基于模糊数学综合评判优化酸枣仁复合饮料配方

张芳荣，陈方会，李春江，王一婕，栾智华，杜俊民

（山西中医药大学中药与食品工程学院，山西 晋中 030619）

酸枣仁是鼠李科植物酸枣的干燥成熟种子，具有宁心安神、敛汗、生津的功效，可用于治疗失眠多梦[1-2]，是目前中药治疗失眠最常用的中药[3]。酸枣仁含有黄酮类、生物碱类、皂苷及三萜类化合物、VC 等多种化学成分[4]。现有研究成果表明，酸枣仁具有镇静催眠、抗焦虑、抗抑郁、轻度扩张血管、保肝、抗氧化、改善记忆等药理作用。红枣又称大枣、良枣等，香气独特，酸甜可口，属于药食同源类物质，具有补中益气、养血安神、抗氧化等功效，大枣中的生物碱类、黄酮类及糖苷类成分具有一定的镇静催眠作用[5]。大量医学证明，红枣富含氨基酸、蛋白质、维生素等多种营养物质[6-8]，还含有大量的多糖、酚类化合物、环磷酸腺苷[9-10]等，对增强机体免疫力、抗氧化、消除自由基、抗肿瘤等有较好的疗效[11-12]。薏苡仁利水渗湿、健脾止泻，是药食两用的祛湿、健脾佳品，在提高免疫力和抗衰老方面有良好功效[13]。现代药理学研究表明，薏苡仁中含有脂肪酸、多糖、薏苡酯等多种成分，具有促进睡眠、抗病毒、提高机体免疫力、降血糖、抗炎镇痛、调节血脂代谢等药理作用。茯苓为多孔菌科茯苓属真菌的干燥菌核，具有健脾补中、养心安神、利水渗湿的功能[14]。现代药理研究表明，茯苓中含有多糖类、三萜类、甾醇类等化学成分，具有镇静、促进水液代谢、调节胃肠功能、抗肿瘤、护肝等药理作用。百合味甘，归心、肺经，具有养阴润肺、清心安神的功效。现代药理试验研究表明，百合中含有甾体皂苷类、生物碱类、多糖类、酚类化合物，具有止咳祛痰、镇静催眠、免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗缺氧性应激损伤、抗抑郁、降血糖及抑菌等作用。目前，市场上的酸枣仁产品大多用生酸枣仁加工处理，多用来改善睡眠。随着社会的发展和人们保健意识的增强，复合饮料已成为一种新趋势，具有良好的发展前景[15]。

在食品饮料研制过程中，主要以感官评价为指标，但其易受主观因素的影响。而采用模糊数学法，可以减少感官评价的误差，提高评价结果准确性，使得评价结果更科学、客观、合理[16]。目前市场上大多以酸枣仁-酸牛奶[17]、酸枣仁-茯苓粉[18]复合搭配，尚未见酸枣仁、大枣、薏苡仁、茯苓、百合复合搭配的复合饮料[19]。该复合饮料以酸枣仁、茯苓、百合、大枣、薏苡仁为原料，具有安神的功效，有助于改善睡眠，再加入蜂蜜、柠檬酸、蔗糖等辅料进行调味，使得饮料的口感得以提升。本试验通过模糊数学法和正交试验对酸枣仁、茯苓、薏苡仁、百合和大枣复合饮料的配方筛选优化，为建立复合饮料工业生产提供试验依据，且本研究符合广大有失眠症状人群的切实需要，对其进行开发极具前景。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

原料与辅料：酸枣仁、薏苡仁、茯苓、百合、大枣均购于山西省高校园区医院中药房，密封于自封袋中，置于阴凉干燥处贮存备用。经山西省高校园区医院药师鉴定，酸枣仁为鼠李科植物酸枣（Ziziphus jujubɑMill.vɑr.spinosɑ(Bunge)Hu ex H.F.Chou）的干燥成熟种子，薏苡仁为禾本科植物薏米（Coix lɑcrymɑjobiL.vɑr.mɑyuen（Roman.）Stapf）的干燥成熟种仁，茯苓为多孔菌科真菌茯苓（Poriɑ cocos(Schw.) Wolf）的干燥菌核，百合为百合科植物卷丹（Lilium lɑncifoliumThunb.）的干燥肉质鳞叶，大枣为鼠李科植物枣（Ziziphus jujubɑMill.）的成熟果实。柠檬酸（分析纯，批号20200403）、柠檬酸钾（食品级，批号20170609）、羧甲基纤维素钠（批号20171116）、黄原胶（食品级，批号20190319），天津市光复精细化工研究所；蜂蜜（食品级，批号125604k2），上海冠生园蜂制品有限公司；蔗糖（食品级），安琪酵母（赤峰）有限公司；果胶（食品级），河南万邦实业有限公司。

