模糊综合评定结合正交试验优化梨汁玫瑰饮料

刘艳红，季春艳，程 璐，王振杰，刘生杰

（1.阜阳师范大学信息工程学院，安徽 阜阳 236037；2.宁波大学食品与药学学院，浙江 宁波 315000）

皇冠梨具有较高的营养价值，含有单宁酸、苹果酸、VC、VB2、果糖和天冬酰胺等营养物质，易被人体吸收，具有清热解毒、祛痰止咳、清心润肺的功效[1-3]。此外，皇冠梨中还含有微量元素和大量的膳食纤维，具有刺激肠道、利于排泄、预防便秘等功效[4-5]。但是皇冠梨因果皮偏薄，贮藏或运输过程中易发生腐烂变质，这在一定程度上制约了皇冠梨深加工的发展，且贮藏性能较差，造成一定的经济损失[6-7]。

玫瑰花中含有300 多种化学成分，包括槲皮甙、香茅醇、香叶醇、精油、有机酸和维生素等物质，并含有多种必需氨基酸和微量元素[8-10]，具有抗氧化、活血、健脾理气、调节月经失调、滋补美颜等功效[11-15]，同时具有较高的食物和药用价值，广泛应用于保健食品中。

本研究以皇冠梨、玫瑰花为主要原料，研发一款口味清新的水果花茶保健饮料。一方面，梨汁中添加玫瑰花茶浸提液，可提高梨汁饮料的营养价值和保健功能，也可利用梨汁和玫瑰花的天然色素使果茶饮料呈透明淡黄色，减少着色剂的使用，满足人们对营养、健康、绿色的需求；另一方面，以皇冠梨为主要原料，通过适当的加工工艺，制成梨汁果茶饮品，不仅可以有效避免贮藏和保鲜梨果的商业损失，还可以提高皇冠梨的产品附加值，有利于推动梨产品深加工的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂皇冠梨、玫瑰花茶、白砂糖、抗坏血酸均为普通市售；果胶酶：购于南宁庞博生物工程有限公司。

1.1.2 仪器与设备JA2003 型电子分析天平：上海越平科学仪器有限公司；HH-4J 型恒温水浴锅：常州荣华仪器制造有限公司；HR1833 型榨汁机：飞利浦（中国）投资有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 选果

挑选无腐烂、无机械损伤的皇冠梨果实。

1.2.2.2 洗果

用自来水冲洗梨果皮表面的污渍，晾干后备用。

1.2.2.3 去皮、去核、切块

将表皮削掉，然后进行切块，果块的长、宽、高均为2～3 cm 为宜，切块时弃去果核。

1.2.2.4 护色将切好的水果块浸泡在质量浓度为0.4%的抗坏血酸溶液中，并静置10 min 以起到护色的作用[16]。

1.2.2.5 酶解

将质量浓度为0.15%的果胶酶（30 000 U/g）称重，并加入到鲜榨梨汁中充分搅拌，然后在45 ℃水浴中水解1 h[17]。

1.2.2.6 花茶浸提

将适度破碎的花瓣置于玻璃容器中并加入不同质量的纯净水，在60 ℃恒温水浴锅中浸提30 min[18]。

1.2.2.7 过滤

使用四层纱布过滤除去花瓣，得到较为纯净的玫瑰花茶提取液。

1.2.3 梨汁玫瑰饮料的试验设计

本研究结合感官评定和模糊评定法建立模糊感官评定方法，通过单因素试验研究各单因素对梨汁玫瑰饮料品质的影响，采用正交试验对各单因素指标进行优化，最终确定梨汁玫瑰饮料的最佳工艺参数。

1.2.3.1 单因素试验设计

选取梨汁添加量、玫瑰花茶浸提料液比、白砂糖添加量和柠檬酸添加量为单因素试验的因素变量[18-21]。根据预试验结果，确定梨汁添加量占玫瑰花浸提液的百分比分别取10%、20%、30%、40%、50%；玫瑰花浸提料液比分别取1∶100、2∶100、3∶100、4∶100、5 ∶100（g/mL）；抗坏血酸的添加量分别取0、0.02、0.04、0.06、0.08g/100 mL；白砂糖添加量占玫瑰花浸提液的百分比分别取1%、2%、3%、4%、5%。通过感官评定结合模糊评定分别讨论各因素对梨汁玫瑰饮料品质的影响。

