模糊數學感官評價法優化低糖五葉草莓果脯加工工藝

孫 娜，朱秀娟，胡文斌，王應紅，李永民

（隴南師范高等專科學校農林技術學院，甘肅 隴南 742500）

五葉草莓（Fragaria pentaphyllaLozinsk）為薔薇科草莓屬，多年生草本植物，又名薸茲、秧泡兒等[1-3]，是秦巴山區野生草莓中的優勢品種之一，產量十分豐富，果實分為紅色、白色及紅白過渡色3 種，廣泛分布于隴南康縣、文縣、武都、宕昌、西和等地[4]，其中紅色五葉草莓主要分布在宕昌部分高寒地區，其色澤艷麗、口感酸甜適口，富含多種營養物質，具有清熱止咳、滋養補血、健脾養胃及抗腫瘤等藥用價值[5-6]。但五葉草莓果小皮薄，極易受損傷而腐爛，貯藏難度極大，產品附加值及資源利用率低，無法實現資源優勢向經濟優勢轉化，對其進行產品開發是解決這一瓶頸問題的有效途徑。

市售的傳統果脯多以高糖和含硫果脯為主[7]，已不適合當前消費者需求，逐漸被低糖無硫果脯所取代。低糖果脯多以降低糖含量為主，但加工過程中易出現褐變、塌陷、維生素損失嚴重、腐爛發霉等問題[8]。因此，對復合護色劑、硬化劑、甜味劑、填充劑及滲糖技術等工藝的研究是當前低糖果脯研發的熱點[9]。目前采用模糊數學感官評價法優化低糖五葉草莓果脯加工工藝研究尚未見報道，本研究擬以隴南宕昌哈達鋪鎮主產紅色五葉草莓為試材，采用超聲波滲糖工藝，對影響果脯滲糖效果的液料比、超聲時間、超聲溫度等因素進行分析，以模糊感官評分為評價指標，優化低糖五葉草莓果脯超聲波滲糖工藝，旨在為今后生產實踐提供理論依據，對延長五葉草莓供應期，減少資源浪費，提升產品附加值具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

紅色五葉草莓，購于隴南市宕昌縣哈達鋪鎮市集；白砂糖（食用級），市售；D-異抗壞血酸鈉、NaCl、抗壞血酸、CaCl2、δ-葡萄糖酸內酯、瓜爾膠、黃原膠、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、海藻酸鈉、木糖醇、山梨甲酸均為食品級，購于河南瑞仁生物工程有限公司；試驗用水為超純水。

1.1.2 儀器與設備

SP-756P 型紫外-可見分光光度計，KQ-700E 型數控超聲波清洗器，GZX-9070MBE 型鼓風干燥烘箱，FA2004N 型電子天平。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料預處理→護色→漂燙→硬化→填充→超聲波滲糖→浸糖→干燥→包裝

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料處理

選擇八成熟紅色新鮮五葉草莓，去除有破損、腐爛、霉變的差品質果實，去掉果蒂，用流水沖洗附著在果皮上的泥土等雜物，瀝干水分備用。

1.2.2.2 護色

將處理好的完整五葉草莓果放入復合護色劑溶液（D-異抗壞血酸鈉0.3%、檸檬酸0.2%、氯化鈉1.5%）中浸泡20 min，用清水沖洗干凈。

1.2.2.3 漂燙

將五葉草莓果坯投入95 ℃水中熱燙2 min，并迅速用冷水冷卻，以殺滅果實中氧化酶活性，有利于填充物質和糖液的滲透。

1.2.2.4 硬化

將五葉草莓果坯放入復合硬化劑溶液（1.5%CaCl2、1%δ-葡萄糖酸內酯）中浸泡4 h，用清水沖洗干凈。

1.2.2.5 填充

將硬化后果坯放入復合填充劑溶液（0.3%黃原膠、0.4%CMC-Na、0.3%海藻酸鈉）中浸泡30 min。

1.2.2.6 超聲波滲糖

將甜味劑白砂糖、麥芽糊精及木糖醇按質量比2.5∶1.0∶0.5 進行充分混合，制成濃度為40%的滲糖液，倒入三角瓶中，加入果坯，超聲溫度預設為51 ℃，連續超聲1.9 h。

