模糊綜合評定結合正交試驗優化梨汁玫瑰飲料

劉艷紅，季春艷，程 璐，王振杰，劉生杰

（1.阜陽師范大學信息工程學院，安徽 阜陽 236037；2.寧波大學食品與藥學學院，浙江 寧波 315000）

皇冠梨具有較高的營養價值，含有單寧酸、蘋果酸、VC、VB2、果糖和天冬酰胺等營養物質，易被人體吸收，具有清熱解毒、祛痰止咳、清心潤肺的功效[1-3]。此外，皇冠梨中還含有微量元素和大量的膳食纖維，具有刺激腸道、利于排泄、預防便秘等功效[4-5]。但是皇冠梨因果皮偏薄，貯藏或運輸過程中易發生腐爛變質，這在一定程度上制約了皇冠梨深加工的發展，且貯藏性能較差，造成一定的經濟損失[6-7]。

玫瑰花中含有300 多種化學成分，包括槲皮甙、香茅醇、香葉醇、精油、有機酸和維生素等物質，并含有多種必需氨基酸和微量元素[8-10]，具有抗氧化、活血、健脾理氣、調節月經失調、滋補美顏等功效[11-15]，同時具有較高的食物和藥用價值，廣泛應用于保健食品中。

本研究以皇冠梨、玫瑰花為主要原料，研發一款口味清新的水果花茶保健飲料。一方面，梨汁中添加玫瑰花茶浸提液，可提高梨汁飲料的營養價值和保健功能，也可利用梨汁和玫瑰花的天然色素使果茶飲料呈透明淡黃色，減少著色劑的使用，滿足人們對營養、健康、綠色的需求；另一方面，以皇冠梨為主要原料，通過適當的加工工藝，制成梨汁果茶飲品，不僅可以有效避免貯藏和保鮮梨果的商業損失，還可以提高皇冠梨的產品附加值，有利于推動梨產品深加工的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑皇冠梨、玫瑰花茶、白砂糖、抗壞血酸均為普通市售；果膠酶：購于南寧龐博生物工程有限公司。

1.1.2 儀器與設備JA2003 型電子分析天平：上海越平科學儀器有限公司；HH-4J 型恒溫水浴鍋：常州榮華儀器制造有限公司；HR1833 型榨汁機：飛利浦（中國）投資有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 選果

挑選無腐爛、無機械損傷的皇冠梨果實。

1.2.2.2 洗果

用自來水沖洗梨果皮表面的污漬，晾干后備用。

1.2.2.3 去皮、去核、切塊

將表皮削掉，然后進行切塊，果塊的長、寬、高均為2～3 cm 為宜，切塊時棄去果核。

1.2.2.4 護色將切好的水果塊浸泡在質量濃度為0.4%的抗壞血酸溶液中，并靜置10 min 以起到護色的作用[16]。

1.2.2.5 酶解

將質量濃度為0.15%的果膠酶（30 000 U/g）稱重，并加入到鮮榨梨汁中充分攪拌，然后在45 ℃水浴中水解1 h[17]。

1.2.2.6 花茶浸提

將適度破碎的花瓣置于玻璃容器中并加入不同質量的純凈水，在60 ℃恒溫水浴鍋中浸提30 min[18]。

1.2.2.7 過濾

使用四層紗布過濾除去花瓣，得到較為純凈的玫瑰花茶提取液。

1.2.3 梨汁玫瑰飲料的試驗設計

本研究結合感官評定和模糊評定法建立模糊感官評定方法，通過單因素試驗研究各單因素對梨汁玫瑰飲料品質的影響，采用正交試驗對各單因素指標進行優化，最終確定梨汁玫瑰飲料的最佳工藝參數。

1.2.3.1 單因素試驗設計

選取梨汁添加量、玫瑰花茶浸提料液比、白砂糖添加量和檸檬酸添加量為單因素試驗的因素變量[18-21]。根據預試驗結果，確定梨汁添加量占玫瑰花浸提液的百分比分別取10%、20%、30%、40%、50%；玫瑰花浸提料液比分別取1∶100、2∶100、3∶100、4∶100、5 ∶100（g/mL）；抗壞血酸的添加量分別取0、0.02、0.04、0.06、0.08g/100 mL；白砂糖添加量占玫瑰花浸提液的百分比分別取1%、2%、3%、4%、5%。通過感官評定結合模糊評定分別討論各因素對梨汁玫瑰飲料品質的影響。

