模糊数学模型优化姜露饮品的口味

赵文竹，谢静怡，于志鹏，*，宋宝雯，李思慧，刘静波，励建荣，*，安晓宁

（1.渤海大学食品科学与工程学院/生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁锦州121013；2.吉林大学营养与功能食品研究室，吉林长春130062；3.中粮米业（吉林）有限公司，吉林吉林132101）

模糊数学模型优化姜露饮品的口味

赵文竹1，谢静怡1，于志鹏1，*，宋宝雯1，李思慧1，刘静波2，励建荣1，*，安晓宁3

（1.渤海大学食品科学与工程学院/生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁锦州121013；2.吉林大学营养与功能食品研究室，吉林长春130062；3.中粮米业（吉林）有限公司，吉林吉林132101）

以生姜为主要原料，并以冰糖、红枣干、柠檬酸、枸杞和桂花为辅料制备生姜露保健饮品。在三元二次回归模型设计优化生姜露饮品口味的基础上，结合模糊数学模型综合评价最优工艺参数并进行验证。结果表明在生姜质量分数为11.50%，红枣干质量分数为8.00%、柠檬酸质量分数为0.28%，熬煮15min制备生姜露感官评分最高，口感最佳，且具有明显的姜辣味和淡淡的花香味，产品均匀澄清无杂质。

生姜露；感官评价；正交组合设计；模糊数学模型评价

生姜为多年生宿根草本植物姜的根茎，其食用部分主要为地下根茎，含有姜油、姜辣素等挥发性成分和姜多糖、姜糖蛋白等非挥发性成分[1]。据FAO统计，2011年世界生姜总产量达到1 687.5万t，中国是世界上生姜栽培面积最大且生产总量最多的国家，我国生姜年产量现已达到1 000万t，约占世界产量的45%[2]。生姜味辛、微温，主治伤寒头痛、鼻塞、咳逆上气。生姜热水浸提液中含有多种活性成分，如姜多糖、姜黄酮及姜辣素等，其中姜辣素能够刺激胃肠粘膜，能够有效治疗因吃寒凉及寒性食物过多而引起的腹胀、腹痛、腹泻及呕吐等。此外，生姜提取物也是冰淇淋、糖果、糕点等食品工业生产中重要的添加剂。目前，生姜主要以鲜食为主，因其过于辛辣而未被广泛接受。生姜露是以生姜为主要原料，以大枣、桂花、枸杞等为辅料开发的一种具有驱寒、暖胃等功效的保健型饮品，本文通过采用三元二次正交试验设计对生姜露保健饮品的口味进行优化，旨在解决生姜露的口感问题，并为生姜的精深加工提供新的途径。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生姜、冰糖、枸杞，桂花、红枣干：购于兴隆大家庭购物中心（锦州）；柠檬酸：河南金诚生物科技公司；乳糖链球菌素：浙江省天台县高新技术产业园区；电磁炉：杭州九阳生活电器有限公司；电子天平：凯丰集团有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 生姜露工艺流程

图1 生姜露工艺流程Fig.1 The process technology of ginger beverage

1.2.2 生姜露口味配方单因素试验

以生姜露产品的色泽、风味及澄清度等感官评分为生姜露口味配方的考察指标，在冰糖9.00%、枸杞1.00%和桂花0.05%的条件基础上，经单因素试验初步考察生姜的添加量（%）、红枣干的添加量（%）及柠檬酸的添加量（%）3个因素对生姜露口味效果的影响。

1.2.3 生姜露口味配方调配的回归模型的建立

生姜露口味配方调配中生姜的添加量（%）、红枣干的添加量（%）及柠檬酸的添加量（%）3个因素对生姜露口味效果的影响。本试验采用三元二次回归正交组合设计[4]，最终确立二次回归模型，三元二次回归正交设计因素编码表见表1。

表1 因素水平编码表Table 1 Experiment factors coding table

1.2.4 生姜露的感官指标

以生姜露产品的色泽、气味和澄清度为食品感官评定的理论基础[5]，确定生姜露保健饮品的感官评价标准，见表2。为使试验结果更准确，特邀请老师和学生两个不同层次25人对本产品进行品评打分。

表2 生姜露保健饮品的感官评价表Table2 Sensory evaluation standards for ginger beverage

色泽：正常无色盲、无颜色喜恶人群参照比色卡给出的颜色。

澄清度：采用散棚室装置。采用不反光的黑背景，将受试物放到一张白纸上，用20W的日光灯在20 cm处照射。先与黑色背景对照，后与白色背景对照。观察，如果生姜露澄清度良好，没有不溶物或浑浊现象出现则澄清度良好。

