響應面法結合模糊評價優化油橄欖果渣飲料發酵工藝

◎ 王 鍇，石慶東，張成毅，王福偉，楊琴琴，虞歡歡，古小露

（1.重慶第二師范學院生物與化學工程學院，重慶 400067；2.重慶第二師范學院 脂質資源利用及兒童日化品研發重點實驗室，重慶 400067；3.重慶食品工業研究所有限公司，重慶 400010）

橄欖果渣是指橄欖果榨取橄欖油之后所剩余的固體廢料以及橄欖皮等部分，果渣中含有橄欖多酚、脂肪酸、纖維素等有益成分。在傳統工藝中，它們多被用于生產橄欖渣油。橄欖果渣油被廣泛用于制藥、化妝品、食品等領域。此外，橄欖果渣被用于制作飼料、肥料和木材等。近年來，越來越多的研究表明，橄欖果渣油還具有抗氧化、抗菌、降血糖、降血脂等多種保健功效[1]。因此，橄欖果渣的進一步開發和利用已經成為一個備受關注的研究領域。

在橄欖果渣的食品應用方向，蘇瑤等[2]通過在米酒釀制過程中添加橄欖果渣制作了一種風味獨特的橄欖果渣酒；古小露等[3]在傳統酥性餅干基礎上添加油橄欖果渣和果渣粉，豐富餅干營養成分，研發出一款口感層次豐富、酚類成分含量較高的酥性餅干。兩者都在一定程度上利用了橄欖果渣中含量豐富的多酚類物質，減少了橄欖果渣的浪費。但酒品有一定的局限性，受眾較小；餅干加工過程會導致一部分酚類物質丟失，因此本文對橄欖果渣酒飲料發酵工藝進行研究，以期研發出一種橄欖果渣酒飲料，促進橄欖果渣的進一步開發和利用。

發酵是指微生物在有氧或者無氧條件下的代謝過程。在橄欖果渣酒飲料的生產過程中，發酵可以產生酒精以及其他香氣物質，因而發酵對于產品風味和感官特性的影響極其深遠。本實驗主要探究發酵工藝對于橄欖果渣酒飲料的影響。通過查閱文獻發現，影響發酵的主要因素有發酵溫度、發酵時間、酵母添加量和初始糖度值[4-6]。本實驗先進行發酵工藝的單因素試驗，研究發酵溫度、發酵時間、酵母添加量、初始糖度值等因素的最佳范圍[7]。再以感官評分為響應值，在單因素試驗的基礎上進行響應面試驗，確定發酵溫度、發酵時間、酵母添加量、初始糖度值這些因素的最佳水平，獲得橄欖果渣酒飲料最佳的發酵工藝。

1 材料與設備

1.1 材料與試劑

油橄欖果渣，重慶江源油橄欖開發有限公司；白砂糖，超市購買；三氯蔗糖，安徽金禾實業有限公司；單寧酶，凱源生物科技有限公司；安琪果酒酵母，安琪酵母股份有限公司；葡萄糖，西王藥業有限公司。

1.2 儀器與設備

C21RK2106 電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；YH-M3000g 電子天平，五鑫衡器有限公司；WZB 85 恒溫培養箱，深圳市三莉科技有限公司；DHP-9032 折光儀上海儀，電光學儀器有限公司。

2 實驗方法

2.1 油橄欖果渣飲料的基本配方

根據前期研究，油橄欖果渣發酵飲料主要成分配方為油橄欖果渣含量44%、白砂糖含量20%、單寧酶含量1%、三氯蔗糖酶含量0.04%、葡萄糖含量0.3%、飲用水34.66%。

2.2 油橄欖果渣飲料的生產工藝流程及操作要點

油橄欖果渣飲料的生產工藝流程如圖1 所示。

圖1 油橄欖果渣飲料的生產工藝流程圖

（1）預處理。油橄欖果渣經挑選、脫核機脫核和打漿后，進行巴氏消毒（70 ～80 ℃，10 min）；將消毒完畢的油橄欖新鮮果渣放進冷凍干燥機中干燥后備用；將要使用的器具在高壓滅菌鍋中滅菌備用。