1.2.3.2 正交試驗設計

在模糊綜合評判單因素試驗的基礎上，以感官評分為評價指標，以梨汁添加量（A）、玫瑰花浸提料液比（B）、抗壞血酸添加量（C）和白砂糖添加量（D）為正交試驗的變量因素，進行L9(34)正交試驗[18-22]。正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 梨汁玫瑰飲料正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for pear-rose beverage

1.2.4 模糊綜合評定

模糊數學評價是運用模糊數學的原理，將“模糊性”的因素數量化，科學合理地分析和評價事物的分析方法[23-24]，它能客觀全面地反映食品的感官信息，減少人為的主觀性和片面性[24]。

1.2.4.1 評定人員及方式的選擇

選擇10 名食品專業的老師和學生，男女各5 名，身體健康，無不良嗜好，分辨色香味的能力較強，評定的過程采用獨立評定[24]。

1.2.4.2 因素集U、評語集V 及權重集X 的確定[24-26]

決定梨汁玫瑰飲料品質的有色澤、透明度、氣味和口感4 個評價指標，因此因素集U={色澤u1、透明度u2、氣味u3、口感u4}，其中ui為第i 個因素[24]。

對于每個評價指標有好、較好、一般、較差、差5個評定等級，因此評語集V={好v1、較好v2、一般v3、較差v4、差v5}，其中vi為第i 個因素[25]。參照曾惠琴等[22]方法，制定梨汁玫瑰飲料感官評分標準，如表2所示，采用百分制打分。

由表2 可知：19 分以下為差，23～40 分為較差，44～60 分為一般，64～80 分為較好，84 分以上為好[24]。

表2 梨汁玫瑰飲料感官評價標準表Table 2 Sensory evaluation criteria for pear-rose beverage

參考晉圣坤等[25]方法，根據各因素對梨汁玫瑰飲料感官評定的影響作用，確定各因素的權重分別為：色澤（0.15）、透明度（0.30）、氣味（0.20）、味道（0.35），即X=（0.15，0.30，0.20，0.35），且0.15+0.30+0.20+0.35=1。

1.2.4.3 模糊綜合評判數學模型選取以及模糊矩陣的確定

參考李新旺等[24]研究，假設食品感官因素綜合評判結果向量為Y，對10 位評定人員的各項評語等級次數進行統計，各評語等級次數除以10 即為各因素對4 項評語等級的隸屬度，得到的隸屬度矩陣即構成模糊評定矩陣M，該矩陣M 與權重集X 合成模糊感官評定結果向量Y，即Y=X·M。

設梨汁玫瑰飲料飲料的感官因素綜合評定的結果向量為Y=X·M。

“∧”代表兩者相比較時取最小值，“∨”表示兩者相比較后取較大值[24,26]。將計算結果除以評定人員總數10 人，得到5 組數據關系M1、M2、M3、M4、M5。

1.2.5 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2007 對試驗數據進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 模糊綜合評定對單因素試驗結果分析

2.1.1 梨汁添加量對飲料品質的影響

在白砂糖添加量為4%，抗壞血酸添加量為0.04 g/100 mL，玫瑰花茶浸提液料液比為3∶100（g/mL）條件下，對梨汁添加量分別為10%、20%、30%、40%、50%時的梨汁玫瑰花飲料進行感官評定，得到評價矩陣分別為M1、M2、M3、M4、M5，評定結果如表3 所示。

表3 梨汁添加量的感官評定結果Table 3 Sensory evaluation results according to pear juice addition

其中：y1=（0.15∧0.1）∨（0.30∧0.1）∨（0.20∧0.2）∨（0.35∧0.1）=0.2；同理可得：y2=0.3；y3=0.3；y4=0.2；y5=0.15。

