模糊综合评判结合响应面法优化发酵刺梨-火棘果风味果冻配方

李 会，杨永迪，杜顺南，付国伟，宋泽飞，宋小娟*

（贵州医科大学 贵州医科大学公共卫生与健康学院，贵州 贵阳 550025）

随着生活水平的不断提高，人们对健康的关注度逐渐增大，膳食结构随之也发生了显著变化。果冻又称嗜喱，作为一种美味可口、安全卫生、营养丰富的休闲食品，深受儿童和青少年人群的喜爱[1]。近年来，我国学者开发了一系列的果冻产品，如张玲等[2]以菠萝蜜为原料研制了菠萝蜜风味果冻，李晓静等[3]以火龙果为主要原料研制了火龙果果冻，满江等[4]以软枣猕猴桃为主要原料研制了软枣猕猴桃酵素可吸果冻，初雅洁等[5]以红茶、酸橙为主要原料研制了酸橙薄荷红茶果冻，黄艳等[6]以刺梨浓缩汁、牛奶、乌龙茶为原料开发了一种魔芋刺梨奶，董晓静等[7]以海参和银耳为主要原料制作海参银耳果冻，并通过单因素与正交试验确定海参银耳果冻的配方。

刺梨（RosaroxburghiiTratt）果实中含有大量黄酮、多糖、维生素以及多种微量元素，是药食同源的植物[8]，每100 mg刺梨果肉中维生素C（vitamin C，VC）含量可达3 500 mg[9]。火棘（Pyracnt hafortuneana）为蔷薇科火棘属中的一类植物，氨基酸、维生素、脂肪酸等营养成分丰富且种类齐全，有助消化、降血脂、美白养颜等作用[10-11]。银耳（Tremella fuciformis）又称为雪耳，是银耳属的食用真菌[12]，富含多糖、蛋白质、膳食纤维、维生素等多种物质[13]，其多糖含量较高，且具有抗氧化、降血脂、降血糖等多种药理功能[14]。刺梨和火棘果是丰富的野生资源，但两者味道酸涩，令人难以接受。有研究表明，发酵后的刺梨汁和火棘果汁风味醇香[15-19]。

本研究拟将发酵的刺梨汁、火棘果汁以及银耳制成复合果冻，以感官评分和持水力的模糊综合评判值为评价指标，在单因素试验的基础上，采用模糊综合评判法结合响应面试验对复合果冻的配方进行优化，以期研制出一款营养、美味的复合果冻，丰富果冻产品种类。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

刺梨（贵农5号）：贵州龙里县；火棘果：贵州清镇市；银耳：古田县冠华食品有限公司；氯化钾（食用级）：连云港科德食品配料有限公司；甜菊苷（食用级）：山东圣香远生物科技有限公司；卡拉胶（食用级）：滕州市香凝生物工程有限责任公司；魔芋胶（食用级）：湖北强森魔芋科技有限公司；植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）：山东中科嘉亿生物工程有限公司；苯酚（分析纯）：成都金山化学试剂有限公司；福林酚试剂（分析纯）：上海源叶生物科技有限公司；芦丁标准品（纯度≥98.0%）、没食子酸标准品（纯度≥98.0%）：合肥博美生物科技有限责任公司。

1.2 仪器与设备

1510酶标仪、ST-8R高速冷冻离心机：赛默飞世尔科技有限公司；SHP-160智能生化培养箱：上海三发科学仪器有限公司；YXQ-50SII立式压力蒸汽灭菌器：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；KQ-500DE中文液晶台式超声波清洁器：昆山美美超声仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 发酵刺梨-火棘果风味果冻制备工艺流程及操作要点

操作要点：

挑选：选择新鲜健康、无腐烂、无病虫害的刺梨和火棘果。

清洗：用无菌蒸馏水清洗刺梨和火棘果表面杂质和灰尘后自然风干。

打浆：按刺梨∶水=1∶1.4（g∶mL）、火棘果∶水=1∶3（g∶mL）用榨汁机榨汁。

杀菌：刺梨浆和火棘果浆装入玻璃罐后在85 ℃灭菌处理30 min，冷却备用。

加糖、接种：向刺梨浆和火棘果浆中分别加入7.5%、7.0%的白砂糖和9.0%、3.0%的直投式植物乳杆菌菌粉。

发酵：根据前期研究成果，刺梨浆在35 ℃条件下发酵50 h，火棘果浆在32 ℃条件下发酵90 h[20]，当初始糖度降至6%以下，pH3.6左右停止发酵。

过滤：将刺梨原浆和火棘果原浆用200目无菌过滤器粗滤，再用400目砂芯漏斗进行精滤，待观察其滤液澄清无杂质，颜色均匀，即得发酵刺梨汁和发酵火棘果汁。

消毒灌装：过滤后的发酵刺梨汁和发酵火棘果汁装入经高温杀菌的玻璃瓶中，65～68 ℃巴氏杀菌30 min。

泡发：选用优质干银耳，冲洗干净后按水∶干银耳=100∶1（mL∶g）于90 ℃恒温水浴泡发2 h，使其充分吸水膨胀，然后全部转移打浆机中将银耳搅打均匀细腻[21-22]。

