配表

2.1.2 减盐发酵酱添加量对产品感官评分和食盐含量的影响

由图1可知，在减盐发酵酱添加的过程中，感官评分先升高后降低，当减盐发酵酱添加量为45%时，感官评分达到最高值，此时减盐蘑菇酱具有良好的感官体验。减盐发酵酱的食盐含量随着发酵酱添加量的增加而升高，这是因为发酵酱在制备过程中，不可避免地添加了盐水。综合评定可知，选取蘑菇提取物添加量为45%最佳。

图1 发酵酱添加量对感官评分和食盐含量的影响

2.1.3 蘑菇提取物添加量对产品感官评分和食盐含量的影响

由图2可知，在蘑菇提取物添加的过程中，感官评分先升高后降低，当蘑菇提取物添加量为25%时，感官评分达到最高值，此时减盐蘑菇酱具有良好的感官体验。说明蘑菇提取物的鲜味物质一方面提高了调味酱的鲜味感受，另一方面促进了人体味觉器官对咸味的识别。当蘑菇提取物添加过多后，反而会对感官体验产生负面的影响。随着蘑菇提取物添加量增多，减盐蘑菇酱的食盐含量略有升高，推测原因是在蘑菇提取物中含有少量食盐类似物，随着蘑菇提取物添加量逐渐增多，对减盐蘑菇酱中的食盐含量略有影响。综合评定可知，选取蘑菇提取物添加量为25%最佳。

图2 蘑菇提取物添加量对感官评分和食盐含量的影响

2.1.4 调味油添加量对产品感官评分和食盐含量的影响

由图3可知，在调味油添加的过程中，感官评分先升高后降低，当调味油添加量为15%时，感官评分达到最高值，此时减盐蘑菇酱具有良好的感官体验。在调味油添加的过程中，减盐蘑菇酱的食盐含量逐渐提高，为调味油提供了较为丰富的味道组合，在制备调味油时使用了少量生抽，生抽中的食盐含量会影响减盐蘑菇酱总体的食盐含量。综合评定可知，选取调味油添加量为15%最佳。

图3 调味油添加量对感官评分和食盐含量的影响

2.2 响应面优化实验结果与分析

2.2.1 感官评价结果

2.2.2 模糊矩阵的建立

由感官评分结果和模糊数学关系矩阵进行计算。评价对象y1(实验号1)的矩阵：

其余评价对象矩阵参照R1进行。

X1=V×R1=(0.32 0.3 0.18 0.2)×

2.2.3 响应面实验结果

应用Design Expert 12软件进行回归分析，得出减盐发酵酱添加量、蘑菇提取物添加量、调味油添加量3个因素与减盐蘑菇酱感官评分响应面值之间的结果，见表4和表5。

表4 感官评价数据采集表

表4 响应面设计及结果

表5 回归方程方差分析

由表5可知，响应面所得回归模型极显著(P<0.01)，此模型可进行模拟及预测。因为模型失拟项的P=0.1175，不显著，方程的决定系数 R2=0.9932，校正后RAdj2=0.9844，表明该模型拟合程度高。一次项低盐发酵酱添加量(A)对感官评分有极显著影响(P<0.01)，蘑菇提取物添加量(B)对感官评分有显著影响(P<0.05)，一次项的影响程度为：A>B>C，AC、BC对感官评分有显著影响(P<0.05)，A2、B2、C2对感官评分均有极显著影响(P<0.01)。

利用Design Expert 12软件得到3个变量之间的3D曲面图,见图4。减盐发酵酱添加量、蘑菇提取物添加量、调味油添加量的三维曲面图呈拱形弯曲状，表明两因素间的交互作用对感官评分的影响较为显著。

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2.2.4 回归模型的建立与方差分析

实验求得减盐蘑菇酱的二次多项式回归方程：Y=85.06+0.5275A+0.2025B-0.07C+0.155AB-0.33AC-0.32BC-1.79A2-1.65B2-1.75C2。

由响应面图可以看出，在减盐发酵酱添加量为40%～50%、蘑菇提取物添加量为20%～30%、调味油添加量为10%～20%时减盐蘑菇酱的感官评分均是先升高后降低，且在曲面最高点感官评分最大。综上所述，3个因素对减盐蘑菇酱交互影响程度由大到小为AC>BC>AB。

2.2.5 验证实验

感官评分越高，说明人们对产品的喜欢程度越高。通过响应面分析，预测低盐蘑菇酱的最佳配方和感官评分分别为：减盐发酵酱添加量45.77%，蘑菇提取物添加量25.363%，调味油添加量14.796%，在该配方下，预测所得感官评分为85.105分。为适应实际操作，将实验条件定为减盐发酵酱添加量45.8%、蘑菇提取物添加量25.4%、调味油添加量14.8%，按照前述方法制作减盐蘑菇酱，产品色泽均一，香味突出，鲜而不咸。在此配方下制作的减盐蘑菇酱感官评分为(85.02±0.65)分，在预测值附近，可靠性高。

2.3 品质分析

对优化后的产品，参考相应的标准，确定了减盐蘑菇酱的主要品质指标并进行检测，结果见表6，产品达到设计需求。

表6 品质特性分析

3 结论

本研究通过建立减盐蘑菇酱的模糊数学感官评价体系，运用响应面法优化得到减盐蘑菇酱的最佳配方。在方差分析中，各因素对减盐蘑菇酱感官评分的影响由大到小为减盐发酵酱添加量>蘑菇提取物添加量>调味油添加量。减盐蘑菇酱最佳配方为减盐发酵酱添加量45.8%、蘑菇提取物添加量25.4%、调味油添加量14.8%。应用该配方生产的产品颜色均一，表面呈金黄色，外形完整，形态一致，营养品质更好。该研究指出减盐对酱中生物胺形成以及理化指标、微生物指标均有一定程度的影响，本研究制备的减盐蘑菇酱在食品安全品质方面较佳，为新品种减盐蘑菇酱的开发提供了依据。