佘敏，熊光权，白婵，周淼，李北平，廖涛

湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所（武汉 430064）

克氏原螯虾又称小龙虾，原产于北美洲，富含蛋白质与微量元素硒等。但占比70%～80%的虾壳、虾脚及内脏等未能充分资源化利用，造成严重浪费[1]。虾壳富含甲壳素、蛋白质、钙等[2]。Thammahiwes等[3]的研究表明虾壳粉能够在一定程度上改善小麦面筋复合材料的拉伸性能，加工利用虾壳副产物具有广阔的开发前景[4]。食品感官评价能够较完整地从色泽形状等方面评价产品的感官特征。但由于评价分数过于主观，可以考虑通过模糊数学评价来进行更科学客观的描述[5]。Duan等[6]将模糊数学评价法应用于山楂干的感官评价，将模糊数学评价法与响应面法相结合，可以更准确地确定产品的优化配方或者工艺。

空气炸锅作为一种传统油炸工艺的替代方法，通过循环密闭容器内的热空气流来对食品进行油炸工艺，可以减少食品内脂肪含量，且最终的感官特性与传统油炸方式相似[7]。此次试验应用模糊数学法进行感官评分，并结合响应面法进行工艺优化，期望得到一种风味良好且营养价值高的休闲产品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

克氏原螯虾、食盐、食用玉米油、低筋小麦粉，市售。

BJ-1000A型多功能粉碎机（德清拜杰电器有限公司）；WF-250型超微粉碎机（济南天方机械有限公司）；Vortex2型旋涡混合器（德国IKA艾卡集团）；TA.XT Plus型质构仪（英国 Stable Micro Systems公司）；HD9651型空气炸锅[飞利浦（中国）投资有限公司]；FD5-2.5型真空冷冻干燥机（GOLD-SIM美国金西盟国际集团中国分公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品制备

挑选活泼整虾，用盐水洗净放入蒸锅隔沸水蒸15 min，之后选择龙虾虾头虾背虾钳部位的虾壳冷冻干燥，经机械粉碎后再超微粉碎30 min，得到虾壳粉，通过粒径分析仪测得虾壳粉粉体的平均粒度为11.7 μm。

虾条制备工艺：小麦粉+淀粉+虾壳粉+水+油揉成面团→擀平切条→空气炸锅炸制→包装。

1.2.2 单因素试验设计

分别测定虾条的膨化率、硬度、韧性，并采用模糊数学法进行感官评价。考察加水量（20%，21%，22%，23%，24%，25%和26%）、加油量（8.5%，9.5%，10.5%，11.5%，12.5%，13.5%和14.5%）、虾壳粉添加量（2.3%，3.1%，3.8%，4.6%，5.4%，6.2%和6.9%）、炸制时间（3，4，5，6，7，8和9 min）与炸制温度（170，175，180，185，190，195和200 ℃）对虾条理化特性和模糊感官评分的影响。

1.2.3 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，选择加水量、虾壳粉添加量和炸制温度为自变量，以综合评分（式1）为响应值进行优化试验。因素水平编码设计见表1。

表1 响应面因素水平表

1.2.4 膨化率的测定

采用小米置换法[8]，并作出相应的修改。测量炸制前虾条生胚的长宽厚度，计算体积，记为V0。将石英砂和膨化后的虾条放入10 mL量筒中，并使用混匀仪将虾条与石英砂混合均匀，读出此时的体积（V1）。再将虾条取出，混匀，读出只有石英砂的体积（V2），按照式（2）计算膨化率。

1.2.5 质构测定

采用p/2n探头做穿刺试验，得到硬度和韧性结果。具体设置参数如表2所示。

表2 质构仪测量参数

1.2.6 感官评价

感官评价采用模糊数学综合评价法。评定小组共10名成员，以色泽、气味、口感、形状为因素集，以很好、正常、一般、较差为评语集，建立4个单因素评价矩阵，采用模糊数学评价方法对其感官分析评定，评分标准见表3。

表3 虾条感官评分标准

1.2.7 建立模糊数学模型

评价因素集是对产品感官评定因素的集合[9]，以色泽u1、气味u2、口感u3、形状u4构成评价因素集u={u1，u2，u3，u4}；评语集是被评对象所属质量等级的集合。以很好w1、正常w2、一般w3、较差w4构成评语集w={w1，w2，w3，w4}权重系数采用用户调查法，权重集k={k1，k2，k3，k4}，其中k1+k2+k3+k4=1。请10名感官评定人员针对色泽、气味、口感、形状在感官评定过程中的重要性进行打分，总分为10分，得出每个评价因素的总分除以100，得到每个因素的权重因子[10]，K={0.25，0.27，0.36，0.12}。

模糊数学关系综合评判集Z=k×A。其中：k为质量因素权重集，A为模糊关系矩阵。为计算方便，建立评价等级集T={100，80，60，40}，Y=T×Zj。其中：Y为模糊数学感官评分。综合评分H=S（膨化率）×70%+Y（感官评分）×30%。

1.3 数据处理

每个试验重复5次，试验数据采用SPSS 25、Origin 9进行统计与图表分析，Design-Expert 8.0进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 模糊矩阵的建立及结果

以加水量对虾条的品质影响为例，得到模糊评价关系矩阵A1～A7。根据模糊变换原理，将感官评定结果中的各个量分别乘以其对应的权重得到对应的分值，并乘以评价等级集T进行加和得到最终的感官评分值。其他因素与响应面分值同理可得。

