模糊數學模型優化姜露飲品的口味

趙文竹，謝靜怡，于志鵬，*，宋寶雯，李思慧，劉靜波，勵建榮，*，安曉寧

（1.渤海大學食品科學與工程學院/生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧錦州121013；2.吉林大學營養與功能食品研究室，吉林長春130062；3.中糧米業（吉林）有限公司，吉林吉林132101）

模糊數學模型優化姜露飲品的口味

趙文竹1，謝靜怡1，于志鵬1，*，宋寶雯1，李思慧1，劉靜波2，勵建榮1，*，安曉寧3

（1.渤海大學食品科學與工程學院/生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧錦州121013；2.吉林大學營養與功能食品研究室，吉林長春130062；3.中糧米業（吉林）有限公司，吉林吉林132101）

以生姜為主要原料，并以冰糖、紅棗干、檸檬酸、枸杞和桂花為輔料制備生姜露保健飲品。在三元二次回歸模型設計優化生姜露飲品口味的基礎上，結合模糊數學模型綜合評價最優工藝參數并進行驗證。結果表明在生姜質量分數為11.50%，紅棗干質量分數為8.00%、檸檬酸質量分數為0.28%，熬煮15min制備生姜露感官評分最高，口感最佳，且具有明顯的姜辣味和淡淡的花香味，產品均勻澄清無雜質。

生姜露；感官評價；正交組合設計；模糊數學模型評價

生姜為多年生宿根草本植物姜的根莖，其食用部分主要為地下根莖，含有姜油、姜辣素等揮發性成分和姜多糖、姜糖蛋白等非揮發性成分[1]。據FAO統計，2011年世界生姜總產量達到1 687.5萬t，中國是世界上生姜栽培面積最大且生產總量最多的國家，我國生姜年產量現已達到1 000萬t，約占世界產量的45%[2]。生姜味辛、微溫，主治傷寒頭痛、鼻塞、咳逆上氣。生姜熱水浸提液中含有多種活性成分，如姜多糖、姜黃酮及姜辣素等，其中姜辣素能夠刺激胃腸粘膜，能夠有效治療因吃寒涼及寒性食物過多而引起的腹脹、腹痛、腹瀉及嘔吐等。此外，生姜提取物也是冰淇淋、糖果、糕點等食品工業生產中重要的添加劑。目前，生姜主要以鮮食為主，因其過于辛辣而未被廣泛接受。生姜露是以生姜為主要原料，以大棗、桂花、枸杞等為輔料開發的一種具有驅寒、暖胃等功效的保健型飲品，本文通過采用三元二次正交試驗設計對生姜露保健飲品的口味進行優化，旨在解決生姜露的口感問題，并為生姜的精深加工提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生姜、冰糖、枸杞，桂花、紅棗干：購于興隆大家庭購物中心（錦州）；檸檬酸：河南金誠生物科技公司；乳糖鏈球菌素：浙江省天臺縣高新技術產業園區；電磁爐：杭州九陽生活電器有限公司；電子天平：凱豐集團有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 生姜露工藝流程

圖1 生姜露工藝流程Fig.1 The process technology of ginger beverage

1.2.2 生姜露口味配方單因素試驗

以生姜露產品的色澤、風味及澄清度等感官評分為生姜露口味配方的考察指標，在冰糖9.00%、枸杞1.00%和桂花0.05%的條件基礎上，經單因素試驗初步考察生姜的添加量（%）、紅棗干的添加量（%）及檸檬酸的添加量（%）3個因素對生姜露口味效果的影響。

1.2.3 生姜露口味配方調配的回歸模型的建立

生姜露口味配方調配中生姜的添加量（%）、紅棗干的添加量（%）及檸檬酸的添加量（%）3個因素對生姜露口味效果的影響。本試驗采用三元二次回歸正交組合設計[4]，最終確立二次回歸模型，三元二次回歸正交設計因素編碼表見表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 Experiment factors coding table

1.2.4 生姜露的感官指標

以生姜露產品的色澤、氣味和澄清度為食品感官評定的理論基礎[5]，確定生姜露保健飲品的感官評價標準，見表2。為使試驗結果更準確，特邀請老師和學生兩個不同層次25人對本產品進行品評打分。

表2 生姜露保健飲品的感官評價表Table2 Sensory evaluation standards for ginger beverage

色澤：正常無色盲、無顏色喜惡人群參照比色卡給出的顏色。

澄清度：采用散棚室裝置。采用不反光的黑背景，將受試物放到一張白紙上，用20W的日光燈在20 cm處照射。先與黑色背景對照，后與白色背景對照。觀察，如果生姜露澄清度良好，沒有不溶物或渾濁現象出現則澄清度良好。

