《Journal of Food Measurement and Characterization》：Mixture design optimization of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) paté formulated with mechanically separated meat: integration of sensory acceptance and formulation cost
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水产食品工业副产物中仍有相当大比例被用于低价值应用，尽管其在食品产品（如乳化产品中的机械分离肉糜，MSM）中具有技术潜力。本研究采用带有组分约束的混合设计，对一种巴氏杀菌尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）鱼糜进行了配方优化，评估了MSM、
水产食品工业副产物中仍有相当大比例被用于低价值应用，尽管其在食品产品（如乳化产品中的机械分离肉糜，MSM）中具有技术潜力。本研究采用带有组分约束的混合设计，对一种巴氏杀菌尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）鱼糜进行了配方优化，评估了MSM、脂肪和水对感官表现及配方成本的联合效应。研究人员共制备了11种配方，并由87名未经培训的品评员采用9点喜好标度进行评估。MSM的使用符合微生物安全要求。各配方在气味、质地、风味、总体接受度和购买意愿等感官属性间均观察到显著差异（p?
一、研究背景与科学问题
全球水生生物产量于2022年达到1.85亿吨，其中水产养殖贡献了过去二十年的大部分增长。去骨、去内脏及商业修整操作产生的副产物占动物总重量的30%至70%，包括骨架、骨骼、碎肉及内脏，这些组织富含蛋白质却大多未被充分利用。将这些组分转化为更高价值的产品可减少经济损失并降低富含蛋白质的生物质的处置量。在巴西，尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）是主要的水产养殖物种，2025年产量超过70.7万吨。工业化去骨产生的骨架附有残留肌肉，经机械去骨后得到机械分离肉糜（MSM），这是一种已在乳化香肠、成型产品和鱼肉乳化物中得到研究的原料。然而，机械去骨增大了比表面积、破坏了肌细胞，从而提高了脂质氧化敏感性并有利于形成可能限制衍生制品感官接受的挥发性化合物。在乳化鱼糜中，MSM、脂肪和水的比例决定了乳液的稳定性和消费者的感知。过量的水会稀释蛋白质基质并降低凝胶内聚力，导致体积和风味强度明显损失；脂肪不足则损害奶油感，而蛋白质不足则阻止加热过程中结构网络的形成。混合设计是响应取决于组分相对比例而非绝对值时的合适统计方法，已应用于鱼汉堡、鱼香肠和禽肉乳化物等领域。然而，在多数已发表研究中，感官或理化响应通常被单独优化，配方成本——这一对工业可行性至关重要的变量——极少被纳入具有决策标准的优化研究中。尚无研究正式将混合设计与经济-感官效率标准相结合用于乳化鱼糜。因此，本研究的目的是：(i) 利用单纯形格子设计优化基于MSM的巴氏杀菌罗非鱼糜配方，以获得微生物安全且感官性能高的产品；(ii) 评估经济-感官效率指数（EI?=?总体接受度/配方成本）作为期望函数之外的补充决策标准，以区分具有不同成本-性能权衡的配方，从而支持MSM从低价值商品向增值食品产品的转化。
二、主要关键技术方法
研究人员采用带有组分约束的单纯形格子设计，系统变化MSM（X?：0.40至0.55）、植物脂肪（X?：0.15至0.25）和水（X?：0.25至0.40）的比例，共生成11个处理组，包括顶点、边心及整体中心点的三次重复。感官评价由87名未经培训的习惯性鱼类消费者（男女皆有，年龄18至60岁）进行，采用9点结构化喜好标度测量总体接受度，采用5点结构化标度评价外观、颜色、气味、风味和质地，采用7点结构化标度测量购买意愿。数据拟合至Scheffé二次模型，并通过回归显著性、失拟检验和调整决定系数（R2??）评估模型充分性。多元优化采用期望函数，同时纳入气味、质地、总体接受度和购买意愿四个属性。配方成本根据2026年5月从全国工业分销商调查的单位原料价格计算，固定添加剂和调味料成本为0.24美元/千克。经济-感官效率指数定义为EI?=?总体接受度/配方成本（USD/kg）。两种MSM去向情景（鱼粉 vs. 巴氏杀菌鱼糜）下的增量毛利润通过产量乘以销售价格减去配方成本和间接成本估算。
三、研究结果
