鬼針草蜂蜜飲料的研制與模糊數(shù)學(xué)評價

劉曉偉，王靜靜，邵征，潘路路

長垣烹飪職業(yè)技術(shù)學(xué)院（新鄉(xiāng) 453400）

鬼針草（Bidens pilosa L.）屬菊科鬼針草屬[1]，也稱鬼釵草、婆婆針等，它是一種一年生草藥，具有悠久的藥用歷史和豐富的野生資源，遍布全國[2]。主要常用的中藥有鬼針草、三葉鬼針草、金盞銀盤鬼針草和小葉鬼針草四大類。鬼針草具有清熱解毒、涼血止血、化痰、消腫、降血壓、抗肝纖維化的功效，常用于咽喉痛、肝炎、感冒發(fā)熱和蛇蟲咬傷[3-9]。近年來，各國學(xué)者對鬼針草屬進(jìn)行廣泛研究，已知鬼針草中含有多種生物活性，如黃酮類、揮發(fā)性成分、酚類、氨基酸、微量元素和維生素等[10-13]，將鬼針草與蜂蜜結(jié)合，研制一種復(fù)合飲料，為鬼針草的綜合利用提供途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鬼針草（蘇州天靈中藥飲片有限公司）；白砂糖（一級品）；蜂蜜（商水縣源巢國際農(nóng)民專業(yè)合作社）；無水檸檬酸（食品級）。

1.2 試驗設(shè)備

C21-WT2112美的電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；800Y研磨機(jī)（永康市鉑歐五金制品有限公司）；JJ223BC分析天平（常熟市雙杰測試儀器廠）；FJ200高壓均質(zhì)機(jī)（韜越（上海）機(jī)械科技有限公司）；LMQ.C50EJ立式滅菌器（山東新華醫(yī)療器械股份有限公司）；TGL-15B高速臺式離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1) 粉碎：為更充分浸提鬼針草中功能成分，需將鬼針草先用組織粉碎機(jī)粉碎。

2) 加水煮制：粉碎后的鬼針草通過試驗確定煮制時間和添加水量。

3) 過濾：為防止產(chǎn)生大量泡沫，白砂糖、蜂蜜、檸檬酸溫水中溶解后需進(jìn)行過濾。

4) 調(diào)配：根據(jù)鬼針草蜂蜜飲料的感官評分，采用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝參數(shù)，確定相關(guān)因素最佳水平。響應(yīng)面因素水平如表1所示。

表1 因素水平表

5) 定容：復(fù)合飲料混合液定容到250 mL。

1.3.3 飲料感官評價標(biāo)準(zhǔn)

從食品班級挑選具有感官評定基礎(chǔ)的20人，組成評定小組，按照GB 7101—2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 飲料》，最終選擇色澤、滋味、氣味、狀態(tài)作為產(chǎn)品感官評定指標(biāo)[14]。感官評定總分是100分，對結(jié)果求平均值。飲料感官評分標(biāo)準(zhǔn)及所占分值如表2所示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Microsoft Office 2003，對單因素試驗結(jié)果進(jìn)行處理，各因素顯著性通過方差分析進(jìn)行判斷；響應(yīng)面試驗設(shè)計采用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行，每個水平重復(fù)3次試驗，最后求平均值。通過分析得到最優(yōu)因子水平，并用F值（p＜0.05）研究模型與因子的顯著性。

表2 鬼針草蜂蜜飲料感官評價標(biāo)準(zhǔn)

1.5 建立鬼針草蜂蜜飲料模糊數(shù)學(xué)感官評價系統(tǒng)

根據(jù)感官評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定2個評定域：因素集和評語集。因素集U={u1，u2，u3，u4}，其中u1=色澤，u2=滋味，u3=氣味，u4=狀態(tài)；評語集V={V1，V2，V3，V4}；其中，V1=優(yōu)，V2=良，V3=中，V4=差。依據(jù)表2鬼針草蜂蜜飲料的感官評價標(biāo)準(zhǔn)，作為權(quán)重系數(shù)分配的基礎(chǔ)，總和為1，即鬼針草蜂蜜飲料的權(quán)重集W={0.2，0.4，0.3，0.1}。從U到V的一個模糊映射R。

