模糊數學感官評價結合響應面法優化腌醋椒工藝配方

摘要：以巴塘辣椒為原料制作腌醋椒，運用模糊數學感官評價結合響應面法對腌醋椒的工藝配方進行優化。利用單因素試驗和Plackett-Burman試驗設計篩選影響腌醋椒感官品質的關鍵因素，在此基礎上，以模糊數學感官評分和質構指標為響應值，通過響應面試驗得出最優工藝配方：以200.0 g辣椒為基準，添加胡椒5.0 g、花椒5.0 g、米醋880.0 g、醬油100.0 g、食鹽20.0 g、紅糖25.0 g、大蒜50.0 g、腌制時間13 d，在此條件下制作的腌醋椒感官品質最佳，具有濃郁的醋香和椒香，口感爽脆，味道豐富；食鹽含量（以NaCl計）為3.18 g/100 g，亞硝酸鹽含量為1.95 mg/kg，總酸含量為2.83 g/100 g，均符合相關國標要求。該研究為優化腌醋椒的口感和品質、提高生產效率和產品質量提供了科學的理論依據。

關鍵詞：腌醋椒；Plackett-Burman試驗；響應面法；模糊數學感官評價法；質構分析

中圖分類號：TS205.5""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）08-0113-07

Optimization of Process Formula of Pickled Vinegar Pepper by Fuzzy Mathematics

Sensory Evaluation Combined with Response Surface Method

DU Ya-fei1，2， LI Wei1，2， LIU Xu1，2， JIAO Ling1， WU Ting1

（1.College of Chemistry and Life Sciences， Chengdu Normal University， Chengdu 611130， China;

2.Sichuan Provincial Key Laboratory for Development and Utilization of Characteristic

Horticultural Biological Resources， Chengdu 611130， China）

Abstract： Pickled vinegar pepper is produced with Batang pepper as the raw material， the process formula of pickled vinegar pepper is optimized by fuzzy mathematics sensory evaluation combined with response surface method. The key factors affecting the sensory quality of pickled vinegar pepper are" screened by single factor test and Plackett-Burman test design.On this basis， with the fuzzy mathematics sensory score and texture indexes as the response values， the optimal process formula obtained by response surface test is as follows： with 200.0 g pepper as the base， add 5.0 g black pepper， 5.0 g Zanthoxylum bungeanum， 880.0 g rice vinegar， 100.0 g soy sauce， 20.0 g salt， 25.0 g brown sugar and 50.0 g garlic， and pickling time is 13 d. The pickled vinegar pepper produced under these conditions has the best sensory quality， with strong vinegar and pepper aroma， crisp texture and rich flavor. The salt content （calculated as NaCl ） is 3.18 g/100 g， the nitrite content is 1.95 mg/kg and the content of total acids is 2.83 g/100 g， all of which meet the requirements of relevant national standards. This study has provided a scientific theoretical basis for optimizing the taste and quality of pickled vinegar pepper， and improving the production efficiency and product quality.

Key words： pickled vinegar pepper; Plackett-Burman test; response surface method; fuzzy mathematics sensory evaluation method; texture analysis

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.019

引文格式：杜亞飛，李維，劉緒，等.模糊數學感官評價結合響應面法優化腌醋椒工藝配方.中國調味品，2024，49（8）：113-119，132.

DU Y F， LI W， LIU X， et al.Optimization of process formula of pickled vinegar pepper by fuzzy mathematics sensory evaluation combined with response surface method.China Condiment，2024，49（8）：113-119，132.

收稿日期：2023-12-08

基金項目：川菜發展研究中心科研項目（CC22Z19）；成都師范學院校級科研項目（CS21ZCY03）

作者簡介：杜亞飛（1990—），男，碩士，研究方向：農產品加工與貯藏。

辣椒含有豐富的維生素A、維生素C、類胡蘿卜素等營養物質，同時還含有辣椒素等活性成分，這些成分具有抗氧化、抗炎、促進新陳代謝等益處，隨著人們對健康飲食關注度的提高，對作為健康食材的辣椒的認知度也逐漸提升，進而推動了其消費量的增長。目前，國內辣椒產業整體發展趨勢較好，辣椒主產地如四川、貴州、湖南等省份立足于原料優勢發展迅速，各種辣椒制品如辣椒醬、辣椒油、辣椒泡菜的品種不斷增加。腌醋椒是一種傳統的四川調味品，根據GB 2714—2015中的定義，屬于醬腌菜的一種，其加工成品具有酸辣可口、口感爽脆等特點，常用于菜肴的調味，也可直接食用或用作拌菜的配料。該產品以辣椒和食醋為主要原料，添加其他輔料，通過腌制而形成特殊風味，富含維生素、礦物質等多種營養成分，深受消費者的喜愛，但由于目前腌醋椒標準化加工工藝和質量控制等方面缺乏科學的理論研究支撐，還存在產品風味不統一、質量不穩定等問題，本文針對以上問題對腌醋椒的腌制工藝進行研究，以期為腌醋椒的生產工藝優化提供可靠的理論依據。

