基于模糊数学综合评判优化分心木复合茶饮料配方

韩晓江，张校琰，王 涛，许飞利，郭耀东,*

（1.商洛学院健康管理学院，陕西 商洛726000；2.陕西“四主体一联合”陕西秦岭健康食品配料及核桃产业技术校企联合研究中心，陕西 商洛726000）

分心木是胡桃科植物胡桃夹在两瓣桃仁之间的木质隔膜，在我国南北方多有栽培，颜色一般呈棕色或浅褐色，味苦、涩，性平，归肾、脾经，具有健脾固肾、固涩收敛、利尿祛热、止血止带等功效[1-2]。分心木中含有黄酮、多糖和多酚等多种生物活性物质，具有抗氧化、抑菌、抗炎、抑制脑功能衰退、抗肿瘤等作用[3-5]。

菊花味甘、苦，性微寒，归肺、肝经，具有清肝下火、祛风散寒、清热除烦、解毒明目的功效。相关研究报道，菊花中含有黄酮、多糖、挥发油、甾醇等多种生物活性物质，具有抗菌、抗衰老、抗病毒、抗炎、预防高血脂、降低血压等作用[6-7]。金银花味甘，性寒，归肺、胃经，具有祛寒解毒、疏风散热的功效。金银花中含有机酸类、黄酮、挥发油、三萜类等多种生物活性物质，具有抗氧化、抗病原微生物、解热抗炎、保肝、止血等作用[8-9]。

近年来，国内外学者虽然对分心木的生物活性成分及药理功能作了大量研究，但是有关分心木资源综合利用及产品研究方面的报道较少，分心木资源浪费现象严重。本研究以分心木为主要原料，以药食同源植物菊花、金银花为辅助原料，基于模糊数学综合评判优化分心木复合茶饮料配方，研制一款具有安神助眠、祛风散热、润喉利咽等功效的复合凉茶饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

核桃，购于商洛华润万家超市；菊花、金银花，安国市忠义药材有限公司；果胶酶（食品级，酶活性105U/g）、木瓜蛋白酶（食品级，酶活性105U/g）、柠檬酸（食品级）、安赛蜜（食品级）、β-环状糊精（食品级），河南万邦实业有限公司；乙醇（AR），天津科贸化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

FA2204B（M）型万分之一电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HH-S4型恒温水浴锅，巩义市予华仪器有限责任公司；721型可见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司；TD4-WS型离心机，盐城市凯特实验仪器有限公司；X-rite CI-60型色差仪，亚测（上海）仪器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

参考文献[10-12]中的方法并改进，本研究分心木复合茶饮料工艺流程如下：

分心木、菊花、金银花→挑选→清洗→粉碎→浸提液制备→预调配（加入不同添加量的分心木浸提液、菊花浸提液和金银花浸提液）→酶解澄清→酸甜调配→确定配方→杀菌→瓶装封口→冷却→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 分心木浸提液的制备

挑选优质的核桃，砸取其中的分心木，用清水洗净，干燥粉碎，参考张凤等[13]提取分心木总黄酮的研究方法，以总黄酮得率为考察指标，在80℃热水中浸提80 min，过滤，制备分心木浸提液。

1.2.2.2 菊花、金银花浸提液的制备

挑选优质完整的菊花，清水洗净，干燥粉碎，加入一定量的水，参照宋佳慧等[14]的方法浸提，以料液比1∶150（质量比）将开水称量后立即倒入茶壶中，浸泡5 min，过滤样品，得到菊花浸提液。挑选优质的金银花，用清水洗净，干燥粉碎，加入一定量的水，参照刘征辉等[15]的方法并改进，于90℃浸提2 h，过滤后得金银花浸提液。

1.2.2.3 酶解澄清

当凉茶中的一些物质长时间共存时，会产生沉淀，影响凉茶的透明度，因此需要添加一些酶制剂来除去沉淀物质，提高凉茶的澄清度。

预调配之后，在分心木浸提液添加量30%，菊花浸提液添加量20%，金银花浸提液添加量15%条件下，对该混合液进行酶解澄清。参考何薇[16]的方法，选用双联酶解法进行酶解澄清：称取果胶酶0.4 g/kg，木瓜蛋白酶0.6 g/kg，于50℃条件下先用果胶酶处理1 h，90℃灭酶10 min后冷却，再于50℃条件下用木瓜蛋白酶处理1 h，90℃灭酶10 min后冷却，离心取上清液。

