基于模糊数学感官评价法优化黄精益智仁固体饮料的配方工艺

摘要：黄精益智仁固体饮料是一款具有抗疲劳功能的固体饮料，主要以黄精、益智仁、茯苓、芡实、枸杞、山药、大枣、山楂八味药食同源的药材为原料，经煎煮提取后进行喷雾干燥制得喷干粉，以喷干粉为主料，添加麦芽糊精、白砂糖、低聚果糖、橙子粉等添加剂，通过单因素试验和模糊数学感官评价法优化固体饮料的配方并进行品质分析。结果表明，当喷干粉添加量为40%、白砂糖添加量为20%、低聚果糖添加量为4%、橙子粉添加量为20%时，该固体饮料酸甜可口、口感较好，感官评分最高，为88.66分，水分含量为（5.2±0.08）%，溶解度为（89.12±0.07）%，休止角为12.11°±0.18°，堆积密度为（0.71±0.06）g/mL，成型率为（91±0.24）%。

关键词：黄精益智仁固体饮料；模糊数学；感官评价；配方优化

中图分类号：TS278 文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2025）01-0141-06

Formula Process of Polygonatum sibiricum and Alpiniae oxyphyllae Fructus Solid Beverage Based on Fuzzy Mathematics Sensory Evaluation Method

ZHANG Rui-bo¹， YAN Xiao-juan²， ZHANG Hai-yue^1*

（1.School of Chemistry and Life Sciences， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China; 2.Jilin Fusheng Special Medical Food Co.， Ltd.， Changchun 130607， China）

Abstract： Polygonatum sibiricum and Alpiniae oxyphyllae Fructus solid beverage is a kind of solid beverage with anti-fatigue function， mainly with eight kinds of medical and edible drugs such as Polygonatum sibiricum， Alpiniae oxyphyllae Fructus， Poria cocos， Euryale ferox， Lycium chinense， Dioscorea opposita， Ziziphus jujuba and Crataegus pinnatifida Bunge as the raw materials. After being decocted， boiled and extracted， spray drying is carried out to produce spray-dried powder. With spray-dried powder as the main material， maltodextrin， white granulated sugar， oligofructose， orange powder and other additives are added. The formula of solid beverage is optimized and the quality is analyzed by single factor test and fuzzy mathematics sensory evaluation method. The results show that when the addition amount of spray-dried powder is 40%， the addition amount of white granulated sugar is 20%， the addition amount of oligofructose is 4% and the addition amount of orange powder is 20%， the solid beverage is sweet and sour with good taste and has the highest sensory score of 88.66 points， the moisture content is （5.2±0.08）%， the solubility is （89.12±0.07）%， the angle of repose is 12.11°±0.18°， the bulk density is （0.71±0.06） g/mL， and the molding rate is （91±0.24）%.

Key words： Polygonatum sibiricum and Alpiniae oxyphyllae Fructus solid beverage; fuzzy mathematics; sensory evaluation; formula optimization

收稿日期：2024-07-15

基金项目：吉林省科技厅重点医药项目（20200708058YY）

作者简介：张瑞博（1999—），男，硕士，研究方向：天然产物的提取及功能食品的研发。

*通信作者：张海悦（1967—），女，教授，博士，研究方向：天然产物的提取及功能食品的研发。

疲劳在日常生活中十分常见，在临床上疲劳多表现为肝郁脾虚型，其症状为四肢困倦、疲乏无力、食欲不振、腹胀便溏，主要集中于肝、脾、肾3个脏器阴阳失调^[1]。目前关于身体疲劳原因的解释有许多，比如能量衰竭、自由基堆积等。目前功能性饮料已成为当前研究的热点，一些传统中草药在提高运动能力、加速消除疲劳方面有很好的效果^[2]。

黄精可以补气养阴、健脾润肺、增强免疫力^[3]；益智仁^[4]可以益智安神、暖肾固精、健脾开胃；茯苓可以利水渗湿、健脾宁心；芡实具有补脾、止泻、除湿、益肾固精之功效，素有“水中桂圆”的称号^[5-6]；山药具有滋补肝、肾、脾的功效；枸杞可以滋补肝肾、益精明目；大枣的抗氧化、抗疲劳、保肝、抗炎等多种活性早已被证实^[7-8]。山楂富含有机酸、多糖、黄酮类化合物，所含糖分与有机酸配合具有很好的抗疲劳作用且易被人体吸收^[9]。

