基于模糊數(shù)學法感官評價優(yōu)化果薯酸奶工藝的研究

張志威，周文喜，秦雪姿，馬云嘯，倪 娜，李 華，王 華

（1. 內(nèi)蒙古民族大學，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2. 通遼市農(nóng)牧科學研究所，內(nèi)蒙古 通遼 028043）

酸奶因其健康營養(yǎng)、防癌、具有清除自由基、抗衰老、降血壓等諸多保健功能而深受消費者的青睞[1-3]。紫薯素有“抗癌大王”之稱，其中含有的膳食纖維、紫薯糖蛋白等物質(zhì)，可有效預(yù)防癡呆、減輕眼部疲勞、預(yù)防和減少腸炎的作用[4-5]?；瘕埞址Q紅龍果、龍珠果等，是集水果、蔬菜、花卉、醫(yī)藥為一體的天然食品，具有很高的營養(yǎng)保健價值[6-8]。桑葚又名桑果，口感酸甜，其中含有花青素、兒茶素、山奈酚等共47 種化合物質(zhì)[9-10]。

目前，酸奶色澤與營養(yǎng)功效單一，試驗研制的果薯酸奶，將紫薯脆塊添加到紅心火龍果和桑葚果汁發(fā)酵的酸奶中，一方面具有果色果香，另一方面產(chǎn)品中保留的花青素具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等功效。此外，產(chǎn)品附帶獨立包裝的紫薯脆塊含有的膳食纖維，可以增加飽腹感，滿足消費者對風味、營養(yǎng)及保健功能完美結(jié)合的需求，為功能性發(fā)酵乳產(chǎn)品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與設(shè)備

木糖醇，甘汁園旗艦店提供；乳酸菌（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌），川秀旗艦店提供；純牛奶、紅心火龍果、桑葚，購自當?shù)爻小?/p>

酚酞指示液，氫氧化鈉標準溶液（0.100 mol/L），KCl（0.025 mol/L），CH3CO2Na（0.4 mol/L）。

BSA3202S 型電子天平，北京賽多利斯產(chǎn)品；九陽榨汁機；DNP-9272 型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司產(chǎn)品；電磁爐，浙江愛仕達電器股份有限公司產(chǎn)品；食品溫度計，溫州米特爾智能科技有限公司產(chǎn)品；10N-50A 型真空冷凍干燥機，杭州旌斐儀器科技有限公司產(chǎn)品；海爾冰箱。

1.2 制備工藝

1.2.1 凍干紫薯制備

原材料預(yù)處理→切條→蒸煮→速凍→真空冷凍干燥→切塊→稱量→包裝。

1.2.2 火龍果桑葚酸奶制備

原料乳→標準化→過濾→預(yù)熱→脫脂→均質(zhì)→殺菌→降溫接種（火龍果、桑葚混合果汁） →保溫發(fā)酵→攪拌→封瓶裝口→后熱→抽樣檢查→入庫。

1.2.3 操作要點

（1） 菌種活化。以均質(zhì)后的乳酸菌和牛奶比例1∶150（g∶mL），于42 ℃下發(fā)酵7 h 后，4 ℃理冷藏備用。

（2） 配料混勻。將紅心火龍果果肉切塊后使用榨汁機榨汁，桑葚直接榨汁，經(jīng)濾網(wǎng)去除果肉，并按照一定比例混合均勻。將均質(zhì)后的牛奶和混合果汁混合均勻，按比例加入白砂糖，接入馴化后的菌種，充分攪拌。

1.3 試驗方法

1.3.1 凍干紫薯脆塊工藝條件的確定

根據(jù)凍干紫薯制備工藝，將紫薯條蒸煮至軟糯（10 min）。蒸熟后于-18 ℃下冷凍，分別設(shè)置在1，2，3，4，5 h 時查看紫薯冷凍情況，確定冷凍時間。

將預(yù)冷凍完成的紫薯置于-50 ℃下進行真空冷凍干燥，設(shè)置干燥時間在12，16，20，24，28 h 時考查紫薯條干燥情況，確定干燥時間。

1.3.2 凍干紫薯脆塊包裝質(zhì)量的確定

分別設(shè)置每100 g 酸奶附帶獨立包裝紫薯脆塊5，10，15，20，25 g，將脆塊倒入酸奶中攪拌食用，通過感官評價確定紫薯脆塊最佳包裝質(zhì)量。

