基于模糊数学评价法优化低糖山楂糕加工工艺

李志伟 陈洋 马勇 张梦雪 李苏 盘赛昆

摘要：为探索能够让山楂传统制品满足人们对低糖、低热量、低甜度食品需求的方法，文章以山楂、复合糖醇、食用碱和柠檬酸为材料，利用单因素试验、正交试验和模糊数学法进行产品配方参数的改良优化，并对优化后的低糖山楂糕进行质构特性的测定。结果表明，低糖山楂糕的最佳配方为添加食用碱0.375%、柠檬酸0.1%、复合糖醇25%（木糖醇∶麦芽糖醇为1∶2）。在此工艺条件下制作出的低糖山楂糕模糊数学感官评分为87.94分；测定低糖山楂糕的质构特性为硬度（637.94±15.24） g、黏性（89.37±8.14） g/s、弹性0.89±0.03、凝聚性0.75±0.00、胶黏性1 247.74±231.22、咀嚼度438.15±41.35、回复性0.22±0.07。优化后的生产工艺制作的低糖山楂糕符合国家标准GB/T 10782－2021，该研究可为山楂传统制品减糖工艺的研究开发提供参考。

关键词：山楂；模糊数学感官评价；质构特性；配方工艺；正交试验

中图分类号：TS213.23      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）04-0109-06

Abstract： In order to explore the methods that can make traditional hawthorn products meet people's requirements for low-sugar， low-calorie and low-sweetness foods， in this paper， hawthorn， compound sugar alcohol， edible alkali and citric acid are used as the materials to improve and optimize the product formula parameters by single factor test， orthogonal test and fuzzy mathematics evaluation method， and the texture characteristics of the optimized low-sugar hawthorn cake are determined. The results show that the best formula of low-sugar hawthorn cake is 0.375% edible alkali， 0.1% citric acid and 25% compound sugar alcohol （the ratio of xylitol to maltitol is 1∶2）. Under these conditions， the fuzzy mathematical sensory score of the prepared low-sugar hawthorn cake is 87.94 points. The texture characteristics of low-sugar hawthorn cake are determined as hardness of （637.94±15.24） g， viscosity of （89.37±8.14） g/s， elasticity of 0.89±0.03， cohesiveness of 0.75±0.00， adhesiveness of 1 247.74±231.22， chewiness of 438.15±41.35 and restorability of 0.22±0.07. The low-sugar hawthorn cake made by the optimized production technology conforms to the national standard GB/T 10782—2021. This study can provide references for the research and development of sugar-reduction technology of traditional hawthorn products.

Key words： hawthorn; fuzzy mathematics sensory evaluation; texture characteristics; formula technology; orthogonal test

山楂（Crataegus pinnatifida）系被子植物門、双子叶植物纲、蔷薇科、苹果亚科、山楂属[1]。山楂果实中含有不同种类的黄酮类[2]、三萜类[3]、氯原酸、咖啡酸等其他成分，其食用价值非常显著。另有报道称，山楂还有增强心肌收缩力、降血脂[4]、降血压、利尿等作用。

山楂具有较高的食用营养价值，但传统的山楂制品比较单调，而且制作过程中会加入大量蔗糖，不符合现在人们的饮食习惯[5]，制约了山楂行业的进一步发展。山楂制品朝着低糖、天然、低甜度的方向发展，深度挖掘产品价值迫在眉睫。

山楂制作的传统制品附加值不高。目前为止，大部分对于低糖传统山楂制品工艺的研究都是加入不同种类的果实或凝胶剂进行开发，这样的工艺方法既提高了成本，又改变了传统山楂制品原本的风味。因此，开发出单纯的低糖山楂功能产品，能够使得山楂产业链进行更深层次的改革。本研究以山楂、复合糖醇、食用碱和柠檬酸为材料，利用单因素试验、正交试验和模糊数学法进行产品配方参数的改良优化，最后对优化后的低糖山楂糕进行质构特性的测定，以期为后续研发其他传统山楂制品提供一定理论基础。

1 试验材料与方法

1.1 材料与试剂

山楂：青州市国丰食品有限公司;麦芽糖醇：山东福田科技集团;木糖醇：无锡海伦生物科技有限公司;食用碱：安琪酵母股份有限公司;柠檬酸：睢县优宝嘉食品有限公司。

1.2 仪器与设备

质构分析仪 英国 SMS公司;C21-IJ59E电磁炉、不粘锅 浙江苏泊尔股份有限公司;CT-C-I电热鼓风干燥箱 吴江市埃尔特电热设备有限公司。

1.3 低糖山楂糕工艺流程[6]

原料→清洗→去蒂、去核→软化→打浆→添加配料→浓缩→入模→烘制→脱模→冷却→成品。

1.4 操作要点

选料：山楂选含果胶和有机酸丰富的新鲜果实。清洗：将山楂的杂质、粉尘去除。去蒂、去核：将山楂中的果核与果蒂去除。软化：将山楂果实放入沸水中10 s进行软化。打浆：用打浆机把山楂果实打浆成泥状。添加配料、浓缩：放入食用碱、复合糖醇继续搅拌混匀后，将混合好的山楂果泥和称好的柠檬酸一起倒入锅中加热，不断搅拌，防止焦糊，20 min 后停止加热。入模、烘制：将山楂泥倒入模具并放入电热鼓风干燥箱中凝固。脱模、冷却、成品：脱模冷却后将山楂糕切分成條状后包装。