氣味：按照食品感官評價中評價氣味的要求進行氣味評價。

1.2.5 模糊數學綜合評價模型的建立

在三元二次回歸正交組合設計最優生姜露口味制備參數的基礎上，建立模糊數學[6]綜合評價模型，對最優的生姜露口味參數進行驗證。分別在冰糖9.00%、枸杞1.00%和桂花0.05%的條件基礎上，選取生姜添加量10.00%、紅棗干添加量5.30%、檸檬酸添加量0.12%的條件；生姜添加量11.00%、紅棗干添加量8.00%、檸檬酸添加量0.28%條件及生姜添加量12.00%、紅棗干添加量10.70%、檸檬酸添加量0.39%的條件下制備3組生姜露樣品，分別標記為1號、2號和3號樣品。

1.2.5.1 確定評價對象集U和評語集V

評價對象集U={色澤（u1），澄清度（u2），氣味（u3）}；評語集={優（3分），良（2分），差（1分）}。R是從U到V的一個模糊映射。X是U上的模糊集，表示色澤、澄清度和氣味的加權數。則綜合評判結果Y=X·R。其中X表示加權數集，R是評判矩陣。

1.2.5.2 確定加權數集

利用頻數統計法確定權重。請25位老師和同學對每個因素Ui（i=1，2，3）提出自己的權重分配，然后針對各因素進行單因素權重統計試驗。

1.2.5.3 感官評價標準

生姜露感官評定標準見表3。

表3 生姜露感官評定標準Table3 Sensory evaluation standard of ginger beverage

2 結果與分析

2.1 生姜、紅棗干和添加量對生姜露口味的影響

生姜添加量為7.00%、9.00%、10.00%、11.00%、12.00%、14.00%的條件下預煮15min，隨著生姜添加量的增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢，生姜的添加量對生姜露口味影響見圖2。

圖2 生姜的添加量對生姜露口味影響Fig.2 The effect of gingers on taste of ginger beverage

在生姜添加量低于11.00%時，生姜露中生姜的姜辣味較淡，但呈現辣味逐漸上升的趨勢。生姜添加量在11.00%的條件下評分最高，此時生姜露具有特有的姜辣味，經口入胃后有暖熱感，表明在此條件下生姜露口感最佳，隨著生姜添加量的逐漸增加，姜辣味過于濃烈，口感不易被接受。因此生姜露在生姜添加量11.00%的條件下進行后續的單因素試驗。紅棗干的添加量對生姜露口味影響見圖3。

圖3 紅棗干的添加量對生姜露口味影響Fig.3 The effect of dry dates on taste of ginger beverage

圖3 表明紅棗干添加量為2.00%～12.00%條件下預煮15min，生姜露的感官評分呈先上升后下降的趨勢，在紅棗干添加量低于8.00%的條件下，生姜露中紅棗的棗香味較淡，隨著紅棗干添加量的增加，紅棗干的棗香味過于濃，呈苦澀味，因此紅棗干添加量8.00%的條件下感官評分最高，表明在此條件下生姜露口感最佳。檸檬酸添加量為由0.03%增加到0.35%過程中，隨著檸檬酸的逐漸添加，生姜露的酸度逐漸增加，檸檬酸的添加量對生姜露口味影響見圖4。

圖4 檸檬酸的添加量對生姜露口味影響Fig.4 The effect of citric acid on taste of ginger beverage

口感呈先增加后下降的趨勢。在檸檬酸添加量為0.25%的條件下評分最高，表明在此條件下生姜露口感最佳，因此生姜露在檸檬酸添加量0.25%的條件下進行后續的試驗。

2.2 三元二次回歸正交設計試驗

在單因素的基礎上進行了三元二次回歸正交設計，其結果見表4，并進行了回歸系數的顯著性檢驗、回歸方程檢驗和失擬檢驗。

根據相關系數得到回歸方程：Y=76.081-5.243X3-

表4 三元二次回歸正交試驗結果Table4 Results of quadratic regression orthogonal combination designed

續表4三元二次回歸正交試驗結果Continue table4 Results of quadratic regression orthogonal combination designed

F回=（S回/f回）/（SR/fR）=610.418 268 67＞F0.01（4，12）= 5.41，表明方程在0.01水平下顯著，即置信度為99%。

Flf=（Slf/flf）/（Se/fe）=2.226 380 87＜F0.25（10，2）=3.35，表明方程不失擬，即擬合得好。再根據西爾維斯特不等式判別方程的極值，設在穩定點X0=（X01，X02，...，X0p）處，計算Y對Xj（j=1，2，...，p）的二階偏導數，并且定義行列式Dj，并對3個變量依次計算3個行列式，即：