1.2.2.4 杀菌

为了保持凉茶的营养和风味，将凉茶于100℃条件下杀菌30 min，冷却后装瓶。

1.2.3 单因素试验设计

固定单因素试验基础配方为：菊花浸提液添加量20%，分心木浸提液添加量35%，金银花浸提液添加量20%，β-环状糊精添加量4.5 g/L，柠檬酸添加量0.5 g/L，安赛蜜添加量0.8 g/L。分别考察不同分心木浸提液添加量（20%、25%、30%、35%、40%、45%）、菊花浸提液添加量（10%、15%、20%、25%、30%、35%）、金银花浸提液添加量（10%、15%、20%、25%、30%、35%）、β-环状糊精添加量（3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 g/L）、柠檬酸添加量（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g/L）、安赛蜜添加量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 g/L）对产品感官品质的影响。

通过建立模糊数学感官评价模型，获得各因素（分心木、菊花、金银花、β-环状糊精、柠檬酸、安赛蜜添加量）对分心木复合茶饮料模糊数学综合感官评价的影响[17-18]。

1.2.4 感官评价标准

分心木复合茶饮料感官评价标准参见表1。

表1 分心木复合茶饮料感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria of Diaphragma juglandis Fructus compound tea

1.2.5 正交试验设计

在单因素试验的基础上，设计正交试验因素与水平，如表2所示。

表2 正交试验因素水平表Table 2 Factor level design of orthogonal test

1.2.6 分心木复合茶饮料感官评价模糊算法模型的建立

1.2.6.1 权重的确定

选择20名经过培训的本专业学生对分心木复合凉茶的色泽、气味、滋味、组织状态4个指标进行打分，统计确定各评定因素的权重。

1.2.6.2 分心木复合茶饮料的评语集、因素集、模糊综合评定集的建立

根据文献[16-17]的研究方法，确定分心木复合茶饮料因素集U={色泽，气味，滋味，组织状态}；评语集={优，良，中，差}，权重A={0.2,0.2,0.4,0.2}。分心木复合茶饮料隶属度用Y表示，Y=A×R，R表示对试验样品进行的感官评价矩阵。

1.2.7 色泽特性分析

将最终产品分别在室温20℃、冰箱4℃下保存，每20 d观察其色泽变化。色泽L*、a*、b*值的测定方法参照文献[19-20]。

1.2.8 数据处理

对所得数据采用Excel（2007版）处理、作图，应用SPSS 22.0统计分析软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

由图1可以看出，随着分心木浸提液添加量的增多，饮料的感官评分先升高后降低，添加35%时感官评分最高。分心木浸提液添加过多会使饮料色泽加深，影响该项评分，口感较差，并且会掩盖菊花、金银花气味，使其味道单一。因此，分心木浸提液的适宜添加量为35%。

图1 分心木浸提液添加量对复合茶饮料感官评分的影响Fig.1 Effect of addition of Diaphragma juglandis Fructus extracts on sensory score of compound tea

由图2可以看出，菊花浸提液添加量为25%时，饮料的感官评分最高，添加量在15%～25%时感官评分上升缓慢，菊花浸泡后呈现一定的黄色，添加过少易被掩饰其气味，清香气味偏低，添加量超过25%后感官评分降低。因此，菊花浸提液的适宜添加量为25%。

图2 菊花浸提液添加量对复合茶饮料感官评分的影响Fig.2 Effect of addition of chrysanthemum solution on sensory score of compound tea

由图3可见，金银花浸提液添加量为25%时，饮料的感官评分达到最高，金银花浸泡后呈现一定的深黄色、浅褐色，添加过少易于被掩饰其气味，添加量为30%时感官评分下降至72分，可能由于金银花味甘微苦，添加量过多导致滋味评分较低。因此，选择适宜的金银花浸提液添加量为25%。

图3 金银花浸提液添加量对复合茶饮料感官评分的影响Fig.3 Effect of honeysuckle additives on sensory score of compound tea

β-环状糊精可以改善食品的风味，脱除食品中的异味和涩味，提高食品的稳定性。由图4可见，β-环状糊精添加量为4.5 g/L时，饮料的感官评分最高，与添加分心木浸提液含量呈现相同趋势，添加量大于5.0 g/L时，感官品质下降，可能由于其会使分心木、菊花等原有气味脱出。因此，选择适宜的β-环状糊精添加量为4.5 g/L。

图4 β-环状糊精添加量对复合茶饮料感官评分的影响Fig.4 Effect of β-cyclodextrin addition on sensory score of compound tea

柠檬酸具有一定的酸味，用于调和复合茶的口感。由图5可见，当柠檬酸添加量为0.2、0.3 g/L时，饮料的滋味过浅，导致甜度高，影响评分，添加量超过0.5 g/L时，饮料口感过酸，感官评分下降。因此，选择适宜的柠檬酸添加量为0.5 g/L。