气味：按照食品感官评价中评价气味的要求进行气味评价。

1.2.5 模糊数学综合评价模型的建立

在三元二次回归正交组合设计最优生姜露口味制备参数的基础上，建立模糊数学[6]综合评价模型，对最优的生姜露口味参数进行验证。分别在冰糖9.00%、枸杞1.00%和桂花0.05%的条件基础上，选取生姜添加量10.00%、红枣干添加量5.30%、柠檬酸添加量0.12%的条件；生姜添加量11.00%、红枣干添加量8.00%、柠檬酸添加量0.28%条件及生姜添加量12.00%、红枣干添加量10.70%、柠檬酸添加量0.39%的条件下制备3组生姜露样品，分别标记为1号、2号和3号样品。

1.2.5.1 确定评价对象集U和评语集V

评价对象集U={色泽（u1），澄清度（u2），气味（u3）}；评语集={优（3分），良（2分），差（1分）}。R是从U到V的一个模糊映射。X是U上的模糊集，表示色泽、澄清度和气味的加权数。则综合评判结果Y=X·R。其中X表示加权数集，R是评判矩阵。

1.2.5.2 确定加权数集

利用频数统计法确定权重。请25位老师和同学对每个因素Ui（i=1，2，3）提出自己的权重分配，然后针对各因素进行单因素权重统计试验。

1.2.5.3 感官评价标准

生姜露感官评定标准见表3。

表3 生姜露感官评定标准Table3 Sensory evaluation standard of ginger beverage

2 结果与分析

2.1 生姜、红枣干和添加量对生姜露口味的影响

生姜添加量为7.00%、9.00%、10.00%、11.00%、12.00%、14.00%的条件下预煮15min，随着生姜添加量的增加，感官评分呈先上升后下降的趋势，生姜的添加量对生姜露口味影响见图2。

图2 生姜的添加量对生姜露口味影响Fig.2 The effect of gingers on taste of ginger beverage

在生姜添加量低于11.00%时，生姜露中生姜的姜辣味较淡，但呈现辣味逐渐上升的趋势。生姜添加量在11.00%的条件下评分最高，此时生姜露具有特有的姜辣味，经口入胃后有暖热感，表明在此条件下生姜露口感最佳，随着生姜添加量的逐渐增加，姜辣味过于浓烈，口感不易被接受。因此生姜露在生姜添加量11.00%的条件下进行后续的单因素试验。红枣干的添加量对生姜露口味影响见图3。

图3 红枣干的添加量对生姜露口味影响Fig.3 The effect of dry dates on taste of ginger beverage

图3 表明红枣干添加量为2.00%～12.00%条件下预煮15min，生姜露的感官评分呈先上升后下降的趋势，在红枣干添加量低于8.00%的条件下，生姜露中红枣的枣香味较淡，随着红枣干添加量的增加，红枣干的枣香味过于浓，呈苦涩味，因此红枣干添加量8.00%的条件下感官评分最高，表明在此条件下生姜露口感最佳。柠檬酸添加量为由0.03%增加到0.35%过程中，随着柠檬酸的逐渐添加，生姜露的酸度逐渐增加，柠檬酸的添加量对生姜露口味影响见图4。

图4 柠檬酸的添加量对生姜露口味影响Fig.4 The effect of citric acid on taste of ginger beverage

口感呈先增加后下降的趋势。在柠檬酸添加量为0.25%的条件下评分最高，表明在此条件下生姜露口感最佳，因此生姜露在柠檬酸添加量0.25%的条件下进行后续的试验。

2.2 三元二次回归正交设计试验

在单因素的基础上进行了三元二次回归正交设计，其结果见表4，并进行了回归系数的显著性检验、回归方程检验和失拟检验。

根据相关系数得到回归方程：Y=76.081-5.243X3-

表4 三元二次回归正交试验结果Table4 Results of quadratic regression orthogonal combination designed

续表4三元二次回归正交试验结果Continue table4 Results of quadratic regression orthogonal combination designed

F回=（S回/f回）/（SR/fR）=610.418 268 67＞F0.01（4，12）= 5.41，表明方程在0.01水平下显著，即置信度为99%。

Flf=（Slf/flf）/（Se/fe）=2.226 380 87＜F0.25（10，2）=3.35，表明方程不失拟，即拟合得好。再根据西尔维斯特不等式判别方程的极值，设在稳定点X0=（X01，X02，...，X0p）处，计算Y对Xj（j=1，2，...，p）的二阶偏导数，并且定义行列式Dj，并对3个变量依次计算3个行列式，即：