1.2.2.7 浸糖

將超聲滲糖后的五葉草莓果坯放在常溫下浸漬過夜。

1.2.2.8 干燥

滲糖后的五葉草莓撈出瀝干，裝入專用烘盤，65 ℃鼓風烘制4～5 h。

1.2.2.9 包裝

采用復合塑料食品袋抽真空包裝。

1.2.3 試驗方案設計

1.2.3.1 護色劑配方優化

在前期試驗基礎上，以D-異抗壞血酸、檸檬酸、氯化鈉為復合護色劑，按表1 進行正交試驗，以產品褐變度為評價指標，確定最佳護色劑組合濃度。

表1 護色劑配方正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experimental for color protectant formula

1.2.3.2 漂燙工藝優化

漂燙是果脯加工的必要環節，不僅可以滅酶護色，還可排除五葉草莓組織內的空氣，軟化組織，增加五葉草莓細胞膜透性，加速糖的滲透，提高果脯中的糖含量。本研究采用不同漂燙溫度和漂燙時間（85 ℃（2 min）、90 ℃（2 min）、95 ℃（2 min）、100 ℃（1 min）），以未漂燙樣品為對照，觀察不同漂燙條件對五葉草莓果脯感官品質的影響。

1.2.3.3 硬化處理工藝優化

五葉草莓質地嬌嫩，在果脯加工過程中容易破損，因而需對其進行硬化處理。本研究準確稱取等量9 份五葉草莓鮮果，分別放置于9 組編號的錐形瓶中，其中1～4 號分別為濃度0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的CaCl2溶液，5～8 號分別為濃度1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的δ-葡萄糖酸內酯溶液，9 號為最佳濃度CaCl2溶液與最佳濃度δ-葡萄糖酸內酯溶液的組合。通過試驗，比較單一硬化劑和復合硬化劑的對成品感官品質的影響。

1.2.3.4 填充劑配方優化

根據前期填充劑單因素試驗結果，采用黃原膠、CMC-Na、海藻酸鈉為復合填充劑，按照表2 進行正交試驗，以填充率為評價指標，確定最佳填充劑組合。

表2 填充劑配方正交試驗因素水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment for filling agent formula

1.2.3.5 超聲波滲糖工藝優化

根據前期超聲波滲糖工藝單因素試驗結果，選取液料比（A）、超聲時間（B）和超聲溫度（C）為低糖五葉草莓果脯感官品質的主要影響因素，以感官評分為響應值，進行3 因素3 水平響應面分析試驗，優化低糖五葉草莓果脯超聲波滲糖工藝。試驗因素與水平見表3。

表3 超聲波滲糖Box-Benhnken 中心組合試驗因素水平Table 3 Factors and levels of Box-Benhnken center combination test for ultrasonic infiltration sugar

1.2.4 測定項目與方法

1.2.4.1 感官評價

選擇10 名食品專業師生組成感官評定小組，從五葉草莓果脯色澤、口感、氣味及組織狀態四個方面進行綜合評分，具體評價標準見表4。

表4 五葉草莓低糖果脯感官評分標準Table 4 Sensory evaluation criteria of low sugar five-leaf strawberry preserved fruit

1.2.4.2 褐變度

參照文獻[10]的方法，并對其稍作改動。精確稱取樣品10.00 g，置于冰浴上，加冰蒸餾水100 mL，迅速研磨2 min，真空抽濾，在波長410 nm 處測定濾液的吸光度值，重復測定3 次，結果取平均值。

1.2.4.3 填充率

參照文獻[11]中的方法，填充率計算公式如下。

填充率（%）=（填充后的質量-空白質量）/空白質量

1.2.4.4 總糖

參照GB/T 10782—2006[12]中的方法，每個樣品做3 次平行試驗，結果取平均值。

1.2.4.5 水分含量

參照GB 5009.3—2016[13]中的直接干燥法進行測定，每個樣品做3 次平行試驗，結果取平均值。

1.2.4.6 微生物指標

菌落總數：參照GB 4789.2—2016[14]中的方法測定；大腸菌群：參照GB 4789.3—2016[15]中的方法測定；其他致病菌：分別參照GB 4789.15—2016[16]、GB 4789.4—2016[17]、GB 4789.10—2016[18]進行測定，每個指標做3 次平行試驗，結果取平均值。

