基于模糊数学综合评价研制沙棘复合果汁酵素饮料

尹翔东，刘禹*，张莉，陈一萌，孟雨涵，毛鹏煜

1. 四川省食品发酵工业研究设计院有限公司（成都 611130）；2. 成都中医药大学公共卫生学院（成都 611130）

沙棘（sea-buckthorn），又称为醋柳、酸刺，含有黄酮、鞣质、萜类、多糖、维生素等多种活性成分[1-8]。世界上所有从沙棘属植物中分离鉴定出黄酮类化合物有50多种[9]，三萜类化合物20多种，还含有多种多糖[10]及维生素。在降血压、血脂，防治动脉硬化等方面具有效调节作用，并对预防心脑血管疾病如冠心病、心肌梗塞等具有良好的效果[11]。试验以沙棘为主要原料，开发一种沙棘复合果汁酵素饮料，一方面可以促进沙棘的精深加工，提高沙棘综合利用附加值，从而推动沙棘相关产业的发展；另一方面可以作为一种特色的功能型酵素制品，符合时下的热点消费市场[12]，增加相关产品的品类丰富度。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沙棘（松潘县夏旭冬日天然沙棘食品有限公司）；水果胡萝卜、番茄、一级白砂糖（市售）；植物乳杆菌PC170（四川益动源生物科技有限公司）。

1.2 主要仪器与设备

DH-500AB型台式电热恒温培养箱（北京科伟永兴仪器有限公司）；HH-8型恒温水浴锅（上海力辰邦西仪器科技有限公司）；SP968型豆浆机（浙江苏泊尔股份有限公司）；TD5A-WS型高速离心机（湘潭湘仪仪器有限公司）；ESJ200-4B型分析天平（南北仪器有限公司）。

1.3 工艺流程

沙棘原料→料液比1∶3（g/mL）稀释→①

胡萝卜削皮、切块、煮熟→料液比1∶2（g/mL）稀释→②西红柿冷冻、剥皮→料液比1∶2（g/mL）稀释→③①+②+③→调配→灭菌→接种→发酵→离心→灭菌→灌装

1.4 工艺要点

1.4.1 原料预处理

沙棘原浆于8.5 μm滤网过滤，按料液比1∶3（g/mL）加水进行稀释。胡萝卜去皮，切成每块约3 mm厚的圆片，加入沸水中煮30 min，煮软后迅速捞起，称重，以料液比1∶2（g/mL），加水打浆。西红柿冷冻，去皮，称重，以料液比1∶2（g/mL）加水打浆。

1.4.2 调配

根据预试验结果确定复合果汁配方：沙棘汁20%，胡萝卜浆24%，西红柿浆10%。按比例添加白砂糖，加水补至100%。混合均匀后在80 ℃下水浴30 min，冷却至40 ℃左右，按比例接种发酵剂。

1.4.3 发酵工艺

在设定好的恒定温度下进行发酵，发酵结束后取出进行离心，转速4 000 r/min，离心10 min，分离收集上清液进行灭菌，灭菌温度80 ℃，灭菌时间30 min，灭菌后进行灌装。

1.5 试验设计

1.5.1 单因素试验设计

根据沙棘复合果汁酵素的配方与工艺流程，在工艺条件和其他配方因素相同的条件下，分别针对白砂糖添加量（10%，12%，14%，16%和18%）、发酵剂接种量（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%）、发酵时间（12，24，36，48和60 h）、发酵温度（20，25，30，35和40 ℃）4个因素运用模糊数学感官评分为评价指标，计算出最高评分，据此确定各因素的适宜参数。

1.5.2 正交试验设计

依据单因素的试验结果，从中选择白砂糖添加量（A）、发酵剂接种量（B）、发酵时间（C）、发酵温度（D）最适宜的3个水平，采用L9(34)正交表，进行四因素三水平的正交试验，以感官评分为评价指标，筛选出最优的加工工艺。

1.6 测定项目

1.6.1 感官评价分法及标准

挑选食品专业的研究人员10人组成感官评价小组，参考GB 7101——2015《食品安全国家标准 饮料》分别对沙棘复合果汁酵素的色泽、滋味、气味和组织状态进行感官评价。结合试验设定各评定项目的固定权重，见表1。感官评价标准见表2。

表1 感官评分权重分配表

表2 沙棘复合果汁酵素饮料感官评定标准

1.6.2 pH测定

pH参考GB 5009.237——2016《食品安全国家标准食品pH值的测定》进行。

1.6.3 可溶性固形物含量测定

可溶性固形物含量参照NY/T 637——2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定 折射法》进行测定。