根據西爾維斯特不等式判別方程可以得出方程有極大值，利用求駐點方法求得極值時，X1=1，X2=0，X3=0.278。通過回歸系數檢驗見表4、回歸方程檢驗F回=610.418 268 67和失擬檢驗Flf＜1，可以認為該方程為最優回歸方程，將因素編碼表代入方程中，即在生姜添加量11.50%、紅棗干添加量8.00%、檸檬酸添加量0.28%條件下熬煮15min所得的生姜露，并經試驗驗證與回歸方程優化結果一致。

2.3 加權數集的確定結果

10位專家對色澤、澄清度、氣味所占權重的調查結果為：色澤的權重0.3；澄清度的權重為0.4；氣味的權重為0.3。

2.4 評價矩陣與結果分析

在校園中隨機選取20名同學分別對色澤、澄清度、氣味進行打分。統計各個試驗組中優、良、差的比例，得到評價矩陣R。試驗結果見表5。

表5 生姜露感官評價結果Table5 Statistical data for sensory evaluation of ginger beverage

將綜合評價結果集中各個量分別對應其相應的分值就可以得到各方案的綜合得分。

表6 各配方的評價得分表Table6 Score of the three recipe

如表6所示，由最后的得分可以明顯看出方案2為最佳方案。

3 結論

本文以生姜為原料，并以檸檬酸、紅棗干和桂花等為主要輔料，經三元二次回歸正交組合設計優化生姜露的口味配方，獲得最優工藝參數，即在冰糖9.00%、枸杞1.00%和桂花0.05%的條件基礎上，生姜質量分數11.50%、紅棗干質量分數8.00%、檸檬酸質量分數0.28%條件下熬煮15min所得的生姜露，具有最高的感官評分，且經模糊數學綜合評價模型進一步驗證了在此制備條件下，生姜露的色澤、氣味及澄清度最佳。生姜露具有驅寒解熱、開胃健脾等功效，生姜露口味的優化為生姜露的產業化實施提供技術參數。

[1]李雨露.姜的功能特性及在食品中的開發應用[J].食品研究與開發.2002,23(4):49-50

[2]朱丹實,梁潔玉,李慧,等.響面設計對牛蒡無糖保健飲料口味的優化[J].食品工業科技,2013,34(21):231-235

[3]中華人民共和國衛生部.GB 2760-2011食品安全國家標準食品添加劑使用標準[S].北京:中國標準出版社,2011

[4]劉靜波,于志鵬,趙文竹,等.蛋清肽酶解工藝及血管緊張素轉化酶抑制活性研究[J].農業機械學報,2010,41(7):147-151

[5]劉振宇,胡林雙,劉尚武,等.馬鈴薯飲料配方的優化研究[J].中國馬鈴薯,2013,27(2):106-111

[6]竇銀花,田懷香,易封萍,等.利用模糊數學感官評價法研究蝦味香精加工工藝[J].食品工業科技,2013,34(8):274-276,281

Optimization of Taste on Ginger Beverage by Fuzzy Mathematic Model

ZHAO Wen-zhu1，XIE Jing-yi1，YU Zhi-peng1，*，SONG Bao-wen1，LI Si-hui1，LIU Jing-bo2，LI Jian-rong1，*，AN Xiao-ning3
（1.College of Food Science and Engineering/National&Local Joint Engineering Research Center of Storage Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products，Bohai University，Jinzhou 121013，Liaoning，China；2.Lab of Nutrition and Functional Food，Jilin University，Changchun 130062，Jilin，China；3.COFCO Rice（jilin）Limited，Jilin 132101，Jilin，China）

The healthy ginger beverage with raw materials of ginger，sugar，dried dates，citric acid，medlar and osmanthus was prepared.The sensory evaluation of ginger beverage was optimized by ternary quadratic regression orthogonal combination design，combining with sensory evaluation method of fuzzy mathematics.The results showed that，the best flavor was obtained with 11.50%ginger，8.00%dry dates and 0.28%citric acid，the boiling time was 15 min.The ginger beverage provided a obvious spicy and floral fragrance，with uniformity and clarify.

ginger beverage；sensory evaluation；orthogonal combination design；fuzzy mathematic model evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.03.016

2016-05-16

國家科技支撐課題“食源性功能肽生物制備技術研究（2012BAD00B03）”；渤海大學博士啟動項目“果蔬多糖類化合物降血糖機制的研究”（0515bs020）

趙文竹（1986—），女（漢），講師，博士，研究方向：植物活性多糖及糖蛋白的結構與功能研究。

*通信作者