1.2.5 數學模型的建立

以色澤、口感、氣味、組織狀態4 個因素為評價因素集[19-20]，采用強制決定法確定五葉草莓果脯各感官指標的權重A＝（0.25，0.25，0.20，0.30），即色澤25 分、口感25 分、氣味20 分、組織狀態30 分，共100 分，食品感官指標綜合評判的結果用Y表示，Y是權重A和模糊矩陣R的合成，即Y＝A×R；以很好（100）、較好（80）、一般（60）、較差（40）、差（0）為評語集[20]，即評價等級集K=（100，80，60，40，0），低糖五葉草莓果脯模糊綜合評價得分即為T=Y×K。

1.2.6 數據處理

試驗數據采用Excel 2007 統計分析，重復3 次，結果用“平均值±標準差”表示，并采用SPSS 18.0 軟件對數據進行顯著性分析（P＜0.05）。通過Design-Expert 8.0.6 統計分析軟件進行響應面應用試驗設計與結果分析。

2 結果與分析

2.1 護色劑對五葉草莓果脯褐變度的影響

新鮮果蔬原料在加工過程中容易引起酶促褐變，影響產品的色澤，傳統果脯加工過程中使用最多的護色劑為亞硫酸鹽，其效果雖好卻有毒副作用。新型果蔬復合護色劑可協同護色，增強護色效果，近幾年逐漸成為研究熱點。本研究采用安全性較高的D-異抗壞血酸鈉、檸檬酸和氯化鈉為復合護色劑進行正交試驗，確定最佳護色劑組成及濃度。由表5 極差R值可知，C＞B＞A，說明復合護色劑中氯化鈉對五葉草莓果脯色澤的影響最大，其次為檸檬酸，然后是D-異抗壞血酸鈉。褐變度越小，說明護色效果越好，因此依據k的最小值確定最優水平為A3B3C2，即0.3%D-異抗壞血酸鈉、0.2%檸檬酸、1.5%氯化鈉，此條件下，果脯的褐變度為0.541。

表5 護色正交試驗結果Table 5 Orthogonal experiment results of color protection

2.2 漂燙對五葉草莓果脯感官品質的影響

果品在加工過程中進行漂燙可以滅酶護色，增加耐煮性及組織透性，提高果脯的品質。參考不同文獻的果脯最佳漂燙條件[21-22]，篩選適合五葉草莓果脯最佳漂燙條件。由表6 可看出，最佳燙漂條件為：95 ℃漂燙2 min，該條件下果脯外觀組織形態飽滿光滑，色澤鮮艷，有韌性，且透明有光澤。

表6 不同漂燙條件五葉草莓果脯感官品質的影響Table 6 Effects of different blanching conditions on the sensory quality of five-leaf strawberry preserved fruit

2.3 硬化劑對五葉草莓果脯感官品質的影響

五葉草莓鮮果果皮較薄，容易機械性損傷，不利于果脯加工，硬化工藝可以有效解決這一問題。由表7 可看出，最適宜的硬化條件為：在1.5%CaCl2與1.0%δ-葡萄糖酸內酯組成的混合硬化液中處理4 h，得到的果脯組織形態飽滿，鮮紅色，有光澤，果味濃，無苦味，軟硬適中、有韌性。而單一硬化劑硬化效果略差，添加量加大會影響產品口感，帶入苦澀味，復合硬化劑可明顯改善果品品質，降低果品酸度，提高細胞滲透性，有利于滲糖工藝。

表7 不同硬化條件對五葉草莓果脯感官品質的影響Table 7 Effects of different hardening conditions on the sensory quality of five-leaf strawberry preserved fruit

2.4 甜味劑濃度的確定

本研究采用白砂糖、麥芽糊精及木糖醇以質量比為2.5∶1.0∶0.5 的混合物作為甜味劑，可有效降低產品的含糖量，滿足消費者口味上的需求，避免出現返砂現象。由表8 可以看出，不同濃度的甜味劑對成品果脯的影響比較大。甜味劑濃度偏低時，五葉草莓果脯酸味重、無光澤、無透明度；反之，五葉草莓果脯過于甜膩、易發生粘連等，影響其銷售。隨著甜味劑濃度的不斷升高，果脯感官評分先升高后降低，果脯總糖含量不斷升高，各濃度之間的總糖含量差異顯著（P＜0.05）。使用濃度為40%的甜味劑制成的果脯成品，其口感最佳。綜上所述，確定甜味劑濃度為40%為宜。

表8 甜味劑濃度對五葉草莓果脯感官品質的影響Table 8 Effects of sweetener concentration on the sensory quality of five-leaf strawberry preserved fruit