1.6.4 总酸的测定

总酸参考GB 12456——2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》进行测定。

1.6.5 超氧化歧化酶（SOD）活性测定

1.6.6γ-氨基丁酸测定

γ-氨基丁酸参考QB/T 4587——2013《γ-氨基丁酸》的方法进行测定。

1.6.7 沙棘酵素卫生安全检测

根据GB 4789.2——2016《菌落总数测定》、GB 4789.35——2016《乳酸菌检验》和GB 29921——2021《预包装食品中致病菌限量》对发酵生产的沙棘复合果汁酵素饮料进行微生物及致病菌检测。

1.7 模糊数学模型

参考李子晗等[14]、王瑜等[15]的方法建立沙棘复合果汁酵素饮料产品模糊数学感官评价方法，即U=（色泽、滋味、气味、组织状态）。品评人员对每个因素按照优、良、中、差4个等级进行评定，即V=（V1，V2，V3，V4）=（优，良，中，差）。在计算评分时，V1=9分，V2=7分，V3=5分，V4=2分。根据色泽、滋味、气味、组织状态在沙棘复合果汁酵素饮料感官评定中的作用，确定各质量因素的权重，分别为色泽（0.20）、滋味（0.40）、气味（0.24）、组织状态（0.16），记为X=（X1，X2，X3，X4）=（0.20，0.40，0.24，0.16），且X1+X2+X3+X4=1。根据感官指标，设定两个判断域：因素集，即感官评定指标U=（U1色泽，U2滋味，U3气味，U4组织状态）；判定集，即感官质量评语集V=（V1，V2，V3，V4）=（优，良，中，差）。从U到V的一个模糊映射R，设U上模糊集为（U1，U2，U3，U4），表示色泽、滋味、气味、组织状态的加权数，则有感官综合得分M=U×R。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 白砂糖添加量对沙棘复合果汁酵素饮料感官评价结果影响

选取预试验调配好的复合果汁，分别选择加入10%，12%，14%，16%和18%白砂糖，接种3%发酵剂，在30 ℃恒温条件下培养36 h，进行感官评定，投票结果如表3所示。

作者对学术期刊的抵制无疑与期刊在编辑出版中不能满足学术发展的需要，得不到科学共同体的认可有关。 可能更重要的原因是，期刊在编辑出版工作中，不能遵守学术出版道德规范，侵犯了作者的利益。 尤其是在决定稿件能否出版的过程中，决定权掌握在审稿者、编辑人员和出版者手中，而如果他们没有树立出版伦理规范的意识，没有自觉遵守著作权的法律法规，就会有意或无意地侵犯作者的学术利益或经济利益，失去作者对学术期刊的信任。 这种有意或无意的伤害是造成作者抵制学术期刊的重要原因。

表3 白砂糖添加量对感官评价投票结果

通过投票结果建立隶属度矩阵Ri，将权重集合X乘以隶属度矩阵Ri，通过模糊矩阵合成运算得到隶属度向量Mi。根据表3，将白砂糖添加量的评价结果写成模糊综合感官评价矩，分别为：

在计算评分时，V1=9分，V2=7分，V3=5分，V4=2分，则得出的感官评分为：M1=（0.35 0.24 0.33 0.08）×（9 7 5 2）=6.64，M2=（0.39 0.48 0.130.00）×（9 7 5 2）=7.53，…，M5=（0.47 0.41 0.12 0.00）×（9 7 5 2）=7.70。

根据计算出的感官评分结果绘制成图1。

图1 白砂糖添加量感官评分结果

沙棘复合饮料酵素的白砂糖添加量18%时，感官评分得到最大值，感官评分为7.70分。随着白砂糖添加量的减少，感官评分随之降低，因此，适宜的白砂糖添加量在18%左右。张莉等[16]在红茶菌莱阳梨发酵饮料的试验结果表明，糖添加量一般会在变量中间取得最高值。但试验出现感官评分随着白砂糖添加量增加而增加的现象。其原因可能是白砂糖添加量12%时，添加量较少，此时酸味较突出。随着白砂糖添加量增加，至添加量14%左右，部分糖开始抑制部分植物乳酸菌的发酵，酸味开始变弱[17]。继续增加糖添加量，至添加量16%左右，甜味开始明显。

2.1.2 发酵剂接种量对沙棘复合果汁酵素饮料感官评价结果影响

参照白砂糖的评判方法评判发酵剂添加量，计算出发酵剂添加量组别感官评分，依次为M1=7.18，M2=7.46，M3=7.83，M4=7.46，M5=7.46，如图2所示。

图2 发酵剂接种量感官评分结果

沙棘复合饮料酵素饮料的发酵剂接种量0.3%时，感官评分得到最大值，感官评分为7.83分。发酵剂接种量的增加或者减少，都会降低感官评分。参考郭伟峰等[18]用桑葚制作酵素饮料的发酵剂接种量10%来看，此试验的菌接种量较少，探求其原因可能是与发酵时间、接种的菌种等有关。郭伟峰等[18]的发酵时间为24 h，接种的菌种为醋酸菌，其发酵时间较短，菌种不同，因此此次试验可能需要较小的发酵剂接种量。但发酵菌接种量与发酵时间、接种何种菌之间具体呈何种关系，还有待进一步试验研究。