固体饮料是使用食品原料、辅料、食品添加剂等制备的颗粒状、粉末状或块状的供冲调或冲泡饮用的固态制品，种类多样。其中植物固体饮料是指以植物（不包括茶、蔬菜、咖啡、水果）为主要原料，添加或不添加其他辅料和添加剂，经过加工制成的固体饮料，相比于液态饮料，具有易冲泡、风味独特、货架期较长、携带方便等特点^[10-11]。

本研究通过煎煮提取和喷雾干燥制得黄精益智仁喷干粉，添加一定量的酸味剂、甜味剂、稳定剂等，可以在保留原有营养成分的基础上改善其风味和口感。由于传统的感官评价会受到感官人员主观因素的影响，没有办法进行相对准确的、客观的评价，容易导致测定结果无法统一^[12]。因此，可以使用模糊数学感官评价法对其进行感官评价，模糊数学法可以对食品质量进行综合考察，在深层次上做出准确、客观、科学的评价^[13-14]。

1 材料与方法

1.1 材料

大枣、枸杞、芡实、茯苓、黄精：安徽存誉堂生物科技有限公司；山楂、山药、益智仁：亳州市松草堂药业有限公司；橙子粉、白砂糖（均为食品级）：河南宏益生物科技有限公司；低聚果糖、麦芽糊精（均为食品级）：河南万邦食品产业有限公司。

1.2 仪器与设备

ZNHW电热套 巩义市予华仪器有限责任公司；TG16G台式高速离心机 湖南凯达科学仪器有限公司；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；E-119电子天平 上海浦春计量仪器有限公司；BILON-6000Y喷雾干燥机 上海比朗仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 喷干粉的制备

根据实验室前期已得优化条件制备喷干粉：按照配方准确称取黄精12 g、益智仁9 g、芡实8 g、山药5 g、茯苓5 g、大枣8 g、枸杞8 g、山楂5 g→按比例加水（1∶13）→浸泡60 min→用电热套进行煎煮提取（100 min，煎煮2次）→合并滤液→离心（6 000 r/min，15 min）→取上清液→喷雾干燥→喷干粉。

1.3.2 固体饮料工艺流程

喷干粉→加入白砂糖、橙子粉、低聚果糖→混匀→辐照灭菌→成品。

1.4 黄精益智仁固体饮料配方工艺优化

1.4.1 固体饮料的感官评价

将制得的固体饮料成品与70℃左右的温开水以1∶15的比例冲调于无色透明的玻璃容器内，采用模糊数学感官评价法对单因素试验和正交试验所得产品进行感官评价，评价标准见表1。

1.4.2 单因素试验

固定白砂糖添加量为20%，低聚果糖添加量为3%，橙子粉添加量为20%，考察喷干粉添加量分别为30%、35%、40%、45%、50%时对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响（固体饮料总量以10 g计，不足的失重部分用麦芽糊精补足，下同）。

固定喷干粉添加量为40%，低聚果糖添加量为3%，橙子粉添加量为20%，考察白砂糖添加量分别为10%、15%、20%、25%、30%时对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响。

固定喷干粉添加量为40%，白砂糖添加量为20%，橙子粉添加量为20%，考察低聚果糖添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%时对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响。

固定喷干粉添加量为40%，白砂糖添加量为20%，低聚果糖添加量为3%，考察橙子粉添加量分别为10%、15%、20%、25%、30%时对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响。

1.4.3 模糊数学感官评价模型的建立

从色泽、口感、气味、组织状态4个方面进行评价，将其设置为因素集U={U₁色泽，U₂口感，U₃气味，U₄组织状态}，感官质量评语集V={V₁，V₂，V₃}，其中V₁=优秀（90分）；V₂=一般（75分）；V₃=较差（60分）。将4个感官指标的权重^[15]设置为X={X₁，X₂，X₃，X₄}，其中X₁（色泽）=0.2，X₂（口感）=0.35，X₃（气味）=0.2，X₄（组织状态）=0.25。

S_i=S₁₁/S₁₂/S₁₃

S₂₁/S₂₂/S₂₃

S₃₁/S₃₂/S₃₃

S₄₁/S₄₂/S₄₃。

矩阵中i=1，2，3，...为试样的编号，选取10名感官评价员对其进行感官评价，矩阵每行依次代表色泽、口感、气味、组织状态的评价结果，综合评价的最终结果记作W，W是权重系数X与矩阵S合成的结果，即W_i=X×S_i，最终得分T_i=W_i×V。

