基于模糊數學綜合評價研制沙棘復合果汁酵素飲料

尹翔東，劉禹*，張莉，陳一萌，孟雨涵，毛鵬煜

1. 四川省食品發酵工業研究設計院有限公司（成都 611130）；2. 成都中醫藥大學公共衛生學院（成都 611130）

沙棘（sea-buckthorn），又稱為醋柳、酸刺，含有黃酮、鞣質、萜類、多糖、維生素等多種活性成分[1-8]。世界上所有從沙棘屬植物中分離鑒定出黃酮類化合物有50多種[9]，三萜類化合物20多種，還含有多種多糖[10]及維生素。在降血壓、血脂，防治動脈硬化等方面具有效調節作用，并對預防心腦血管疾病如冠心病、心肌梗塞等具有良好的效果[11]。試驗以沙棘為主要原料，開發一種沙棘復合果汁酵素飲料，一方面可以促進沙棘的精深加工，提高沙棘綜合利用附加值，從而推動沙棘相關產業的發展；另一方面可以作為一種特色的功能型酵素制品，符合時下的熱點消費市場[12]，增加相關產品的品類豐富度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙棘（松潘縣夏旭冬日天然沙棘食品有限公司）；水果胡蘿卜、番茄、一級白砂糖（市售）；植物乳桿菌PC170（四川益動源生物科技有限公司）。

1.2 主要儀器與設備

DH-500AB型臺式電熱恒溫培養箱（北京科偉永興儀器有限公司）；HH-8型恒溫水浴鍋（上海力辰邦西儀器科技有限公司）；SP968型豆漿機（浙江蘇泊爾股份有限公司）；TD5A-WS型高速離心機（湘潭湘儀儀器有限公司）；ESJ200-4B型分析天平（南北儀器有限公司）。

1.3 工藝流程

沙棘原料→料液比1∶3（g/mL）稀釋→①

胡蘿卜削皮、切塊、煮熟→料液比1∶2（g/mL）稀釋→②西紅柿冷凍、剝皮→料液比1∶2（g/mL）稀釋→③①+②+③→調配→滅菌→接種→發酵→離心→滅菌→灌裝

1.4 工藝要點

1.4.1 原料預處理

沙棘原漿于8.5 μm濾網過濾，按料液比1∶3（g/mL）加水進行稀釋。胡蘿卜去皮，切成每塊約3 mm厚的圓片，加入沸水中煮30 min，煮軟后迅速撈起，稱重，以料液比1∶2（g/mL），加水打漿。西紅柿冷凍，去皮，稱重，以料液比1∶2（g/mL）加水打漿。

1.4.2 調配

根據預試驗結果確定復合果汁配方：沙棘汁20%，胡蘿卜漿24%，西紅柿漿10%。按比例添加白砂糖，加水補至100%。混合均勻后在80 ℃下水浴30 min，冷卻至40 ℃左右，按比例接種發酵劑。

1.4.3 發酵工藝

在設定好的恒定溫度下進行發酵，發酵結束后取出進行離心，轉速4 000 r/min，離心10 min，分離收集上清液進行滅菌，滅菌溫度80 ℃，滅菌時間30 min，滅菌后進行灌裝。

1.5 試驗設計

1.5.1 單因素試驗設計

根據沙棘復合果汁酵素的配方與工藝流程，在工藝條件和其他配方因素相同的條件下，分別針對白砂糖添加量（10%，12%，14%，16%和18%）、發酵劑接種量（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%）、發酵時間（12，24，36，48和60 h）、發酵溫度（20，25，30，35和40 ℃）4個因素運用模糊數學感官評分為評價指標，計算出最高評分，據此確定各因素的適宜參數。

1.5.2 正交試驗設計

依據單因素的試驗結果，從中選擇白砂糖添加量（A）、發酵劑接種量（B）、發酵時間（C）、發酵溫度（D）最適宜的3個水平，采用L9(34)正交表，進行四因素三水平的正交試驗，以感官評分為評價指標，篩選出最優的加工工藝。

1.6 測定項目

1.6.1 感官評價分法及標準

挑選食品專業的研究人員10人組成感官評價小組，參考GB 7101——2015《食品安全國家標準 飲料》分別對沙棘復合果汁酵素的色澤、滋味、氣味和組織狀態進行感官評價。結合試驗設定各評定項目的固定權重，見表1。感官評價標準見表2。

表1 感官評分權重分配表

表2 沙棘復合果汁酵素飲料感官評定標準

1.6.2 pH測定

pH參考GB 5009.237——2016《食品安全國家標準食品pH值的測定》進行。

1.6.3 可溶性固形物含量測定

可溶性固形物含量參照NY/T 637——2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射法》進行測定。

