模糊数学综合感官评价法应用于木枣钙果复合饮料研制

陈树俊，王翠连，李佳益，张君梅，李 乐，石 玥

（山西大学生命科学学院，山西 太原 030006）

红枣又称中华大枣、枣、华枣，是鼠李科枣属植物枣树的果实，含有极其丰富的营养物质，素有“木本粮食，滋补佳品”之美称，在我国历史上，枣与桃、杏、李、栗一起，并称为“五果”，同时也具有重要的食用和药用价值。红枣含Vc、总酚、膳食纤维、黄酮、环磷酸腺苷等多种生理活性物质，能够降低胆固醇，抑制癌细胞增殖，并延缓衰老[1]。牛林茹[2]研究表明，木枣总糖含量最高，达到了84.9%。白冰瑶等[3]研究表明，红枣中膳食纤维有改善小鼠功能性便秘和调节肠道菌群功能。杨云舒等[4]研究表明，红枣中黄酮具有抗氧化作用。XUE[5]研究发现，红枣不同组织提取物的抗氧化能力与总酚、总黄酮含量有关。钙果，又称欧李，别名山梅子、小李仁，是我国特有的一种果药兼用野生果树，属蔷薇科樱桃属落叶小灌木，因其钙元素含量高于其他水果，故称为钙果，素有“绿色天然钙粉”之称[6]。李晓亮[7]研究表明，钙果矿质元素含量大小顺序为Ca＞Mg＞Fe＞Cu＞Mn＞Zn＞Se，钙元素含量是苹果的8.86倍；程霜[8]研究发现，钙果中多酚物质通过消除自由基方式从而抑制因自由基所产生的生物膜、脂蛋白和血清白蛋白氧化损伤；冯媛媛[9]研究表明，钙果中Vc、有机酸、蛋白质含量较高，矿物质丰富，其中钙主要存在形式为水溶钙、活性钙，粗纤维含量较低，是一种低纤维水果。目前，国内外对红枣、钙果汁制备方法研究已经非常成熟，但是对这2种果汁的复配饮料的制备鲜有报道，尤其使用模糊数学综合感官评价法进行复配更是少之又少。

本研究依据红枣水分、总酸、总糖、还原糖、黄酮含量，筛选山西木枣、新疆和田玉枣、山东金丝小枣；对最佳原材料选用响应曲面法确定果胶酶与纤维素酶复合酶酶解红枣汁工艺条件，对钙果原浆稀释制备成钙果汁；最后采用正交试验和模糊数学综合感官评价法对红枣汁和钙果汁进行复配，旨在研发一种酸甜可口、营养丰富、老少皆宜的新型饮料。

1 材料和方法

1.1 材料

山西木枣购于山西临县；新疆和田玉枣购于新疆乌鲁木齐；山东金丝小枣购于山东滨州；钙果原浆购于山西厦普赛尔食品饮料股份有限公司。

1.2 试剂和仪器设备

果胶酶（40 000 U/g）、纤维素酶（30 00 U/g）为北京索莱宝科技有限公司产品；邻苯二甲酸氢钾、NaOH、酚酞、1%酚酞指示剂、DNS、葡萄糖、碘-碘化钾、碱性酒石酸铜甲液、碱性酒石酸铜乙液、亚硝酸钠、芦丁、乙醇、硝酸铝、柠檬酸、黄原胶、F-T-50蛋白糖均为分析纯；蒸馏水等。

DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏试验设备有限公司）；UV-2010型紫外分光光度计（美国优尼科仪器有限公司）；FE20实验室pH计（梅特勒-托多利仪器有限公司）；JA1203N型精密电子天平（上海良平仪器仪表有限公司）；HRHS24-Haier电热恒温水浴锅（青岛海尔医用低温科技有限公司）；TDL-5型台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；81-2型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器厂）。

1.3 试验方法

1.3.1 木枣汁制备

1.3.1.1 酶解单因素试验设计 其参考文献[15-17]进行。以木枣汁可溶性固形物为指标，考察料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7（g/mL））、复合酶添加量（600，1 200，1 800，2 400，3 000 mg/L）、酶解时间（2，2.5，3，3.5，4h）3因素对指标的影响。酶解初始条件料液比为1∶6（g/mL），复合酶添加量为1 800 mg/L，温度为50℃，酶解时间为2 h，采用控制变量法进行单因素条件筛选。

1.3.1.2 酶解响应面试验设计 利用Box-Behnken Design试验设计原理[18-20]，以木枣汁可溶性固形物提取率为响应值，在1.3.1.1单因素试验结果基础上，选取料液比、复合酶添加量、酶解时间3个因素为自变量，设计3因素3水平响应面分析试验。试验因素水平表如表1所示。