1.4.4 正交试验设计

根据单因素试验结果，选择喷干粉添加量、白砂糖添加量、低聚果糖添加量、橙子粉添加量作为正交试验的4个因素，做L₉（3⁴）正交优化试验，以模糊数学感官评分为指标，确定黄精益智仁固体饮料的最佳配方，见表2。

1.5 黄精益智仁固体饮料品质的测定

1.5.1 水分含量的测定

按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》测定黄精益智仁固体饮料中水分的含量。

1.5.2 溶解度的测定

称取4 g黄精益智仁固体饮料于透明玻璃杯中，加入15倍体积70℃左右的水，即60 mL，倒入玻璃杯中，用玻璃棒搅拌，然后以3 000 r/min的转速离心10 min，将上清液10 mL转移至干燥的玻璃皿中，在105℃的条件下烘干至恒重，对残留物进行称重^[16]，计算公式见式（1）：

溶解度（%）=（m₁－m₂）×6/m×100%。（1）

式中：m₁表示干燥后玻璃皿和残留物的质量（g）；m₂表示玻璃皿的质量（g）；m表示黄精益智仁固体饮料的质量（g）。

1.5.3 休止角的测定

将漏斗固定在铁架台上，使其与桌面的距离为8 cm，向漏斗中倒入20 g黄精益智仁固体饮料，使其形成一个锥形，以锥形的高度h与底面圆半径r的比值作正切，即得出休止角，休止角≤30°时说明流动性好，休止角≤40°时能满足生产过程中流动性的要求^[17]，计算公式见式（2）：

tanθ=h/r。（2）

1.5.4 堆积密度的测定

取一个10 mL的量筒，将黄精益智仁固体饮料从漏斗中自然散落到量筒中，振实直到填充至刻度线，测定10 mL固体饮料的质量^[18-19]，用ρ表示堆积密度，计算公式见式（3）：

ρ=m₁－m₂/10。（3）

式中：m₁表示量筒和固体饮料的质量（g）；m₂表示量筒的质量（g）；ρ表示堆积密度（g/mL）。

1.5.5 成型率的测定

准确称量5 g黄精益智仁固体饮料倒入10目筛中，下方放置一个80目筛，并配有接收容器，使其保持水平状态，左右往返，边筛边轻轻拍打，保持3 min即可，测量并计算能够通过5号筛（80目筛）的粉末质量和不能通过1号筛（10目筛）的质量之和，即为不合格的颗粒或粉末质量^[20]，计算公式见式（4）：

成型率（%）=m－m₁/m×100%。（4）

式中：m表示固体饮料的质量（g）；m₁表示不合格的颗粒或粉末质量之和（g）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 喷干粉添加量对固体饮料感官评分的影响

喷干粉添加量对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响见图1。

由图1可知，随着喷干粉添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，当喷干粉添加量为40%时，感官评分最高，为89.22分，这可能是因为随着喷干粉添加量的增加，改善了固体饮料的口感和特殊的风味，感官评分上升，但随着喷干粉添加量的继续增加，感官评分逐渐下降，这可能是因为过多喷干粉导致固体饮料的黏度增大，流动性变差，冲调不均匀而且苦味加深，导致感官评分下降。

2.1.2 白砂糖添加量对固体饮料感官评分的影响

白砂糖作为甜味剂在食品中的应用相当广泛，与黄精益智仁等八味药食同源的药材一样具有调养脾胃的功效，与它们进行复配更有利于对身体虚弱、疲劳等症状的大幅改善。白砂糖添加量对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响见图2。

由图2可知，随着白砂糖添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，当白砂糖添加量为20%时，感官评分最高，为89.44分，这可能是因为随着白砂糖添加量的增加，黄精益智仁固体饮料的甜度增大，改善了固体饮料的口感，从而使感官评分上升，但随着白砂糖添加量的继续增加，感官评分逐渐下降，这可能是白砂糖过量添加致使固体饮料产生甜味“过剩”现象，从而导致感官评分下降。

2.1.3 低聚果糖添加量对固体饮料感官评分的影响

低聚果糖也是一种常见的添加剂，它是一种水溶性膳食纤维，具有良好的生理功能，有助于肠道蠕动，还具有保护胃黏膜的功效，而且其热量低，易被人体吸收。低聚果糖添加量对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响见图3。