图5 柠檬酸添加量对复合茶饮料感官评分的影响Fig.5 Effect of citric acid addition on sensory score of compound tea

安赛蜜的添加会赋予产品一定的甜味。由图6可见，安赛蜜添加量为0.8 g/L的产品感官评分最高，口感达到最佳。因此，选择适宜的安赛蜜添加量为0.8 g/L。

图6 安赛蜜添加量对复合茶饮料感官评分的影响Fig.6 Effect of acesulfame addition on sensory score of compound tea

2.2 分心木复合茶饮料感官品质模糊综合评判结果

2.2.1 模糊数学感官评判结果

由20名同学对正交试验的样品进行感官评定品尝打分，评价结果参见表3。

表3 模糊数学感官评价结果Table 3 Sensory evaluation results of fuzzy mathematics

2.2.2 模糊矩阵的建立

将分心木复合茶饮料感官评分中的色泽、滋味、气味、组织状态分为4个等级，第1组试验色泽={4，7，9，0}，气味={2，10，8，0}，滋味={2，6，8，4}，组织状态={4，8，6，2}，统计感官人员不同等级评分的次数，并进行归一化处理，得到模糊矩阵。

通过将模糊矩阵与权重相乘，得到Y=A×R，计算得到分心木复合茶饮料感官综合评判结果，以正交试验编号1为例。Y1=A×R1={0.2，0.2，0.4，0.2}×为第1组样品的隶属度，同理得正交试验18组分心木复合茶饮料感官隶属综合评定结果，见表4。

表4 分心木复合茶饮料感官隶属综合评定表Table 4 Comprehensive evaluation form of membership of the compound tea

2.3 正交试验结果

根据隶属度最大原则，将综合评分结果的隶属度分别对应的优、良、中、差赋予相应的分值90、80、70、60，相乘得到正交试验的模糊综合得分，试验编号18个样品模糊综合得分如表5所示。

由表5正交试验结果得知，影响分心木复合茶饮料模糊综合得分的主次因素排序为：B（菊花浸提液添加量）＞E（柠檬酸添加量）＞A（分心木浸提液添加量）=F（安赛蜜添加量）＞C（金银花浸提液添加量）＞D（β-环状糊精添加量）。经过模糊综合评价后，分心木复合茶饮料配方最优组合为A2B2C3D1E3F2，即：分心木浸提液添加量35%，菊花浸提液添加量20%，金银花浸提液添加量25%，β-环状糊精添加量4.0 g/L，柠檬酸添加量0.6 g/L，安赛蜜添加量0.8 g/L。在该配方条件下进行3次验证试验，产品最终的感官评分为（86±2.3）分，高于正交试验各组合得分。

表5 正交试验结果Table 5 Results of orthogonal test

2.4 色泽特性分析

将在最优配方条件下研制的分心木复合茶饮料分别于室温20℃、冰箱4℃条件下静置保存，色泽变化如表6所示。

表6 分心木复合茶饮料储藏过程中色泽的变化Table 6 Changes of color and luster of the compound tea during storage

复合茶饮料色泽变化可通过L*、a*、b*值的变化来判断。由表6可知，在实验室常温储藏过程中，L*值呈现下降的趋势。前60天内，L*值下降幅度比较大；60～100 d，下降幅度相对比较平缓。造成L*值下降的原因可能是由于储藏期间温度、光亮程度等因素的变化，致使复合茶中多酚、黄酮类物质发生了降解或者氧化。储藏期间复合茶饮料a*、b*值均呈现上升的趋势，且都处于正值水平，说明红度逐渐增加，黄度也逐渐增加。低温储藏的饮料L*、a*、b*值变化与室温储藏的趋势一致，但数值变化幅度较小，储藏100 d时，室温L*值下降了23.08%，而4℃储藏的L*值仅下降了12.76%，说明低温条件更有利于保持分心木茶的储藏品质。

3 结论

本研究采用模糊综合评判方法优化分心木复合茶饮料配方，评价结果更趋向于客观性。经过正交优化研究得到分心木复合茶饮料最佳配方为：分心木浸提液添加量35%，菊花浸提液添加量20%，金银花浸提液添加量25%，β-环状糊精添加量4.0 g/L，柠檬酸添加量0.6 g/L，安赛蜜添加量0.8 g/L。采用该配方制得的分心木复合茶饮料呈浅褐色，气味鲜美，口感润滑，酸甜适中。将该产品分别于20℃室温及4℃低温条件下储藏100 d后，室温储藏的产品L*值下降了23.08%，而4℃低温储藏的产品L*值仅下降了12.76%，低温储藏更有利于保持分心木复合茶饮料的品质。