卤虫(Artemia)亦称丰年虫、丰年虾、盐水丰年虫等,属节肢动物门、鳃足纲、无甲目,主要以滤食微藻、有机碎屑等为食。卤虫成虫的粗蛋白含量为50.20%~69.02%[1],其氨基酸组成合理,必需氨基酸占氨基酸总量的40% 以上,符合粮农组织/世界卫生组织推荐的理想蛋白质模式[2],是一种优质动物蛋白。此外,以微藻为食的卤虫还会富集叶绿素、类胡萝卜素等色素[3],具有较高的营养价值。卤虫食用历史悠久,在南北美洲及非洲的原始部落,部分地区长期保持着食用卤虫的习惯[4]。近年来,一部分东南亚国家也出现卤虫加工利用的实例:泰国有以发酵卤虫为提取原料的卤虫鱼露(Artemia nampla)产品,其作为主食调味料而在曼谷一带备受推崇;湄公河三角洲一带的越南烹饪行业则致力于将卤虫蛋饼(Artemiao melette)作为新式菜品向世界推广[5]。在我国民间同样长期保留着众多对于卤虫的食用习惯,如东南沿海地区的部分家庭以卤虫做汤食用,味道十分鲜美。卤虫菜品或是以卤虫为原料的加工产品研发具有巨大的发展前景。
酱制品始于中国,延续至今成为维系传统家庭日常生活与饮食健康的最为常见的菜式之一[6]。随着消费者对于食品的美味、营养和食品多样性的追求日益增长,以卤虫为原料,开发一款可用于佐餐、拌饭、拌面的卤虫风味酱产品,尝试以我国大众普遍接受的酱制品形式将卤虫引入食谱,对提高消费者对卤虫食品的接受度和提高卤虫在食品领域的应用价值具有积极意义。
试验设计在食品开发中发挥重要作用。Plackett-Burman(PB)设计,主要针对当因子数众多且不确定众因子相对于响应变量的显著影响时,通过比较两水平差异与整体差异性之间的显著性,筛选出关键影响因子,从而减少试验次数,提高试验效率[7]。响应面法能够评价各因素的交互作用,从而优化工艺参数[8]。因此,PB 设计与最陡爬坡试验结合响应面法是一种经济高效的优化试验设计方法,常用于食品加工领域[9]。感官评价在食品评价中非常重要,对决定消费者的购买欲望起主导作用[10]。然而感官品质一般为文字描述,具有模糊性特征,而模糊数学感官评价法能够依据模糊变换原理及最大隶属度原则,对食品品质实现多方面因素的综合考量[11-12],具有客观、准确、具体化等优势。韩玉谦等[13]利用卤虫卵研制氨基酸饮料,而以卤虫为原料开发风味酱的研究还鲜有报道。本试验以卤虫为主料,复配蔬菜、贝肉等,结合模糊数学原理,以感官评分为指标,以Plackett-Burman 设计结合响应面法对配方原料进行优化,研制一款美味与营养兼具的卤虫风味酱产品,以期为卤虫在食品领域的开发利用提供一定参考。
卤虫:滨州铭硕生物科技有限公司;蛤蜊、香菇、山药、胡萝卜、孜然粉、姜黄粉、白砂糖、洋葱、姜、蒜、海鲜酱A、海鲜酱B:市售;植物油:中粮福临门食品营销有限公司;黄豆酱:海天酿造食品有限公司。
精密鼓风干燥箱(BAO-250A):施都凯仪器设备有限公司;高压蒸汽灭菌锅(YXQ-LS-100S):上海博迅生物仪器股份有限公司;榨汁机(JS43D-250):浙江绍兴苏泊尔家居用品有限公司;电磁炉(C21-RT2126):广东美的生活电器制造有限公司;电子天平(HC5002):慈溪市华徐衡器实业有限公司;全自动蛋白测定仪(Kjeltec 8400)、全自动脂肪测定仪(Soxtec8000):丹麦FOSS 公司;电感耦合等离子体光谱仪(5110):安捷伦科技有限公司;电子舌系统(TS-5000Z):日本insent 公司。
1.3.1 工艺流程
原辅料处理→炒制→灌装→排气→封盖→高温高压灭菌→冷却→检验→成品。
1.3.2 操作要点
1.3.2.1 原辅料处理
卤虫:清洗、沥干后,置40 ℃精密鼓风干燥箱内烘干2 h,备用。
蛤蜊肉丁:将蛤蜊洗净,蒸煮至开口,取蛤蜊肉,切成细丁,备用。
胡萝卜-山药匀浆:将胡萝卜、山药蒸熟后,将山药去皮,将两者切块、混合、打浆,得胡萝卜-山药匀浆,备用。
1.3.2.2 卤虫风味酱制备
植物油下锅,油热后,加入洋葱末、姜末和蒜末,炒香后,加入卤虫,翻炒至卤虫颜色稍黄后,加入黄豆酱、蛤蜊肉丁、香菇丁和胡萝卜-山药匀浆,翻炒至色泽均匀后,依次加入姜黄粉、孜然粉和白砂糖,翻炒至酱体色泽均一、气味鲜香浓郁后盛出备用。
1.3.2.3 定量灌装
采用玻璃瓶装罐,110 g/瓶,装罐后瓶内留1~2 cm的顶隙。