微生物安全性：所有配方均符合第161/2022号规范性指令规定的限值。所有处理组中沙门氏菌（Salmonella spp.）在25克样品中均未检出。耐热大肠菌群范围为1.2 × 101至2.4 × 102 CFU/g。凝固酶阳性葡萄球菌保持在100 CFU/g以下。亚硫酸盐还原梭菌未检出或低于分析检测限。表明受控加工结合腌制盐使微生物种群维持在法规限值内。
理化特性与仪器色度：pH范围6.63至6.68（Δ = 0.05），水分活度（aw）范围0.942至0.946（Δ = 0.004），两者虽有统计学显著差异，但其绝对范围不足以引起对乳液稳定性有影响的肌原纤维蛋白结构改变，故被视为技术合格指标。明度（L）在含水量最高的配方中最高，在MSM比例最高的配方中最低。色度（C）和色调角（h°）表明所有配方处于红橙色范围。相对于中心点的色差（ΔE）仅有两个配方超过感知阈值1.0 ΔE，但品评员未能在颜色上区分各配方（p > 0.05），这与固定比例胭脂红着色剂施加的主导均匀色调有关。
感官表现与混合模型拟合：除颜色外，外观、气味、风味、质地、总体接受度和购买意愿均存在显著差异（p < 0.05）。总体接受度范围从5.82（配方462）到7.71（配方176），跨度1.89分。效果量（η2?）表明配方组成解释了消费者响应变异的44%至68%。Scheffé二次模型的气味、质地、总体接受度和购买意愿的R2?? > 0.99，回归显著（p < 0.001）且失拟不显著（p > 0.05）。气味模型中MSM与脂肪的交互作用系数β?? = +1.82呈正协同，表明脂质作为MSM挥发物的储库并调控其释放速率；质地模型中MSM与水的交互作用系数β?? = -0.18呈拮抗，表明较高水分降低了可用于形成结构网络的肌原纤维蛋白浓度。
期望函数优化、成本与经济-感官效率指数：无约束优化收敛于实验域外一点。约束于实验域内的最优解为配方176（X? = 0.53；X? = 0.23；X? = 0.25；期望值 = 0.907），配方587为另一感兴趣点（期望值 = 0.815）。配方成本范围为1.28至1.47美元/千克，MSM是成本贡献最大的可变原料。经济-感官效率指数（EI）显示，具有最高绝对接受度的配方176（EI = 1.055）和587（EI = 1.014）并非最具成本效益。配方369（EI = 1.128）和743（EI = 1.116）表现出最高EI值，其总体接受度高于7.1且配方成本较配方176低0.18–0.19美元/千克。期望函数最大值与EI最大值占据三元空间中几何上不同的区域。在每月处理20吨罗非鱼的工厂中，将MSM从鱼粉（0.18美元/千克）转向巴氏杀菌鱼糜生产，配方369可产生每吨MSM 3,924–4,238美元的增量毛利润，价值倍增因子超过20倍。
选定配方的近似组成与技术经济特征：两组营养学特征得以识别：配方176和587（X? = 0.25）水分58.2–58.8%、蛋白质10.9–11.1%、脂质24.8–25.1%；配方369和743（X? = 0.35）水分61.3–62.0%、蛋白质9.1–9.3%、脂质21.9–22.3%。较低蛋白质含量配方（约9.2%）仍高于巴氏杀菌鱼乳液中凝胶网络形成所需的最低功能阈值（估计为6–7%肌原纤维蛋白）。所有处理冷却后均未出现相分离，证实了所研究整个组成范围内的乳液稳定性。配方369和743的能量值（254–258 kcal/100 g）显著低于配方176和587（279–283 kcal/100 g）。
四、讨论与结论
研究人员提出并应用了经济-感官效率指数（EI）作为混合设计优化中期望函数的补充决策标准。传统上，配方优化依赖于最大化感官接受度或最小化生产成本作为独立标准。EI将两个因素同时整合为一个单一决策参数，使得能够识别兼具高感官接受度与降低生产成本的配方，更全面地反映了工业产品开发中产品质量与经济可行性必须共同考虑的实际条件。EI的应用揭示了期望函数最大值与EI最大值在三元空间中的几何分离：配方176实现了最高的感官接受度（7.71）和期望值（0.907），但配方369和743在保持接受度高于7.1的同时，每千克配方成本降低了0.18–0.19美元，从而获得了更高的EI值。这种权衡关系在仅依赖期望函数的传统优化中无法体现。选择何种配方取决于商业策略：高端产品线追求最大消费者接受度（配方176），而大批量生产线则可受益于最高EI配方带来的成本节约。将MSM从低价值的鱼粉（0.18美元/千克）转向巴氏杀菌鱼糜生产，每吨MSM可产生超过20倍的价值倍增因子，凸显了副产物增值的巨大潜力。所有配方的水分活度均高于0.94，要求在分销全程保持不间断冷藏。未来研究应评估选定配方的氧化稳定性、冷藏货架期和仪器质地剖面，并在工业规模转移前进行预测模型的试点规模验证。