1.3.3 火龍果桑葚酸奶單因素發(fā)酵工藝條件的確定

按照果薯酸奶制備工藝，分別考查紅心火龍果汁與桑葚汁質(zhì)量比（4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1）、混合果汁添加量（6%，8%，10%，12%，14%）、木糖醇添加量（1%，2%，3%，4%，5%）、菌種添加量（0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%） 和發(fā)酵時間（3.5，4.0，4.5，5.0，5.5 h） 對果薯酸奶品質(zhì)的影響。

1.3.4 火龍果桑葚酸奶正交試驗設(shè)計

根據(jù)對單因素試驗中木糖醇添加、發(fā)酵時間、混合果汁添加量和菌種添加量4 個因素的試驗結(jié)果進行L9（34）正交試驗，對酸奶進行工藝優(yōu)化。

正交試驗中果薯酸奶因素水平見表1。

表1 正交試驗中果薯酸奶因素水平

1.3.5 模糊數(shù)學感官評價模型的建立

果薯酸奶感官性狀評價因素的合集，設(shè)U={U1，U2，U3，U4}，U1~U4分別表示果薯酸奶的色澤、乳清、組織狀態(tài)和滋味與香氣4 個指標。評語等級論域指各指標評價等級分類的集合，設(shè)V={V1，V2，V3}，V1，V2，V3分別代表優(yōu)、中和差3 個評分等級，并賦予其相應(yīng)的分值95，80，65 分[11-13]。選定5 位學生對果薯酸奶品質(zhì)指標進行評分并取平均值（滿分100 分），各指標分數(shù)占總分比值即為權(quán)重[14-15]，設(shè)Y={Y1，Y2，Y3，Y4}，且Y1+Y2+Y3+Y4=1，Y1~Y4分別表示色澤、乳清、組織狀態(tài)和滋味與香氣。各指標權(quán)重系數(shù)分別確定為Y1=0.1，Y2=0.3，Y3=0.3，Y4=0.3。

參考國標GB 19302—2010[16]制訂感官評價標準。

果薯酸奶感官評價標準見表2。

表2 果薯酸奶感官評價標準

1.4 數(shù)據(jù)分析采用

Design Expert 8.0，Microsoft Excel 2007 和Origin 9.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析并繪圖，單因素試驗、響應(yīng)面優(yōu)化試驗均重復(fù)3 次，結(jié)果以平均值±標準差表示。1.5 理化指標檢測

（1） 酸度測定。按GB 5009.239—2016[17]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（2） 蛋白質(zhì)含量的測定。按GB 5009.5—2016[18]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（3） 脂肪含量的測定。按GB 5009.6—2016[19]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（4） 大腸菌群的檢測。按GB 4789.3[20]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（5） 乳酸菌數(shù)的檢測。按GB 4789.35[21]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（6） 花青素的測定方法。參考閆亞美等人[22]的pH 值示差法進行測定

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學感官評定結(jié)果

由5 名無特殊口味偏好的實驗室成員在食品感評室內(nèi)完成，根據(jù)感官評價標準表分別對果薯酸奶色澤、乳清、組織狀態(tài)、滋味與香氣進行感官評分，每個指標分為優(yōu)、中、差3 個等級。得出每個指標優(yōu)、中、差票數(shù)分布，從而建立模糊數(shù)學矩陣R，再依據(jù)公式D=Y·R，計算果薯酸奶樣品的模糊變換矩陣D，其與優(yōu)、中、差3 個等級代表的分數(shù)（95，80，65） 相乘的結(jié)果之和即為模糊數(shù)學感官評價得分。

以正交試驗9 組中的第一組感官評分值為例，進行模糊數(shù)學感官評定。

樣品1 色澤票數(shù)分布為：優(yōu)0 票，中4 票，差1票，乳清票數(shù)分布為：優(yōu)0 票，中4 票，差1 票，組織狀態(tài)票數(shù)分布為：優(yōu)1 票，中3 票，差1 票，滋味與香氣票數(shù)分布為：優(yōu)0 票，中2 票，差3 票。將優(yōu)、中、差票數(shù)除以5 可得1 組樣品隸屬矩陣：

