模糊數學結合響應面法優化啤酒魚調味汁配方工藝

劉瑩瑩 胡燕 崔瑩瑩 張宇晴 王敬涵 何志貴 朱云龍

摘要：以啤酒、番茄膏、酸姜和紅泡椒等原料制作啤酒魚調味汁，并對其配方工藝進行研究。基于單因素試驗，探究啤酒用量、番茄膏用量、老抽用量及黃原膠溶液用量對啤酒魚調味汁的影響，并利用模糊數學綜合評價法結合響應面試驗優化其配方工藝，得到啤酒魚調味汁的最佳配方為啤酒用量147 g、番茄膏用量19 g、老抽用量1.3 g、黃原膠溶液用量4 g。在此工藝下制作的啤酒魚調味汁顏色明亮，有光澤，口感協調，啤酒風味濃郁，感官評分為88.47±0.19。對其衛生指標和污染物指標進行測定，均符合國家標準。

關鍵詞：啤酒魚；調味汁；模糊數學綜合評價法；響應面法

中圖分類號：TS201.1????? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）08-0125-06

Optimization of Beer Fish Sauce Formula Process by Fuzzy Mathematics

Combined with Response Surface Method

LIU Ying-ying1，2， HU Yan1，2， CUI Ying-ying2， ZHANG Yu-qing2， WANG Jing-han2，

HE Zhi-gui2*， ZHU Yun-long1*

（1.School of Tourism and Culinary Science， Yangzhou University， Yangzhou 225127， China;

2.College of Leisure and Health， Guilin Tourism University， Guilin 541006， China）

Abstract： Beer fish sauce is prepared with raw materials such as beer， tomato paste， sour ginger and red pickled pepper， and the formula process is optimized. Based on single factor test， the effects of beer dosage， tomato paste dosage， dark soy sauce dosage and xanthan gum solution dosage on beer fish sauce are explored， and fuzzy mathematics comprehensive evaluation method combined with response surface test is used to optimize the formula process. The optimal formula of beer fish sauce is obtained as follows： beer dosage of 147 g， tomato paste dosage of 19 g， dark soy sauce dosage of 1.3 g， xanthan gum solution dosage of 4 g. The beer fish sauce produced by this process is bright and glossy in color， with harmonious taste and strong beer flavor， the sensory score is 88.47±0.19. The health indexes and pollutant indexes are measured， and they are also in line with national standards.

Key words： beer fish; sauce; fuzzy mathematics comprehensive evaluation method; response surface method

收稿日期：2023-02-06

基金項目：廣西重點研發計劃（2018AB49021）

作者簡介：劉瑩瑩（1999—），女，碩士研究生，研究方向：營養與食品衛生學、食品加工。

通信作者：何志貴（1980—），男，教授，博士，研究方向：植物與功能食品；

朱云龍（1962—），男，教授，研究方向：食品科學。

隨著餐飲業的不斷發展，為了在保持菜肴質量穩定的前提下，縮短菜肴的烹調加工時間，市面上出現了各種各樣的復合調味品[1]，復合調味汁是近年來我國調味行業的研究熱點。目前，將復合調味汁和方便食品、快餐食品結合是調味品市場的發展趨勢[2-3]。

“啤酒魚”是廣西陽朔縣的代表性美食，其魚肉鮮辣可口，啤酒香味濃郁，被評為“中國菜”之廣西十大經典名菜[4]。當下，麻辣魚、酸湯魚和酸菜魚等魚類菜肴的調味料包層出不窮，但沒有啤酒魚調味汁的標準化、最優化研究。本試驗致力于開發一種啤酒魚調味汁，基于啤酒魚原有的調味輔料，結合黃原膠的應用，對其配方工藝進行優化，以期對啤酒魚工業化生產及啤酒風味調味品研發提供參考，推動中式菜肴制作的標準化、科學化和規范化發展。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

黃原膠：河南中辰生物科技有限公司；漓泉啤酒：燕京啤酒（桂林漓泉）股份有限公司；亨氏番茄膏：亨氏（青島）食品有限公司；辣椒油、食鹽、海天蠔油、海天金標生抽、海天老抽：均購自桂林世紀華聯超市；小蔥、酸姜、紅泡椒、大蒜：均為市售。

1.2 主要儀器與設備

STX622ZH電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司；電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；CM-5分光測色計 日本柯尼卡美能達公司；FE28-Standard pH計 梅特勒-托利多儀器國際貿易（上海）有限公司；DSM-10鹽度計 上海力辰邦西儀器科技有限公司；HWS-26恒溫水浴鍋 上海齊欣科學儀器有限公司；WYA-2S阿貝折射儀 上海儀電物理光學儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料篩選、稱量→清洗→預處理→熬制→包裝→滅菌、冷卻→成品。