2.1.3 发酵时间对沙棘复合果汁酵素饮料感官评价结果影响

参照白砂糖的评判方法评判发酵时间，计算出发酵时间组别感官评分，分别为M1=6.79，M2=7.01，M3=7.09，M4=6.60，M5=6.27，绘制成图3。

图3 发酵时间感官评分结果

根据图3可得出，沙棘复合饮料酵素饮料的发酵时间36 h时，感官评分得到最大值，感官评分为7.09分。王巨成[19]研究表明沙棘原浆的最佳发酵时间为40 h，与该试验得出的发酵时间相接近，因此在后续正交试验中可以设置包括40 h以内的水平，进行细化研究。

2.1.4 发酵温度对沙棘复合果汁酵素饮料感官评价结果影响

参照白砂糖的评判方法评判发酵温度，计算出发酵温度组别感官评分，分别为M1=7.56，M2=8.12，M3=7.66，M4=6.870，M5=4.94，根据此感官评分绘制成图4。

图4 发酵温度感官评分结果

当沙棘复合饮料酵素饮料的发酵温度超过25 ℃时，感官评分逐渐降低，温度25 ℃时感官评分达到最大值，感官评分为8.12分。这可能与发酵温度过高会导致原料的果蔬味挥发、变味等原因有关。蔡文超等[20]制作沙棘葡萄复合发酵饮料时得到相同的结果。因此，沙棘复合饮料酵素最适宜发酵温度在25 ℃左右。

2.2 正交试验结果与分析

根据单因素试验结果，从中选择发酵时间、白砂糖添加量、发酵剂接种量、发酵温度最适宜的3个水平，正交试验因素水平表见表4。采用L9(34)正交表，进行四因素三水平的正交试验，感官评价结果见表5，正交试验结果见表6。

表4 沙棘复合果汁酵素正交试验因素水平表

表5 正交试验感官评价结果

表6 沙棘复合果汁酵素正交试验结果

比较4个因素的R值大小，得出4个因素对沙棘复合果汁酵素饮料的影响主次关系：C＞D＞A＞B，即影响最大的是发酵时间，然后是发酵温度，再次是白砂糖糖添加量，影响最小的是发酵剂接种量。根据K值大小得出每个因素的最优水平：A1B3C3D3，此条件正是正交试验第3组条件，因此不需要再进行验证试验。正交试验第3组感官评分最高，为8.46分。最终确定的沙棘复合果汁酵素饮料最佳生产工艺为白砂糖添加量17%、发酵菌接种量0.35%、发酵温度27 ℃、发酵时间42 h，在此条件下得出的胡萝卜沙棘番茄复合果汁饮料的风味、口感等感官评价最佳。

2.3 产品质量结果

2.3.1 感官品质

最佳发酵条件下的产品的色泽呈橙黄色，均匀，鲜亮；品尝起来无异味，沙棘味、番茄味与胡萝卜味协调，具有适当酸甜味，让人增食欲；气味总体属于酸甜味，其中沙棘味、胡萝卜味与番茄味协调，不会有某个味道过于突出，无异味；其组织状态均匀细腻，无颗粒，无悬浮物，久置也无沉淀物。

2.3.2 综合评价

在最佳条件下，沙棘复合果汁酵素饮料理化指标和微生物指标结果见表7和表8。

表7 沙棘复合果汁酵素理化指标

表8 沙棘复合果汁酵素微生物指标

在最佳条件下制备沙棘复合果汁酵素饮料菌落总数为70 CFU/mL，低于行业标准100 CFU/mL；霉菌、大肠杆菌、沙门菌、金黄色葡萄球菌均未检出；可溶性固体物含量为16%，pH为4、总酸为17.49 g/100 g，SOD酶活性和γ-氨基丁酸含量远超同类产品，分别为2.53×105U/L和85.47 mg/kg。所有指标均符合QB/T 5323——2018《植物酵素》要求。

3 结果与讨论

试验以沙棘为主要研究对象，复配胡萝卜和番茄，与已报道的研究相比[21]，更有利于缓解沙棘的酸味，并在一定程度上增加果蔬的鲜味。通过分析白砂糖添加量、发酵剂接种量、发酵温度和发酵时间4个因素对复合果汁酵素的影响，得到沙棘复合果汁酵素饮料的最佳工艺条件，分别是糖添加量17%、植物乳杆菌接种量0.35%、发酵时间42 h、发酵温度27 ℃，此时感官评分为8.46分。在此条件下发酵得到的沙棘复合果汁酵素饮料色泽、滋味、气味、组织状态4个指标都最优，并进行验证和基本的指标检测，结果符合相应产品质量标准。该试验对理论研究和实际生产均具有一定指导意义。