依據(jù)模糊變換公式D=Y·R，其中權(quán)重系數(shù)Y=（0.1，0.3，0.3，0.3），從而得到樣品1 模糊變換矩陣：

根據(jù)模糊變換矩陣結(jié)果，將各因素分別乘以對應(yīng)等級的賦值再相加得到樣品1 綜合評價得分為

同理，可以得出其他單因素試驗及正交試驗其他組別的感官評分。

2.2 凍干紫薯脆塊試驗結(jié)果

2.2.1 冷凍時間的確定不同冷凍時間下紫薯脆塊凍結(jié)程度見表3。

表3 不同冷凍時間下紫薯脆塊凍結(jié)程度

定時查看紫薯條冷凍情況并進行記錄，如表3所示，當冷凍時間達到4 h 時，紫薯整體凍結(jié)，質(zhì)地脆硬，已達到可進行真空干燥的要求。當時間繼續(xù)增加時，紫薯凍結(jié)情況較4 h 時差別不大，綜合成本和能耗等方面考慮，故選定冷凍時間4 h 為最佳。

2.2.2 真空冷凍干燥時間的確定

不同干燥時間下紫薯脆塊干燥程度見表4。

表4 不同干燥時間下紫薯脆塊干燥程度

定時觀察紫薯條干燥情況進行記錄，如表4 所示，當干燥時間達到20 h 時紫薯條整體酥脆、香味濃郁，可較容易切塊塑形，經(jīng)試驗放入酸奶中10 min 內(nèi)未吸水膨脹，已達到凍干紫薯脆塊要求；當干燥時間大于20 h 時，隨著時間的延長，紫薯質(zhì)地越來越硬，口感較差且不易切斷。故確定紫薯最佳真空干燥時間為20 h。

2.2.3 紫薯脆塊小包裝質(zhì)量的確定

不同紫薯脆塊用量對果薯酸奶風味的影響見表5。

表5 不同紫薯脆塊用量對果薯酸奶風味的影響

由表5 可知，在100 g 酸奶中放入15 g 紫薯脆塊一同食用時，紫薯香味與酸奶風味最為和諧，有輕微飽腹感，故選擇包裝質(zhì)量為15 g 最為適宜。

2.3 單因素試驗結(jié)果

2.3.1 混合果汁配比的確定

混合果汁配比對產(chǎn)品色澤的影響見圖1。

圖1 混合果汁配比對產(chǎn)品色澤的影響

由圖1 可知，紅心火龍果汁與桑葚汁不同配比對果薯酸奶感官色澤影響較大，產(chǎn)品色澤在不同配比下具有不同的色澤狀態(tài)，其中以7∶1 的配比評分最高，為9 分（根據(jù)表3 中色澤評分標準，滿分為10 分），此時產(chǎn)品顏色呈淡粉色均勻一致，有光澤。當火龍果汁占比增加時，色澤過深，飽和度較低；當桑葚汁占比增加時，產(chǎn)品顏色偏紫色，整體顏色較暗，無光澤。因此，確定在后續(xù)單因素試驗及正交試驗中混合果汁配比為7∶1。

2.3.2 木糖醇添加量對酸度的影響

木糖醇添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見圖2。

由圖2 可知，隨著木糖醇添加量的不斷提高，產(chǎn)品酸度呈明顯下降之趨勢。木糖醇可以在適量添加的情況下賦予酸奶甜味，感官得分最高的是木糖醇含量2%，酸甜適中，酸度為83.07 °T，感官評分為80 分。但是繼續(xù)增加木糖醇時酸度明顯下降，過甜的口感使酸奶失去其本身的酸味及奶香味，色澤無影響。

2.3.3 發(fā)酵時間對酸度的影響

發(fā)酵時間對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見圖3。

酸奶的酸度還受到乳酸菌發(fā)酵時間的影響，此期間菌種不斷產(chǎn)生酸，且隨發(fā)酵時間的增加，酸度呈現(xiàn)出明顯的由低到高的變化。由圖3 可知，以果薯酸奶發(fā)酵4.5 h 為最佳，感官評分和酸度分別為83 分和85.5 °T，產(chǎn)品酸甜可口，口味適中。若發(fā)酵期短，則乳液稀，黏度降低，乳香味不明顯；若發(fā)酵時間過久，則酸味較重，香味減少，產(chǎn)品質(zhì)地偏硬，色澤較深。

圖3 發(fā)酵時間對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

2.3.4 混合果汁添加量對品質(zhì)的影響

混合果汁添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 混合果汁添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，當添加不同配比混合果汁時果薯酸奶的感官得分呈現(xiàn)出由升高到降低的變化趨勢，以10%的果汁為最佳，感官評分和酸度分別為85 分和85.76 °T，酸度適中，口感最佳。由于果汁為果薯酸奶提供風味和色澤，添加量過少時水果風味不突出，顏色較淺；當果汁添加量大于10%時產(chǎn)品酸度高達89.42 °T，此時則酸度偏高掩蓋了牛乳本身的香味，滋味稍差，色澤較暗。

