模糊數學模型在酶解法蠔汁感官評價中的應用

陳建旭 陳志光 黃健玲 李桂花 曾慧芯 李麗珊

摘要 以生蠔為原料制備酶解法蠔汁，對比酶解溫度、酶解時間及酶添加量對蠔汁感官評分的影響，并以酶解溫度、酶解時間和酶添加量為考察因素，利用模糊數學模型結合響應面的方法優化酶解法蠔汁的加工工藝。結果表明：酶解時間對蠔汁的感官評分影響最大，其次是酶解溫度，酶添加量對蠔汁感官評分影響最小。確定了酶解法蠔汁最佳工藝參數，即酶解時間3.6 h，酶解溫度50 ℃，酶添加量0.15%。在該優化工藝條件下生產的酶解法蠔汁色澤光鮮，鮮美蠔味突出，鮮蠔香氣濃郁，感官評分為85.05，與響應面預測值85.44擬合良好。

關鍵詞 酶解；蠔汁；模糊數學；響應面法

中圖分類號 TS264.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2023）09-0149-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.037

Abstract Oyster extractives of enzymatic hydrolysis process was made from oyster. The effects of enzymolysis temperature， enzymolysis time and total enzyme amount on the yield of the sensory scores were studied. Fuzzy mathematical model combined with response surface method is used to optimize the processing of oyster extractives.Based on the results of single factor test， the yield response was analyzed using method of response surface analysis. The results showed that the order influenced the sensory scores was enzymolysis time ＞enzymolysis temperature ＞total enzyme amount. The optimal enzymatic conditions were： enzymolysis time 3.6 h， enzymolysis temperature of 50 ℃， total enzyme amount 0.15%. Under the optimal conditions， oyster extractives of enzymatic hydrolysis process have bright color， good and strong flavor of oyster ，and the sensory score of oyster extractives was 85.05， which was in good agreement with the predicted value by methodology of 85.44.

Key words Enzymatic;Oyster extractives;Fuzzy mathematics;Response surface methodology

作者簡介 陳建旭（1982—），男，廣東陽江人，工程師，碩士，從事食品化學和香精香料研究。

生蠔（Oyster）是牡蠣的別稱，因其屬于低脂肪高蛋白食物，營養豐富，含有微量元素鋅、牛磺酸、人體必需氨基酸和呈味氨基酸而被廣泛食用，素有“海底牛奶”之稱［1］。蠔油是利用生蠔蒸煮后的汁液進行濃縮或直接用生蠔肉酶解，然后再加入食糖、食鹽、淀粉或變性淀粉等原料，輔以其他配料和食品添加劑制成的水產調味品［2］，具有天然海產品風味特征，色澤光鮮亮麗，滋味濃郁鮮美，氣味芬芳怡人等特點［3］，味道鮮美，營養豐富，老少皆宜，受到消費者的喜愛和追捧。

蠔汁是蠔油呈現蠔特征香氣的主體，為蠔油提供豐富的氨基酸、核糖核酸、糖原、有機酸、酯類物質、微量元素和礦物質等，其含量直接影響蠔油呈味和呈香的品質［4-6］。傳統蠔汁是將生蠔進行簡單的蒸煮，然后收集生蠔蒸煮的汁液進行濃縮，其營養成分基本屬于水溶性，生蠔中的其他營養物質并未得到釋放，也限制了蠔油生產規模的進一步擴大。生蠔通過酶解生物技術處理后，不僅可以使水溶性營養物質得到充分的釋放，還進一步增加了蠔汁中礦物質、微量元素、氨基酸、小分子肽和多肽等物質的含量［4］，大幅提高了蠔汁無鹽固形物和氨基酸態氮的含量，從而可以擴大蠔油整體產量，以滿足市場的需求。

傳統的感官評價使得評價人員對測試樣品的評估往往傾向于語言描述，難以用數字進行量化，主觀差異比較明顯，具有一定的局限性［7］。而模糊數學評價恰好能夠彌補傳統感官評價的不足之處，可以為每個描述性的語言進行賦值和編碼，經過一定的邏輯運算，使每份測試樣品獲得一個數值，更具客觀性［7-9］。目前模糊數學模型感官評定已廣泛應用于肉制品、調味品、休閑食品和飲品等食品領域［10-13］。

目前，對傳統蒸煮法蠔汁研究報道較多，尚鮮見有關酶解法蠔汁感官評價的研究報道。因此筆者在單因素試驗的基礎上，利用模糊數學模型結合響應面的方法優化酶解法蠔汁的加工工藝，以期為生蠔資源的深度開發和綜合利用提供新的途徑和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮生蠔，廣東省陽西縣程村鎮市場；復合風味酶（堿性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶），安琪酵母股份有限公司；食用鹽，廣東鹽業有限公司。