1.3.2.4 排气封罐
100 ℃加热排气7~8 min,真空封罐。
1.3.2.5 高温高压灭菌
将封口后的罐头装入高压蒸汽灭菌锅中,在预热20 min、杀菌50 min、冷却20 min 条件下杀菌,杀菌温度121 ℃。
1.3.3 试验设计
1.3.3.1 Plackett-Burman 试验设计筛选关键因子
根据文献[14-15]和预试验结果,本研究固定卤虫质量,以100 g 卤虫为标准,其他原料按占卤虫质量的百分比表示。对植物油添加量(A)、蛤蜊肉添加量(B)、香菇添加量(C)、山药添加量(D)、胡萝卜添加量(F)、黄豆酱添加量(G)、孜然粉添加量(H)、姜黄粉添加量(J)、白砂糖添加量(K)以及E、I 两个虚拟变量进行筛选,每个因素取高、低2 个水平,其中高水平为低水平的1.5 倍,以感官评分为指标,采用Design-Expert 8.0 软件选用n=12,按表1 设计试验。
表1 Plackett-Burman 试验因素及水平
Table 1 Factors and levels for Plackett-Burman test
水平-1 1因素A 植物油添加量/%44 66 B 蛤蜊肉添加量/%40 60 C 香菇添加量/%8 12 D 山药添加量/%35.0 52.5 E 虚拟变量F 胡萝卜添加量/%35.0 52.5 G 黄豆酱添加量/%69 H 孜然粉添加量/%0.6 0.9 I 虚拟变量J 姜黄粉添加量/%0.50 0.75 K 白砂糖添加量/%0.4 0.6
1.3.3.2 最陡爬坡试验设计
根据PB 试验结果,由主要影响因素的偏回归系数的正负值决定各因素的爬坡方向,按照一定梯度改变植物油、胡萝卜、山药的添加量,进而快速接近最大响应值[16-17]。
1.3.3.3 响应面试验设计
在PB 试验和最陡爬坡试验的基础上,以植物油、胡萝卜、山药添加量为因素,以感官评分为响应值,通过中心组合设计三因素五水平的响应面试验,考察各因素对响应值的影响程度。试验因素及水平如表2所示。
表2 中心组合设计因素及水平
Table 2 Factors and levels for central composite design
水平-1.682-1 01 1.682因素A′植物油添加量/%46.5 52 60 68 73.5 B′胡萝卜添加量/%37 41 47 53 57 C′山药添加量/%25.5 31 39 47 52.5
1.3.4 模糊数学-感官评价法模型构建
1.3.4.1 建立因素集、评语集
利用模糊数学法进行卤虫风味酱品质综合分析时,首先应设立评价因素集。选定色泽、气味、滋味、口感作为卤虫风味酱感官性质的评价指标,因素集设为U,确定因素集为U=(色泽u1,气味u2,滋味u3,口感u4)。
评价集是每个因素评价结果的集合。参考周慧等[10]、徐建宗[18]研究并根据本产品品质分布实际情况,对每个因素按“优、良、差”3 个等级评价,评语集设为V,确定评语集为V=(优v1,良v2,差v3),优、良、差赋值分别为100、80、60 分。
1.3.4.2 确定权向量
综合考虑本产品在各因素上的区分能力,结合预试验结果,对影响本产品感官品质的各个因素的重要程度进行确定,色泽占20%,气味占20%,滋味占30%,口感占30%,权重总和为1。确定权向量(A)为A=(0.2,0.2,0.3,0.3)。
1.3.4.3 确定模糊矩阵
邀请8 名感官评价人员(男女各4 名)根据卤虫风味酱的评定标准,分别对样品的色泽、气味、滋味和口感4 个方面进行等级确定,感官评分标准见表3。通过统计各等级票数占总票数的比率,确定各因素对于各评级的隶属度[19-20]。以因素为行,评级为列,得到单个样品的4×3 模糊矩阵R 如下。
表3 卤虫风味酱感官评分标准
Table 3 Sensory evaluation criteria for Artemia flavor sauce
因素色泽气味滋味口感权重0.2 0.2 0.3 0.3等级优良差优良差优良差优良差评价标准酱体呈浅棕色、富有光泽,油呈金黄、透亮,内容物色泽均一酱体呈略深棕色、略有光泽,油色略差,内容物色泽较为均一酱体暗淡、缺乏光泽,油色不佳,内容物色泽参差海鲜风味浓郁,气味整体协调、突出略有海鲜风味,气味整体略不协调缺乏海鲜风味,气味整体不协调咸甜适宜,鲜味浓郁,滋味整体协调,回味香浓咸甜适宜,鲜味稍淡,滋味整体较协调,回味稍差或咸甜不适宜,或缺乏鲜味,滋味整体不协调,略有异味质地均匀,黏稠适中,富有肉质颗粒感,易咀嚼质地较均匀,略稠或略稀,略有肉质颗粒感质地不均匀,过稠或过稀,缺乏肉质颗粒感,难咀嚼