由图3可知，随着低聚果糖添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，这可能是因为低聚果糖的口感比较清甜，随着低聚果糖添加量的增加，固体饮料的口感比较细腻、清爽，在低聚果糖添加量为3%时，感官评分最高，但随着低聚果糖添加量的继续增加，固体饮料的味道甜腻，致使口感变差，感官评分下降。

2.1.4 橙子粉添加量对固体饮料感官评分的影响

橙子粉是一种常见的酸味剂，作为添加剂在食品中也有极广泛的应用，其含有丰富的维生素C、膳食纤维和其他营养物质，具有增强免疫力、促进肠道蠕动、增进食欲等功效。橙子粉添加量对黄精益智仁固体饮料感官评分的影响见图4。

由图4可知，随着橙子粉添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，这可能是因为橙子粉本身具有特殊的风味和酸味，使得固体饮料的口感更加柔和，滋味更加丰富，当橙子粉添加量为20%时，酸甜适中，特征风味明显，感官评分最高，但继续增加橙子粉添加量，饮料酸甜失调，酸涩感过重，感官评分下降。

2.2 模糊感官评价结果分析

2.2.1 感官评价结果

根据正交试验得到9组配方不同配比的黄精益智仁固体饮料，选取10名接受过专业训练的人员对9组固体饮料样品分别在色泽、口感、气味、组织状态4个维度上进行优秀、一般、较差3个级别质量等级投票，对结果进行统计并整理，见表3。

2.2.2 模糊矩阵的建立

根据表3中模糊数学感官评价结果，试验序号1在色泽上有5个人认为优秀，3个人认为一般，2个人认为较差，即得到第一个样品的模糊矩阵，同理建立黄精益智仁固体饮料的模糊数学矩阵S₁～S₉：

S₁=0.5/0.3/0.20.5/0.3/0.20.6/0.4/00.6/0.2/0.2，

S₂=0.9/0.1/00.9/0.1/00.8/0.2/00.9/0.1/0，

S₃=0.7/0.2/0.10.6/0.3/0.10.6/0.2/0.20.7/0.2/0.1，

S₄=0.6/0.3/0.10.5/0.3/0.20.7/0.2/0.10.6/0.3/0.1，

S₅=0.9/0.1/00.7/0.2/0.10.7/0.3/00.8/0.2/0，

S₆=0.8/0.1/0.10.6/0.3/0.10.7/0.3/00.8/0.2/0，

S₇=0.7/0.2/0.10.6/0.2/0.20.7/0.3/00.7/0.2/0.1，

S₈=0.7/0.2/0.10.8/0.1/0.10.7/0.2/0.10.6/0.3/0.1，

S₉=0.6/0.3/0.10.6/0.2/0.20.7/0.2/0.10.6/0.2/0.2。

根据模糊矩阵公式进行运算，W_i=X×S_i，对样品1～9进行综合模糊评价，W₁=（0.545，0.295，0.16），W₂=（0.88，0.12，0），W₃=（0.645，0.235，0.2），W₄=（0.585，0.28，0.135），W₅=（0.765，0.2，0.035），W₆=（0.71，0.235，0.055），W₇=（0.665，0.22，0.115），W₈=（0.71，0.19，0.1），W₉=（0.62，0.22，0.16），再根据T_i=W_i×V，计算出最终感官评分，例如T₁=W₁×V=（0.545，0.295，0.16）×（90，75，60）=80.78，同理计算出T₂～T₉。

2.2.3 正交试验结果

在单因素试验的基础上，以喷干粉添加量、白砂糖添加量、低聚果糖添加量、橙子粉添加量作为正交试验的4个因素，以模糊感官评分为指标，进行L₉（3⁴）正交试验，正交试验结果见表4。

根据表4中的极差R值分析得出R_Bgt;R_Dgt;R_Agt;R_C，因此可以得出黄精益智仁固体饮料配方中对其影响最大的是白砂糖添加量，其次是橙子粉添加量，再次是喷干粉添加量，影响最小的是低聚果糖添加量，正交试验结果显示最优方案为A₂B₂C₃D₂，即喷干粉添加量为40%，白砂糖添加量为20%，低聚果糖添加量为4%，橙子粉添加量为20%。

2.2.4 验证试验

正交试验结果显示最优方案为喷干粉添加量40%、白砂糖添加量20%、低聚果糖添加量4%、橙子粉添加量20%，重复3次试验，结果取平均值，最终的感官评分为88.66分，高于其他组合，说明该配方的添加剂配比是最优的。