式中：Y為綜合評判集，W為權(quán)重集，R為模糊矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1 鬼針草煮制時間和添加水量的確定

稱取一定量的鬼針草，粉碎后按照加水量1∶20，1∶30和1∶40 g/mL進(jìn)行煮制，煮制時間20，30和40 min。通過感官評價確定最佳煮制時間和加水量，結(jié)果見表3。

從滿足工藝和節(jié)約成本角度考慮，選擇添加水量1∶30 g/mL、煮制時間20 min制備鬼針草原液。

表3 鬼針草加水量、煮制時間對原液質(zhì)量的影響

2.2 單因素試驗

2.2.1 鬼針草原液添加量的確定

鬼針草原液添加量的多少以感官品質(zhì)為依據(jù)進(jìn)行確定，試驗結(jié)果如圖1。

從圖中可以看出，鬼針草原液添加量60 mL時，感官品質(zhì)最佳，添加量小于60 mL時，蜂蜜味重，鬼針草味太淡；添加量大于60 mL，鬼針草后味重，不易接受。選擇添加60 mL鬼針草原液作為最佳添加量，并優(yōu)化響應(yīng)面。

圖1 鬼針草原液添加量優(yōu)選試驗

2.2.2 蜂蜜添加量的確定

基于感官評分優(yōu)化添加的蜂蜜量，試驗結(jié)果如圖2。

結(jié)果表明，最佳蜂蜜添加量為5 g。蜂蜜添加量小，口感不細(xì)膩，添加量過多，飲料甜度過大，把鬼針草和蔗糖味道給掩蓋。選擇最佳添加量進(jìn)行響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗。

圖2 蜂蜜添加量優(yōu)選試驗

2.2.3 白砂糖添加量的確定

基于感官評分優(yōu)化添加的白糖量，結(jié)果如圖3。

結(jié)果表明，最佳白砂糖添加量為15 g。添加的白砂糖量超過15 g，飲料甜度過大，會失去蜂蜜潤滑感；加入的白砂糖量少于15 g，飲料的甜度小，鬼針草的味過濃，口感不好。選擇最佳添加量進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗。

2.2.4 檸檬酸添加量的確定

基于感官評分優(yōu)化添加的檸檬酸的量，結(jié)果如圖4。

結(jié)果表明，最佳檸檬酸添加量為0.1 g。檸檬酸的添加量超過0.1 g，飲料的酸度過大，口感差；檸檬酸添加量少于0.1 g，鬼針草味道強烈，口感不好。選擇最佳添加量進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗。

圖3 白砂糖添加量優(yōu)選試驗

圖4 檸檬酸添加量優(yōu)選試驗

2.3 響應(yīng)面試驗

以鬼針草原液添加量、蜂蜜添加量、白砂糖添加量和檸檬酸添加量作為指標(biāo)，以感官評價值為響應(yīng)值進(jìn)行Box-Behnken設(shè)計，結(jié)果如表4所示。

對表4的試驗結(jié)果運用響應(yīng)面分析軟件進(jìn)行二次多元回歸擬合，獲得回歸方程Y=94.80+0.75A+3.50B-3.75C+0.67D-0.50AB+0.75AC-4.00AD+0.25BC-0.75BD-1.25CD-16.02A2-12.15B2-6.78C2-5.65D2。

從表5可以看出，回歸模型具有很高的顯著性（p＜0.000 1），表明試驗誤差小，方法可靠。試驗的相關(guān)系數(shù)R2=0.995 6，表明試驗相關(guān)性非常好；，表示模型可以解釋的響應(yīng)值變化，變異系數(shù)C.V.為1.17%，說明試驗準(zhǔn)確的高。由表5可以看出，一次項B、C的p值均小于0.01，表示達(dá)到及其顯著水平，A、D達(dá)到顯著水平（p＜0.05）；從F值可知，每個因素對飲料質(zhì)量的影響順序是C＞B＞A＞D，即加入白砂糖量＞蜂蜜添加量＞鬼針草原液添加量＞檸檬酸添加量；AD、A2、B2、C2、D2的p值均小于0.01，表示對產(chǎn)品感官評分有極顯著影響。