1.3.2 操作要點

預處理：將黃原膠調制成濃度為1%的溶液，靜置3 h后待用；蔥切成3 cm長的段，酸姜切成0.3 cm2的粗絲，紅泡椒切成1 cm長的段，大蒜拍松后切成粒。

熬制：在鍋中先放入一定量的水，然后放入啤酒、番茄膏、蔥段、紅泡椒、姜絲、蒜粒、鹽、蠔油、生抽、老抽和辣椒油，水開后2 200 W加熱10 min，再放入黃原膠溶液攪拌均勻，繼續加熱3 min后用網篩進行過濾，得到的液體即為啤酒魚調味汁。

包裝：用鋁箔袋對調味汁進行包裝。

滅菌、冷卻：將包裝好的調味汁采用巴氏滅菌法滅菌，于水浴鍋中90 ℃滅菌15 s[5]。

1.3.3 啤酒魚調味汁單因素試驗

在預試驗的基礎上，確定啤酒魚調味汁的基礎配方為開水200 g、啤酒140 g、番茄膏15 g、老抽1.5 g、黃原膠溶液4 g、小蔥15 g、酸姜10 g、大蒜15 g、紅泡椒30 g、鹽2.5 g、蠔油10 g、生抽5 g、辣椒油10 g。選定影響調味汁品質的啤酒用量、番茄膏用量、老抽用量、黃原膠溶液用量為試驗因素。在配方中其他條件不變的情況下，分別探究啤酒用量（130，140，150，160，170 g）、番茄膏用量（15，20，25，30，35 g）、老抽用量（0.5，1，1.5，2，2.5 g）、黃原膠溶液用量（2，3，4，5，6 g）對啤酒魚調味汁品質的影響。

1.3.4 啤酒魚調味汁響應面設計試驗

基于單因素試驗的結果，以啤酒用量、番茄膏用量、老抽用量作為因素，以模糊數學感官評分作為響應值Y，優化設計響應面試驗[6]。采用Box-Behnken試驗方法，試驗設計因素與水平見表1。

1.3.5 感官評價

邀請10位感官品評員對啤酒魚調味汁進行感官評定，參考文獻[7]，具體的評分細則見表2。

1.3.6 模糊數學模型的建立

參考文獻[8-10]，建立啤酒魚調味汁模糊數學感官評價方法。根據調味汁品質評判標準，分別設定因素集和評語集：因素集，即感官質量指標集 U=［U1色澤，U2滋味，U3氣味，U4狀態］；評語集，即感官質量評語集P=［優，良，中，差］。以色澤、滋味、氣味和狀態4個因素為評價因素集，以優秀（90）、良（80）、中（70）、差（60）為評語集，采用強制決定法確定調味汁各感官指標的權重，記為X=（X1，X2，X3，X4），X=（0.3，0.3，0.2，0.2）。綜合評價的結果記為W。W是權重X和模糊矩陣S的合成，即Wi=X×Si，最后得分Ti=Wi×P，此公式是模糊運算。

1.3.7 色差的測定

取調味汁10 mL放于培養皿中，將樣品放置在色差儀探頭上，進行色差的測定，記錄 L*、a*、b*值，平行試驗3次后取平均值。

1.3.8 pH值的測定

參照GB 5009.237－2016對調味汁的pH值進行測定，平行試驗3次后取平均值。

1.3.9 食鹽含量的測定

參考文獻[11]，取調味汁置于鹽度計測定室，直接讀取數值，平行試驗3次后取平均值。

1.3.10 可溶性固形物含量的測定

參照NY/T 2637－2014 進行測定。

1.3.11 衛生指標的測定

沙門氏菌：參照GB 4789.4－2016中的檢驗方法；金黃色葡萄球菌：參照GB 4789.10－2016中的檢驗方法。

1.3.12 污染物指標的測定

鉛含量：參照GB 5009.12－2017進行測定；砷含量：按GB 5009.11－2014進行測定。

1.4 數據處理

使用Excel對數據進行整理計算，通過GraphPad Prism 8.0進行單因素作圖，并利用 Design-Expert 8.0.6軟件對Box-Behnken Design響應面試驗進行分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 啤酒用量對啤酒魚調味汁品質的影響