1.2.3.2 正交试验设计

在模糊综合评判单因素试验的基础上，以感官评分为评价指标，以梨汁添加量（A）、玫瑰花浸提料液比（B）、抗坏血酸添加量（C）和白砂糖添加量（D）为正交试验的变量因素，进行L9(34)正交试验[18-22]。正交试验因素与水平设计见表1。

表1 梨汁玫瑰饮料正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for pear-rose beverage

1.2.4 模糊综合评定

模糊数学评价是运用模糊数学的原理，将“模糊性”的因素数量化，科学合理地分析和评价事物的分析方法[23-24]，它能客观全面地反映食品的感官信息，减少人为的主观性和片面性[24]。

1.2.4.1 评定人员及方式的选择

选择10 名食品专业的老师和学生，男女各5 名，身体健康，无不良嗜好，分辨色香味的能力较强，评定的过程采用独立评定[24]。

1.2.4.2 因素集U、评语集V 及权重集X 的确定[24-26]

决定梨汁玫瑰饮料品质的有色泽、透明度、气味和口感4 个评价指标，因此因素集U={色泽u1、透明度u2、气味u3、口感u4}，其中ui为第i 个因素[24]。

对于每个评价指标有好、较好、一般、较差、差5个评定等级，因此评语集V={好v1、较好v2、一般v3、较差v4、差v5}，其中vi为第i 个因素[25]。参照曾惠琴等[22]方法，制定梨汁玫瑰饮料感官评分标准，如表2所示，采用百分制打分。

由表2 可知：19 分以下为差，23～40 分为较差，44～60 分为一般，64～80 分为较好，84 分以上为好[24]。

表2 梨汁玫瑰饮料感官评价标准表Table 2 Sensory evaluation criteria for pear-rose beverage

参考晋圣坤等[25]方法，根据各因素对梨汁玫瑰饮料感官评定的影响作用，确定各因素的权重分别为：色泽（0.15）、透明度（0.30）、气味（0.20）、味道（0.35），即X=（0.15，0.30，0.20，0.35），且0.15+0.30+0.20+0.35=1。

1.2.4.3 模糊综合评判数学模型选取以及模糊矩阵的确定

参考李新旺等[24]研究，假设食品感官因素综合评判结果向量为Y，对10 位评定人员的各项评语等级次数进行统计，各评语等级次数除以10 即为各因素对4 项评语等级的隶属度，得到的隶属度矩阵即构成模糊评定矩阵M，该矩阵M 与权重集X 合成模糊感官评定结果向量Y，即Y=X·M。

设梨汁玫瑰饮料饮料的感官因素综合评定的结果向量为Y=X·M。

“∧”代表两者相比较时取最小值，“∨”表示两者相比较后取较大值[24,26]。将计算结果除以评定人员总数10 人，得到5 组数据关系M1、M2、M3、M4、M5。

1.2.5 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2007 对试验数据进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 模糊综合评定对单因素试验结果分析

2.1.1 梨汁添加量对饮料品质的影响

在白砂糖添加量为4%，抗坏血酸添加量为0.04 g/100 mL，玫瑰花茶浸提液料液比为3∶100（g/mL）条件下，对梨汁添加量分别为10%、20%、30%、40%、50%时的梨汁玫瑰花饮料进行感官评定，得到评价矩阵分别为M1、M2、M3、M4、M5，评定结果如表3 所示。

表3 梨汁添加量的感官评定结果Table 3 Sensory evaluation results according to pear juice addition

其中：y1=（0.15∧0.1）∨（0.30∧0.1）∨（0.20∧0.2）∨（0.35∧0.1）=0.2；同理可得：y2=0.3；y3=0.3；y4=0.2；y5=0.15。