1.6.4 總酸的測定

總酸參考GB 12456——2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》進行測定。

1.6.5 超氧化歧化酶（SOD）活性測定

1.6.6γ-氨基丁酸測定

γ-氨基丁酸參考QB/T 4587——2013《γ-氨基丁酸》的方法進行測定。

1.6.7 沙棘酵素衛生安全檢測

根據GB 4789.2——2016《菌落總數測定》、GB 4789.35——2016《乳酸菌檢驗》和GB 29921——2021《預包裝食品中致病菌限量》對發酵生產的沙棘復合果汁酵素飲料進行微生物及致病菌檢測。

1.7 模糊數學模型

參考李子晗等[14]、王瑜等[15]的方法建立沙棘復合果汁酵素飲料產品模糊數學感官評價方法，即U=（色澤、滋味、氣味、組織狀態）。品評人員對每個因素按照優、良、中、差4個等級進行評定，即V=（V1，V2，V3，V4）=（優，良，中，差）。在計算評分時，V1=9分，V2=7分，V3=5分，V4=2分。根據色澤、滋味、氣味、組織狀態在沙棘復合果汁酵素飲料感官評定中的作用，確定各質量因素的權重，分別為色澤（0.20）、滋味（0.40）、氣味（0.24）、組織狀態（0.16），記為X=（X1，X2，X3，X4）=（0.20，0.40，0.24，0.16），且X1+X2+X3+X4=1。根據感官指標，設定兩個判斷域：因素集，即感官評定指標U=（U1色澤，U2滋味，U3氣味，U4組織狀態）；判定集，即感官質量評語集V=（V1，V2，V3，V4）=（優，良，中，差）。從U到V的一個模糊映射R，設U上模糊集為（U1，U2，U3，U4），表示色澤、滋味、氣味、組織狀態的加權數，則有感官綜合得分M=U×R。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 白砂糖添加量對沙棘復合果汁酵素飲料感官評價結果影響

選取預試驗調配好的復合果汁，分別選擇加入10%，12%，14%，16%和18%白砂糖，接種3%發酵劑，在30 ℃恒溫條件下培養36 h，進行感官評定，投票結果如表3所示。

作者對學術期刊的抵制無疑與期刊在編輯出版中不能滿足學術發展的需要，得不到科學共同體的認可有關。 可能更重要的原因是，期刊在編輯出版工作中，不能遵守學術出版道德規范，侵犯了作者的利益。 尤其是在決定稿件能否出版的過程中，決定權掌握在審稿者、編輯人員和出版者手中，而如果他們沒有樹立出版倫理規范的意識，沒有自覺遵守著作權的法律法規，就會有意或無意地侵犯作者的學術利益或經濟利益，失去作者對學術期刊的信任。 這種有意或無意的傷害是造成作者抵制學術期刊的重要原因。

表3 白砂糖添加量對感官評價投票結果

通過投票結果建立隸屬度矩陣Ri，將權重集合X乘以隸屬度矩陣Ri，通過模糊矩陣合成運算得到隸屬度向量Mi。根據表3，將白砂糖添加量的評價結果寫成模糊綜合感官評價矩，分別為：

在計算評分時，V1=9分，V2=7分，V3=5分，V4=2分，則得出的感官評分為：M1=（0.35 0.24 0.33 0.08）×（9 7 5 2）=6.64，M2=（0.39 0.48 0.130.00）×（9 7 5 2）=7.53，…，M5=（0.47 0.41 0.12 0.00）×（9 7 5 2）=7.70。

根據計算出的感官評分結果繪制成圖1。

圖1 白砂糖添加量感官評分結果

沙棘復合飲料酵素的白砂糖添加量18%時，感官評分得到最大值，感官評分為7.70分。隨著白砂糖添加量的減少，感官評分隨之降低，因此，適宜的白砂糖添加量在18%左右。張莉等[16]在紅茶菌萊陽梨發酵飲料的試驗結果表明，糖添加量一般會在變量中間取得最高值。但試驗出現感官評分隨著白砂糖添加量增加而增加的現象。其原因可能是白砂糖添加量12%時，添加量較少，此時酸味較突出。隨著白砂糖添加量增加，至添加量14%左右，部分糖開始抑制部分植物乳酸菌的發酵，酸味開始變弱[17]。繼續增加糖添加量，至添加量16%左右，甜味開始明顯。

2.1.2 發酵劑接種量對沙棘復合果汁酵素飲料感官評價結果影響

參照白砂糖的評判方法評判發酵劑添加量，計算出發酵劑添加量組別感官評分，依次為M1=7.18，M2=7.46，M3=7.83，M4=7.46，M5=7.46，如圖2所示。

圖2 發酵劑接種量感官評分結果

沙棘復合飲料酵素飲料的發酵劑接種量0.3%時，感官評分得到最大值，感官評分為7.83分。發酵劑接種量的增加或者減少，都會降低感官評分。參考郭偉峰等[18]用桑葚制作酵素飲料的發酵劑接種量10%來看，此試驗的菌接種量較少，探求其原因可能是與發酵時間、接種的菌種等有關。郭偉峰等[18]的發酵時間為24 h，接種的菌種為醋酸菌，其發酵時間較短，菌種不同，因此此次試驗可能需要較小的發酵劑接種量。但發酵菌接種量與發酵時間、接種何種菌之間具體呈何種關系，還有待進一步試驗研究。