熬煮：将银耳匀浆用电饭煲文火保持沸腾状态熬煮15 min，使银耳汤汁粘稠；将熬煮好的银耳放置室温通风处，待冷却后备用。

制胶：为增强果冻凝胶的作用，以及保持果冻均匀的组织质地和细腻的口感，选用魔芋胶和卡拉胶作为凝胶剂，氯化钾作为助凝剂，将凝胶剂与助凝剂均匀混合，缓慢加入60 mL沸水后充分搅拌，加热溶解，80 ℃条件下溶胶20 min，其中魔芋胶∶卡拉胶=6∶4（g∶g）[23]。

原辅料互配：将10%发酵刺梨汁、15%发酵火棘果汁和15%银耳互配，加入1.2%氯化钾、0.025%甜菊苷以及1.2%复配胶（魔芋胶∶卡拉胶=6∶4）均匀混合，即得果冻成品。

1.3.2 发酵刺梨-火棘果风味果冻配方优化单因素试验

以感官评分和持水力的模糊综合评判值为评价指标，分别考察发酵刺梨汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、发酵火棘果汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、银耳添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、氯化钾添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）、甜菊苷添加量（0.010%、0.015%、0.020%、0.025%、0.030%）、复合胶配比（5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1）、复合胶添加量（0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%）对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响。

1.3.3 发酵刺梨-火棘果风味果冻配方优化响应面试验

在单因素试验的基础上，以感官评分和持水力的模糊综合评判值为响应值，以影响显著的发酵刺梨汁添加量（A）、发酵火棘果汁添加量（B）、银耳添加量（C）、甜菊苷添加量（D）4个因素为自变量，采用Design-Expert8设计4因素3水平的响应面试验，试验设计因素与水平见表1。

表1 发酵刺梨-火棘果风味果冻配方优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for formulation optimization of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

1.3.4 模糊综合评判[24]

利用模糊综合评判法对相应指标进行多目标综合评判，采用极值法对相应的指标进行无量纲转化。因此，因素集X=｛X1，X2｝={感官评分，持水力}；权重系数集W=｛W1，W2｝={感官评分，持水力}=｛0.5，0.5｝。发酵刺梨-火棘果风味果冻的感官评分和持水力越大，说明其品质更好，因此其无量纲转化函数关系式为：Xi=yi/ymax（yi表示某单因素中样品感官评分或持水力对应数值；ymax表示某单因素中样品感官评分或持水力的最大值）；模糊综合评判值Y=W1X1+W2X2。

1.3.5 检测及分析方法

感官评价：由食品专业人员组成感官评定小组，根据果冻的色泽、口感、组织状态以及风味进行综合评价，参考文献[25-26]制定感官评定标准，具体标准见表2。

表2 发酵刺梨-火棘果风味果冻的感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standards of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

理化指标的测定：持水力的测定参考文献[27]的方法。总酚含量的测定参考文献[28]的方法，结果表示为没食子酸当量（gallic acid equivalent，GAE）浓度，即μg GAE/mL。总黄酮含量的测定参考文献[29]的方法，结果表示为芦丁当量（rutin equivalent，RE）浓度，即mg RE/mL。VC含量的测定参考文献[30]的方法。

1.3.6 数据处理

利用Excel 2016进行数据整理及计算，采用IBM SPASS Statistics 24进行数据统计分析，采用Design-expert8进行响应面试验设计，采用Origin 2019b64Bit作图。

2 结果与分析

2.1 发酵刺梨-火棘果风味果冻配方优化单因素试验

2.1.1 发酵刺梨汁添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响

发酵刺梨汁添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响见图1。由图1可知，随着发酵刺梨汁添加量的增加，其感官评分呈现先增后降的趋势，持水力呈先下降后趋于稳定的趋势，分析原因可能是由于发酵后的刺梨汁中仍存在单宁类物质，且随着发酵刺梨汁量的添加会增强果冻酸度，从而影响果冻的口感及凝胶效果[31]。当发酵刺梨汁添加量为10%时，感官评分最高，为87.93分；当发酵刺梨汁添加量为5%时，持水力达到最高，为94%。通过模糊综合评判法可知，当发酵刺梨汁添加量为10%时，模糊综合评判值最大为0.99。因此，确定发酵刺梨汁最优添加量为10%。