式中:rij 为该样本第i 个因素对于第j 个评级的隶属度。
1.3.4.4 综合评判结果和感官评分计算
单个样品的综合评判结果(B)和感官评分(F)的计算公式如下。
式中:A 为权向量;R 为该样品的模糊矩阵;S =(100,80,60),即优、良、差3 个等级所对应分值;ST 为向量S 的转置。
1.3.5 电子舌试验
取60 g 样品置于洁净的烧杯中,添加60 mL 纯水,搅拌均匀,3 000 r/min 离心10 min,过滤,取上清液,测定5 种基本味(酸、甜、苦、咸、鲜)和涩味及回味。参比溶液(无味点)为30 mmol/L 氯化钾+0.3 mmol/L 酒石酸。酸味无味点为-13,咸味无味点为-6,其他味觉阈值为0。检测条件为温度25 ℃、清洗时间5 min、采集时间2 min。每组测试3 次,取平均值。
1.3.6 能量和营养成分测定
按照GB 28050—2011《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》[21]测定能量、碳水化合物含量;按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》[22]测定粗蛋白含量;按照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》[23]测定粗脂肪含量;按照GB 5009.91—2017《食品安全国家标准食品中钾、钠的测定》[24]测定钠含量。
采用Excel 2010 软件进行数据分析,采用Design-Expert 8.0 进行PB 试验与响应面试验数据分析。
2.1.1 模糊数学法-感官评价分析
以Plackett-Burman 试验为例,8 名感官评价人员对12 组样品进行等级确定,各因素在每个等级中的票数分布见表4。
表4 Plackett-Burman 试验模糊数学感官评价统计情况
Table 4 Statistics of sensory evaluation by fuzzy mathematics in Plackett-Burman test
序号1234567891 0 11 12色泽优364364743014良524523145564差000001000310气味优465524635226良423264243652差000100010010滋味优153532465343良533356223535差202000200010口感优566656435453良112232343235差210000110200
将表4 中各等级的票数依次除以总评定人数,即得到等级票数占总票数的比率,并按照矩阵排列得出各样品的模糊综合评价矩阵。以样品1 为例,其色泽3 人选优、5 人选良、0 人选差,因此可得到色泽=(0.375,0.625,0),同理可得气味=(0.500,0.500,0),滋味=(0.125,0.625,0.25),口感=(0.625,0.125,0.250),样品1 的模糊矩阵R1 如下。
以权向量A 对R1 进行矩阵乘法,则得到样品1 的综合评判结果(B1)为B1 = A × R1=(0.2,0.2,0.3,0.3 )×结果说明,对于样品1,有40%的感官评价人员认为其等级为优,45%的感官评价人员认为其等级为良,15%的感官评价人员认为其等级为差。将样品1 综合评判结果的每个量分别乘以对应的分值,相加即可得到其感官评分,样品1 感官评分为0.400×100+0.450×80+0.150×60=85。同理可得其余样品结果。Plackett-Burman 试验综合评判结果和感官评分情况见表5。
表5 Plackett-Burman 试验综合评判结果和感官评分
Table 5 Comprehensive evaluation result of Plackett-Burman test and sensory score