1.5 单因素试验

1.5.1 食用碱添加量对低糖山楂糕感官的作用

设置食用碱添加量分别为0.25%、0.375%、0.5%、0.625%、0.75%，探索不同食用碱添加量对低糖山楂糕感官的作用。

1.5.2 复合糖醇添加量对低糖山楂糕感官的作用

设置复合糖醇添加量分别为10%、15%、20%、25%、30%，探索不同复合糖醇添加量对低糖山楂糕感官的作用。

1.5.3 柠檬酸添加量对低糖山楂糕感官的作用[7]

设置柠檬酸添加量分别为0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，探索不同柠檬酸添加量对低糖山楂糕感官的作用。

1.5.4 复合糖醇质量比对低糖山楂糕感官的作用

设置复合糖醇（木糖醇∶麦芽糖醇）质量比分别为1∶1、1∶2、2∶1、2∶3、3∶2，探索不同复合糖醇质量比对低糖山楂糕感官的作用。

1.6 正交试验设计

在前期预试验与单因素试验的基础上，以感官评分为标准，对食用碱添加量、复合糖醇质量比、复合糖醇添加量、柠檬酸添加量进行四因素三水平的试验，并对结果进行验证，各因素水平见表1[8]。

1.7 感官评价

选择5名人员组成感官评定小组，对低糖山楂糕的色泽、口感、组织状态、风味进行感官评定，结果取平均值，感官评定标准见表2，并建立模糊数学感官评价体系。

1.7.1 评价对象

评价对象集是指测定正交试验低糖山楂糕样品的集合，X=｛X1，X2，X3，…，X9｝[9-10]。

1.7.2 评价因素

以低糖山楂糕感官评价4个项目作为因素，即T=｛T1，T2，T3，T4｝，其中T1代表果糕的色泽；T2代表果糕的口感；T3代表果糕的组织状态；T4代表果糕的风味[11]。

1.7.3 评价等级集

将制备的低糖山楂糕分3个等级，A={A1，A2，A3}，其中A1代表优，为95；A2代表良，为85；A3代表中，为60[12]。

1.7.4 评价权重

根据在感官评定中所处的重要性，采用“0～4评判法”确定权重[13]，对随机抽选的5名感觉评价员进行感官评价试验，对低糖山楂糕样品的色泽、口感、组织状态、风味分别做出评分，并根据评分与总分相比计算得到权重系数，表示为W=｛W1，W2，W3，W4｝，且∑mi=1Wi=1（m=4）。

1.8 质构分析

对正交试验样品与得出的最佳配方进行质构测定。测定参数指标为硬度、弹性、黏性、凝聚性、咀嚼度、胶黏性、回复性。

1.9 低糖山楂糕基本理化及微生物指标的测定

按照国家标准GB/T 10782－2021规定的方法进行测定。

1.10 数据分析

所有试验进行3次平行试验，取平均值进行数据分析，以“平均值±标准偏差”表示（n=3），采用OriginPro 18.0和Excel软件对试验数据进行处理和分析[14]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 食用碱添加量对低糖山楂糕感官品质的影响

由图1可知，随着食用碱添加量的逐渐增大[15]，感官评分呈递增状态，当食用碱添加量达到0.5%时，感官评分达到峰值。而当添加量超过0.5%时，感官评分呈递减状态，有可能因为过多的食用碱与山楂泥反应，产生了不好的风味。因此，食用碱添加量选择0.375%～0.625%。

2.1.2 复合糖醇添加量对低糖山楂糕感官品质的影响

复合糖醇添加量能影响低糖山楂糕的风味与质构特性[16-17]。由图2可知，随着复合糖醇添加量的上升，低糖山楂糕的感官评分呈递增状态，当复合糖醇添加量达到20%时，低糖山楂糕的感官评分达到峰值。而当复合糖醇添加量大于20%时 ，感官评分开始下降，原因可能是复合糖醇添加量增多时，山楂泥快速地形成凝胶，使得山楂糕的口感、质构特性不在消费者喜欢的质构区间中。因此，复合糖醇添加量选择15%～25%。

2.1.3 复合糖醇质量比对低糖山楂糕感官品质的影响

木糖醇与麦芽糖醇具有不同的感官性质，木糖醇的感官风味优于麦芽糖醇，而麦芽糖醇的胶凝性要比木糖醇好[18]，复合使用能够使木糖醇与麦芽糖醇的风味与性质互补。由图3可知，随着木糖醇与麦芽糖醇的比例不断改变，低糖山楂糕的感官评分也在不断上升，当木糖醇与麦芽糖醇的质量比为2∶1时，感官评分达到最高。但当质量比为2∶3、3∶2时，感官评价开始降低。因此，确定复合糖醇质量比为1∶2、2∶1、2∶3。

