模糊數學感官評價法優化紅曲苦蕎茶配方

李 欣,陳劍成,江正星,黃瑞文,陳 紅,林一心,盧紹基,2,4*

(1.廈門塔斯曼生物工程有限公司,福建廈門 361000;2.廈門塔斯曼生物工程有限公司院士工作站,福建廈門 361000;3.福建省工業原料作物學會,福建福州 350000;4.福建省道地藥材生物工程重點實驗室成果應用推廣基地,福建廈門 361000)

紅曲(Fermentumrubrum)為曲霉科真菌紫色紅曲霉接種于稻米(去皮種仁)上,經人工培養制成,始載于《飲膳正要》,在我國有近千年的應用歷史。紅曲在我國的應用源遠流長,是具有藥用和食用價值的典型代表[1]。《本草綱目》記載:“紅曲主治:消食活血、健脾燥胃、治赤白痢下水谷、釀酒破血行藥勢及產后惡血不盡”。2010版藥典上記載:紅曲,甘,性微溫。歸脾、大腸、肝經,具有活血祛瘀、健脾消食、化濁降脂等功效[2]。現代研究表明,紅曲含有多種生物活性物質(如他汀類、脂肪酸、甾醇、生物堿、黃銅等),具有降血脂、降血壓、降血糖、提高免疫力、抗腫瘤、抗疲勞等廣泛的藥理作用[3-5]。目前,紅曲霉研究主要集中于通過紅曲與谷物、肉制品、調味品和傳統乳制品的相互作用,開發功能性酒、醬油、奶酪等產品[6-9],并在市場上銷售;但是利用紅曲霉發酵的普洱茶、綠茶、苦蕎茶等研究仍處于起始階段,相關功能性茶產品的研發可以作為紅曲霉發酵食品的一大突破口[10]。

模糊數學法還可稱為Fuzzy數學,是一種對模糊性的現象進行處理以及研究的數學理論和方法。其應用廣泛,包含醫藥、環境、建筑和食品等方面[11-16]。應用模糊數學法可以依據多種客觀條件進行感官綜合評定,如真實的評價數據、評價體系的構建和權重域等,使用感官指標進行定量,同時采用數學方法科學處理數據,從而降低感官評審員的主觀性評價誤差,使感官評價結果更加客觀、合理和準確。筆者采用模糊數學法對紅曲苦蕎茶配方進行優化,目的是研制出天然健康且具有保健功能的飲品。與傳統感官評價試驗相比,采用模糊數學感官評價法篩選紅曲苦蕎茶的配方及沖泡條件,會更加客觀和科學。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑紅曲米:廈門塔斯曼生物工程有限公司;苦蕎麥:亳州颯楓藥業銷售有限公司;白茶(白牡丹):廈門茶葉進出口有限公司。

1.2 儀器與設備電子天平(PR124ZH/E型,奧豪斯儀器(常州)有限公司);V型混合機(VH-250L型,南靖耀天干燥設備有限公司);不銹鋼破碎機(RS-200T型,廣州雷邁機械設備有限公司);袋泡飲品包裝機(DXDC8IVS型,凱邁機電有限公司);電熱恒溫干燥箱(KYX-100AL型,康恒儀器有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1紅曲苦蕎茶制備工藝流程。紅曲米、苦蕎麥和白茶原料挑剔→粉碎→配料混合→干燥→包裝→成品。

1.3.2操作要點。粉碎:將挑剔好的原料,置于不銹鋼破碎機破碎過篩;混合:按配方比例配料,置V型混合機混合15 min;干燥:混合均勻后,置于電熱恒溫干燥箱80 ℃烘干2 h,水分≤7.0%;內包:投料于袋泡飲品包裝機,包裝每袋凈含量為2 g進行內包,得到成品。

1.3.3紅曲苦蕎茶品評標準。選擇10名有感官評價經驗的評審員組成1個評審小組,對紅曲苦蕎茶的3個因素進行感官品評,共有5個樣品供品嘗,各樣品每次品嘗間隔3 min。每次品嘗前都用溫水漱口,以此來減少試驗誤差[17],感官評價指標共分為4個等級(表1)。

感官評價得分為:

A=a1×0.3+a2×0.3+a3×0.4

式中:a1為紅曲苦蕎茶茶湯評分;a2為紅曲苦蕎茶香氣評分;a3為紅曲苦蕎茶滋味評分。

1.3.4單因素試驗。以紅曲與苦蕎麥比例、白茶添加量、粉碎度、沖泡溫度、浸泡時間、加水量6個因素作為紅曲苦蕎茶工藝優化單因素試驗變量,以感官評價為指標設計單因素試驗。試驗因素與水平設計見表2。

1.3.5正交試驗優化紅曲苦蕎茶配方。選擇紅曲與苦蕎比例、白茶添加量、粉碎度進行3因素3水平正交試驗,以模糊感官評價結果為試驗指標,對紅曲苦蕎茶配方進行優化。試驗設計見表3。