（2）脫澀。將干燥好的油橄欖果渣裝入燒杯中，按照1 ∶2 的比例加入飲用水。燒杯中加入混合液質量0.10%的單寧酶和0.015%的三氯蔗糖，在水浴50 ℃條件下保持15 min，進行脫澀處理。

（3）調整成分與酵母菌活化。向脫澀后的油橄欖混合液中加入白砂糖，用手持式糖度計測量糖度，直至糖度達到固定值。按照1 ∶1 的比例加入安琪果酒酵母和葡萄糖，加入適量的35 ℃的溫開水，攪勻，放置于35 ℃水浴中進行活化，直至固體中有氣泡冒出。

（4）油橄欖果渣發酵。將制備的混合液、活化的酵母混合后，轉入潔凈且滅過菌的密封瓶中，混勻，蓋好密封瓶。在適當的溫度下進行發酵，在發酵至7 d左右時溶液出現較多大氣泡，終止發酵。

（5）調配。用紗布先將油橄欖果渣過濾，得到澄清液體，再加入適量糖液，裝瓶。

2.3 油橄欖果渣飲料發酵工藝優化

2.3.1 單因素試驗

（1）發酵時間。根據2.1 的配方制備原料5 份，分別加入1.5 g 釀酒酵母，在25 ℃、初始糖度為30%的條件下進行發酵。分別在3 d、4 d、5 d、6 d、7 d取樣進行糖度測試，并進行感官評分，從而確定最佳發酵時間的范圍。

（2）發酵溫度。根據2.1 的配方制備原料5 份，分別加入1.5 g 釀酒酵母，設置初始糖度為30%，在15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃下均發酵5 d。分別對不同溫度下的產品取樣進行糖度測試，并進行感官評分，確定飲料的發酵溫度范圍。

（3）酵母添加量。根據2.1 的配方制備原料5 份，分別加入0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g 釀酒酵母，設置發酵溫度為25 ℃，初始糖度為30%，發酵5 d。分別對不同酵母添加量的產品取樣進行糖度測試，并進行感官評分，確定酵母添加量范圍。

（4）初始糖度。根據2.1 的配方制備原料5 份，分別加入1.5 g 釀酒酵母，設置發酵溫度為25 ℃，分別設置初始糖度為25%、30%、35%、40%和45%，發酵5 d。分別對不同初始糖度下的產品取樣進行感官評分，確定初始糖度范圍。

2.3.2 響應面試驗方案設計

表1 響應面試驗因素水平表

2.4 指標測定

2.4.1 糖度測定

油橄欖果渣飲料中糖度的測量由手持糖度計確定。

2.4.2 產品的模糊感官評定

感官評定是食品開發中一種非常實用的方法，能對消費者的實際感覺從多方面進行直觀評價。但由于進行評定的主體是人，評定結果非常容易受到感官品檢員的個人喜好和評定組成員組成的影響，所以本次實驗引入模糊感官評定的方法對產品進行評定。模糊感官評定在常見的食品感官評定中引入了模糊數學評判，通過模糊矩陣將評價結果量化，排除主觀性。本文選取10 位有感官評判經驗的食品專業人員，在感官評定室進行感官評定。

（1）因素集的確定。由于《食品安全國家標準 發酵酒及其配制酒》（GB 2758 2012）對于產品的感官評定要求為“應符合相應產品標準的有關規定”，但目前沒有橄欖果渣發酵酒飲料的國家標準或者行業標準，所以本文參照行業標準《橄欖制品》（NY/T 710 2003） 、國家標準《固體飲料》（GB/T 29602 2013），對產品的色澤、香氣、口味、風格進行評價，并據此設計表2。

表2 油橄欖果渣飲料模糊感官評定標準表

因素集指的是影響被評判樣品質量的指標集，表示為U=(u1,u2, ,ui, ,um)，其中U為因素集，ui為第i個因素。對于油橄欖果渣酒飲料的感官評定，可以確定其中4 項指標組成的因素集，U=(色澤u1，香氣u2，口味u3，風格u4)。

