基于模糊数学综合评判优化鲨鱼软骨冲调粉配方工艺
2023-10-08姚丽峰池梦秋罗联钰
◎ 陈 燕，姚丽峰，胡 旺，池梦秋，罗联钰,
（1.福建省深蓝生物科技有限公司，福建 福州 350510；2.福州宏东食品有限公司，福建 福州 350015）
鲨鱼的全身骨骼均为软骨[1]，鲨鱼软骨组织含有非常丰富的酸性黏多糖、黏蛋白、氨基葡聚糖、硫酸软骨素等多种活性物质[2-5]，蛋白质含量也较高，粗蛋白质含量在32%～59%之间，但存在部位差异[6]。鲨鱼软骨的活性物质具有能够改善早期、晚期风湿性关节炎和骨关节炎[5]，增强免疫力[7]，此外，鲨鱼软骨还有抗凝、抗炎、抗氧化等功能，可治疗溶骨病如骨质疏松症[1]。随着鲨鱼软骨的活性功能引起世人关注，鲨鱼软骨粉制品也被有关机构认可[8]，成为一种越来越受欢迎的功能性食品。
大青鲨软骨中硫酸软骨素含量为18.69 mg/g，胶原蛋白含量为41.9 mg/g，16种游离氨基酸的总含量为110.9 mg/g；大青鲨软骨共检岀16种游离脂肪酸，其中，含量较为丰富的是C16:0、C18:0、Cl8:1n9c、C24:1n-9以及C22:6n-3（DHA），占脂肪酸总量的73.1%，大青鲨软骨中铅、镉、甲基汞和无机砷的含量，均远低于食品安全国家标准中污染物的限量要求[9]。
鲨鱼及相关产品的加工副产物包含鲨鱼软骨，但并未能得到较好的利用。基于此，本文以大青鲨软骨为原料，以蓝莓粉、柠檬粉为辅料，基于模糊数学综合评判优化鲨鱼软骨冲调粉配方，研制一款营养价值高、风味独特，具有保健功效的鲨鱼软骨复合营养冲调粉，旨在提高大青鲨加工产品的综合开发率，开拓下游产品，减少环境污染和资源浪费，提高大青鲨的附加值，实现鲨鱼资源的综合利用。
1 材料与方法
1.1 材料
大青鲨软骨粉（福建深蓝生物科技有限公司）；蓝莓粉（海南南派实业有限公司）；柠檬粉（海南南派实业有限公司）；阿斯巴甜（南通市常海食品添加剂有限公司）；蛋白酶（南宁庞博生物工程有限公司）；氢氧化钠（滨化集团股份有限公司）；柠檬酸（维坊英轩实业有限公司），均符合食品卫生标准。
1.2 主要仪器与设备
XPR204S/AC电子天平[梅特勒托利多科技（中国）有限公司]；LC-WB-6电热恒温水浴锅（上海力辰仪器科技有限公司）；JDSF-Z200振筛器（新乡市高服机械股份有限公司）；S210-S酸度计[梅特勒托利多仪器（上海）有限公司]；真空干燥箱[承一科技（重庆）有限公司]；CH-400槽型混合机（常州恒干干燥设备有限公司）；DXDF10DC型背封粉剂包装机（天津市三桥包装机械有限责任公司）。
1.3 方法
1.3.1 鲨鱼软骨粉工艺流程
（1）鲨鱼软骨粉制备：将鲨鱼软骨通过酶解、固液分离、过滤、喷雾干燥制得鲨鱼软骨粉。
（2）过筛：先检查鲨鱼软骨粉、蓝莓粉、柠檬粉、阿斯巴甜等原辅料是否有结块，如发现结块，必须破碎原料，并过80目振动筛备用。
（3）称配：按配料称取所需的原辅料，称量时必须进行复核。
（4）制粒：先把物料置于槽型混合机混合8～10 min，边混合边喷洒少量湿润剂（为总物料重的4%～6%，湿润剂为95%乙醇），搅拌25～30 min，混合均匀，制成软材，用14 目筛网制粒。将物料置于55～65 ℃烘箱内，使其水分＜3.5%，用40 目筛网整粒。