2.2 单因素结果分析

2.2.1 加水量对虾条的品质影响

由图1可知，随着加水量的增加，硬度逐渐下降，韧性先下降后上升，膨化率与感官评分呈现先上升后下降的趋势。当虾条中含水量较高时，虾条硬度较低，说明虾条质地较软，过高的加水量对其口感及膨化率均造成一定的影响。当产品中水分含量过低时，没有足够的水分形成蒸汽来将产品中的淀粉组织膨化起来。如果产品中水分含量过高，也没有办法在短时间中将过多的水分气化排出去，造成产品膨化不起来[11]，口感不理想。结合感官评分、硬度与韧性，选择加水量23%～25%为较优水平。

图1 加水量对虾条的品质影响

2.2.2 加油量对虾条的品质影响

由图2可知，硬度呈现下降趋势，韧性在整体上呈现先下降后上升的趋势。膨化率与感官评分呈现先上升后下降的趋势。在虾条的制作过程中，加入玉米油是为了润滑及柔和口感，随着加油量的增加，感官评分及膨化率均有变大[12]，说明油的增加在一定程度上改善了虾条的口感，虾条酥性得到一定的改善。根据Laguna等[13]的研究，当脂肪含量增加时，硬度随之减小。加油量过高时，虾条炸制以后油腥气增加，致使感官评分降低。因此，选择11.5%～13.5%为加油量的最适宜条件。

图2 加油量对虾条的品质影响

2.2.3 虾壳粉对虾条的品质影响

由图3可知，随着虾壳粉的添加量增大，硬度、韧性、感官评分与膨化率均呈现先上升后下降的趋势。由于虾壳粉中蛋白质具有较强的持水性，易于和面团中的面筋结合，可有效抑制水分的流失，但随着添加量的增加，面筋网络变小，面团的黏性减小，膨化率后期逐渐降低。Khan等[14]的研究发现，虾片中虾壳粉含量增加时，其蛋白质含量增加，但虾腥气增加，风味、口感等反而下降，此结论与上述结果相似。因此当虾壳粉添加量处于4.6%～6.2%之间时，产品的膨化度与感官评分较为良好。

图3 虾壳粉量对虾条的品质影响

2.2.4 炸制时间对虾条的品质影响

由图4可知，随着时间的增加，虾条硬度逐渐增加，而韧性无明显变化，当油炸时间过短时，虾条炸制时间不够，面团中水分含量较高，所以硬度较低。而膨化度和感官评分先上升后下降，炸制时间不够，无法将产品内水分充分气化使其膨胀，导致膨化率较低，时间过长，虾条色泽与口感随之变化，感官评分降低。结合膨化率与感官评分，选择5～7 min为炸制适宜时间。

图4 炸制时间对虾条的品质影响

2.2.5 炸制温度对虾条的品质影响

由图5可知，膨化率和感官评分呈现先上升后下降的趋势，可能是由于温度过低，产品内水分气化速率较慢，短时间内形成的喷射压力较低，导致产品的膨化率较小。当温度过高，达到190 ℃以后，虾条表面色泽出现焦黄色，产品感官评分变低，且可能由于温度变高，产品表面硬化，影响了虾条的继续膨化，导致虾条膨化率逐渐降低[15]。所以当炸制温度处于175～185 ℃之间时，产品的膨化度和感官评分较好。而硬度呈现明显的上升趋势，可能是由于随着温度的增加，产品中水分减少，产品内部结构更紧致，导致产品硬度增大。

图5 炸制温度对虾条的品质影响

2.3 响应面优化试验

2.3.1 方差分析和回归方程建立

响应面设计方案及试验结果如表4所示。利用Design-Expert软件对响应面试验结果进行回归分析，得到多元二次回归方程：Y=26.08+0.02A+1.17B-0.16C+0.087AB-0.21AC-0.11BC-0.62A2-0.64B2-1.25C2。

表4 响应面设计方案及试验结果

方差分析结果如表5所示。模型p值为0.000 1＜ 0.01，说明该二次多元方程模型达到极显著水平，而模型失拟项为0.067＞0.05，说明模型失拟项不显著，该模型表示模型预测值与实际值拟合程度高。根据因素F值的大小可以确定影响虾条综合评分的因素主次排列顺序：虾壳粉添加量＞炸制温度＞加水量。该模型相关系数R2为0.973 1，拟合优度R2为0.938 6，信噪比为14.7，大于4，说明可以用该模型对虾条的综合评分进行分析和预测。在该模型中，对综合评分影响显著的因素有B、A2、B2、C2，而其他交互项与一次项对综合评分影响不显著。

表5 方差分析结果

2.3.2 响应面结果分析

图6为加水量、炸制温度与虾壳粉添加量等各因素对产品膨化率和模糊感官评分的综合评分交互作用的响应曲面图。曲面越陡峭，说明该因素对响应值的影响越显著[16]。综合图中交互作用影响趋势，结果表明影响虾条综合评分的因素大小顺序为虾壳粉添加量＞炸制温度＞加水量，与方差分析结果一致。

图6 各因素对产品综合评分交互作用的响应曲面图

2.4 最优工艺参数验证

通过响应面法优化得到的虾条配方工艺条件为加水量24.099%、虾壳粉添加量5.372%、炸制温度179.446 ℃，此条件下综合评分预期为26.896分。考虑操作可行性，将加水量调整为24.1%、虾壳粉添加量为5.4%、炸制温度调整为180 ℃。进行验证试验，虾条的综合评分为26.83分，与预期值基本相符。表明采用响应面法优化虾条配方及工艺是可行的，且具有实用价值。

3 结论

在单因素试验的基础上，利用响应面法，以模糊数学评价法对虾条的感官评分结合膨化率所得的综合评分为响应值，确定了最佳的加水量、虾壳粉添加量和炸制温度：加水量24.1%、虾壳粉添加量5.4%、炸制温度180 ℃。在这个条件下，虾条综合评分为26.83分。通过空气炸锅得到的虾条加工工艺简单，感官品质良好，经响应面法优化后的工艺方案切实可行。