图1 发酵刺梨汁添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.1 Effect of fermented Rosa roxburghii juice addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.2 发酵火棘果汁添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响

发酵火棘果汁添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响见图2。由图2可知，随着发酵火棘果汁添加量的增加，其感官评分和持水力均呈现先增后降的趋势，分析原因可能是由于发酵火棘果汁酸度较高且仍存在单宁类物质，过量添加发酵火棘果汁会影响果冻的口感和凝胶效果[32]。当发酵火棘果汁添加量为15%时，其感官评分和持水力均达到最高，分别为86.67分、92.4%。通过模糊综合评判法可知，当发酵火棘果汁添加量为15%时，模糊综合评判值最大为1.00。因此，确定发酵火棘果汁最优添加量为15%。

图2 发酵火棘果汁添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.2 Effect of fermented Rosa fortuneana juice addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.3 银耳添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响

银耳添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响见图3。由图3可知，随着银耳添加量的增加，其感官评分呈现先增后降趋势，持水力呈先上升后趋于稳定的趋势，分析原因可能是由于银耳添加过量后其他口味不明显，整体口感不协调，果冻过于浓稠，凝胶性较强[33]。当银耳添加量为15%时，感官评分最高，为84.74分；当银耳添加量为30%时，持水力最高，为92.8%。通过模糊综合评判法可知，当银耳添加量为15%时，模糊评判值最大为0.97。因此，确定银耳最优添加量为15%。

图3 银耳添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.3 Effect of Tremella fuciformis addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.4 氯化钾添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响

氯化钾添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻感官评分的影响见图4。由图4可知，随着氯化钾添加量的增加，其感官评分呈先升高后下降的趋势，持水力呈先上升后趋于稳定趋势，分析原因可能是由于加入少量的氯化钾，使钾离子协同凝胶剂，从而增强魔芋胶和卡拉胶的凝胶强度，但果冻硬度随着氯化钾添加量的增加逐渐增强，影响果冻口感[34]。当氯化钾添加量为0.4%时，感官评分最高，为84.97分；当氯化钾添加量为0.7%时，持水力最高，为95.07%。通过模糊综合评判法可知，当氯化钾添加量为0.4%时，模糊评判值最大为0.98。因此，确定氯化钾最优添加量为0.4%。

图4 氯化钾添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.4 Effect of potassium chloride addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.5 甜菊苷添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响

甜菊苷添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响见图5。由图5可知，随着甜菊苷添加量的增加，其感官评分呈先升高后下降的趋势，持水力呈先上升后趋于稳定的趋势，这可能是由于甜菊苷中含有亲水性的双侧糖基对水分子有微弱的吸附作用，可以在一定程度上改善产品的组织状态，但当甜菊苷添加过量，果冻整体偏甜[35]。当甜菊苷添加量为0.020%时，感官评分最高，为83.68分；当甜菊苷添加量为0.030%时，持水力最高，为94.67%。通过模糊综合评判法可知，当甜菊苷添加量为0.020%时，模糊评判值最大为0.98。因此，确定甜菊苷最优添加量为0.020%。

图5 甜菊苷添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.5 Effect of stevioside addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.6 魔芋胶与卡拉胶的配比和添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响

复合胶（魔芋胶与卡拉胶）的配比对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响见图6。由图6可知，随着复合胶比例的增加，其感官评分呈现先升高后下降的趋势，这可能是由于卡拉胶添加量过低时成胶慢且硬度低，口感较好，随着卡拉胶的添加量逐渐加大，果冻弹性较差，咀嚼性欠佳；持水力呈先降低后趋于稳定的趋势，这可能是由于随着卡拉胶的添加量逐渐加大，虽然成胶快但成品果冻组织形态和弹性较差，持水力较差[36]。当复合胶比例为6∶4时，感官评分最高，为82.99分；当复合胶比例为5∶5时，持水力最高，为94.6%。通过模糊综合评判法可知，当复合胶比例为6∶4时，模糊评判值最大为1.00。因此，确定复合胶最优配比为6∶4。

图6 复合胶配比对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.6 Effect of compound glue ratio on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

复合胶添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响见图7。由图7可知，随着复合胶添加量的增加，其感官评分呈现先升高后下降的趋势，这可能是由于复合胶添加量较低时，果冻口感绵软爽弹，但随着添加量的增大，果冻会出现咀嚼性差的口感；持水力呈现先增后稳定的趋势，这可能是由于总胶质量浓度的增加增强了凝胶中形成双螺旋结构的机会，使得分子内部结构间排列更紧密，从而形成更稳定的三维网状结构[37]。当复合胶添加量为1.0%时，感官评分最高，为84.51分；当复合胶添加量为1.6%时，持水力最高，为95%。通过模糊综合评判法可知，当复合胶添加量为1.0%时，模糊综合评判值最大为0.99。因此，确定复合胶最优添加量为1.0%。