2.1.4 柠檬酸添加量对低糖山楂糕感官品质的影响

由图4可知，柠檬酸添加量从0.05%增加到0.15%时，低糖山楂糕的感官评分呈递增状态，0.15%时感官评分最高，这是因为当柠檬酸添加量较少时，低糖山楂糕风味较淡，加入柠檬酸会使山楂糕产生酸甜味。当添加量超过0.15%时，感官评分呈递减状态，这是因为当柠檬酸添加过多时，部分复合糖醇无法与山楂果泥混合，低糖山楂糕变得酸味过重的同时会使其黏度下降[19]。因此，柠檬酸添加量选择0.05%～0.15%。

2.2 低糖山楂糕模糊数学感官评价模型的建立

2.2.1 评价权重的确定

根据在感官评定中所处的重要性，采用“0～4评判法”决定5人的权重，评分结果见表3。

由表3可知，120分分值中，色泽24分、口感49分、组织状态24分、风味23分，由此得出各个因素的权重系数[20]。色泽、口感、组织状态和风味的评价权重系数分别为0.20，0.41，0.20和0.19，可以看出口感的权重占41%，是最关键的指标，色泽、风味和组织状态的权重大体相同。

2.2.2 模糊矩阵的构建

组织5位感官评定人员对正交试验设计的9组样品进行感官分析[21-22]。

将表4中数据转换为模糊数学矩阵，结果如下：

R1=0/54/51/51/53/51/50/55/50/50/52/53/5=00.80.20.20.60.201000.40.6，

R2=0.80.200.60.4000.80.20.60.20.2，R3=0100.20.800.60.400.20.60.2，

R4=0.20.60.20.40.6000.80.20.60.40，R5=0.60.20.20.40.40.20.60.400.80.20，

R6=00.80.20.20.800.40.20.40.20.60.2，R7=00.80.200.60.40.20.80010，

R8=00.20.80.20.60.200.20.80.40.60，R9=00.20.800.80.20.200.800.80.2。

2.2.3 计算模糊数学感官评分并分析

根据模糊数学矩阵变换公式X=W×R，其中W=（0.20，0.41，0.20，0.19）为常向量，以R1为例，计算结果如下：

X1=W1×R1=（0.20，0.41，0.20，0.19）×00.80.20.20.60.201000.40.6=（0.082，0.682，0.236）。

同理可得第2～9组试验低糖山楂糕感官品质综合评价结果，见表5。

以表5低糖山楂糕综合评价结果作为正交试验表中样品结果进行分析。

由表6可知，正交试验结果中第5组试验分值最高，为88.12分，配方工艺为A2B2C3D1。根据表6中R值可以发现对感官评分产生影响的因素从高到低为A>C>D>B，即食用碱添加量>复合糖醇添加量>柠檬酸添加量>复合糖醇质量比。根据表6中正交试验的k值可以得到最佳配方为A1B1C3D1，与试验结果A2B2C3D1不同，进行对比试验发现数据没有显著性。由此得知最佳配方为A1B1C3D1，即添加食用碱0.375%、柠檬酸0.1%、复合糖醇25%（木糖醇∶麦芽糖醇为1∶2），此时的低糖山楂糕呈均匀的亮红色，符合大众口味，证明本文试验方法条件和结果可靠，可以用于实际操作。

2.3 低糖山楂糕质构检测与分析

质构特性是用于科学描述和评价食品组织形态和口感的重要指标[23]。样品的质构测定分析见表7。

由表7可知，样品各质构指标范围为硬度423.43～1 530.14 g、彈性0.64～0.89、黏性－167.34～－76.31 g/s、凝聚性0.56～0.81、咀嚼度432.81～943.53、胶黏性1 146.13～1 583.54、回复性0.14～0.31。优化后低糖山楂糕的质构测定结果为硬度（637.94±15.24） g、黏性（89.37±8.14） g/s、弹性0.89±0.03、凝聚性0.75±0.00、胶黏性1 247.74±231.22、咀嚼度438.15±41.35、回复性0.22±0.07。不同配方制作出的低糖山楂糕质构会发生很大的变化。

2.4 低糖山楂糕基本理化及微生物指标的检测结果

将优化后的低糖山楂糕进行理化指标和微生物指标测定。检测结果发现各项指标均符合GB/T 10782－2021的果糕标准要求，优化后的低糖山楂糕符合生产要求。

3 结论

采用模糊数学感官评价法优化低糖山楂糕的制作配方参数，结果表明山楂果浆为200 g时，添加食用碱0.375%、柠檬酸0.1%、复合糖醇25%（木糖醇∶麦芽糖醇为1∶2），制作出的低糖山楂糕感官评分最高，符合大众的口味。利用质构仪测定结果为：硬度423.43～1 530.14 g、弹性0.64～0.89、黏性－167.34～－76.31 g/s、凝聚性0.56～0.81、咀嚼度432.81～943.53、胶黏性1 146.13～1 583.54、回复性0.14～0.31。本研究可为低糖山楂制品的进一步开发研究提供参考依据。

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