由圖１可知，隨著啤酒用量的增加，調味汁的L*值、a*值和b*值均呈現上升的趨勢，可能是因為啤酒的添加稀釋了調味汁的濃度，使其顏色變淺，所以L*值、a*值不斷增加；又因啤酒本身呈黃色，所以用量越大，調味汁的b*值越大。啤酒的用量對調味汁的pH值影響較小，調味汁的品質較穩定。在番茄膏用量15 g、老抽用量1.5 g、黃原膠溶液用量4 g的條件下，啤酒用量為150 g時，啤酒魚調味汁的感官品質最好。啤酒的添加對調味汁的氣味和滋味影響較大，當啤酒用量較小時，調味汁的啤酒風味不突出，口感不協調，感官評分較低；反之，風味過濃，滋味過重，使其感官品質下降[8]。因此，選取啤酒用量150 g為下一步響應面試驗的中心點。

2.1.2 番茄膏用量對啤酒魚調味汁品質的影響

由圖２可知，在啤酒用量140 g、老抽用量1.5 g、黃原膠溶液用量4 g的條件下，番茄膏用量為20 g時，啤酒魚調味汁色澤鮮亮，口感適宜，滋味和諧，感官品質最優。番茄膏用量的多少會影響調味汁的色澤和滋味。隨著番茄膏用量的增加，調味汁的pH值呈現上升趨勢，說明番茄膏的添加對調味汁的pH值有一定影響。調味汁的L*值、a*值和b*值先上升后下降，原因在于番茄膏用量過多時，調味汁發暗，無光澤。此外，調味汁的口感偏酸，滋味不協調，番茄風味過于突出，感官品質較差。綜上所述，番茄膏的最佳用量為20 g，將其作為下一步響應面試驗的中心點。

2.1.3 老抽用量對啤酒魚調味汁品質的影響

由圖3可知，隨著老抽用量的增加，調味汁的L*值、a*值和b*值不斷下降，這因為老抽的主要作用之一是增色，用量越多，調味汁的顏色越深[7]。調味汁的pH值隨著老抽用量的增大而減小，說明老抽的用量與調味汁的pH值呈負相關。在啤酒用量140 g、番茄膏用量15 g、黃原膠溶液用量4 g的條件下，老抽用量為1.5 g時，啤酒魚調味汁呈現明亮的紅褐色，滋味協調，感官品質最好。老抽用量較少時，調味汁鮮味不足，口感較差，顏色較淺；老抽用量較多時，調味汁滋味過咸，顏色偏深，發暗。因此，選擇老抽用量1.5 g為下一步響應面試驗的中心點。

2.1.4 黃原膠溶液用量對啤酒魚調味汁品質的影響

由圖4可知，在啤酒用量140 g、番茄膏用量15 g、老抽用量1.5 g的條件下，黃原膠溶液用量為4 g時，啤酒魚調味汁的黏稠度適宜，口感和色澤較優。黃原膠是一種在食品和非食品工業中用作黏稠劑的多糖[12]，其溶液具有低濃度、高黏度的特性，溶液pH值為4時的酸性最適合于黃原膠溶液的水化作用，形成的氫鍵作用更強[13]。在黃原膠溶液用量為4 g時，調味汁的pH值達到最小值4.31，其水化作用較強，啤酒魚調味汁的黏稠度較好。黃原膠可以使調味汁透明發亮，添加量較少時，色澤較差；用量較多時，調味汁過于濃稠，也會影響色澤[7]，所以調味汁的L*值先上升后下降。綜合以上因素，黃原膠溶液的最佳用量為4 g。與圖1～圖3進行對比，調味汁品質隨黃原膠溶液用量的變化而變化的幅度最小，可認為其影響不如其他3個因素顯著，故不將其列入響應面試驗[14]。

2.2 模糊數學模型的建立

2.2.1 感官評價結果

將10名感官評定員對響應面17組樣品的感官評分進行整理統計，對應的結果見表3。

2.2.2 建立模糊矩陣

模糊矩陣＝樣品的等級評價人數／總人數[8]。以１號樣品為例，在色澤的評價中，7人選優，３人選良，0人選中，０人選差，即可得到模糊矩陣S1～S17：

。

依據模糊運算公式Wi=X×Si，對樣品進行綜合模糊評判，可得出：W1＝（0.71，0.29，0，0），W2＝（0.61，0.37，0.02，0），W3＝（0.8，0.2，0，0），W4＝（0.35，0.5，0.15，0），W5＝（0.08，0.47，0.32，0.13），W6＝（0.82，0.16，0.02，0），W7＝（0.06，0.29，0.42，0.23），W8＝（0.1，0.38，0.4，0.12），W9＝（0.73，0.24，0.03，0），W10＝（0.08，0.34，0.33，0.25），W11＝（0.28，0.35，0.3，0.07），W12＝（0.55，0.32，0.1，0.03），W13＝（0，0.08，0.39，0.53），W14＝（0.23，0.4，0.22，0.15），W15＝（0，0.03，0.37，0.6），W16＝（0.12，0.26，0.46，0.16），W17＝（0.19，0.36，0.33，0.12）。

