模糊数学综合评价法优化拐枣饮料配方

朱新鹏 任星星 袁志宁

摘要：以拐枣（Hovenia dulcis）浓缩汁为原料，在单因素试验基础上，通过正交试验，以模糊数学综合评价为指标，进行拐枣饮料配方的优化。结果表明，优化后的配方组合为：配制100 mL拐枣饮料所需拐枣浓缩汁的用量20 mL，蔗糖与安赛蜜用量比5.000 g∶0.020 g，柠檬酸用量0.20 g，柠檬黄与胭脂红用量比0.100 mL∶0.050 mL，黄原胶与瓜尔胶用量比0.02 g∶0.02 g。该配方配制的拐枣饮料酸甜适口，带有清淡的拐枣香气，可用于拐枣饮料的开发。

关键词：模糊数学;综合评价法;拐枣（Hovenia dulcis）饮料;配方;优化

中图分类号：TS255.44         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）17-0122-06

Abstract： Using Hovenia dulcis concentrated juice as raw material through orthogonal test and based on single factor test， taking fuzzy mathematics comprehensive evaluation as index to optimize the formula. The results showed that，100 mL Hovenia dulcis beverage needed 20 mL Hovenia dulcis concentrated juice， the ratio of sucrose to acesulfame was 5.000 g∶0.020 g， the dosage of citric acid was 0.20 g， the ratio of lemon yellow to carmine was 0.100 mL∶0.050 mL， the ratio of xanthan gum to guar gum was 0.02g∶0.02g. The formula makes Hovenia dulcis beverage in harmony with sweet and sour， having delicate fragrance of Hovenia dulcis. It can be used in developing of Hovenia dulcis beverage.

Key words： fuzzy mathematics; comprehensive evaluation; Hovenia dulcis beverage; formula; optimize

拐枣（Hovenia dulcis）属鼠李科（Rhamnaceae）拐枣属（Hovenia）植物，又名鸡脚爪、万字果、万寿果、金钩子、鸡爪梨等，其可食部分是肉质肥大的果柄（果梗）[1]。拐枣产地主要分布在中国陕西、四川、重庆、湖北、湖南、江西、江苏、浙江、福建、广东、安徽、河北和河南等地，并且以陕、川、渝量多质佳[2]。拐枣饱满歪曲，肉质呈现红褐色，香气怡人，含大量的葡萄糖、苹果酸钙、蛋白质、维生素、矿物质及黄酮类化合物等活性成分，具有很好的营养保健功效[3]，是极具开发利用的植物资源。拐枣可以提取果汁[4]，进而配制饮料[3，5]，也可制醋[6]、酿酒[7]等。

在食品新产品开发中，经常会用感官评价作为判定产品品质的指标。感官指标评价标准本身是模糊的，针对这一特点，综合考虑到影响食品感官的各种因素，通过模糊数学评价法来评价食品感官质量更为科学和客观[8-10]。本研究以拐枣浓缩汁为原料，通过单因素和正交试验，结合模糊数学法进行拐枣饮料配方的优化，以期为拐枣的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

拐枣浓缩汁（35%），由陕西省旬阳县太极缘生物科技有限公司提供;蔗糖（食品级），市售;安赛蜜、柠檬酸、柠檬黄、胭脂红、黄原胶、瓜尔胶均为食品级，由上海源叶生物科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

PIT46电磁炉（上海奔腾电器有限公司），800型电动离心沉淀器（江苏龙岗医疗机械厂），WYT-32型手持糖度仪（泉州光学仪器厂），FA1004N电子天平（上海精密科学仪器有限公司），HH-4恒温水浴锅（上海玺恒实业有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程及操作要点 拐枣浓缩汁→加水稀释→离心→调配→过滤→装罐→脱气→杀菌→冷却→成品。具体操作要点为：①拐枣浓缩汁要求无异味、组织均匀，在0～4 ℃下保存。②按试验设计的需要量加去离子水进行稀释。③将稀释后的拐枣汁放入离心机中，在3 000 r/min离心10 min。④将黄原膠和瓜尔胶用适量水浸泡，同时在不超过75 ℃的温度下边加热边搅拌至完全溶解;蔗糖、安赛蜜和柠檬酸分别用适量水充分溶解;柠檬黄和胭脂红分别配制成浓度为0.02、0.01 g/mL的溶液;然后与拐枣汁调配混匀。⑤用双层纱布过滤。⑥将拐枣饮料装于已清洗干净的罐头瓶内，于85 ℃的恒温水浴锅内保温10 min后将瓶盖拧紧。⑦将拐枣饮料放入90 ℃的水浴锅中保温10 min，冷却至室温。