模糊數學感官評價法是一種將模糊邏輯和數學方法相結合的感官評價方法，對腌醋椒的感官品質進行模糊綜合評價，可避免評價者主觀性和不確定性的因素；質構指標的測定可以更全面地評估在咀嚼和吞咽過程中腌醋椒的物理特性，了解其口感和咀嚼體驗，從而更準確和客觀地評估腌醋椒的品質。本研究引入模糊數學感官評價法和質構指標，利用Plackett-Burman設計探究米醋、醬油、大蒜、食鹽、紅糖的添加量和腌制時間對腌醋椒感官品質的影響，通過響應面試驗確定腌醋椒的最優工藝配方，不僅可以提高腌醋椒感官品質評價的準確性，為腌醋椒的工業化生產提供科學依據，而且可為腌制蔬菜的開發和品控提供新的思路。

1" 材料與方法

1.1" 材料與試劑

辣椒：產自四川省甘孜州巴塘縣；米醋、紅糖、食鹽、醬油、花椒、大蒜：市售。

鉻酸鉀、硝酸銀、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、冰乙酸、硼酸鈉、鹽酸、對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、氫氧化鈉（均為分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

1.2" 儀器與設備

PHS-3E型pH計" 無錫雷磁儀器儀表有限公司；Rapid-TA型質構儀" 上海騰拔儀器科技有限公司；U-T3型分光光度計" 屹譜儀器制造（上海）有限公司。

1.3" 方法

1.3.1" 腌醋椒制作工藝流程和操作要點

1.3.1.1" 工藝流程

1.3.1.2" 操作要點

選擇新鮮成熟、無蛀蟲、硬度較好的辣椒，用清水沖洗干凈，熱燙后晾干，使用刀尖或叉子在辣椒上扎均勻小孔以便入味；準備洗凈控干的陶壇，先在底部撒上一層食鹽，稱取處理好的辣椒放入陶壇底部鋪一層，然后均勻加入適量食鹽、紅糖（粉）、大蒜（切片）、花椒、胡椒等調味料，再放一層辣椒，重復以上步驟直至所有的辣椒和調味料都放入壇中，倒入米醋、醬油（注意確保辣椒完全浸泡于液面以下）；蓋上壇蓋并密封，輕輕搖晃陶壇使調味料均勻混合；將陶壇置于陰涼、通風處進行自然腌制，每2 d搖晃陶壇一次以確保辣椒均勻腌制，至預設的腌制時間結束后即可開壇取食。

1.3.2" 感官評價

由10名經過專業訓練的人員（男女比例為1∶1）組成評價小組，參加試驗的感官評定人員在進行評價前需了解產品特點、感官評價標準和方法，避免食用刺激性食物，每次評價樣品前用清水漱口，間隔10 min后再評定下一個樣品，以避免疲勞效應對評價結果的影響。感官評定人員針對腌醋椒的滋味、質地、香氣和外觀4個方面進行評分，感官評分標準見表1。

1.3.3" 單因素試驗

稱取辣椒200.0 g、胡椒5.0 g、花椒5.0 g、米醋800.0 g、醬油100.0 g、食鹽20.0 g、紅糖30.0 g、大蒜40.0 g、腌制時間14 d為基礎工藝條件，以感官評分為指標，設置不同食鹽添加量（10.0，15.0，20.0，25.0，30.0 g）、醬油添加量（60.0，80.0，100.0，120.0，140.0 g）、米醋添加量（400.0，600.0，800.0，1 000.0，1 200.0 g）、紅糖添加量（20.0，25.0，30.0，35.0，40.0 g）、大蒜添加量（20.0，30.0，40.0，50.0，60.0 g）、腌制時間（7，10，14，18，21 d）進行單因素試驗，確定各因素的適宜范圍。

1.3.4" Plackett-Burman試驗設計

根據單因素試驗結果，對食鹽添加量（X1）、醬油添加量（X2）、米醋添加量（X3）、紅糖添加量（X4）、大蒜添加量（X5）、腌制時間（X6）進行考察，按照模糊數學法評分，利用Minitab 20軟件篩選影響腌醋椒感官評分的關鍵因素。各考察因素分別取低水平“-1”和高水平“1”兩個水平，試驗次數n=12，Plackett-Burman試驗設計因素及水平見表2。