2.3 理化指标的测定结果

黄精益智仁固体饮料的各项理化指标测定结果见表5，该固体饮料的各项指标均符合GB/T 29602—2013规定的固体饮料的标准。

3 结论

通过模糊数学感官评价法和正交试验优化了黄精益智仁固体饮料的配方，结果显示，当喷干粉添加量为40%、白砂糖添加量为20%、低聚果糖添加量为4%、橙子粉添加量为20%时，该固体饮料酸甜可口，口感较好，感官评分最高。对固体饮料的理化指标进行测定，水分含量为（5.2±0.08）%，溶解度为（89.12±0.07）%，休止角为12.11°±0.18°，堆积密度为（0.71±0.06）g/mL，成型率为（91±0.24）%，固体饮料的溶解性、流动性较好，且各项指标均符合GB/T 29602—2013规定的固体饮料的标准。

参考文献：

[1]赵芳超，刘昱言，闫文慧，等.健脾疏肝养血方治疗肝郁脾虚型慢性疲劳综合征临床研究[J].光明中医，2023，38（7）：1291-1293.

[2]王瑶，徐春晖，杜俊民.欧李山楂沙棘复合饮料的研制及其抗疲劳研究[J].保鲜与加工，2022，22（4）：46-51，58.

[3]ZHAO Y Y， WANG Z， FU R Z， et al. Structural characterization and antioxidant activity of processed polysaccharides PCP-F1 from Polygonatum cyrtonema Hua[J].Frontiers in Nutrition，2023，10：1272977.

[4]YANG X， YANG Y， CHEN H， et al. Extraction， isolation， immunoregulatory activity， and characterization of Alpiniae oxyphyllae Fructus polysaccharides[J].International Journal of Biological Macromolecules，2020，155（5）：927-937.

[5]林红强，王涵，谭静，等.药食两用中药——芡实的研究进展[J].特产研究，2019，41（2）：118-124.

[6]ZHAO L X， HUANG J， MAN J M， et al. Physicochemical properties of Euryale ferox kernel starches from two different regions[J].International Journal of Food Properties，2016，19（2）：289-299.

[7]WANG Y Y， ZHAO W， LI Y X， et al. Optimization of ultrasound-assisted extraction method for phytochemical compounds and antioxidant activities of sour jujube extracts[J].Food Science amp; Nutrition，2022，10（11）：3736-3748.

[8]RUAN J Y， HAN Y， KENNEDY J F， et al. A review on polysaccharides from jujube and their pharmacological activities[J].Carbohydrate Polymer Technologies and Applications，2022，3：100220.

[9]GUO C L， WANG Y Q， ZHANG S H， et al. Crataegus pinnatifida polysaccharide alleviates colitis via modulation of gut microbiota and SCFAs metabolism[J].International Journal of Biological Macromolecules，2021，181（10）：357-368.

[10]王振东，柏伟荣，刘世娟，等.茯苓山药枸杞固体饮料的制备[J].食品与发酵工业，2022，48（1）：211-217.

[11]张佳欣，范松林，谢顾，等.固体饮料的性质及加工技术应用进展[J].轻工科技，2017，33（9）：8-10，82.

[12]王锡茂.产品设计评价中感官评价方法的应用研究[J].现代食品，2017（3）：67-69.

[13]王淼，安景文.食品感官质量控制技术研究[J].技术经济与管理研究，2017（9）：23-26.

[14]LI F， WEN R D， YANG L， et al.Oil tea soup formula optimization based on orthogonal test and fuzzy mathematics sensory evaluation[J].Food Science and Engineering，2017，7（10）：435-442.

[15]余疾风.在食品感官质量的模糊综合评价中如何正确的制定权重分配方案[J].食品科学，1990（1）：15-16.

[16]刘春宇，朱振元，孙会轻，等.蛹虫草、山楂提取物固体饮料制备工艺研究[J].食品研究与开发，2018，39（24）：77-82.

[17]袁尔东，刘靓赟，黄敏，等.纳米二氧化硅抗结剂对护胃固体饮料稳定性及功效的影响[J].现代食品科技，2021，37（6）：167-174.

[18]陈启聪，黄惠华，王娟，等.香蕉粉喷雾干燥工艺优化[J].农业工程学报，2010，26（8）：331-337.

[19]孙梦锦，戴鑫汶，邹奇.茯苓圆杞固体饮料处方优化及其吸湿性测定[J].中成药，2021，43（1）：177-181.

[20]张晓男.桃仁配方颗粒质量标准研究[D].南昌：江西中医药大学，2019.