1.3.2 单因素试验 以拐枣浓缩汁用量22 mL、蔗糖与安赛蜜用量比6.000 g∶0.025 g、柠檬酸0.25 g、柠檬黄与胭脂红用量比0.075 mL∶0.025 mL、黄原胶与瓜尔胶用量比0.02 g∶0.02 g为试验的基础配方，配制100 mL拐枣饮料。以感官评价为指标，分别考察拐枣浓缩汁用量、蔗糖与安赛蜜用量比、柠檬酸用量、柠檬黄与胭脂红用量比4个因素对拐枣饮料感官品质的影响;以沉淀率为指标，考察黄原胶与瓜尔胶的用量比。其中，拐枣浓缩汁用量分别为12、14、16、18、20、22 mL;蔗糖与安赛蜜用量比分别为2.000∶0.005、3.000∶0.010、4.000∶0.015、5.000∶0.020、6.000∶0.025、7.000∶0.030（g∶g）;柠檬酸用量分别为0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40 g;柠檬黄与胭脂红用量比分别为0∶0、0.050∶0、0.075∶0.025、0.100∶0.050、0.125∶0.075、0.150∶0.100（mL∶mL）;黄原胶与瓜尔胶用量比分别为0.01∶0.01、0.02∶0.02、0.03∶0.03、0.04∶0.04、0.05∶0.05、0.06∶0.06（g∶g）。

1.3.3 正交试验 在单因素试验的基础上，以模糊数学感官综合评价为指标，以蔗糖与安赛蜜用量比、柠檬酸用量、柠檬黄与胭脂红用量比、黄原胶与瓜尔胶用量比为考察因素，采用L9（34）进行正交试验，优化拐枣饮料的配方。正交试验因素水平见表1。

1.3.4 沉淀率测定 将拐枣饮料在3 000 r/min离心10 min，测定离心前后饮料的质量。以沉淀率表示体系的稳定性，沉淀率越大，体系的稳定性越差，沉淀率计算公式如下：

[沉淀率=离心后溶液质量离心前溶液质量×100%] （1）

1.3.5 感官评价方法 由10名食品专业学生经培训组成评定小组，对拐枣饮料的滋味、色泽、香气和体态4个因素进行感官评定。在单因素试验时，以每个评价员打分取平均值作为指标（保留小数点后1位）;正交试验时，以每个评价员打分计算模糊数学综合评价得分作为指标（保留整数），即评价等级。感官评定标准见表2。

1.3.6 模糊数学模型的建立 以滋味、色泽、香气和体态为因素集，以优、良、中、差为评语集，即：

因素集U={滋味u1，色泽u2，香气u3，体态u4} （2）

评语集V={优v1，良v2，中v3，差v4}   （3）

根据滋味、色泽、香气和体态在拐枣饮料感官评价中的作用，采用强制法[11]确定各感官指标的权重为滋味0.40、色泽0.25、香气0.25和体态0.10，总和为1，即：

权重集X={a1，a2，a3，a4}={0.40，0.25，0.25，0.10}（4）

感官指标综合评判集Y=XR，其中X为权重集，R为模糊矩阵。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 17.0软件进行试验数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 拐枣浓缩汁用量对拐枣饮料感官品质的影响 拐枣浓缩汁用量对拐枣饮料感官品质的影响见图1。由图1可知，随着拐枣浓缩汁用量的增加，拐枣饮料的感官品质呈现明显的先上升后下降的趋势，在浓缩汁用量为20 mL时感官品质最佳。对感官评分较高的浓缩汁用量（18、20、22 mL）进行方差分析，由表3可知，拐枣浓缩汁用量为18、20 mL与22 mL时对感观评价影响不显著（P>0.05）。因此，不将浓缩汁用量作为正交试验的因素，而以单因素试验的最大值20 mL进行正交试验。

2.1.2 蔗糖与安赛蜜用量对拐枣饮料感官品质的影响 蔗糖与安赛蜜用量对拐枣饮料感官品质的影响见图2。由图2可知，随着蔗糖与安赛蜜用量的增加，拐枣饮料感官品质呈先上升后下降的趋势，蔗糖与安赛蜜用量为5.000 g∶0.020 g时拐枣饮料甜度适合，口感柔和，无酸涩味，品质最佳，之后呈现下降趋势。当蔗糖与安赛蜜用量过低时，拐枣饮料过酸，口感不佳;当蔗糖与安赛蜜用量比过高时，拐枣饮料过甜，有甜腻感，品质差。对感官评分较高的蔗糖与安赛蜜用量进行方差分析，由表4可知，蔗糖与安赛蜜用量较高的3个水平（4.000∶0.015、5.000∶0.020、6.000∶0.025）（g∶g，下同）与其他水平相比显著提高了拐枣饮料的感官品质（P<0.05）。因此，选取蔗糖与安赛蜜用量比为4.000∶0.015、5.000∶0.020、6.000∶0.025进行正交试验。

2.1.3 柠檬酸用量对拐枣饮料感官品质的影响 柠檬酸用量对拐枣饮料感官品质的影响见图3。由图3可知，随着柠檬酸用量的增加，拐枣饮料感官品质呈先上升后下降的趋势。当柠檬酸过低时，酸味过淡;当柠檬酸用量过高时，酸度过大，口感不佳;当柠檬酸用量在0.25 g时，品质最优，口感柔和，带有清淡拐枣香气。对感官评分较高的柠檬酸用量进行方差分析，由表5可知，柠檬酸用量对拐枣饮料感官品质有显著影响（P<0.05）。因此，选取柠檬酸用量为0.20、0.25、0.30 g进行正交试验。