寶璣先生一生共創作35枚陀飛輪時計，其中已知存留于世的不到10枚。西班牙波旁王朝唐·安東尼奧（Don Antonio）親王于1808年購入的No. 1188陀飛輪精準計時懷表是品牌史上頂級時計杰作之一。這款懷表將自2018年6月26日起進駐設立于寶璣蘇黎世精品店的寶璣博物館進行展出。此外，寶璣還珍藏著另外兩枚極具歷史意義的陀飛輪懷表，分別為寶璣先生于1809年售出的No.1176以及于1812年售出的No.2567，其原始記錄一并貯存，記載下了每一步歷史創作的過程。

（2）評語集的確定。評語集指的是被評樣品所屬質量級別的集合，以V=(v1,v2, ,vi, ,vm)表示。其中，V是評語集，vi指的是第i級評定語。通過探討，選擇橄欖果渣酒飲料的評語集為V=(優v1,良v2,中v3，差v4)，各級評定語對應的感官評定標準見表2。

（3）權重集的確定。10 名感官評價員分別對橄欖果渣酒飲料的4 個因素（色澤、香氣、口味、風格）的重要性進行打分，總分為100 分，得分越高代表質量因素越重要，所占權重越大，結果如表3 所示。最終確定了橄欖果渣酒飲料的色澤、香氣、口味、風格權重分別為0.1、0.2、0.3、0.4。所以，橄欖果渣酒飲料的權重集X=(0.1,0.2,0.3,0.4)。

表3 權重集的確定表

（4）建立模糊矩陣。根據對各組樣品進行的感官評判可以得到不同因素的評價結果，可以得到如Uj的模糊矩陣。其中，j=1,2,3,4,5,6,7,8,9，為樣品編號，每一行代表一個評價因素的評價結果。對每種橄欖果渣酒飲料樣品可得到矩陣，并進行歸一化。依據模糊變換原理：Y=X·U，則對第j號樣品的綜合評價結果為Yj=X·Uj。

（5）模糊評價綜合得分。分別賦予優秀、良好、中等和較差4 個等級得分為90 分、80 分、70 分和60 分。將2.4.6 中得到的Yj中的各個量乘以對應的分數再相加，便可以得到對應樣品的感官得分。

3 結果與分析

3.1 單因素試驗結果與分析

3.1.1 發酵時間對油橄欖果渣飲料的影響

如圖2所示，隨著發酵時間的延長，糖度逐漸減小，3 ～6 d 下降明顯，但第6 天開始糖度下降趨勢平緩。隨著發酵時間的延長，酒精等代謝產物累計含量升高，導致酵母的生物活性受到抑制而降低，所以糖度降低開始放緩，在降低到一定程度后趨于平穩。隨著發酵時間的增加，感官評分先增大后減小，在5 d 時發酵的油橄欖果渣飲料口感舒適，透明度良好，符合油橄欖果渣飲料的基本要求，感官評分最高。

圖2 發酵時間對油橄欖果渣飲料糖度和感官評分的影響圖

3.1.2 發酵溫度對油橄欖果渣飲料的影響

由圖3 可知，在初始糖度為30%的情況下，溫度對發酵起著重要的作用。從糖的消耗量上來看，15 ～20 ℃時，糖的消耗量隨著發酵溫度的升高出現降低的趨勢，在25 ℃時糖度最低，糖的消耗量最大。可能因為此時酵母的活性最強，進行大量的生理活動，所以糖的消耗量最大。隨著發酵溫度的升高，感官評分也呈現先上升后下降的趨勢，25 ℃時油橄欖果渣飲料所得感官評分最高，風味最佳，無異味，具有特有的油橄欖風味。由此可確定酵母的最佳發酵溫度范圍為20 ～30 ℃。

圖3 發酵溫度對油橄欖果渣飲料糖度和感官評分的影響圖

3.1.3 酵母添加量對糖度和感官品質的影響

由圖4 可知，隨著酵母添加量的增加，發酵強度增大，糖度逐漸減小，可知酵母添加量對糖度影響較大，酵母添加量越多，代謝所需能量越多，消耗糖分越多。對于感官分析可知，酵母添加量為1.0 g 時，口感舒適，味道最佳，減少或者增加酵母含量都會導致口感降低。