1.1.2 仪器与设备

CP124C电子天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司；HH-S4 电热恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司；FZJR-300 型均质机、TG16G 型台式高速离心机，常州亿能仪器设备有限公司；M372715 灭菌锅，上海精密仪器仪表有限公司；YTQG-100 型脱气机，温州市永康机械科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 复合饮料的制备工艺流程

酸枣仁、大枣、薏苡仁、百合、茯苓预处理→粉碎→煎煮→过滤→酸枣仁复合澄清汁→调配→均质→灌装→脱气→灭菌→冷却→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料预处理

酸枣仁的预处理：选取颗粒饱满，有光泽、无虫蛀的酸枣仁，用清水清洗，破碎机破碎后过20 目筛，取出备用。

大枣的预处理：选取颗粒饱满、无虫害的大枣，用水冲洗表面尘土后，将其切成碎条状备用。

其他原料预处理：挑选颗粒饱满、无杂质、无虫蛀的原料，洗净去杂备用。

1.2.2.2 澄清汁的制备

称取酸枣仁360 g、茯苓108 g、意苡仁40 g、百合75 g、大枣505 g，用纯净水按料液比1∶5（g/mL）浸泡0.5 h，然后在90 ℃下煎煮2 次，每次45 min。分别将两次煎煮得到的浸提液合并，过滤得到浸提澄清汁。

1.2.2.3 调配

将澄清汁、蜂蜜、蔗糖、柠檬酸钾、柠檬酸、稳定剂及纯净水进行混合调配。

利用均质机在均质压力30 MPa 下，均质2次，每次3 min。

1.2.2.5 灌装、脱气

将原液装入200 mL 的玻璃瓶中，采用真空脱气法，压力640～879 kPa。

1.2.2.6 灭菌、冷却

将灌装好的原液放入高压灭菌锅中，121 ℃下杀菌15 min，冷却得成品。

1.2.3 正交试验设计

在预试验及单因素试验结果的基础上，选择澄清汁、柠檬酸钾、蜂蜜、蔗糖、柠檬酸添加量5 个因素进行酸枣仁复合饮料配方筛选的正交试验，正交试验因素水平见表1。

表1 酸枣仁复合饮料配方优化正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table for optimizing formula of sour jujube kernels compound beverage 单位：%

1.2.4 感官评价方法

对于写干扰故障,需要March元素↑↓(w0),↑↓(w1,w1,r1),↑↓(w0,w0,r0)来满足条件,算法①中已经有两次连续写0操作和写1操作,因此该故障能够被检测出来,所以无需修改。

选择20名食品专业学生分别对酸枣仁复合饮料的色泽、香味、滋味、组织状态4 个因素进行评定，按照总分设立优（90 分）、良（80 分）、中（70 分）、差（60分）4个级别，评价标准见表2。

表2 酸枣仁复合饮料感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria for sour jujube kernel compound drinks

1.2.5 稳定剂筛选方法

饮料在放置时间长的情况下会出现分层、沉淀等现象，因此，通过添加稳定剂来提高产品的稳定性。在单因素试验结果的基础上，以沉淀率为指标，通过正交试验对稳定剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、黄原胶及果胶添加量进行筛选，正交试验因素水平见表3。

表3 澄清汁稳定剂筛选正交试验因素水平表Table 3 Orthogonal test factor level table for the screening of clarified juice stabilizer 单位：%

1.2.6 离心沉淀率的测定

称取复合饮料样品（m1），在3 000 r/min条件下离心15 min，称取上清液质量（m2）。每次样品重复3次，结果取平均值。离心沉淀率[20]计算公式如下：

1.2.7 数据处理

使用Excel和SPSS 22.0进行数据处理及分析。

2 结果与分析

2.1 模糊综合评价法的建立

以色泽、香味、滋味、组织状态为因素集，以优、良、中、差为评价集，即：因素集U={色泽，香味，滋味，组织状态}={U1，U2，U3，U4}，评价集V={优，良，中，差}={90，80，70，60}。选择食品专业的学者对酸枣仁复合饮料因素集打分，确定各评定因素的权重分别为：色泽（20%）、香味（25%）、滋味（30%）、组织状态（25%），即权重集A={0.20，0.25，0.30，0.25}，酸枣仁复合饮料感官指标综合评判集Y=A·R，其中A为权重集，R为样品的模糊评价矩阵。

2.2 模糊矩阵的建立

根据正交试验因素表L16(45)进行试验得到16 个样品，由20名专业人员进行感官评定，评价结果如表4所示。

表4 酸枣仁复合饮料感官评定结果Table 4 Sensory evaluation results of sour jujube kernel compound drink