表1 响应面试验因素水平

1.3.2 钙果汁制备 以钙果汁可溶性固形物为指标，对钙果原浆按一定料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7（g/mL））进行稀释，确定合适的料液比。

1.3.3 木枣、钙果汁复配

1.3.3.1 复配调配剂量单因素试验 其参考文献[21-26]进行。以感官评价表2为评分标准，选取黄原胶添加量（0.05%，0.1%，0.15%，0.2%，0.25%，0.3%）、F-T-50蛋白糖添加量（0.101%，0.103%，0.105%，0.107%，0.109%，0.111%）、柠檬酸钠添加量（0.01%，0.015%，0.02%，0.025%，0.03%，0.035%）3因素进行单因素试验。调配剂量初始条件黄原胶0.2%，F-T-50蛋白糖0.105%，柠檬酸钠0.02%，采用控制变量法确定单因素最佳条件。

表2 感官评分标准

1.3.3.2 复合调配剂添加量正交优化试验设计选取黄原胶、F-T-50蛋白糖、柠檬酸钠添加量3因素，在单因素试验基础上，以感官评价值为评价指标，设计L9（34）正交试验，因素水平表列于表3。

表3 正交试验因素水平 %

1.3.4 模糊数学综合感官评价法确定复合饮料最佳配方 参考文献[27-33]方法，采用正交试验和模糊数学综合感官评价法相结合，对木枣钙果复合饮料进行感官评价。该产品质量由口感、色泽、香气和组织形态4因素组成。对每个因素按优、良、中、差4个等级进行评定，本试验中m1～m4代表优、良、中、差4 个等级，即 M＝{优，良，中，差}＝{90，80，70，60}。采用强制决定法确定木枣钙果复合饮料各因素权重（表 4），即 V＝{0.28，0.26，0.25，0.21}，权重结果是口感＞色泽＞香气＞组织形态。

表4 感官指标权重分配

评价小组由10名按照GB/T16291.1—2012严格训练的食品专业人员组成，参照GB/T13868—2009/ISO8589：2007中所要求的试验环境条件下对复合饮料按质量特性逐一进行评价，对评价结果汇总建立模糊数学矩阵 Ri，其中，i＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，为样品编号，每一行代表一个，评价因素的评价结果采用模糊数学综合感官评价方法进行分析，具体感官评价标准依据NY82.2—1988并稍作修改（表5）。

表5 复合饮料感官评价

1.4 测定项目及方法

水分含量测定参考王永华等[10]测定方法进行；可滴定酸测定参考曹建康等[11]方法进行；总糖测定参考田芳年[12]方法进行；还原糖测定采用直接滴定法[13]（GB/T 5009.7—2008）进行；黄酮测定参考文献[14]的方法进行。

1.5 数据处理

本试验中每组试验3次重复，以平均值±标准差作为最后数据。采用Excel与Origin 8.0软件进行分析作图，采用Design-Expert v8.0.6统计软件处理数据，采用SPSS20.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 品种选择

由表6可知，山西木枣的水分含量、总酸以及黄酮含量较高；总糖低于金丝小枣和新疆和田玉枣；还原糖略低于金丝小枣，高于新疆和田玉枣。综合经济、营养等各方面，选择山西木枣作为后期试验的最佳原材料。

表6 3种枣营养成分含量

2.2 木枣汁酶解单因素试验结果

2.2.1 料液比对木枣可溶性固形物提取率的影响

由图1可知，在料液比低于1∶6（g/mL）时，木枣提取率呈上升趋势；当料液比大于1∶6（g/mL）时，木枣提取率随加水量变化趋于平缓。这是由于在以上酶解条件下料液比达到1∶6（g/mL）时，木枣中可溶性固形物基本完全溶出。故选取最佳料液比为1∶6（g/mL）。

2.2.2 复合酶添加量对木枣可溶性固形物提取率的影响 从图2可以看出，随复合酶添加量增加，木枣提取率增加；当复合酶添加量达到1 800 mg/L时，木枣提取率达到最大，当复合酶添加量再增加时提取率趋于平缓。这主要是由于随复合酶添加量增加，木枣果肉中果胶物质被分解增多，可溶性固形物溶出量也相应增多[18]，当复合酶添加量达到1 800 mg/L时，果胶物质基本分解完毕，再增加复合酶添加量对可溶性固形物溶出影响不大。因此，选取最佳复合酶添加量为1 800 mg/L。