表3 正交試驗因素水平設計

1.3.6模糊數學法的建立。確定評價對象集合U={U1,U2,U3},其中U1代表湯色,U2代表香氣,U3代表滋味;確定評價等級集合I={I1,I2,I3,I4},其中I1、I2、I3、I4分別代表優、良、中、差;權重集a={a1,a2,a3},其中a1,a2,a3分別代表湯色、香氣、滋味,a為指標項目結果所占的比重,試驗中a1、a2、a3所占比重分別為0.3、0.3、0.4。全部進行試驗的樣品組成一個集合,即綜合評判集A。A=a·R,其中a為權重集,R為模糊矩陣[18]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果從圖1～6可以看出,當紅曲與苦蕎麥的比例為1.0∶1.0,白茶添加量為8%,粉碎度為10～20目,沖泡溫度為90 ℃,浸泡時間為5 min,加水量為150 mL時,感官評價最優。因此,最終選擇紅曲與苦蕎麥的比例為1.0∶1.0,白茶添加量為8%,粉碎度為10～20目為水平設計正交試驗,沖泡條件選擇加水量為150 mL,浸泡溫度90 ℃,浸泡時間5 min。

圖1 紅曲與苦蕎麥比例對產品品質的影響Fig.1 Effect of the ratio and tartary buckwheat on product quality of Fermentum rubrum

圖2 白茶添加量對產品品質的影響Fig.2 Effect of white tea addition on product quality

圖3 粉碎度對產品品質的影響Fig.3 Effect of degree of pulverization on product quality

圖4 沖泡溫度對產品品質的影響Fig.4 Effect of brewing temperature on product quality

圖5 浸泡時間對產品品質的影響Fig.5 Effect of soaking time on product quality

圖6 加水量對產品品質的影響Fig.6 Effect of water addition on product quality

2.2 模糊數學法優化產品配方與感官評價對比結果

2.2.1正交試驗。正交試驗因素及水平設計如表4所示。

表4 正交試驗設計

2.2.2模糊感官評定結果。正交試驗模糊感官評定結果如表5所示。

表5 正交試驗模糊感官評定結果

2.2.3模糊矩陣的建立結果。由表5可知,在10人對紅曲苦蕎茶湯色的評價結果中,樣品1有0人認為優,4人認為良,4人認為中,2人認為差,則得到U1=(0,0.4,0.4,0.2),同理得到U2=(0.4,0.6,0,0),U3=(0.4,0.4,0.2,0),把上述得到的3個因素的評價結果寫成一個矩陣為:

同理可得,

2.2.4模糊綜合評判集的計算。根據模糊矩陣變換原理,綜合評判集為權重集×模糊矩陣A=a·R,紅曲苦蕎茶模糊感官綜合評判的結果向量計算如下:

=(0.28,0.46,0.20,0.06)

同理可得,

A2=a·R2=(0.50,0.44,0.06,0)

A3=a·R3=(0.18,0.38,0.36,0.08)

A4=a·R4=(0.62,0.32,0.06,0)

A5=a·R5=(0.44,0.42,0.14,0)

A6=a·R6=(0.42,0.38,0.14,0.06)

A7=a·R7=(0.18,0.54,0.20,0.08)

A8=a·R8=(0.32,0.54,0.14,0)

A9=a·R9=(0.32,0.48,0.20,0)

2.2.5模糊數學綜合感官評價法與感官評價結果比較。如圖7,橫坐標為評價等級,縱坐標為評價人數占比,比較各樣品之間評價等級峰值和評價人數占比。9組樣品的模糊評價結果排序為A4>A2>A5>A6>A8>A9>A1>A7>A3,同時根據每組樣品的感官評價得分結果進行排序A4(86.41)>A5(85.11)>A2(81.98)>A6(80.63)>A9(78.79)>A8(78.57)>A1(75.84)>A7(75.48)>A3(72.38),并根據排序結果作出圖8進行直觀比較。

圖7 模糊曲線Fig.7 Fuzzy curve

圖8 紅曲苦蕎茶綜合品評比較Fig.8 Comparison of comprehensive evaluation of Fermentum rubrum and tartary buckwheat

將2種排序結果結合圖8進行對比可知,模糊數學評價法得到的結果與感官評價結果具有一致性,其他排序結果的圖形走向也是一致的,即使它們不在同一個點上,也說明紅曲苦蕎茶采用模糊數學法進行感官評價是可行的,這2種方法的結果中最優樣品都是A4,樣品A4的工藝參數為紅曲∶苦蕎麥=1.0∶1.0,白茶添加量為6.0%,粉碎度為10～20目。

3 結論

以紅曲、苦蕎麥和白茶為原料,通過復配加工得到紅曲苦蕎茶。采用單因素試驗,以感官評價為指標篩選最優的紅曲苦蕎茶配方及其沖泡條件,在單因素試驗的基礎上,選用正交試驗與模糊數學感官評價法進一步優化紅曲苦蕎茶配方,確定感官品質最佳的紅曲苦蕎茶配方為紅曲∶苦蕎麥=1.0∶1.0,白茶添加量為每包茶袋凈含量的6.0%,選擇的最佳沖泡條件為用150 mL、90 ℃的水,沖泡5 min。沖泡后的紅曲苦蕎茶湯色紅潤澄澈,鮮艷明亮,氣味上不僅有發酵紅曲的曲香味、苦蕎麥的麥香,復配還添加了白茶的清香,口感醇爽。通過復配提高了紅曲經濟附加值,為紅曲精深加工和綜合開發利用奠定了基礎。