依據Ti=Wi×P，可得出最后得分，以T1為例：

T1＝W1×P＝（0.71，0.29，0，0）×（90，80，70，60）＝87.1；以此類推，最后總得分見表4。

2.3 響應面試驗結果與分析

2.3.1 試驗結果

通過試驗得到響應面設計方案及試驗結果，見表4。

2.3.2 試驗分析

對響應面試驗結果進行分析得到回歸模型的方差分析，見表5。

由表5可知，回歸模型的F值為77.57，P值＜0.000 1，相關性極顯著，且方程的失擬項不顯著，相關系數R2 =0.990 1，說明該模型與實際結果的擬合度較高，試驗可靠有效。模型中一次項A、B具有極顯著性，一次項C作用顯著；交互項AB作用顯著，交互項AC具有極顯著性，交互項BC不顯著；A、B、C的平方項具有極顯著性。

依據Design-Expert 8.0.6軟件進行優化處理，對調味汁的感官品質和加工工藝進行回歸與擬合，所得標準方程：Y=87.20－3.80A－3.15B－1.05C－1.43AB+5.53AC+0.53BC－8.14A2－6.29B2－4.54C2。

2.3.3 交互因素對啤酒魚調味汁感官品質的影響

利用Design-Expert 8.0.6軟件對數據進行處理，得到響應面三維曲面圖，見圖5～圖7。

由圖5～圖7可知，交互項BC的響應曲面圖坡度較均勻平緩，等高線圖接近圓形，說明B和C的交互作用不顯著，即交互項BC對啤酒魚調味汁的感官品質影響較小。交互項AB、AC的響應曲面圖坡度較陡峭，等高線圖呈橢圓形，表明A和B、A和C的交互作用顯著，對啤酒魚調味汁的感官品質影響較大。在一定范圍內，番茄膏用量隨著啤酒用量的增加而增加，使得成品口感適宜、滋味協調。隨著啤酒用量的增加，老抽的用量也要增加，成品才能顏色明亮，有光澤，否則調味汁顏色較淺，影響品質。

2.3.4 最佳工藝結果的確定及驗證

經Design-Expert 8.0.6軟件處理可得，方程的極值點為啤酒用量146.76 g、番茄膏用量18.86 g、老抽用量1.34 g，此時感官評分為88.345 7。根據實際情況調整參數，進行試驗驗證。在啤酒用量147 g、番茄膏用量19 g、老抽用量1.3 g的工藝條件下，重復試驗3次，得到啤酒魚調味汁的感官評分為88.47±0.19，與理論分析結果基本相同。

2.4 調味汁品質分析

2.4.1 調味汁的感官評價

啤酒魚調味汁呈流體狀，無分層狀態，也未出現沉淀現象[15]，無霉變，無異味，無正常視力可見外來物，是一款紅褐色且啤酒風味濃郁的調味汁，符合GB 31644－2018《食品安全國家標準 復合調味料》感官要求。

2.4.2 調味汁的質量指標

將最優工藝配方制得的啤酒魚調味汁進行理化指標檢測，并根據GB 31644－2018《食品安全國家標準 復合調味料》進行衛生指標和污染物指標測定，見表6。

由表6可知，啤酒魚調味汁的各項質量指標均符合國家標準，說明其質量安全，可放心食用。

3 結論

模糊數學綜合評價方法比較客觀，可以較好地評價產品的感官品質。通過單因素試驗和模糊數學評價法結合響應面試驗，得到影響啤酒魚調味汁感官品質的因素順序為啤酒用量＞番茄膏用量＞老抽用量。其最佳工藝配方為啤酒147 g、番茄膏19 g、老抽1.3 g、黃原膠溶液4 g、小蔥15 g、酸姜10 g、大蒜15 g、紅泡椒30 g、鹽2.5 g、蠔油10 g、生抽5 g、辣椒油10 g。制得的調味汁色澤鮮亮，滋味濃郁，風味獨特。啤酒魚調味汁的開發豐富了調味汁的種類，也為啤酒風味菜肴的工業化奠定了基礎。本試驗只對其加工工藝進行了優化，其風味規律、營養成分以及貯藏品質提升等方面還需要進一步研究。

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