归一化处理后可得：

Y1=（0.174，0.261，0.261，0.174，0.130）

同理得：

根据最大隶属原则[26]，梨汁添加量为10%的评定结果向量中的最大值为0.261，位于“较差”和“一般”附近，即对应的质量等级是“较差”和“一般”；梨汁添加量为20%的评定结果向量中的最大值为0.304，位于“较好”附近，即对应的质量等级是“较好”；梨汁添加量为30%的评定结果为0.304，位于“一般”附近，即对应的质量等级是“一般”；梨汁添加量为40%的评定结果向量中的最大值为0.27，位于“较差”附近，即对应的质量等级是“较差”；梨汁添加量为50%的评定结果向量中的最大值为0.29，位于“差”附近，即对应的质量等级是“差”。因此，梨汁添加量分别为10%、20%、30%、40%、50%时，梨汁玫瑰饮料的质量等级依次为“一般”、“较好”、“一般”、“较差”、“差”，即当梨汁的添加量为20%时，梨汁玫瑰饮料的感官评定结果最好。

造成上述结果可能有以下几个原因：梨汁经过滤澄清处理后，果汁中含有较多的颗粒物质，使梨汁的透明度不如玫瑰花茶浸提液；当梨汁添加量过多或过少时，会导致饮料的色泽和透明度发生明显的变化，同时梨汁本身的含糖量和梨汁固有的芳香物质会影响饮料整体的口感和气味。因此，当梨汁添加量适宜时，梨汁与玫瑰花茶浸提液混合，饮料的透明度趋于中和，既能使饮料的色泽和透明度均匀明亮，又能使饮料清香甘甜。

2.1.2 玫瑰花浸提料液比对饮料品质的影响

在白砂糖添加量为4%，抗坏血酸添加量为0.04 g/100 mL，梨汁添加量为20%的条件下，对玫瑰花浸提液料液比为1∶100、2∶100、3∶100、4∶100、5∶100（g/mL）时的梨汁玫瑰花饮料进行模糊感官评定。分析得出：玫瑰花浸提料液比为1∶100（g/mL）的模糊感官评定结果向量中的最大值为0.270，位于“较差”附近；玫瑰花浸提料液比为2∶100（g/mL）的模糊感官评定结果向量中的最大值为0.261，位于“一般”附近；玫瑰花浸提料液比为3∶100（g/mL）的模糊感官评定结果向量中的最大值为0.304，位于“较好”附近；玫瑰花浸提料液比为4∶100（g/mL）的模糊感官评定结果向量中的最大值为0.27，位于“较差”附近；玫瑰花浸提料液比为5∶100（g/mL）的模糊感官评定结果向量中的最大值为0.29，位于“差”附近。因此，玫瑰花浸提料液比分别为1∶100、2∶100、3∶100、4∶100、5∶100（g/mL）时，梨汁玫瑰饮料的质量等级依次为“较差”、“一般”、“较好”、“较差”、“差”，即玫瑰花浸提料液比为3∶100（g/mL）时，梨汁玫瑰饮料的感官评定结果最好。

随着玫瑰花添加量的增加，浸提液的颜色加深，芳香气味增加，但同时也使玫瑰花浸提液的口感更加苦涩。因此，玫瑰花浸液浓度的高低，不仅影响饮料的色泽，而且会影响饮料的口感和果茶香气的协调程度。当玫瑰花浸提料液比为3∶100（g/mL）时，此时玫瑰花浸提液的颜色和口感均较好，梨汁玫瑰饮料的感官评分较高。

2.1.3 抗坏血酸添加量对饮料品质的影响

在白砂糖添加量为4%，玫瑰花浸提液料液比为3∶100（g/mL），梨汁添加量为20%的条件下，对抗坏血酸添加量为0、0.02、0.04、0.06、0.08 g/100 mL 时的梨汁玫瑰花饮料进行模糊感官评定。分析得出：未添加抗坏血酸的梨汁玫瑰花饮料模糊感官评定结果向量中的最大值为0.270，位于“较差”附近；抗坏血酸添加量为0.02 g/100 mL 的梨汁玫瑰花饮料模糊感官评定结果向量中的最大值为0.261，位于“一般”附近；抗坏血酸添加量为0.04 g/100 mL 的模糊感官评定结果向量中的最大值为0.304，位于“较好”附近；抗坏血酸添加量为0.06 g/100 mL 的梨汁玫瑰花饮料模糊感官评定结果向量中的最大值为0.270，位于“较差”附近；抗坏血酸添加量为0.08 g/100 mL 的梨汁玫瑰花饮料模糊感官评定结果向量中的最大值为0.290，位于“差”附近。因此，抗坏血酸添加量分别为0、0.02、0.04、0.06、0.08 g/100 mL 时，梨汁玫瑰饮料的质量等级依次为“较差”、“一般”、“较好”、“较差”、“差”，即抗坏血酸添加量为0.04 g/100 mL 时，梨汁玫瑰饮料的感官品质最好。