序号1234567891 0 11 12综合评判结果B1 =(0.400,0.450,0.150)B2 =(0.713,0.250,0.038)B3 =(0.563,0.363,0.075)B4 =(0.613,0.363,0.025)B5 =(0.500,0.500,0.000)B6 =(0.500,0.475,0.025)B7 =(0.625,0.263,0.113)B8 =(0.513,0.425,0.063)B9 =(0.575,0.425,0.000)B10 =(0.313,0.538,0.150)B11 =(0.413,0.500,0.088)B12 =(0.475,0.525,0.000)感官评分85.00 93.50 89.75 91.75 90.00 89.50 90.25 89.00 91.50 83.25 86.50 89.50
2.1.2 Plackett-Burman 试验结果
卤虫风味酱以味道鲜美、营养健康为主要特色,只有原料合理搭配,才能使产品咸甜适宜、滋味鲜美、质地均匀、品质稳定。根据前期研究和预试验结果[14-15],植物油是制作酱类的主要原料,其含量影响产品的质地状态、香气和滋味;蛤蜊肉可提高海鲜风味;香菇可产生香菇独有风味和韧性口感;山药可平衡产品黏稠度;胡萝卜具有甜味,可调整产品色泽;黄豆酱有利于酱体形成,增强其酱香味;孜然粉、姜黄粉、白砂糖可平衡五味,引起食欲。因此,本研究选取植物油、蛤蜊、香菇、山药、胡萝卜、黄豆酱、孜然粉、姜黄粉、白砂糖这9 种原料作为卤虫风味酱的原料。因原料数量较多、配方复杂,故采用PB 试验对影响显著的因子进行筛选。PB 试验设计结果与方差分析见表6 和表7。
表6 Plackett-Burman 试验设计及结果
Table 6 Design and results of Plackett-Burman test
序号1234567891 0 11 12因素A1-11-1-1-1 111-11-1 B11-11-1-1-1 111-1-1 C-1 11-11-1-1-1 111-1 D1-111-11-1-1-1 11-1 E1-11-1111-11-1-1 1 F111-111-11-1-1-1-1 G-1 111-111-11-1-1-1 H-1-1 111-111-11-1-1 I-1 11-1-1 111-11-1-1 J-1-1-1 111-111-11-1 K1-1-1-1 111-111-1-1感官评分85.00 93.50 89.75 91.75 90.00 89.50 90.25 89.00 91.50 83.25 86.50 89.50
表7 Plackett-Burman 试验方差分析
Table 7 Analysis of variance for Plackett-Burman test
注:*表示存在显著性差异(P<0.05)。
方差来源模型ABCDFGHJK F 值24.53 84.05 0.05 2.45 31.25 64.80 0.80 18.05 18.05 1.25 P 值0.039 8 0.011 7 0.843 8 0.258 0 0.030 5 0.015 1 0.465 5 0.051 2 0.051 2 0.379 8显著性****
对表6 中数据拟合分析,模型以编码化后的方程为感官评分=89.13+1.71A+0.042B-0.29C-1.04D+1.5F+0.17G-0.79H+0.79J+0.21K,说明除香菇、山药、孜然粉外,其余因素均与感官评分呈正相关,即其高水平相对更具优势。
由表7 可知,该模型F 值为24.53,P=0.039 8<0.05,模型显著。各因素中,植物油、胡萝卜、山药3 个因素对感官评分的影响显著(P<0.05),且显著性植物油>胡萝卜>山药,而其他6 个因素对感官评分的影响不显著(P>0.05)。因此,选择植物油、胡萝卜、山药3 个因素作为下一步试验的关键因素。在非显著性因素中,蛤蜊肉、黄豆酱、姜黄粉、白砂糖对感官评分的影响是正效应,应取其高水平,而香菇、孜然粉的影响是负效应,应取其低水平。因此,根据Plackett-Burman 试验结果确定每添加100 g 卤虫,则添加60.00 g 蛤蜊肉、8.00 g香菇、9.00 g 黄豆酱、0.60 g 孜然粉、0.75 g 姜黄粉和0.60 g 白砂糖。