鬼針草蜂蜜飲料響應(yīng)曲面見圖5。由圖5可直觀看出，因素AD交互作用顯著，對感官分值影響大。當(dāng)固定蜂蜜添加量和白砂糖添加量時，鬼針草原液添加量在60 mL左右、白砂糖添加量在13 g左右，此時餅干感官分值最大。

表4 Box-Behnken試驗設(shè)計與結(jié)果

表5 響應(yīng)面方差分析

圖5 AD因素交互作用對飲料產(chǎn)品感官得分影響的響應(yīng)曲面

對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測采用回歸方程代替試驗真實點的方法。回歸模型預(yù)測的鬼針草原液添加量60.05 mL、蜂蜜添加量5.28 g、白砂糖添加量13.59 g、檸檬酸添加量0.10 g，此時感官得分95.598 1分。

2.4 驗證試驗

根據(jù)最優(yōu)化工藝條件，進(jìn)行實際操作，產(chǎn)品感官評分為95分，與響應(yīng)面預(yù)測理論值95.598 1分接近，說明依據(jù)響應(yīng)面法建立的試驗設(shè)計是可靠的，具有很好重現(xiàn)性[15]。

2.5 產(chǎn)品受歡迎度預(yù)測

采用模糊數(shù)學(xué)綜合判定法，預(yù)測該產(chǎn)品在市場上的受歡迎度。

2.5.1 在校大專生受歡迎度評定

隨機(jī)挑選20名18～23歲在校大專生，依據(jù)表6中各項指標(biāo)，進(jìn)行評判。

表6 在校大專生感官評定結(jié)果

由表6得模糊關(guān)系矩陣R。

模糊關(guān)系綜合評判集Y=W×R={0.2，0.4，0.3，0.1}。

歸一化處理后，Y=（0.78，0.11，0.055，0.055）。

將感官評分分配等級并賦值[16]，見表7。

在校大專生對產(chǎn)品感官綜合評價得分T=Y×（95，80，65，30）T=88.125。說明產(chǎn)品投放到市場，將會有88.125%在校大專生喜歡。

表7 感官評價等級賦值

2.5.2 受中年人歡迎度評定

隨機(jī)挑選20名40～45歲的中年教師，依據(jù)表8中各項指標(biāo)，進(jìn)行評判。評判結(jié)果如表8。

由表8得模糊關(guān)系矩陣R。

歸一化處理后Y=（0.755，0.12，0.045，0.08）。

根據(jù)表7鬼針草蜂蜜飲料感官評價等級賦值，中年人對產(chǎn)品感官綜合評價得分T=Y×（95，80，65，30）T=86.65。說明產(chǎn)品投放到市場，有86.65%中年消費者喜歡。

表8 中年人感官評定結(jié)果

3 結(jié)論

在單因素試驗優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)曲法分析添加的鬼針草原液量、添加的蜂蜜量、白砂糖量和檸檬酸量對鬼針草蜂蜜飲料感官評分的影響，最終得到鬼針草蜂蜜飲料最佳工藝為：鬼針草原液制備按照鬼針草加水量1∶30 g/mL、煮制時間20 min制得；添加鬼針草原液60.05 mL、蜂蜜5.28 g、白砂糖13.59 g、檸檬酸0.10 g。制得鬼針草蜂蜜復(fù)合飲料，產(chǎn)品具有良好的口感和色澤。采用模糊數(shù)學(xué)綜合評判法對產(chǎn)品受歡迎度進(jìn)行預(yù)測，有88.125%在校大專生接受，86.65%中年人青睞，值得推廣。