2.2.3 酶解时间对木枣可溶性固形物提取率的影响 由图3可知，酶解2.5 h时，红枣可溶性固形物提取率达到最高值，当酶解时间超过2.5 h时，木枣可溶性固形物提取率减小后缓慢增加，这是由于随酶解时间增加，木枣中可溶性固形物基本被提取出来，时间延长对木枣可溶性固形物提取影响不大。因此，选取酶解最佳时间为2.5 h。

2.3 木枣汁酶解响应面试验结果与分析

2.3.1 模型建立和显著性检验 使用Design-Expert v8.06统计软件对表7木枣可溶性固形物提取率试验数据进行回归拟合，得到回归曲线，并进行数学模型建立和统计分析。木枣可溶性固形物提取率的回归方程为Y＝74.87＋1.00A＋0.88B＋0.50C＋1.49AB＋0.82AC＋0.24BC－3.09A2－3.70B2－2.30C2。对回归曲线进行方差分析，结果列于表8。

表7 试验设计及其结果

由表8可知，P模型＜0.000 1，说明本试验建立的二次多项回归模型达到极显著水平，P失拟项＝4.18＞0.05，表明在P＝0.05水平上不显著，模型校正系数R2Adj＝0.915 7，说明此模型可以解释91.57%的响应值变化，只有总变异的8.43%不能用该模型解释，由此说明，该模型拟合程度较好，能够客观地预测和分析复合酶对木枣可溶性固形物随各因素的变化规律。由表 8 还可知，A，B，C，A2，B2，C2以及交互项AB影响显著。依据系数估计值绝对值大小可知，对木枣可溶性固形物提取率影响主次顺序为料液比＞复合酶添加量＞酶解时间。

表8 回归模型方差分析

2.3.2 响应面结果分析 使用Design-Expert v 8.06数据统计软件分析，得到木枣可溶性固形物提取率与各因素之间响应面结果如图4所示。在响应面图中，响应面曲面越陡峭表示该试验因素对响应值的影响越显著。响应面中等高线随响应面的变化而变化，其曲线越接近中心对应的响应值越大。

图4-a表示固定酶解时间2.5 h，料液比和复合酶添加量对木枣可溶性固形物提取率的影响。由图4-a可知，A，B的交互作用显著，随料液比和复合酶添加量增加，可溶性固形物的提取率呈先升高后下降的趋势；得出最佳水平范围，即料液比（1∶6）～（1∶6.5）（g/mL），复合酶添加量为 1800～2000mg/L。

图4-b表示固定料液比1∶6（g/mL），复合酶添加量和酶解时间对红枣可溶性固形物提取率的影响。由图4-b可知，B，C交互作用不显著，随酶解时间和复合酶添加量增大，可溶性固形物提取率呈上升趋势，当达到某一值时曲面缓慢下降，表明随酶解时间延长，复合酶添加量增大抑制酶解反应，从而影响可溶性固形物提取。由图4-b可确定最佳水平范围，即复合酶添加量为1 800～2 000 mg/L，酶解时间为2.4～2.8 h。

图4-c表示固定复合酶添加量1 800 mg/L，料液比和酶解时间对红枣可溶性固形物提取率的影响。图4-c显示，A，C交互作用不明显。随料液比和酶解时间增大，木枣可溶性固形物提取率呈先上升后缓慢下降趋势。图4-c可确定最佳水平范围，即酶解时间 2.4～2.8h，料液比（1∶6）～（1∶6.5）（g/mL）。

2.4 木枣汁酶解最优条件确定及模型验证

以木枣可溶性固形物提取率为指标，依据Design-Expert v8.06统计软件对回归方程求解，得复合酶添加量对木枣可溶性固形物提取率最优条件参数，其分别为：料液比 1∶6.22（g/mL），酶解时间2.58 h，复合酶添加量1 901.49 mg/L，此条件下，最大提取率可达75.10%。为了方便实际操作，可将试验条件矫正为：料液比 1∶6（g/mL），酶解时间 2.6 h，复合酶添加量1900mg/L。在上述最优条件下做3次重复试验，得到可溶性固形物提取率为74.87%。该结果表明，经响应面回归方程拟合处理理论值与实际值相吻合，因此，可使用响应面法优化复合酶添加量对木枣可溶性固形物的提取率。