本研究发现,植物油对产品的影响最大,这是因为植物油可使产品中各种配料在炒制过程中更好地受热炒香,植物油本身发生适度热反应氧化也能够增加产品风味。此外,植物油也会影响产品性状和保存时限。如果植物油添加量过少,则酱体较干、色泽暗淡,且产品容易腐败[25];胡萝卜对产品感官评分的影响次之,胡萝卜会增加产品的甘甜味,影响产品色泽,且胡萝卜营养丰富,富含胡萝卜素,是获取维生素A 的安全来源;山药对产品感官评分影响显著且为负相关,这是因为山药淀粉含量高,添加过多会使产品质地黏稠,缺乏肉质颗粒感,从而影响产品品质。除山药外,香菇和孜然粉同样对产品感官评分呈负相关,这是因为香菇具有强烈的典型香味,添加过多会掩盖卤虫原有鲜味,且香菇颜色较深,过多添加会使酱体颜色发暗;而孜然粉作为香辛调味品,适当添加可以去除炒制后卤虫肉残留的腥味,而添加过多则会掩盖产品鲜味。
植物油、胡萝卜对感官评分的影响是正效应,取值应逐渐增大,而山药的影响是负效应,取值应逐渐减小。根据3 个因素效应大小设定变化的方向和步长,进行最陡爬坡试验,确定显著因素的最适范围,试验设计及结果见表8。
表8 最陡爬坡试验设计及结果
Table 8 Design and results of steepest ascent test
序号123456 A′植物油添加量/%44 52 60 68 76 84 B′胡萝卜添加量/%35 41 47 53 59 65 C′山药添加量/%55 47 39 31 23 15感官评分83.75 90.00 91.00 87.50 89.25 83.25
由表8 可知,随着植物油、胡萝卜添加量的增加和山药添加量的减少,产品感官评分呈先上升后下降的趋势。试验3 的卤虫风味酱感官评分最高,表明最大响应值在第3 号试验附近。因而选择试验3(植物油添加量60%、胡萝卜添加量47%、山药添加量39%)作为响应面试验的中心点。
以植物油添加量、胡萝卜添加量、山药添加量为因素,采用三因素五水平中心组合试验,以感官评分为响应值,试验结果见表9,方差分析见表10。
表9 中心组合设计方案与结果
Table 9 Scheme and results of central composite design
试验标准序146791 023581 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20区组11111122222233333333因素A′-1 11-1001-1-1 100-1.682 1.682 000000 B′-1 1-1 100-11-110000-1.682 1.682 0000 C′-1-1 1100-1-1 11000000-1.682 1.682 00 Y 感官评分86.00 84.75 79.75 83.00 94.50 95.00 89.25 85.75 78.25 84.50 93.25 96.25 81.00 83.75 78.50 82.75 76.25 80.00 97.25 95.50
表10 回归模型方差分析
Table 10 Analysis of variance for regression model
注:**表示影响极显著(P<0.01)。
方差来源区组模型A′B′C′A′B′A′C′B′C′A′2 B′2 C′2残差失拟项纯误差总变异平方和49.01 741.9 7.14 10.37 14.24 2.26 0.07 25.38 185.41 254.86 373.2 85.9 79.75 6.16 876.81自由度291111111118531 9均方24.5 82.43 7.14 10.37 14.24 2.26 0.07 25.38 185.41 254.86 373.2 10.74 15.95 2.05 F 值7.68 0.66 0.97 1.33 0.21 6.55×10-3 2.36 17.27 23.73 34.76 7.77 P 值0.004 3 0.438 4 0.354 6 0.282 8 0.658 8 0.937 5 0.162 7 0.003 2 0.001 2 0.000 4 0.061 0显著性********
对表9 中数据拟合分析,得到回归方程:Y =-452.76+22.75A′+32.33B′+13.27C′-0.11A′B′+0.01′AC′+0.36B′C′-0.55A′2-1.14B′2-0.78C′2。