圖4 酵母添加量對油橄欖果渣飲料糖度和感官評分的影響圖

3.1.4 初始糖度對油橄欖果渣飲料感官評分的影響

初始糖度為35%時，油橄欖果渣飲料口感協調柔和，初始糖度＞35%時，糖度過高，會影響酵母的發酵作用，致使油橄欖果渣飲料感官品質下降。由圖5可知，初始糖度為35%時口味最佳。由此可知，初始糖度的最佳范圍在30%～40%。

圖5 初始糖度對油橄欖果渣飲料感官評分的影響圖

3.2 模糊評價

根據響應面試驗方案設計的要求，對實驗組的產品的色澤、香氣、口味、風格4 個方面進行評價。以第1 組的感官評價結果為例，評定結果見表4。

表4 組合1 的評定結果表

由表4 可知，10 個人對組合1 的色澤評價結果：4 人認為優、4 人認為良、2 人認為中、0 人認為差。對香氣的評價結果：3 人認為優、5 人認為良、2 人認為中、0 人認為差。對口味的評價結果：4 人認為優、3 人認為良、3 人認為中、0 人認為差。對風格的評價結果：3 人認為優、4 人認為良、3 人認為中、0 人認為差。因此可得V色澤=(0.4,0.4,0.2,0)，V香氣=(0.3,0.5,0.2,0)，V口味=(0.4,0.3,0.3,0)，V風格=(0.3,0.4,0.3,0)，將以上4 個因素轉化為矩陣可得

根據模糊變換原理：Y=U·R，對組合j號樣品的綜合評價結果為Yj=X·Uj，因此1 號產品的綜合評價結果為

感官評分計算：Z1=0.36 90+0.39 80+0.25 70+0 60=81.1。

同理可得其余實驗組合的感官得分，見表5。

表5 油橄欖果渣飲料配方優化響應面法實驗設計與結果表

3.3 發酵工藝響應面試驗結果分析

在單因素實驗結果分析的基礎上，采用了Box-Behnken 實驗設計，得到回歸方程為

由表6 的回歸分析可知，回歸模型P＜0.01，極顯著，而失擬項P＞0.05，不顯著，說明該二次回歸模型顯著，油橄欖果渣飲料配方優化試驗的結果可以用該模型預測。由該方程的一次項系數可知，4 個因素對感官評分影響的順序是C＞A＞D＞B。

表6 響應面法對配方優化的ANVOA 分析表

圖6結果顯示，發酵時間、發酵溫度、酵母添加量、初始糖度之間的交互作用對橄欖渣飲料的感官評分都有一定的影響。在這4 個因素中，酵母添加量與初始糖度之間的相互作用對復合飲料的感官評分影響最大，先上升后下降。這主要是由于低劑量時，飲料的口感、色澤和風格都隨著代謝產物的增加而提升，但超過最佳劑量時也會由于代謝產物的累積而變差。

圖6 油橄欖果渣飲料感官評分的響應面和等高線圖

經過軟件計算分析得出油橄欖果渣飲料的最佳配方和工藝為發酵時間5.198 7 d，發酵溫度25.17 ℃，酵母添加量1.259 g，初始糖度36.088%。在此配方下，制得的飲料感官評分為85.066 分。結合實際情況，對數值進行修約，并在發酵時間5 d、發酵溫度25 ℃、酵母添加量1.3 g、初始糖度36%發酵條件下進行3 次驗證性實驗，得該飲料的平均感官評分為86.82 分。

4 結論

本文采用模糊感官評價法替代傳統的感官評價方法，提高了測試結果的準確性，使其結果更加客觀可靠。采用響應面法結合模糊感官評價結果對橄欖渣飲料的配方進行優化，得到最佳配方為發酵時間 5 d、發酵溫度25 ℃、酵母添加量1.3 g、初始糖度36%，此配方下制得的油橄欖果渣飲料感官評分為86.82 分，其具有油橄欖果渣獨有的淡黃色，外觀透明發亮，酒香偏淡，口感豐富味道協調，風格良好。