2.1.3 發酵時間對沙棘復合果汁酵素飲料感官評價結果影響

參照白砂糖的評判方法評判發酵時間，計算出發酵時間組別感官評分，分別為M1=6.79，M2=7.01，M3=7.09，M4=6.60，M5=6.27，繪制成圖3。

圖3 發酵時間感官評分結果

根據圖3可得出，沙棘復合飲料酵素飲料的發酵時間36 h時，感官評分得到最大值，感官評分為7.09分。王巨成[19]研究表明沙棘原漿的最佳發酵時間為40 h，與該試驗得出的發酵時間相接近，因此在后續正交試驗中可以設置包括40 h以內的水平，進行細化研究。

2.1.4 發酵溫度對沙棘復合果汁酵素飲料感官評價結果影響

參照白砂糖的評判方法評判發酵溫度，計算出發酵溫度組別感官評分，分別為M1=7.56，M2=8.12，M3=7.66，M4=6.870，M5=4.94，根據此感官評分繪制成圖4。

圖4 發酵溫度感官評分結果

當沙棘復合飲料酵素飲料的發酵溫度超過25 ℃時，感官評分逐漸降低，溫度25 ℃時感官評分達到最大值，感官評分為8.12分。這可能與發酵溫度過高會導致原料的果蔬味揮發、變味等原因有關。蔡文超等[20]制作沙棘葡萄復合發酵飲料時得到相同的結果。因此，沙棘復合飲料酵素最適宜發酵溫度在25 ℃左右。

2.2 正交試驗結果與分析

根據單因素試驗結果，從中選擇發酵時間、白砂糖添加量、發酵劑接種量、發酵溫度最適宜的3個水平，正交試驗因素水平表見表4。采用L9(34)正交表，進行四因素三水平的正交試驗，感官評價結果見表5，正交試驗結果見表6。

表4 沙棘復合果汁酵素正交試驗因素水平表

表5 正交試驗感官評價結果

表6 沙棘復合果汁酵素正交試驗結果

比較4個因素的R值大小，得出4個因素對沙棘復合果汁酵素飲料的影響主次關系：C＞D＞A＞B，即影響最大的是發酵時間，然后是發酵溫度，再次是白砂糖糖添加量，影響最小的是發酵劑接種量。根據K值大小得出每個因素的最優水平：A1B3C3D3，此條件正是正交試驗第3組條件，因此不需要再進行驗證試驗。正交試驗第3組感官評分最高，為8.46分。最終確定的沙棘復合果汁酵素飲料最佳生產工藝為白砂糖添加量17%、發酵菌接種量0.35%、發酵溫度27 ℃、發酵時間42 h，在此條件下得出的胡蘿卜沙棘番茄復合果汁飲料的風味、口感等感官評價最佳。

2.3 產品質量結果

2.3.1 感官品質

最佳發酵條件下的產品的色澤呈橙黃色，均勻，鮮亮；品嘗起來無異味，沙棘味、番茄味與胡蘿卜味協調，具有適當酸甜味，讓人增食欲；氣味總體屬于酸甜味，其中沙棘味、胡蘿卜味與番茄味協調，不會有某個味道過于突出，無異味；其組織狀態均勻細膩，無顆粒，無懸浮物，久置也無沉淀物。

2.3.2 綜合評價

在最佳條件下，沙棘復合果汁酵素飲料理化指標和微生物指標結果見表7和表8。

表7 沙棘復合果汁酵素理化指標

表8 沙棘復合果汁酵素微生物指標

在最佳條件下制備沙棘復合果汁酵素飲料菌落總數為70 CFU/mL，低于行業標準100 CFU/mL；霉菌、大腸桿菌、沙門菌、金黃色葡萄球菌均未檢出；可溶性固體物含量為16%，pH為4、總酸為17.49 g/100 g，SOD酶活性和γ-氨基丁酸含量遠超同類產品，分別為2.53×105U/L和85.47 mg/kg。所有指標均符合QB/T 5323——2018《植物酵素》要求。

3 結果與討論

試驗以沙棘為主要研究對象，復配胡蘿卜和番茄，與已報道的研究相比[21]，更有利于緩解沙棘的酸味，并在一定程度上增加果蔬的鮮味。通過分析白砂糖添加量、發酵劑接種量、發酵溫度和發酵時間4個因素對復合果汁酵素的影響，得到沙棘復合果汁酵素飲料的最佳工藝條件，分別是糖添加量17%、植物乳桿菌接種量0.35%、發酵時間42 h、發酵溫度27 ℃，此時感官評分為8.46分。在此條件下發酵得到的沙棘復合果汁酵素飲料色澤、滋味、氣味、組織狀態4個指標都最優，并進行驗證和基本的指標檢測，結果符合相應產品質量標準。該試驗對理論研究和實際生產均具有一定指導意義。