1.3.5" 響應面試驗設計

由于不同人群對感官評價的偏好可能有所不同，因此在評估腌醋椒品質時還需綜合考慮質構指標，通過質構指標的定量測定，可提供更加客觀和可重復的評估結果，從而減少主觀性影響，以實現產品的一致性和穩定性，有助于生產過程中識別潛在問題和改進工藝技術。本研究根據Plackett-Burman試驗結果，固定醬油添加量100.0 g、紅糖添加量25.0 g、大蒜添加量50.0 g，選擇食鹽添加量、米醋添加量和腌制時間3個因素作為自變量，以模糊數學感官評分和質構指標（硬度、彈性）綜合評分作為響應值，進行響應面試驗設計。

綜合評分的計算采用歸一化法，設定感官評分、硬度、彈性的權重系數分別為0.5，0.25，0.25，總和為1，計算公式：Y=（X1i/max1×0.5＋X2i/max2×0.25+X3i/max3×0.25）×100，其中X1i表示感官評分的第i個值，X2i表示硬度的第i個值，X3i表示彈性的第i個值，max1表示感官評分最大值，max2表示硬度最大值，max3表示彈性最大值。響應面試驗因素及水平見表3。

1.3.6" 模糊數學法評價模型的建立

因素集U={u1，u2，u3，u4}={滋味，質地，香氣，外觀}。

評語集V={v1，v2，v3，v4}={優（90分），良（80分），中（70分），差（60分）}。

權重集：根據相關專業人士對產品的特點進行權重打分，采用強制決定法確定各因素權重X={x1，x2，x3，x4}={0.4，0.3，0.2，0.1}。

模糊矩陣T：根據感官評價表對腌醋椒各試驗組進行感官評分，統計各考察因素所對應的評語集投票人數，將采集數據的分布結果除以感官評價總人數計算得到模糊矩陣T。以k號樣品為例，其模糊矩陣為：

Tk=r11r12…r1jr21r22…r2j…………ri1ri2…rij。

其中：i=1，2，3，4，表示樣品感官評價因素；j=1，2，3，4，表示評語集中的樣品感官評價等級。

綜合評判集Y：通過模糊數學變換原理計算各試驗組的綜合評判結果Y=X·T＝（y1，y2，y3，y4），其中X為權重集，T為模糊矩陣。

將綜合評判集Y（y1，y2，y3，y4）分別與評語集中各評價等級所對應的分值相乘并求和，即為最終感官評分。

1.3.7" 質構的測定

將腌制后的腌醋椒樣品瀝干，在質構儀TPA模式下進行測定，具體參數： P/10柱形探頭，壓縮力5.00 g，壓縮量50%，測前速度2.00 mm/s，測定速度1.00 mm/s，測后速度2.00 mm/s，每組樣品測3個點位，取3次測定的平均值。

1.3.8" 理化指標的測定

將腌醋椒樣品瀝干后，去除可見異物和雜質，搗碎、研磨、混合以確保樣品的均勻性，再進行理化指標的測定，取3次測定的平均值，其中食鹽、亞硝酸鹽、總酸均按照GB/T 5009.54—2003中的規定進行測定。

2" 結果與分析

2.1" 單因素試驗結果與分析

2.1.1" 食鹽添加量對腌醋椒感官評分的影響

由圖1可知，隨著食鹽添加量的增加，腌醋椒的感官評分先升高后降低，當食鹽添加量為20.0 g時感官評分達到最大值，這是由于適當添加食鹽可以促進腌醋椒中調味料的溶解，使其更好地滲透到辣椒中，增強味覺層次感和風味豐富度；而過量的食鹽可能會掩蓋辣椒本身的風味，使其變得過咸，影響整體口感的平衡。因此，初步確定食鹽添加量為20.0 g左右。

2.1.2" 醬油添加量對腌醋椒感官評分的影響

由圖2可知，隨著醬油添加量的增加，腌醋椒的感官評分呈現先升高后降低的趨勢，當醬油添加量為100.0 g時感官評分最高，這是由于醬油含有豐富的氨基酸和呈鮮物質，可以調和辣椒的辣味，使其更加平衡和柔和，提升整體風味；然而過量的醬油可能會使腌醋椒過咸，掩蓋辣椒的風味，導致整體口感失衡。因此，初步確定醬油添加量為100.0 g左右。