2.5 木枣、钙果汁复配调配剂添加量单因素试验

由图5-a～c可知，黄原胶、F-T-50蛋白糖、柠檬酸钠添加量对木枣、钙果汁复合饮料均呈现相似的变化趋势，即感官评价分数先增加后减少。黄原胶添加量为0.20%，感官评价分数最高，添加量过高或者过低会导致复合饮料过稀或过稠，严重影响产品口感，故选择0.15%～0.25%作为黄原胶最适添加量范围；F-T-蛋白糖添加量为0.105%，感官评价分数最高，添加量过高或者过低导致饮料过甜或过酸，影响产品口感，所以选择0.103%～0.107%作为F-T-蛋白糖最佳添加量范围。柠檬酸钠添加量为0.025%，感官评价分数达到最高，若继续添加会导致饮料过酸，也会使体系pH值发生变化，影响复合饮料整体营养价值。所以，选择0.02%～0.03%作为柠檬酸钠最佳添加量范围。

2.6 木枣、钙果汁复配模糊感官评价结果

表9 感官评价结果

由10名专业食品评价员对木枣钙果复合饮料按照口感、色泽、香气和组织形态顺序进行评价，收集数据统计结果，感官评价结果列于表9。

从感官评价结果（表9）可以看出，在1号试验组口感等级中，有2人评优，3人评良，2人评中，3人评差，用各个等级评价人数与总人数之比得集合R口感=（0.3 0.4 0.1 0.2），同理，R色泽＝（0.2 0.3 0.4 0.1），R香气＝（0.3 0.3 0.2 0.2），R组织形态＝（0.3 0.4 0.2 0.1），因此，将表中9组试验在不同因素下得到的评价果结果列为矩阵。

根据模糊数学变换原理Y＝V·R，确定模糊关系综合评价集（Yj＝V·Rj（j＝1，2...9））。计算各个试验组不同指标的平均结果为Y1＝{0.274 0.349 0.224 0.153}，Y2＝{0.201 0.293 0.251 0.255}，Y3＝{0.321 0.271 0.197 0.211}，Y4＝{0.361 0.346 0.195 0.098}，Y5＝{0.458 0.275 0.167 0.100}，Y6＝{0.503 0.345 0.127 0.025}，Y7＝{0.244 0.423 0.180 0.153}，Y8＝{0.360 0.301 0.206 0.133}，Y9＝{0.292 0.313 0.193 0.202}。

2.7 基于模糊数学感官评价正交试验

将评价等级优、良、中、差4个等级分别赋予分数 90，80，70，60，与综合评价结果一一对应相乘（M·Yj），并且求和，最终得到每个样品感官得分（表10）。

表10 木枣钙果复合饮料正交试验结果

由表11可知，采用SPSS 20.0进行方差分析，影响木枣钙果复合饮料感官评价结果主要因素排序为D＞E＞F，最佳配方为D2E3F1，即柠檬酸钠添加量0.025%，黄原胶0.2%，F-T-蛋白糖0.103%，在此条件下，木枣钙果复合饮料口感细腻，具有浓浓的红枣香气，酸甜可口。由表10可知，第6组得分最高且处于优良之间，综合客观评价，认定6号试验组为理论试验最佳条件。此外，3因素均为差异显著，说明柠檬酸钠、黄原胶、F-T-50蛋白糖的添加对红枣钙果复合饮料感官评价产生显著影响。

3 结论与讨论

本试验对比新疆和田枣、山东金丝小枣、山西木枣3种红枣水分含量、总糖、总酸、还原糖、黄酮的高低，最终选择山西木枣作为本试验最佳原材料；以山西木枣为试验对象，研究果胶酶和纤维素酶复合酶解对木枣可溶性固形物提取率的影响，在单因素试验基础上，使用响应面法优化复合酶酶解工艺，根据Design-Expert v8.06统计软件对回归方程求解，得到最优条件为：料液比1∶6（g/mL），酶解时间2.6 h，复合酶添加量1 900 mg/L，提取率74.87%。在上述基础上，采用正交试验和模糊数学综合感官评价法相结合对木枣钙果复合饮料进行感官评价，通过建立模糊数学矩阵对试验数据进行量化分析，考察柠檬酸钠、黄原胶、F-T-50蛋白糖添加量对木枣钙果复合饮料口感、色泽、香气和组织形态的影响，得到最佳配方为柠檬酸钠添加量0.025%，黄原胶0.2%，F-T-蛋白糖0.103%，此配方下，木枣钙果复合饮料口感细腻润滑，色泽均匀，具有浓浓木枣钙果香气，组织形态均匀。本试验研发出一种酸甜可口、营养丰富、老少皆宜的新型饮料，具有一定的实际意义和开发价值，为木枣和钙果的综合利用及其产品深加工提供了理论指导。

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