根据西尔维斯特不等式判别方程可以得出方程有极大值，利用求驻点方法求得极值时，X1=1，X2=0，X3=0.278。通过回归系数检验见表4、回归方程检验F回=610.418 268 67和失拟检验Flf＜1，可以认为该方程为最优回归方程，将因素编码表代入方程中，即在生姜添加量11.50%、红枣干添加量8.00%、柠檬酸添加量0.28%条件下熬煮15min所得的生姜露，并经试验验证与回归方程优化结果一致。

2.3 加权数集的确定结果

10位专家对色泽、澄清度、气味所占权重的调查结果为：色泽的权重0.3；澄清度的权重为0.4；气味的权重为0.3。

2.4 评价矩阵与结果分析

在校园中随机选取20名同学分别对色泽、澄清度、气味进行打分。统计各个试验组中优、良、差的比例，得到评价矩阵R。试验结果见表5。

表5 生姜露感官评价结果Table5 Statistical data for sensory evaluation of ginger beverage

将综合评价结果集中各个量分别对应其相应的分值就可以得到各方案的综合得分。

表6 各配方的评价得分表Table6 Score of the three recipe

如表6所示，由最后的得分可以明显看出方案2为最佳方案。

3 结论

本文以生姜为原料，并以柠檬酸、红枣干和桂花等为主要辅料，经三元二次回归正交组合设计优化生姜露的口味配方，获得最优工艺参数，即在冰糖9.00%、枸杞1.00%和桂花0.05%的条件基础上，生姜质量分数11.50%、红枣干质量分数8.00%、柠檬酸质量分数0.28%条件下熬煮15min所得的生姜露，具有最高的感官评分，且经模糊数学综合评价模型进一步验证了在此制备条件下，生姜露的色泽、气味及澄清度最佳。生姜露具有驱寒解热、开胃健脾等功效，生姜露口味的优化为生姜露的产业化实施提供技术参数。

[1]李雨露.姜的功能特性及在食品中的开发应用[J].食品研究与开发.2002,23(4):49-50

[2]朱丹实,梁洁玉,李慧,等.响面设计对牛蒡无糖保健饮料口味的优化[J].食品工业科技,2013,34(21):231-235

[3]中华人民共和国卫生部.GB 2760-2011食品安全国家标准食品添加剂使用标准[S].北京:中国标准出版社,2011

[4]刘静波,于志鹏,赵文竹,等.蛋清肽酶解工艺及血管紧张素转化酶抑制活性研究[J].农业机械学报,2010,41(7):147-151

[5]刘振宇,胡林双,刘尚武,等.马铃薯饮料配方的优化研究[J].中国马铃薯,2013,27(2):106-111

[6]窦银花,田怀香,易封萍,等.利用模糊数学感官评价法研究虾味香精加工工艺[J].食品工业科技,2013,34(8):274-276,281

Optimization of Taste on Ginger Beverage by Fuzzy Mathematic Model

ZHAO Wen-zhu1，XIE Jing-yi1，YU Zhi-peng1，*，SONG Bao-wen1，LI Si-hui1，LIU Jing-bo2，LI Jian-rong1，*，AN Xiao-ning3
（1.College of Food Science and Engineering/National&Local Joint Engineering Research Center of Storage Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products，Bohai University，Jinzhou 121013，Liaoning，China；2.Lab of Nutrition and Functional Food，Jilin University，Changchun 130062，Jilin，China；3.COFCO Rice（jilin）Limited，Jilin 132101，Jilin，China）

The healthy ginger beverage with raw materials of ginger，sugar，dried dates，citric acid，medlar and osmanthus was prepared.The sensory evaluation of ginger beverage was optimized by ternary quadratic regression orthogonal combination design，combining with sensory evaluation method of fuzzy mathematics.The results showed that，the best flavor was obtained with 11.50%ginger，8.00%dry dates and 0.28%citric acid，the boiling time was 15 min.The ginger beverage provided a obvious spicy and floral fragrance，with uniformity and clarify.

ginger beverage；sensory evaluation；orthogonal combination design；fuzzy mathematic model evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.03.016

2016-05-16

国家科技支撑课题“食源性功能肽生物制备技术研究（2012BAD00B03）”；渤海大学博士启动项目“果蔬多糖类化合物降血糖机制的研究”（0515bs020）

赵文竹（1986—），女（汉），讲师，博士，研究方向：植物活性多糖及糖蛋白的结构与功能研究。

*通信作者