2.1.4 柠檬黄与胭脂红用量对拐枣饮料感官品质的影响 柠檬黄与胭脂红用量对拐枣饮料感官品质的影响见图4。由图4可知，随着柠檬黄与胭脂红用量的增加，拐枣饮料感官品质呈先上升后下降的趋势，当柠檬黄与胭脂红用量过低时，拐枣饮料色泽较为暗淡，色泽不鲜亮;当柠檬黄与胭脂红用量过高时，拐枣饮料颜色暗沉，品质较差。当柠檬黄与胭脂红用量比为0.100 mL∶0.050 mL時，果汁色泽鲜亮、均一。对感官评分较高的柠檬黄与胭脂红用量进行方差分析，由表6可知，柠檬黄与胭脂红用量对拐枣饮料感官品质有极显著影响（P<0.01）。因此，选取柠檬黄与胭脂红用量比为0.050∶0、0.075∶0.025、0.100∶0.050（mL∶mL）进行正交试验。

2.1.5 黄原胶与瓜尔胶用量对拐枣饮料感官品质的影响 黄原胶与瓜尔胶用量对拐枣饮料感官品质的影响见图5。由图5可知，随着黄原胶与瓜尔胶用量的增加，拐枣饮料的沉淀率呈先下降后上升的趋势。当黄原胶与瓜尔胶用量过低或过高时，拐枣饮料的沉淀率均偏高，稳定性差;当用量增至0.03 g∶0.03 g时，沉淀率最低，拐枣饮料的稳定性较好。对感官品质较高的黄原胶与瓜尔胶用量进行方差分析，由表7可知，黄原胶与瓜尔胶用量对拐枣饮料沉淀率有极显著影响（P<0.01）。因此，选取黄原胶与瓜尔胶用量比为0.02∶0.02、0.03∶0.03、0.04∶0.04（g∶g）进行正交试验。

2.2 感官评价结果及模糊数学综合评价

根据因素水平表进行正交试验，对9个处理的产品进行感官评价，各等级得分结果见表8。由表8可知，10名评价人员的评价结果存在差异，据此建立模糊矩阵。以处理1为例，滋味评价结果有1人选优，3人选良，5人选中，1人选差，则R滋味=（0.1 0.3 0.5 0.1），同理R色泽=（0 0.5 0.5 0），R香气=（0.4 0.3 0.3 0），R体态=（0.5 0.3 0.1 0.1）。得到处理1的评价矩阵：

将评价结果的等级优、良、中、差依次赋予分值4、3、2、1。将模糊变换后综合评判结果的每个量分别乘以相应的分值，并进行加和，可得出每个处理的最后总得分[9，12]。由表9可知，各因素对拐枣饮料的感官评价综合得分影响大小顺序为 D > A > C > B，即柠檬黄与胭脂红用量比影响最大，其次依次为蔗糖与安赛蜜用量比、黄原胶与瓜尔胶用量比、柠檬酸用量。优化后配方组合为：配制100 mL拐枣饮料所需拐枣浓缩汁的最佳用量20 mL，蔗糖与安赛蜜用量比5.000 g∶0.020 g，柠檬酸用量0.20 g，柠檬黄与胭脂红用量比0.100 mL∶0.050 mL（换算为0.002 0 g∶0.000 5 g），黄原胶与瓜尔胶用量比0.02 g∶0.02 g。

2.3 验证试验

按照优化后的配方进行验证试验，评价结果见表10。经“2.2”的方法计算感官评价的综合得分为3.29，高于正交试验中的最高值3.17，说明试验结果可靠。该配方配制的拐枣饮料酸甜适口，带有清淡的拐枣香气。

3 小结

以拐枣浓缩汁为原料，采用正交试验结合模糊数学法进行拐枣饮料配方的优化。结果表明，各因素对拐枣饮料的感官评价综合得分影响大小顺序为：柠檬黄与胭脂红用量比>蔗糖与安赛蜜用量比>黄原胶与瓜尔胶用量比>柠檬酸用量，优化后的配方组合为：配制100 mL拐枣饮料所需拐枣浓缩汁的最佳用量20 mL，蔗糖与安赛蜜用量比5.000 g∶0.020 g，柠檬酸用量0.20 g，柠檬黄与胭脂红用量比0.100 mL∶0.050 mL，黄原胶与瓜尔胶用量比0.02 g∶0.02 g。由于拐枣浓缩汁呈棕褐色，几乎无光泽，有一定沉淀，所以采用柠檬黄与胭脂红复配调整颜色，采用天然来源的增稠剂黄原胶与瓜尔胶进行复配增加黏度防止沉淀。该配方制作的拐枣饮料，具有拐枣特有的香气，糖酸比例协调，酸甜适口，呈现柔和的橙黄色，不易产生沉淀，可以用于拐枣饮料的工业生产。

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