2.1.3" 米醋添加量對腌醋椒感官評分的影響

由圖3可知，隨著米醋添加量的增加，腌醋椒的感官評分逐漸升高，當米醋添加量為800.0 g時感官評分達到峰值，繼續添加米醋，感官評分呈下降趨勢，這主要是因為隨著米醋的加入，辣椒的顏色、質地和風味等發生改變，適量的米醋可以增加泡醋椒的酸味，中和辣椒的辣度，提升滋味的清爽感；而過量的米醋會使泡醋椒過酸，同時掩蓋辣椒和其他調味料的風味，使味感變得單調或不夠平衡。因此，初步確定米醋添加量為800.0 g左右。

2.1.4" 紅糖添加量對腌醋椒感官評分的影響

由圖4可知，隨著紅糖添加量的增加，腌醋椒的感官評分呈現先升高后降低的趨勢，當紅糖添加量為25.0 g時感官評分最高，此時腌醋椒的感官品質最好，這是由于紅糖具有獨特的香甜味，可以平衡辣椒的辣度，改善腌醋椒的口感，同時糖分的溶解可以增加腌醋椒的黏稠度，使其更加順滑和飽滿；而過量的紅糖可能會使腌醋椒過甜，掩蓋其他調味料的風味，導致整體感官品質下降。因此，初步確定紅糖添加量為25.0 g左右。

2.1.5" 大蒜添加量對腌醋椒感官評分的影響

由圖5可知，隨著大蒜添加量的增加，腌醋椒的感官評分先逐漸升高，當大蒜添加量為50.0 g時達到最高，隨后降低，這是由于大蒜具有獨特的辛辣味和強烈的風味，可以為腌醋椒帶來濃郁的大蒜風味，增加口感的復雜性，此外，大蒜的辛辣味可以調和其他調味料的甜味、酸味、咸味等味道，使整體口感更加豐富；而當大蒜添加量過多時，會導致蒜味過重，掩蓋其他調味料的風味，使感官評分降低。因此，初步確定大蒜添加量為50.0 g左右。

2.1.6" 腌制時間對腌醋椒感官評分的影響

由圖6可知，隨著腌制時間的延長，腌醋椒的感官評分逐漸升高，當腌制時間為14 d時感官評分達到最高，若進一步延長腌制時間，感官評分逐漸下降，這是由于在腌制初期，辣椒和其他調味料開始相互滲透，風味逐漸融合，隨著時間的推移，調味料的風味充分滲透到辣椒中，口感變得均衡、豐富；然而腌制時間過長，辣椒變得過軟、過咸或過酸，失去原有的口感和風味，導致整體感官評分下降。因此，初步確定腌制時間為14 d左右。

2.2" Plackett-Burman試驗結果與分析

根據1.3.4設計方案進行Plackett-Burman試驗，感官評價數據采集結果見表4，模糊數學計算結果見表5，方差分析結果見表6，Pareto效應圖見圖7。

由表6和圖7可知，模型的P值=0.003＜0.01，說明模型極顯著；R2=95.48%，RAdj2=90.05%，說明方程可以解釋90.05%的響應值變化，試驗設計和結果可靠，擬合度較好；在6個考察因素中，X1（食鹽添加量）、X3（米醋添加量）對感官評分的影響極顯著（P＜0.01），X6（腌制時間）對感官評分的影響顯著（Plt;0.05），其余因素的影響不顯著；對所得數據進行回歸分析，得到各因素一次回歸方程：感官評分=81.032+1.482X1-0.282X2+1.698X3+0.398X4-0.448X5+0.890X6，由方程可知，食鹽添加量、米醋添加量、腌制時間對腌醋椒感官評分的影響均為正效應。

2.3" 響應面試驗結果與分析

根據1.3.5設計方案進行三因素三水平響應面試驗，感官評價數據采集結果見表7，模糊數學感官評分、質構測定結果及綜合評分見表8，方差分析結果見表9。對表8中的數據進行回歸擬合并分析，建立二次回歸方程：Y=93.55＋0.846A+1.01B-0.37C-0.823AB-0.339AC-1.85BC-5.08A2-1.72B2-2.71C2。