（5）总混：将物料投入混合机中混合25～30 min。
（6）灌装、封口：将混合好的物料，用背封粉剂包装机，分装于复合膜袋中，封口，净重：5 g/袋。
（7）生产环境确认：湿度≤45%、温度≤18～24 ℃。
1.3.2 鲨鱼软骨冲调粉配方优化试验
根据前期预试验结果，鲨鱼软骨冲调粉主料配方最佳用量配比为：鲨鱼软骨粉添加量450.0～550.0 g，蓝莓粉添加量250.0～350.0 g，柠檬粉添加量150.0～250.0 g，阿斯巴甜添加量0.3～0.7 g，硬脂酸镁10.0 g。以鲨鱼软骨粉添加量（A）、蓝莓粉添加量（B）、柠檬粉添加量（C）、阿斯巴甜添加量（D）为主要因素，选取L9（34）正交表进行正交试验，优化鲨鱼软骨冲调粉配方，具体水平选取和设计见表1。
表1 鲨鱼软骨冲调粉配方优化正交试验设计因素水平表
1.3.3 感官评价方法
选取10名身体健康并有食品相关专业教育背景的专业人员（5男5女）组成评定小组。分别取8.0 g样品，加入150 mL的50～60 ℃温开水冲调，搅拌溶解并在自然光下观察色泽和状态，嗅其气味；漱口品其滋味，对其色泽、气味、口感和滋味、冲调情况进行评价，每人综合评分后取平均值。在感官评价前2 h不得喝酒、吃有刺激性的食物，品尝下一个样品前，应用清水漱口，以消除前一个样品的残留口感。鲨鱼软骨冲调粉感官质量评价标准详见表2。
表2 鲨鱼软骨冲调粉感官质量评价标准表
1.3.4 模糊综合感官评价模型的建立
（1）因素集、评语集和加权重集的确立。因素集是评价指标集合，该研究以冲调情况（U1）、口感和滋味（U2）、气味（U3）、色泽（U4）为因数，从而得到的因素集U={u1，u2，u3，u4}。
评语集是指参与鲨鱼软骨冲调粉感官质量的评价者对被评价对象各个因数总的评价的集合。表示为N=｛n1，n2，n3，n4……nj｝，N为评语集，nj为第j级评定语。经过评价小组商讨并认为鲨鱼软骨冲调粉的评价等级为优（n1）、良（n2）、好（n3）、差（n4）；评定小组成员根据表2 鲨鱼软骨冲调粉感官质量评价标准评价，以100分为标准，各指标累计90分为优，累计得分80分为良，累计得分70分为中，累计得分60分为差，得到鲨鱼软骨冲调粉的评语集K=｛k1，k2，k3，k4｝=｛90，80，70，60｝。
权重集是指各因素在模糊数学评价因素中的影响，表示为X＝（x1，x2，x3……xm），其中，影响鲨鱼软骨冲调粉感官品质的指标包括冲调情况、口感和滋味、气味、组织状态。本试验采用强制决定法确定各因素的权重分别为冲调情况（0.2）、口感和滋味（0.4）、气味（0.2）、色泽（0.2），即权重集X＝（0.2，0.2，0.4，0.2）。
（2）模糊矩阵的确立及结果。依据高瑞鹤等[10]的方法，先通过统计感官评定小组成员（10人）的感官评定分数，将各个等级的票数除以10得到模糊关系矩阵R，将因素权重集X与模糊关系矩阵R合成，得到模糊关系评价集Y=X·R，从而得到第j个鲨鱼软骨冲调粉样品的评价结果为Yj=X·Rj（j为1～9）。再引进综合评价矩阵T处理模糊关系评价集Y，根据感官评价的原理，设评价等级集K={k1，k2，k3，k4}，得到鲨鱼软骨冲调粉样品的模糊综合评价总分T=Y·K。