抗坏血酸不仅可以作为饮料中的抗氧化剂和稳定剂，还能增加饮料的酸度，使饮料的酸甜口感协调柔和。随着抗坏血酸添加量的增加，其对饮料的透明度和色泽的影响较小，但对饮料的酸甜口感和清甜气味影响明显。由于GB 2760—2014[27]中规定抗坏血酸在果蔬汁饮料中的最大添加量为1.5 g/kg，因此抗坏血酸的添加量应在保证达到较为稳定的作用的同时，尽可能减小其添加量。

2.1.4 白砂糖添加量对饮料品质的影响

在玫瑰花浸提液料液比3∶100（g/mL），梨汁添加量20%，抗坏血酸添加量0.04 g/100 mL 的条件下，对白砂糖添加量为1%、2%、3%、4%、5%时的梨汁玫瑰花饮料进行模糊感官评定。分析得出：白砂糖添加量为1%的饮料模糊感官评价结果向量中的最大值为0.270，位于“较差”附近；白砂糖添加量为2%的饮料模糊感官评价结果向量中的最大值为0.261，位于“一般”附近；白砂糖添加量为3%的饮料模糊感官评价结果向量中的最大值为0.304，位于“较好”附近；白砂糖添加量为4%的饮料模糊感官评价结果向量中的最大值为0.304，位于“好”的附近；白砂糖添加量为5%的饮料模糊感官评价结果向量中的最大值为0.261，位于“一般”附近。因此，白砂糖添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%时，梨汁玫瑰饮料的质量等级依次为“较差”、“一般”、“较好”、“好”、“一般”。即当白砂糖添加量为4%时，梨汁玫瑰饮料的感官评定结果最好。

白砂糖的主要作用是增加饮料的甜味，调节饮料的甜度和滋味。白砂糖添加过多会增加饮料整体的含糖量，不利于消费者的身体健康；添加量过少会降低饮料的甘甜滋味，使饮料的口感变差。因此，应在保证饮料感官品质的同时尽可能减少白砂糖的添加量。

2.2 正交试验结果分析

基于单因素试验和模糊感官评定，对梨汁添加量、玫瑰花浸提料液比、抗坏血酸添加量和白砂糖添加量4 个因素进行正交试验。正交试验结果及分析见表4。

表4 梨汁玫瑰饮料正交试验结果Table 4 Results of orthogonal experiment for pear-rose beverage

由表4 可知：梨汁玫瑰花饮料的最佳工艺配方为A3B3C2D3，即梨汁添加量30%，玫瑰花浸提料液比4∶100（g/mL），抗坏血酸添加量0.04 g/100 mL，白砂糖添加量5%。极差分析结果表明，各因素对梨汁玫瑰饮料感官评分影响的主次顺序为：B（玫瑰花浸提料液比）＞A（梨汁添加量）＞D（白砂糖添加量）＞C（抗坏血酸添加量），即玫瑰花浸提料液比对梨汁玫瑰饮料品质影响最大，其次依次是梨汁添加量和白砂糖，抗坏血酸添加量的影响最小。

2.3 验证试验结果分析

根据模糊数学综合评价分析，对正交试验的最佳工艺组合进行验证试验，得到产品的感官综合评分为87 分，高于正交试验的最优组，即验证试验与正交试验结果吻合。

3 结论

通过模糊综合评定方法，以感官评分为指标，在单因素试验的基础上结合正交试验设计分析，得到梨汁玫瑰饮料的最佳配方为：梨汁添加量30%，玫瑰花浸提料液比4∶100（g/mL），白砂糖添加量5%，抗坏血酸添加量0.04 g/100 mL。在此配方下制作的梨汁玫瑰饮料颜色浅黄清亮，清香甘甜，同时具备玫瑰的芳香和梨汁的甘甜，感官品质最好。