图7 复合胶添加量对发酵刺梨-火棘果风味果冻品质的影响Fig.7 Effect of compound glue addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.2 响应面试验结果与分析

鉴于单因素试验结果，选取对发酵刺梨-火棘果风味果冻影响显著的发酵刺梨汁添加量（A）、发酵火棘果汁添加量（B）、银耳添加量（C）、甜菊苷添加量（D）4个因素为自变量，以模糊综合评判值（Y）为响应值，设计响应面优化试验，试验设计及结果见表3。

表3 发酵刺梨-火棘果风味果冻配方优化响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface tests for formulation optimization of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

根据响应面试验设计原理，以感官评分和持水力的模糊综合评判值为响应值，利用Design-Expert8软件对表3数据进行分析，最终得到模糊综合评判值与发酵刺梨汁添加量、发酵火棘果汁添加量、银耳添加量、甜菊苷添加量之间的多元二次回归方程：

为了更好验证方程的有效性，对感官评分和持水力的模糊评判值（Y）进行方差分析，结果见表4。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，该模型的P值＜0.000 1，极显著；失拟项不显著（P＞0.05），说明模型可靠。决定系数R2为0.906 4，调整决定系数R2Adj为0.812 7，综合可知，模糊综合评判值的二次回归方程拟合度比较好，自变量与响应面之间的线性比较理想。由表4亦可知，一次项B，二次项A2、B2、D2，交互项AB对模糊综合评判值影响极显著（P＜0.01）；一次项A、D，交互项AD、BC对模糊综合评判值影响显著（P＜0.05），其他项对模糊综合评判值影响不显著（P＞0.05），根据表中的方差分析影响模糊综合评判值的各因素顺序为：B＞A=D＞C，即发酵火棘果汁添加量＞发酵刺梨汁添加量=甜菊苷添加量＞银耳添加量。

各因素间交互作用对模糊综合评判值的影响的响应面及等高线见图8。由图8可知，各因素间交互作用的响应面均呈凸形，说明存在最大值，且发酵刺梨汁与发酵火棘果汁添加量、发酵刺梨汁与甜菊苷添加量、发酵火棘果汁与银耳添加量的交互作用对模糊综合评判值影响较大，与方差分析结果一致。

图8 各因素间交互作用对模糊综合评判值影响的响应面及等高线Fig.8 Response surface plots and contour lines of effects of interactions between various factors on fuzzy comprehensive evaluation value

利用Design-Expert8.0对多元二次回归方程求解，得到发酵刺梨-火棘果风味果冻的最优配方为：发酵刺梨汁添加量8.74%、发酵火棘果汁添加量14.78%、银耳添加量13.83%，甜菊苷添加量0.021%，在此条件下预测的感官评分为95.36分，持水力为93.78%，模糊综合评判值为0.99。结合实际情况，将最佳配方调整为：发酵刺梨汁添加量9.00%、发酵火棘果汁添加量15.00%、银耳添加量14.00%，甜菊苷添加量0.020%。在此最优配方条件下，发酵刺梨-火棘果风味果冻软硬适中，质地均匀有弹性，酸甜可口，具有独特发酵果香风味，感官评分为（94.04±1.25）分，持水力为（95.04±1.02）%，模糊综合评判值为0.95±0.25，与预测值偏差较小，说明回归模型可以很好地预测发酵刺梨-火棘果风味果冻的配方。

2.3 发酵刺梨-火棘果风味果冻营养成分的分析

由表5可知，发酵刺梨-火棘果风味果冻中的总酸含量为（3.23±0.13）mg/mL，总糖含量为（10.55±0.44）mg/mL，总黄酮含量为（15.20±0.84）mg RE/mL，维生素C含量为（22.93±0.17）μg/mL，总酚含量为（38.24±4.22）μg GAE/mL，表明此款发酵刺梨-火棘果风味果冻具有一定营养价值。

表5 发酵刺梨-火棘果风味果冻营养成分测定结果Table 5 Determination result of nutritional components of fermented fermented R.roxburghii Tratt-P.fortuneana fruit flavor jelly

3 结论

采用单因素试验、模糊综合评判法结合响应面法优化得到发酵刺梨-火棘果风味果冻的最优配方为发酵刺梨汁添加量9%、发酵火棘果汁添加量15%、银耳添加量14%、氯化钾添加量0.4%、甜菊苷添加量0.020%、复合胶添加量1.0%（魔芋胶∶卡拉胶=6∶4），在此最优配方下，发酵刺梨-火棘果风味果冻的感官评分为94.04分，持水力为95.04%，模糊综合评判值为0.95，果冻软硬适中，质地均匀有弹性，酸甜可口，营养丰富，具有独特发酵果香风味。