2.3.5 菌種添加量對酸度的影響

菌種添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見圖5。菌種添加量會影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)，從圖5 可看出，當菌種添加量為0.8%時，酸度過低，不符合發(fā)酵乳酸度標準；在加入1.2%的菌種時，酸度上升至81.74 °T，其感官得分最高為87 分；但在加入高于1.2%的菌種后，其感官得分開始下降，酸度大幅度升高，導(dǎo)致產(chǎn)品過酸，乳液黏稠，色澤較深。

圖5 菌種添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

2.4 正交試驗結(jié)果分析

根據(jù)5 名品評人員對果薯酸奶9 組樣品指標評分，進行模糊數(shù)學感官評定。

果薯酸奶正交試驗結(jié)果分析見表6，果薯酸奶正交試驗的方差分析結(jié)果見表7。

表6 果薯酸奶正交試驗結(jié)果分析

表7 果薯酸奶正交試驗的方差分析結(jié)果

由表6 和表7 可知，RC>RA>RB>RD，影響果薯酸奶感官得分的因素依次為C>A>B>D，即混合果汁添加量>木糖醇添加量>發(fā)酵時間>菌種添加量，且4 個因素中，混合果汁添加量對產(chǎn)品感官影響極顯著（p<0.01），木糖醇添加量、發(fā)酵時間對產(chǎn)品感官影響顯著（0.010.05）。根據(jù)正交試驗的結(jié)果可知其最優(yōu)工藝組合為A3B3C3D2，由于該組合在正交試驗9 組樣品中并未出現(xiàn)，故進行驗證試驗。在最優(yōu)工藝條件下進行3 次平行試驗，經(jīng)感官評價其評分為92 分，此時酸奶呈現(xiàn)粉紅色，色澤均勻一致，無乳清及其他成分沉淀，入口柔滑，黏性適中，因此果薯酸奶的最優(yōu)工藝為木糖醇添加量3%、混合果汁添加量12%、菌種添加量1.2%，經(jīng)過5 h 的發(fā)酵，后熟12 h。

2.5 理化指標及微生物檢測結(jié)果

按照GB 19302——2010 發(fā)酵乳國家標準[16]對果薯酸奶產(chǎn)品中各項指標及微生物檢測。

理化指標及微生物檢測結(jié)果見表8。

由表8 可知，果薯酸奶的酸度、脂肪、蛋白質(zhì)含量及各項微生物指標均符合國家標準，且產(chǎn)品中含量花青素的量可以達到2.11±0.02 mg/100 g ，說明紅心火龍果及桑葚中的花青素保留在了產(chǎn)品中。

表8 理化指標及微生物檢測結(jié)果

3 結(jié)論

通過試驗表明，凍干紫薯脆塊最佳工藝為蒸煮15 min 后冷凍4 h，冷凍完成后放入真空干燥倉內(nèi)在-50 ℃下干燥20 h，每100 g 酸奶附帶15 g 獨立包裝的紫薯脆塊。經(jīng)真空冷凍烘干后，使紫薯營養(yǎng)及香氣得以最大限度地保存，口感酥脆、硬度適中、香味濃郁，可供消費者直接享用。在單因素試驗基礎(chǔ)上進行正交試驗優(yōu)化，并經(jīng)模糊數(shù)學感官評定得到果薯酸奶的最優(yōu)工藝為紅心火龍果汁與桑葚汁配比7∶1，發(fā)酵溫度43 ℃的條件下，木糖醇添加量3%，混合果汁添加量12%，菌種添加量1.2%，發(fā)酵5 h，后熟12 h 后灌裝，與紫薯脆塊一同包裝，得到最佳果薯酸奶產(chǎn)品。在此配方下，果薯酸奶為粉紅色均勻一致，無乳清及其他物質(zhì)沉淀，入口柔滑，無顆粒感，黏性中等。酸奶酸度為86 °T，奶香氣濃厚，帶有淡淡的怡人果香。與紫薯脆塊一同食用，香味濃郁、酥脆適中，且產(chǎn)品中含有花青素，使產(chǎn)品具有果香果色的同時，還可能具有防癌、抗氧化、提高了機體免疫力等多種功能性質(zhì)，使酸奶的營養(yǎng)功能性更為突出，為功能性酸奶食品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。