由表9可知，回歸模型的P值lt;0.000 1，極顯著，失擬項的P值=0.798 7＞0.05，不顯著，即模型的擬合度較好；模型的決定系數R2=0.978 6，校正決定系數RAdj2=0.951 0，說明模型能解釋95.10%的試驗數據，且試驗受其他因素的干擾較小；變異系數C.V.=0.883%，表明試驗的穩定性和重現性較好，可以利用該回歸模型對腌醋椒的工藝配方進行分析和預測；回歸模型中，一次項B、交互項BC、二次項A2、B2、C2對腌醋椒綜合評分的影響均極顯著（Plt;0.01），一次項A對腌醋椒綜合評分的影響顯著（Plt;0.05），根據F值大小可知，3個因素對綜合評分的影響順序為B（米醋添加量）gt;A（食鹽添加量）gt;C（腌制時間）。

各因素交互作用對腌醋椒綜合評分的影響見圖8，根據圖中響應面的坡度和等高線的形狀可以判斷因素間交互作用的影響程度，如果坡度較陡且等高線形狀呈現橢圓形或扁平，表示存在較強的交互作用，如果坡度較平緩且等高線形狀呈現圓形或接近圓形，表示因素間交互作用較弱。

由圖8可知，兩兩因素之間的響應面在試驗范圍內均呈開口向下的凸形曲面，表明響應值在設定范圍內存在最優點，且各因素存在最佳值，其中BC響應面更加陡峭且等高線呈橢圓形，說明米醋添加量和腌制時間之間具有較強的交互作用，這與方差分析結果一致。

通過Design-Expert 13軟件對數據進行分析和優化，得到最優工藝參數為食鹽添加量20.29 g、米醋添加量877.97 g、腌制時間13.18 d，在此條件下，綜合評分的理論預測值為93.8分。為方便實際操作，將工藝參數調整為食鹽添加量20.0 g、米醋添加量880.0 g、腌制時間13 d。在最佳工藝條件下制作腌醋椒，并按照相同方法進行感官評分和質構測定，得到腌醋椒的綜合評分為94.4分，與理論預測值基本相同，表明建立的模型具有較好的預測性，制作工藝比較合理，可以指導實際生產。最終確定腌醋椒生產的最佳工藝條件為辣椒200.0 g、胡椒5.0 g、花椒5.0 g、米醋880.0 g、醬油100.0 g、食鹽20.0 g、紅糖25.0 g、大蒜50.0 g、腌制時間13 d。

2.4" 產品質量評價

2.4.1" 感官評價

腌醋椒成品表皮光滑，顏色均勻，無斑點或腐爛，椒體飽滿，有濃郁的醋香和椒香，口感爽脆，有彈性，酸度適中，味感豐富，食用后具有持久的余味。

2.4.2" 質構指標

將最終成品按照1.3.7中的方法進行硬度、彈性、咀嚼性、膠黏性和回復性測定，結果見表10。

由表10可知，最佳工藝條件下生產的腌醋椒硬度適中，彈性良好，未出現松軟或過硬的現象，說明腌醋椒有一定的嚼勁和層次感；膠黏性適中，說明咀嚼時能夠釋放出一定的汁液，但不至于過于黏膩或干燥，能夠保持口感的一致性。

2.4.3" 理化指標

按照國標要求對成品腌醋椒進行理化指標測定，結果顯示：腌醋椒的食鹽含量（以NaCl計）為3.18 g/100 g，亞硝酸鹽含量為1.95 mg/kg，總酸含量為2.83 g/100 g，以上指標均符合NY/T 437—2023《綠色食品 醬腌菜》中的相關要求，說明產品在食鹽含量、亞硝酸鹽含量和總酸含量等方面符合相關的食品安全和質量標準。

3" 結果與討論

本研究選用巴塘辣椒為原料制作腌醋椒，通過模糊數學感官評價法對其感官品質進行評定，利用Plackett-Burman試驗設計篩選對腌醋椒感官評分影響顯著的因素，在此基礎上，以模糊數學感官評分和質構指標為響應值，通過響應面試驗設計得到腌醋椒的最優工藝條件：以200.0 g辣椒為基準，胡椒5.0 g、花椒5.0 g、米醋880.0 g、醬油100.0 g、食鹽20.0 g、紅糖25.0 g、大蒜50.0 g、腌制時間13 d，在此條件下生產的腌醋椒顏色均勻，椒體飽滿，有濃郁的醋香和椒香，口感爽脆，酸度適中，味感豐富，理化指標均符合國家標準。未來需對腌醋椒進行更詳細的成分分析，包括腌醋椒中的營養成分、活性物質、香氣成分等的定性和定量分析，以進一步了解腌醋椒的營養價值和風味特性；還可對腌醋椒的儲存穩定性進行研究，包括在不同儲存條件下的品質變化、抗氧化性能、微生物安全等方面的研究，為腌醋椒的工業化生產制定合適的儲存和保鮮方案，延長醋椒的保質期。

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