歸一化處理后可得：

Y1=（0.174，0.261，0.261，0.174，0.130）

同理得：

根據最大隸屬原則[26]，梨汁添加量為10%的評定結果向量中的最大值為0.261，位于“較差”和“一般”附近，即對應的質量等級是“較差”和“一般”；梨汁添加量為20%的評定結果向量中的最大值為0.304，位于“較好”附近，即對應的質量等級是“較好”；梨汁添加量為30%的評定結果為0.304，位于“一般”附近，即對應的質量等級是“一般”；梨汁添加量為40%的評定結果向量中的最大值為0.27，位于“較差”附近，即對應的質量等級是“較差”；梨汁添加量為50%的評定結果向量中的最大值為0.29，位于“差”附近，即對應的質量等級是“差”。因此，梨汁添加量分別為10%、20%、30%、40%、50%時，梨汁玫瑰飲料的質量等級依次為“一般”、“較好”、“一般”、“較差”、“差”，即當梨汁的添加量為20%時，梨汁玫瑰飲料的感官評定結果最好。

造成上述結果可能有以下幾個原因：梨汁經過濾澄清處理后，果汁中含有較多的顆粒物質，使梨汁的透明度不如玫瑰花茶浸提液；當梨汁添加量過多或過少時，會導致飲料的色澤和透明度發生明顯的變化，同時梨汁本身的含糖量和梨汁固有的芳香物質會影響飲料整體的口感和氣味。因此，當梨汁添加量適宜時，梨汁與玫瑰花茶浸提液混合，飲料的透明度趨于中和，既能使飲料的色澤和透明度均勻明亮，又能使飲料清香甘甜。

2.1.2 玫瑰花浸提料液比對飲料品質的影響

在白砂糖添加量為4%，抗壞血酸添加量為0.04 g/100 mL，梨汁添加量為20%的條件下，對玫瑰花浸提液料液比為1∶100、2∶100、3∶100、4∶100、5∶100（g/mL）時的梨汁玫瑰花飲料進行模糊感官評定。分析得出：玫瑰花浸提料液比為1∶100（g/mL）的模糊感官評定結果向量中的最大值為0.270，位于“較差”附近；玫瑰花浸提料液比為2∶100（g/mL）的模糊感官評定結果向量中的最大值為0.261，位于“一般”附近；玫瑰花浸提料液比為3∶100（g/mL）的模糊感官評定結果向量中的最大值為0.304，位于“較好”附近；玫瑰花浸提料液比為4∶100（g/mL）的模糊感官評定結果向量中的最大值為0.27，位于“較差”附近；玫瑰花浸提料液比為5∶100（g/mL）的模糊感官評定結果向量中的最大值為0.29，位于“差”附近。因此，玫瑰花浸提料液比分別為1∶100、2∶100、3∶100、4∶100、5∶100（g/mL）時，梨汁玫瑰飲料的質量等級依次為“較差”、“一般”、“較好”、“較差”、“差”，即玫瑰花浸提料液比為3∶100（g/mL）時，梨汁玫瑰飲料的感官評定結果最好。

隨著玫瑰花添加量的增加，浸提液的顏色加深，芳香氣味增加，但同時也使玫瑰花浸提液的口感更加苦澀。因此，玫瑰花浸液濃度的高低，不僅影響飲料的色澤，而且會影響飲料的口感和果茶香氣的協調程度。當玫瑰花浸提料液比為3∶100（g/mL）時，此時玫瑰花浸提液的顏色和口感均較好，梨汁玫瑰飲料的感官評分較高。

2.1.3 抗壞血酸添加量對飲料品質的影響

在白砂糖添加量為4%，玫瑰花浸提液料液比為3∶100（g/mL），梨汁添加量為20%的條件下，對抗壞血酸添加量為0、0.02、0.04、0.06、0.08 g/100 mL 時的梨汁玫瑰花飲料進行模糊感官評定。分析得出：未添加抗壞血酸的梨汁玫瑰花飲料模糊感官評定結果向量中的最大值為0.270，位于“較差”附近；抗壞血酸添加量為0.02 g/100 mL 的梨汁玫瑰花飲料模糊感官評定結果向量中的最大值為0.261，位于“一般”附近；抗壞血酸添加量為0.04 g/100 mL 的模糊感官評定結果向量中的最大值為0.304，位于“較好”附近；抗壞血酸添加量為0.06 g/100 mL 的梨汁玫瑰花飲料模糊感官評定結果向量中的最大值為0.270，位于“較差”附近；抗壞血酸添加量為0.08 g/100 mL 的梨汁玫瑰花飲料模糊感官評定結果向量中的最大值為0.290，位于“差”附近。因此，抗壞血酸添加量分別為0、0.02、0.04、0.06、0.08 g/100 mL 時，梨汁玫瑰飲料的質量等級依次為“較差”、“一般”、“較好”、“較差”、“差”，即抗壞血酸添加量為0.04 g/100 mL 時，梨汁玫瑰飲料的感官品質最好。