1.2 主要儀器與設備

JYL-Y921九陽高速破壁調理機，九陽股份有限公司；LT3002E電子天平，常熟市天量儀器有限責任公司；JB90-D型強力電動攪拌機，上海標本模型廠；ZNHW-II1000ML加熱套，鞏義市予華儀器有限責任公司；SHA-B水浴恒溫振蕩器，常州澳華儀器有限公司；BCE2241-1CCN電子天平，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酶解法蠔汁的制備工藝流程。

生蠔去殼、除雜→搗碎→酶解→過濾→濃縮→熱反應→調配→成品。

1.3.2 操作要點。

將生蠔清洗干凈并去殼、除雜，所收集的生蠔肉按料水比1∶1（g/mL）一起放入高速破壁調理機中打漿，得到生蠔勻漿。加入一定量的復合蛋白酶，置于一定溫度的水浴鍋中進行一定時間的酶解，再于95 ℃水浴中滅酶15 min，冷卻至室溫。將酶解液過120目的篩網，然后在微沸狀態下濃縮至最初生蠔肉的重量，將所得濃縮酶解蠔汁置于恒溫反應器98 ℃反應6 h，最后加食用鹽調配至含鹽量為18%。

1.3.3 酶解法蠔汁工藝優化試驗［14-15］。

根據Box-Benhnken中心組合設計原則，在單因素試驗的基礎上，以酶解時間、酶解溫度和酶添加量為自變量，以酶解法蠔汁的色澤、滋味、體態和氣味為評價指標，根據模糊數學模型評定方法得到酶解法蠔汁的品質綜合評分為響應值，進行3因素3水平的響應面分析。試驗因素水平見表1。

1.3.4 感官評價方法。

參照蠔汁的感官評價要求［16］，由10名技術中心研發部食品工程師組成感官評價小組，制訂感官評價標準（表2）。

1.3.5 模糊數學模型的建立［7-11］。

以酶解法蠔汁的色澤、滋味、體態、氣味作為評價因素，組成評價因素集U=（U1，U2，U3，U4）；評語集為V=（V1，V2，V3，V4）T=（優，良，中，差）T，其中優90分，良80分，中70分，差60分。各因素權重集K的確定：由10位技術中心研發部食品工程師為各因素打分（表3），得出各因素的權重集K=（K1，K2，K3，K4）=（色澤，滋味，體態，氣味）=（0.225，0.255，0.235，0.285）。

構建模糊數學模型Yj=K·Rj

式中，Yj為模糊數學感官評價結果，K為各因素的權重集，Rj為每個樣品的模糊評價矩陣。然后對等級因素進行賦值，得到感官評價得分。

Sj=Yj·V

式中，Sj為感官評價得分，Yj為模糊數學感官評價結果，V為評價集。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 酶解時間考察結果。

在酶解溫度50 ℃、酶添加量0.15%的條件下，酶解時間分別選擇1、2、3、4、5 h進行試驗，考察酶解時間對酶解法蠔汁感官評分的影響，試驗結果見圖1。由圖1可知，酶解時間對酶解法蠔汁的感官評分有顯著影響，感官評分隨著酶解時間的增加而升高，但是到達一定的時間后，感官評分又呈現下降趨勢。這可能是由于酶解時間過長，產生了一些不良氣味，造成生蠔蛋白質過度酶解，釋放出過多呈苦味、澀味的氨基酸，從而引起口感不好。

2.1.2 酶解溫度考察結果。

在酶解時間3 h、酶添加量0.15%的條件下，酶解溫度分別選擇30、40、50、60、70 ℃進行試驗，考察酶解溫度對酶解法蠔汁感官評分的影響，試驗結果見圖2。由圖2可知，酶解溫度對酶解法蠔汁的感官評分有顯著影響，感官評分隨著酶解溫度的增加而升高，但是超過60 ℃后，感官評分急劇降低。在酶解時間和酶添加量不變的條件下，隨著酶解溫度的升高，酶的活性隨之增加，酶解產物提高，但是酶解溫度過高，會影響酶的活性，從而造成生蠔蛋白酶的水解程度偏低，進而影響到蠔汁的滋味、體態和香氣，使得感官評分下降。

2.1.3 酶添加量考察結果。

在酶解時間3 h，酶解溫度50 ℃的條件下，酶添加量（按生蠔的質量計算）分別選擇0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%進行試驗，考察酶添加量對酶解法蠔汁感官評分的影響，試驗結果見圖3。由圖3可知，在試驗范圍內的酶添加量對感官評分的影響不如酶解時間和酶解溫度對感官評分的影響大，隨著酶添加量的增大，感官評分緩慢升高，酶添加量超過0.15%后，感官評分開始緩慢降低。