2 结果与分析
2.1 模糊感官评价结果
通过感官评定小组在符合专门试验条件下，根据鲨鱼软骨冲调粉感官质量评价标准（表2）对鲨鱼软骨冲调粉9个样品按4项指标进行评价，将评价结果汇集并进行统计分析，得出鲨鱼软骨冲调粉的感官评价结果见表3。
表3 不同配料下鲨鱼软骨冲调粉感官评价结果表
2.2 模糊矩阵的建立结果
由表3可知，在10人对鲨鱼软骨冲调粉冲调情况的评价结果中，在评定小组中，对于样品1，有6人认为优，2人认为良，2人认为一般，0人认为差，则得到U冲调情况=[0.6 0.2 0.2 0.0]，同理得到U口感和滋味=[0.0 0.2 0.2 0.6]，U气味=[0.6 0.3 0.1 0.0 ]，U色泽=[0.6 0.2 0.2 0.0]，把上述得到的4个因素的评价结果写成一个矩阵为：
根据公式Y=X·R，得到鲨鱼软骨冲调粉第1个样品的综合评价结果为
以此类推，得出各个样品的综合评价结果如表4所示。
表4 各个样品的综合评价结果表
2.3 鲨鱼软骨冲调粉感官综合得分和及最佳配方
根据鲨鱼软骨冲调粉感官质量评价标准（表2）对样品进行模糊感官综合评价，模糊感官综合评价总分T=Y·K，由第1个样品的Y1=[0.36 0.24 0.20 0.20]，与评价等级集K=[90 80 70 60]，算得：
第1个鲨鱼软骨冲调粉样品的模糊综合评分
同理可得T2=82.4，T3=79.6，T4=82.0，T5=86.2，T6=82.4，T7=79.4，T8=77.6，T9=78.8。鲨鱼软骨冲调粉模糊评价总分与正交试验的数据分析结果见表5。极差越大，该因数对模糊评价总分影响越大，根据表中极差（R值）大小对比可知，各因素的影响程度从大到小为A（鲨鱼软骨粉）＞C（柠檬粉）＞B（蓝莓粉）＞D（阿斯巴甜）。
表5 鲨鱼软骨冲调粉优化正交试验结果与分析表
通过模糊数学感官综合评价，由表6可知，试验5号的模糊评价总分最高，大于86.2；试验2、4、6号模糊评价总分均大于80。试验5号的最优配方其组合为A2B2C3D1，但通过观察K值，各因数的最优组合水平为A2B2C3D2，这一组合并没有出现在这次正交实验中，需进一步验证。对最优配方条件所对应水平的试验5号和10号进行进一步验证，得到的模糊感官综合评分结果如表6。由验证试验结果得到最佳组合为A2B2C3D2，其得分为88.2。因此，鲨鱼软骨冲调粉的最优配方为鲨鱼软骨粉500.0 g，蓝莓粉300.0 g，柠檬粉200.0 g，阿斯巴甜0.5 g。
表6 优化配方评价结果表
3 结论
本文以鲨鱼软骨粉冲调粉的感官评价为指标，通过L9（34）正交试验设计方案和模糊数学综合评价法，对鲨鱼软骨冲调粉的配方进行优化，确定影响鲨鱼软骨粉冲调粉感官品质的顺序从大到小依次为A＞C＞B＞D，并得出鲨鱼软骨冲调粉的最佳配方为鲨鱼软骨粉500.0 g，蓝莓粉300.0 g，柠檬粉200.0 g，阿斯巴甜0.5 g，其综合评价得分为87.0。利用模糊数学感官评价法配方制备的鲨鱼软骨冲调粉浸润下沉快，可迅速溶解，呈浅蓝色，澄清透亮，口感饱满，酸甜可口，特有的水果香味，无腥味，为鲨鱼软骨冲调粉的生产和研发提供依据。