抗壞血酸不僅可以作為飲料中的抗氧化劑和穩定劑，還能增加飲料的酸度，使飲料的酸甜口感協調柔和。隨著抗壞血酸添加量的增加，其對飲料的透明度和色澤的影響較小，但對飲料的酸甜口感和清甜氣味影響明顯。由于GB 2760—2014[27]中規定抗壞血酸在果蔬汁飲料中的最大添加量為1.5 g/kg，因此抗壞血酸的添加量應在保證達到較為穩定的作用的同時，盡可能減小其添加量。

2.1.4 白砂糖添加量對飲料品質的影響

在玫瑰花浸提液料液比3∶100（g/mL），梨汁添加量20%，抗壞血酸添加量0.04 g/100 mL 的條件下，對白砂糖添加量為1%、2%、3%、4%、5%時的梨汁玫瑰花飲料進行模糊感官評定。分析得出：白砂糖添加量為1%的飲料模糊感官評價結果向量中的最大值為0.270，位于“較差”附近；白砂糖添加量為2%的飲料模糊感官評價結果向量中的最大值為0.261，位于“一般”附近；白砂糖添加量為3%的飲料模糊感官評價結果向量中的最大值為0.304，位于“較好”附近；白砂糖添加量為4%的飲料模糊感官評價結果向量中的最大值為0.304，位于“好”的附近；白砂糖添加量為5%的飲料模糊感官評價結果向量中的最大值為0.261，位于“一般”附近。因此，白砂糖添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%時，梨汁玫瑰飲料的質量等級依次為“較差”、“一般”、“較好”、“好”、“一般”。即當白砂糖添加量為4%時，梨汁玫瑰飲料的感官評定結果最好。

白砂糖的主要作用是增加飲料的甜味，調節飲料的甜度和滋味。白砂糖添加過多會增加飲料整體的含糖量，不利于消費者的身體健康；添加量過少會降低飲料的甘甜滋味，使飲料的口感變差。因此，應在保證飲料感官品質的同時盡可能減少白砂糖的添加量。

2.2 正交試驗結果分析

基于單因素試驗和模糊感官評定，對梨汁添加量、玫瑰花浸提料液比、抗壞血酸添加量和白砂糖添加量4 個因素進行正交試驗。正交試驗結果及分析見表4。

表4 梨汁玫瑰飲料正交試驗結果Table 4 Results of orthogonal experiment for pear-rose beverage

由表4 可知：梨汁玫瑰花飲料的最佳工藝配方為A3B3C2D3，即梨汁添加量30%，玫瑰花浸提料液比4∶100（g/mL），抗壞血酸添加量0.04 g/100 mL，白砂糖添加量5%。極差分析結果表明，各因素對梨汁玫瑰飲料感官評分影響的主次順序為：B（玫瑰花浸提料液比）＞A（梨汁添加量）＞D（白砂糖添加量）＞C（抗壞血酸添加量），即玫瑰花浸提料液比對梨汁玫瑰飲料品質影響最大，其次依次是梨汁添加量和白砂糖，抗壞血酸添加量的影響最小。

2.3 驗證試驗結果分析

根據模糊數學綜合評價分析，對正交試驗的最佳工藝組合進行驗證試驗，得到產品的感官綜合評分為87 分，高于正交試驗的最優組，即驗證試驗與正交試驗結果吻合。

3 結論

通過模糊綜合評定方法，以感官評分為指標，在單因素試驗的基礎上結合正交試驗設計分析，得到梨汁玫瑰飲料的最佳配方為：梨汁添加量30%，玫瑰花浸提料液比4∶100（g/mL），白砂糖添加量5%，抗壞血酸添加量0.04 g/100 mL。在此配方下制作的梨汁玫瑰飲料顏色淺黃清亮，清香甘甜，同時具備玫瑰的芳香和梨汁的甘甜，感官品質最好。