2.5 填充劑配方的優化結果

低糖果脯較傳統果脯含糖量低，含水量高，存在產品形態干癟、飽滿度差等問題[23]，適宜的填充劑可以增加產品的飽滿度及光澤。在前期單因素試驗基礎上，以黃原膠、CMC-Na 及海藻酸鈉作為復合填充劑進行正交試驗。由表9 可知，各因素對五葉草莓果脯填充率影響的主次順序為：C＞A＞B，即為海藻酸鈉＞黃原膠＞CMC-Na。選擇填充率平均值k的最大值為判斷依據，確定填充劑最佳配方組合為A3B1C3，即0.3%黃原膠、0.3%CMC-Na、0.3%海藻酸鈉，此條件下的填充率為24.3%。

表9 填充劑配方正交試驗結果Table 9 Orthogonal experiment results of filling agent formula

2.6 超聲波滲糖工藝條件的優化結果

2.6.1 模糊數學感官評價結果

由10 人組成的評價小組，對17 個滲糖工藝優化樣品進行感官評定，將評價結果收集匯總并進行統計分析，得到低糖五葉草莓的感官評價結果，見表10。

表10 低糖五葉草莓果脯感官評價結果Table 10 Sensory evaluation results of low sugar five-leaf strawberry preserved fruit

2.6.2 模糊矩陣的建立結果

由表10 可知，在10 人組成的感官評價小組對樣品1 的色澤進行評價中，有0 人認為很好，10 人認為較好，0 人認為一般，0 人認為較差，0 人認為差，則R色澤=[0 1 0 0 0]，同理R口感=[0 0.5 0.4 0 0.1]，R氣味=[0 1 0 0 0]，R組織狀態=[0 0.9 0.1 0 0]，將上述4 個因素的評價結果寫成樣品1 的評判矩陣，即為R1。

同理可得2～17 樣品的矩陣R2～R17。

根據評價小組成員對色澤、口感、氣味、組織狀態4 個因素所占權重進行打分，確定權重集A=（0.25，0.25，0.20，0.30）。將權重A乘以評判矩陣R進行模糊變換，即Yi=A×Ri（i=1，2，…，17)，可得到各個樣品的模糊關系綜合評價結果，該矩陣反映對樣品進行感官評價時很好、較好、一般、差、很差的贊成比。以樣品1 為例，其模糊變換綜合評價結果如下：

其中，Y11=0.25×0+0.25×0+0.20×0+0.30×0=0，Y12=0.25×1+0.25×0.5+0.20×1+0.30×0.9=0.845，Y13=0.13，Y14=0，Y15=0.025，即Y1=（0，0.845，0.13，0，0.025）。上述結果表明，在該工藝條件下，樣品1 得到很好評價的贊成比為0，較好的贊成比為84.5%，一般的贊成比為13%，較差的贊成比為0，差的贊成比為2.5%。同理可得Y2～Y17樣品的模糊關系綜合評價結果。

設定很好（100）、較好（80）、一般（60）、較差（40）、差（0）為評語集，即評價等級集K=（100，80，60，40，0），即低糖五葉草莓果脯模糊綜合評價得分T=Y×K，由第1 個樣品Y1=（0，0.845，0.13，0，0.025）可知，第1個低糖五葉草莓果脯樣品的綜合評分T1=0×100+0.845×80+0.13×60+0×40+0.025×0=75.4，同理可得到T2～T17樣品的綜合評分。

2.6.3 響應面分析試驗結果

在前期單因素試驗的基礎上，低糖五葉草莓果脯超聲滲糖工藝的三因素二次回歸旋轉組合試驗方案及結果見表11 和表12。

根據表11 的結果應用SAS 軟件進行編程計算，通過其響應面回歸（RSREG）程序進行數據分析，得出回歸方程如下。

式中：Y為感官評分（分）；A為液料比（g/g）；B為超聲時間（h）；C為超聲溫度（℃）。

由表12 可知，該模型達到極顯著水平（P＜0.01），方程一次項A對感官評分的影響顯著（P＜0.05），交互項BC、二次項B2、C2的影響極顯著（P＜0.01），其余項不顯著，說明液料比、超聲時間與超聲溫度交互作用對低糖五葉草莓果脯感官品質的影響較大，其余項對其感官品質影響較小；其決定系數R2=0.972 5，與校正決定系數相近，表明試驗值與預測值非常接近，有較好的擬合度。方差分析表明，試驗所選參試因子對低糖五葉草莓果脯的感官評價影響大小順序為：液料比＞超聲時間＞超聲溫度。模型的失擬項不顯著（P＞0.05），以上回歸方程較好地擬合了試驗數據，試驗誤差小，可以用于低糖五葉草莓果脯超聲滲糖工藝優化的理論預測。