将表4中各等级得到的票数除以总评判人数，第1 个样品的色泽、香味、滋味、组织状态4 个因素的模糊评定矩阵分别为：R色泽=（0.15,0.30,0.25,0.30），R香味=（0.25,0.30,0.40,0.05），R滋味=（0.20,0.35,0.35,0.10），R组织状态=（0.25,0.30,0.40,0.05），将以上4个因素的评定结果整合为1 个综合矩阵，得到1～16 号样品的模糊评价矩阵依次为：

依据模糊数学变化原理：Y=A·R，计算得出酸枣仁复合饮料感官隶属综合评定结果。如：样品1，Y1=A·R1=（0.215，0.315，0.355，0.115）。同理可得出2～16 组酸枣仁复合饮料感官隶属综合评定结果：

Y2=（0.202 5，0.407 5，0.362 5，0.027 5）

Y3=（0.205 0，0.407 5，0.360 0，0.027 5）

Y4=（0.247 5，0.365 0，0.377 5，0.010 0）

Y5=（0.205 0，0.407 5，0.350 0，0.037 5）

Y6=（0.202 5，0.407 5，0.362 5，0.027 5）

Y7=（0.205 0，0.407 5，0.360 0，0.027 5）

Y8=（0.165 0，0.400 0，0.435 0，0）

Y9=（0.237 5，0.435 0，0.327 5，0）

Y10=（0.302 5，0.337 5，0.290 0，0.070 0）

Y11=（0.237 5，0.435 0，0.327 5，0）

Y12=（0.355 0，0.350 0，0.265 0，0.030 0）

Y13=（0.237 5，0.435 0，0.327 5，0）

Y14=（0.322 5，0.337 5，0.300 0，0.040 0）

Y15=（0.237 5，0.365 0，0.387 5，0.010 0）

Y16=（0.247 5，0.365 0，0.377 5，0.010 0）

2.3 酸枣仁复合饮料配方优化正交试验结果

根据模糊评价原理，计算模糊综合得分，将评分结果的隶属度分别与评价集{优，良，中，差}相乘。第1组样品综合得分为：

T=（0.215，0.315，0.355，0.115）×（90，80，70，60）T=76.3

同理计算其他各组结果，见表5。以极差最小的因素E作为误差项，对正交试验结果进行方差分析，结果见表6。

表5 酸枣仁复合饮料配方优化正交试验结果Table 5 Orthogonal test results for optimizing formula of sour jujube kernels compound beverage

由表5可知，影响酸枣仁复合饮料模糊数学感官评分各因素的主次顺序为A＞D＞C＞B＞E，即澄清汁添加量＞蔗糖添加量＞蜂蜜添加量＞柠檬酸钾添加量＞柠檬酸添加量；最佳配方组合为A3B4C2D3E1，即澄清汁添加量35%（质量分数，下同），柠檬酸钾添加量0.4%，蜂蜜添加量2.4%，蔗糖添加量6%，柠檬酸添加量0.1%。由表6 方差分析可知，澄清汁添加量（A）和蔗糖添加量（D）对复合饮料模糊综合评分的影响显著（P＜0.05）。对正交试验确定的最佳配方进行3次验证，在该条件下酸枣仁复合饮料模糊数学感官评分为81 分，高于正交试验最优组，相对标准偏差（RSD）为0.01%。在该配方条件下制得的复合饮料色泽纯正，酸甜适宜，状态稳定，富有枣香气。

2.4 澄清汁稳定剂优化结果

为提高产品的稳定性，需加入微量稳定剂。由表7可知，最佳稳定剂组合为A2B1C2，即CMC-Na添加量0.20%（质量分数，下同），黄原胶添加量0.01%，果胶添加量0.15%。按照最佳配比条件进行3次验证试验，所得产品质地均匀，稳定性高，离心沉淀率为2.9%，RSD值为0.67%。由表8可知，CMC-Na添加量（A）和果胶添加量（C）对酸枣仁复合饮料离心沉淀率的影响显著（P＜0.05），黄原胶添加量（B）对酸枣仁复合饮料离心沉淀率影响不显著。

表7 澄清汁稳定剂筛选正交试验结果Table 7 Orthogonal test results for clarified juice stabilizer

表8 方差分析表Table 8 Analysis of variance table

3 结论

本研究以酸枣仁、茯苓、薏苡仁、百合、大枣为原料，通过模糊数学与正交试验对酸枣仁复合饮料的配方进行优化，得出酸枣仁复合饮料最佳配方为酸枣仁澄清汁添加量35%，柠檬酸钾添加量0.4%，蜂蜜添加量2.4%，蔗糖添加量6%，柠檬酸添加量0.1%；最佳稳定剂组合为CMC-Na 添加量0.20%，黄原胶添加量0.01%，果胶添加量0.15%。按此配方制得的酸枣仁复合饮料产品色泽纯正，酸甜适中，有枣香气，状态均匀稳定。酸枣仁复合饮料的研制为以后生产提供了可靠的参考依据。