由表10 可知,模型P<0.01,表明试验所采用的二次模型极显著;失拟项P=0.061 0>0.05,表明该方程在被研究的区域内不显著,模型具有高度的可靠性[26]。模型相关系数R2=0.896 2,表明响应值的变化89.62%来自所选因素,方程的拟合程度较好,能很好地对响应面值进行预测;矫正相关系数无明显过拟合现象;信噪比=7.523>4,信息足够明确以屏蔽噪音,模型设计合理;变异系数为3.80%<10%,说明数据稳定性高,模型可信。根据F 值大小可判断,各因素对试验结果影响大小次序为C′山药添加量>B′胡萝卜添加量>A′植物油添加量。根据软件分析结果,得配方参数为植物油添加量60.75%、胡萝卜添加量47.47%、山药添加量38.31%,预期感官评分为95.35。
对试验模型进行验证试验,重复3 次,取平均值,制作的卤虫风味酱感官评分实际平均值为95.50±1.16,与理论值95.35 非常接近。在10%置信水平下,预测值置信区间为[94.89,95.81],包含实际结果,故该模型高度可信,产品最佳条件成立。
电子舌技术在用于区分样品之间滋味的差异性方面,已得到了广泛的研究和应用[27]。卤虫风味酱电子舌结果见图1。
图1 基于电子舌的卤虫风味酱滋味轮廓(去除无味点)
Fig.1 Taste profiles of Artemia flavor sauce based on electronic tongue(remove tasteless point)
由图1 可知,卤虫风味酱的酸味、甜味、涩味都低于检测阈值,理论上表明样品中这一味道感知不到或不存在。鲜味、咸味、苦味、苦味回味均在无味点以上,共同组成了本产品的滋味。与市售海鲜酱相比,本产品鲜味最高,咸味适宜,苦味较淡,整体以鲜香为主,滋味较为丰富。后续为进一步降低产品苦味,可适当添加木糖或葡萄糖进行美拉德反应,增加产品鲜香味[28]。
卤虫风味酱基本营养成分见表11。
表11 卤虫风味酱能量和营养成分含量(湿基)
Table 11 Energy and nutritional component content of Artemia flavor sauce(wet base)
注:-表示未检测。
组别卤虫风味酱紫苏干贝海鲜酱[29]海鲜酱A海鲜酱B能量/(kJ/100 g)1 468-880 511粗蛋白含量/(g/100 g)14.56±1.38 12.56 1.00 7.00粗脂肪含量/(g/100 g)27.21±1.74 16.37 1.20 9.50碳水化合物含量/(g/100 g)12.60±1.15-47.00 2.40钠含量/(mg/100 g)698±26-2 750 1 280
由表11 可知,卤虫风味酱蛋白质含量较高且碳水化合物含量较低,其蛋白质和碳水化合物含量分别为14.56 g/100 g 和12.60 g/100 g。结果表明,卤虫风味酱具有较高营养价值,适合佐餐、拌饭、拌面等各类餐饮及家庭烹饪使用。
本研究利用卤虫为原料研制了一款鲜香型卤虫风味酱。结合模糊数学原理,以感官评分为指标,通过Plackett-Burman 结合响应面法优化卤虫风味酱配方为100.00 g 卤虫、60.75 g 植物油、47.47 g 胡萝卜、38.31 g山药、60.00 g 蛤蜊肉、8.00 g 香菇、9.00 g 黄豆酱、0.60 g孜然粉、0.75 g 姜黄粉、0.60 g 白砂糖。此条件下,卤虫风味酱均一稳定,形态黏稠适度,肉质具醇厚感和颗粒感,色泽呈浅棕色,具有浓郁的海鲜风味,滋味协调,口感立体,感官评分最高。卤虫风味酱蛋白质含量较高且碳水化合物含量较低,适合佐餐、拌饭、拌面等各类餐饮及家庭烹饪使用,填补了市场上卤虫酱类产品的空白。
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Optimization of Artemia Flavor Sauce Process Formula by Plackett-Burman Design and Fuzzy Mathematics
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