表11 響應面分析試驗設計及結果Table 11 Experimental design and results of response surface analysis

表12 Box-Benhnken 試驗方差分析Table 12 Variance analysis of Box-Benhnken test

2.6.4 驗證試驗

通過對回歸模型進行最優求解，可得低糖五葉草莓果脯超聲滲糖的最優工藝為：液料比3∶1（g/g），超聲溫度51.4 ℃，超聲時間1.92 h，在此優化條件下，感官評分的理論值為82.1 分。考慮試驗的可操作性，將最優工藝參數調整為：液料比3∶1（g/g），超聲溫度51 ℃，超聲時間1.9 h。為了進一步驗證響應面分析法的可靠性，采用上述最優條件進行低糖五葉草莓果脯加工，實際測得感官評價分為81.4 分，因此采用響應面分析優化得到的低糖五葉草莓果脯超聲滲糖工藝參數準確可靠，可用于實際操作。

2.7 產品質量指標

依據國家標準GB/T 10782—2006《蜜餞通則》[12]和商業標準SB/T 11025—2013《果脯類流通規范》[24]要求，果脯類蜜餞產品水分含量≤35%，總糖（以葡萄糖計）含量≤85%，菌落總數≤10 000 CFU/g，大腸桿菌≤100 CFU/g，致病菌不得檢出。本文對低糖五葉草莓果脯分別進行了感官、理化及微生物指標檢驗，結果表明：低糖五葉草莓果脯色澤鮮紅，具有五葉草莓原果味，產品有一定光澤和透明度，果形完整，組織飽滿，質地柔軟、有韌性，不流糖，不返砂，無外來雜質；總糖（以葡萄糖計）含量35.31%，水分含量13%；菌落總數≤10 000 CFU/g，大腸桿菌≤10 MPN/100 g，致病菌未檢出，故此低糖果脯感官、理化及微生物指標均達到上述標準要求。

3 結論

本研究以隴南野生五葉草莓為試材，以感官評價為指標，利用模糊數學綜合評價法對低糖果脯加工工藝進行優化，研究結論如下：

（1）采用不同漂燙溫度和漂燙時間，以未漂燙樣品為對照，篩選出最佳漂燙條件為：在95 ℃熱水中漂燙2 min，可起到較好的滅酶護色作用，保持鮮果原色；采用不同的硬化條件，篩選出最佳硬化條件為：在1.5%CaCl2和1.0%δ-葡萄糖酸內酯混合而成的硬化液中硬化4 h，可增強五葉草莓硬度和韌性，有利于滲糖工藝。

（2）采用正交試驗對護色劑、填充劑配方進行了優化，結果表明：在0.3%D-異抗壞血酸鈉、0.2%檸檬酸、1.5%氯化鈉組成的混合護色液中護色20 min，在0.3%黃原膠、0.3%CMC-Na、0.3%海藻酸鈉組成的混合填充液中填充30 min，其果脯成品色澤基本接近原果色，組織狀態飽滿，有光澤和透明度，口感最佳。

（3）采用白砂糖、麥芽糊精及木糖醇以質量比2.5∶1.0∶0.5 復配糖液，并對不同糖液濃度進行篩選，結果表明：40%糖液濃度效果最佳，成品果脯酸甜適中，不粘手，既減少了白砂糖的用量，又提高了果脯的透明度，符合低糖果脯要求。

（4）將模糊數學感官評價法與響應面法結合，優化了超聲波滲糖最佳工藝為：液料比3∶1（g/g）,超聲溫度51 ℃，超聲滲糖1.9 h。通過驗證試驗，實際值與模型預測值擬合度高，利用該模型分析低糖五葉草莓感官評分的變化可靠度高。

（5）根據上述工藝制得的五葉草莓低糖果脯總糖含量35.31%，水分含量13%，菌落總數≤10 000 CFU/g，大腸桿菌≤10 MPN/100 g，致病菌未檢出，且食品添加劑使用量均符合GB 2760—2014[25]要求。