2.2 響應面法優化試驗設計及結果分析

2.2.1 模糊數學感官評價結果。

在單因素試驗結果的基礎上，采用中心組合設計原理進行試驗設計，得到17種試驗方案，邀請公司技術中心20位同事（其中10位同事為研發部工程師，10位同事為品控部人員），對17種不同酶解條件的酶解法蠔汁進行優、良、中、差4級感官評價，評價結果見表4。

2.2.2 響應面分析試驗結果。

根據17組酶解法蠔汁的模糊數學感官評分結合響應面分析，其試驗結果和方差分析見表5、6。

用Design-Expert 12軟件對表5的結果進行多元回歸分析，得到酶解法蠔汁感官評分（Y）和酶解時間（X1）、酶解溫度（X2）、酶添加量（X3）的編碼的二次多項式回歸方程如下：Y=83.940 0+4.960 0X1-0.852 5X2-0.213 7X3+1.670 0X1X2-0.110 0X1X3-5.600 0X2X3-4.140 0X12-4.570 0X22-6.160 0X32。

由表6可知，模型的F值為48.620 0，P＜0.000 1，達到極顯著水平，失擬項P=0.125 5＞0.05不顯著，說明方程擬合程度良好，可用于酶解法蠔汁生產工藝參數模型分析。由表6的F值大小順序可知，各工藝條件對酶解法蠔汁感官評分的影響表現為X1＞X2＞X3，即酶解時間＞酶解溫度＞酶添加量。方差分析各因素顯著性結果顯示，X1、X1X2、X2X3、X12、 X22、X32達到顯著水平（P＜0.05）。因此，可利用該模型進行酶解法蠔汁的感官評價。剔除不顯著項，得到優化后的響應面回歸方程為

Y=83.94+4.96X1+1.67X1X2-5.60X2X3-4.14X12-4.57X22-6.16X32

2.2.3 因素交互作用分析。

由表6可知，試驗所建立的數學模型中X1X3交互影響較小，X1X2、X2X3的交互作用顯著，即酶解時間和酶解溫度之間的交互影響對酶解法蠔汁感官評分有顯著影響，酶解溫度和酶添加量之間的交互影響對酶解蠔汁感官評分有顯著影響。它們交互作用響應曲面和等高線見圖4、5。

從圖4可以看出，當提取時間一定時，酶解溫度在40～60 ℃，酶解法蠔汁的感官評分先是顯著增大，但到達一定值時，又開始慢慢減小；當酶解溫度一定時，提取時間在2.0～4.0 h，酶解法蠔汁的感官評分先逐漸增大，到達一定值時，又開始減小。

從圖5可知，當酶解溫度一定時，酶添加量在0.10%～0.20%，酶解蠔汁的感官評分先增大，到達0.15%時，變化趨于平緩；當酶添加量一定時，酶解溫度在40～60 ℃，酶解法蠔汁先逐漸增大，到達一定值時，感官評分緩慢變小。

2.3 最佳工藝條件試驗驗證

經Box-Behnken試驗設計，采用Design-Expert 12軟件對試驗數據進行分析處理后，得到酶解法蠔汁感官評分的最高工藝參數為：酶解時間3.61 h，酶解溫度50.44 ℃，酶添加量0.147 8%，預測酶解法蠔汁感官評分為85.436 6。結合實際操作的可行性，將最佳工藝參數修正為：酶解時間3.6 h，酶解溫度50 ℃，酶添加量0.15%，在該條件下進行酶解法蠔汁感官評分的驗證試驗，做3份平行試樣，酶解法蠔汁的感官評分為85.05，與模型預測值基本符合。

3 結論

根據單因素試驗結果，通過構建模糊數學模型并結合Design-Expert 12的Box-Behnken（BBD）中心組合原理設計響應面試驗，并采用響應面分析法對酶解法蠔汁感官評分進行分析，建立以酶解時間（X1）、酶解溫度（X2）、酶添加量（X3）為自變量，以酶解法蠔汁感官評分（Y）為響應值的多元二次回歸數學模型，并進行方差分析和可信度分析，回歸決定系數為0.984 3，回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項（P＝0.125 5＞0.05）不顯著。根據優化的工藝參數進行驗證試驗，選擇酶解時間3.6 h，酶解溫度50 ℃，酶添加量0.15%，酶解法蠔汁的感官評分為85.05，與預測值基本相符。說明采用模糊數學模型并結合響應面法建立的酶解法蠔汁感官評分穩定可行，可應用于酶解法蠔汁的生產。

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