D-最優混料設計優化富含番茄紅素復合果蔬酒的主料配比

劉琨毅，劉祥宇，王 琪*，陳 卓，陳雪玲

（1.宜賓職業技術學院 五糧液技術與食品工程學院，四川 宜賓 644003；2.云南農業大學 食品科學技術學院，云南 昆明 650201；3.云南農業大學 園林園藝學院，云南 昆明 650201）

隨著社會的不斷發展，人們對食品安全與健康的要求越來越高，豐富功能性食品的種類、提高其安全性及健康因子的含量成為了目前食品領域的研究熱點[1-2]。其中，番茄紅素（lycopene）是諸多健康因子中較為重要的一種脂溶性類胡蘿卜素（carotenoid）[3-4]，具有抗氧化、提高機體免疫力、防癌抗癌、保護心血管等功效，其抗氧化活性是β-胡蘿卜素的2倍、維生素E的100倍[5-6]。由于人類和動物不能產生番茄紅素[7]，因而果蔬（特別是木鱉果、番茄、胡蘿卜、番石榴、芒果、西瓜、南瓜等）是機體獲取番茄紅素的重要來源[8-10]。

番茄（Solanum lycopersicum）是一種重要的功能性果蔬，不僅富含番茄紅素而且含有能補充人體所需的大部分微量元素，其中千禧果是紅色番茄中番茄紅素含量最高的品種之一，番茄紅素含量可高達350 μg/g[11-12]。芒果（Mangifera indica）果實中含有豐富的糖、蛋白質、粗纖維，而高胡蘿卜素、番茄紅素和維生素C含量是其主要特點[13-14]，LIANG M H等[15]研究發現，“臺農1號”芒果品種果實中番茄紅素（77 μg/g）及類胡蘿卜素含量較高。南瓜（Cucurbita moschataDuch）作為一種高產量農作，其番茄紅素含量高于一般蔬菜類作物[16-17]，密本南瓜更是富含氨基酸、礦物質、類胡蘿卜素和番茄紅素（約74 μg/g）等營養成分[18]。枇杷（Eri-obotrya japonica）因含有較為豐富的黃酮類、酚類和苦杏仁苷等活性成分，故具有潤肺止咳與健胃等的功效[19]，其中“大五星”枇杷中的番茄紅素含量（約37 μg/g）高于其他常見品種[20-21]。

復合果蔬酒是利用兩種或多種水果或蔬菜釀造而成的低酒精度飲品，含有多種營養物質及保健功效，并以其特有的風味和品質深受消費者的喜愛[22-23]。因復合果蔬酒原料的風味特征存在一定的差異性，不同原料的使用比例是影響最終產品感官特性的重要因素之一[24]。模糊數學感官評價法是在傳統感官審評方法的基礎上進行優化，可獲得更加客觀、準確的結果[25]。基于此，本試驗以感官評分及番茄紅素含量作為評價指標，以番茄（千禧果）、芒果（臺農1號）、南瓜（密本）、枇杷（大五星）為原料，采用模糊數學感官評價法結合D-最優混料設計[26-27]優化復合果蔬酒的主料配比，為番茄、芒果、南瓜和枇杷等果蔬資源的開發利用提供一定的參考價值及新型復合果蔬酒的研發提供指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮番茄（千禧果）、芒果（臺農1號）、南瓜（密本）、枇杷（大五星）、蔗糖（食品級）：市售；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）CICC31482：宜賓職業技術學院菌種保藏中心；果膠酶（酶活105U/mL）：上海杰兔工貿有限公司；偏重亞硫酸鉀（分析純）、維生素C（純度≥99.0%）：桂林寶鉆食品有限公司；其余試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

BS210S型電子分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；W-CJ-2FD型超凈工作臺：蘇州凈化設備有限公司；DHP-9162型電熱恒溫培養箱：上海一恒科學儀器有限公司；723型可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；SPHs-3c型精密pH計：上海理達儀器廠；LXJ-IIB低速大容量多管離心機：鄭州長城工貿有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 復合果蔬酒的釀造工藝流程[23]

新鮮果蔬→分選→清洗→去皮、去核、去梗→榨汁→酶解→過濾→混合→添加蔗糖、偏重亞硫酸鉀與維生素C→巴氏滅菌→接種釀酒酵母→發酵→過濾→澄清→巴氏滅菌→成品

操作要點：挑選4種新鮮的果蔬（番茄、芒果、南瓜、枇杷），去皮、去核、去梗后，分別加入同質量的純凈水，榨汁，其中番茄汁、芒果汁、南瓜汁、枇杷汁中的番茄紅素含量分別為（156.62±1.17）μg/mL、（31.43±0.95）μg/mL、（27.06±0.74）μg/mL和（15.39±0.41）μg/mL。按照20 U/g添加果膠酶澄清處理3 h，四層紗布過濾后按照試驗所需的體積比進行混合。加入蔗糖調節可溶性固形物含量為22°Bx，加入偏重亞硫酸鉀調節總酸含量為0.90%，并添加0.08%維生素C護色，巴氏滅菌（65 ℃、30 min）。待冷卻后按體積分數接入5%經擴大培養后的酵母菌懸液（1.32×107CFU/mL），23 ℃發酵7 d，經四層紗布過濾、硅藻土澄清與巴氏滅菌（65 ℃、30 min）后得到成品。

1.3.2 復合果蔬酒主料配比優化D-最優混料設計試驗

通過前期單因素試驗確定當主料配比為40%番茄汁、35%芒果汁、15%南瓜汁、10%枇杷汁時，復合果蔬酒的感官特性較好，其感官評分與番茄紅素含量分別為84.23分與15.16 μg/mL。在此基礎上，設定番茄汁（A）、芒果汁（B）、南瓜汁（C）和枇杷汁（D）為4個參數，其中，A+B+C+D=100%，以感官評分（Y）為響應值，采用Design Expert 8.0.6軟件中的D-最優混料設計方法設計20組試驗，編號為1～20，試驗因素與水平見表1。

表1 復合果蔬酒主料配比優化D-最優混料設計試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of D-optimal mixture design for optimization of the main ingredient ratio of compound fruit and vegetable wine

1.3.3 復合果蔬酒的感官評價方法

邀請10名具有高級品酒師職業資格證書的專業人士，參照GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[28]并進行適當修改對復合果蔬酒進行感官評價，滿分100分，具體評分標準見表2。

表2 復合果蔬酒的感官評分標準Table 2 Sensory score standards of compound fruit and vegetable wine

1.3.4 感官評分模糊數學評價模型的建立[29-30]

（1）評價等級集V的確定

設評價等級集V。

V1代表優、V2代表良、V3代表中、V4代表差，對應分數分別為100、75、50、25。

（2）評價權重集X的確定

外觀形態、香氣、滋味、典型性是構成感官評價復合果蔬酒的因素。根據“主觀賦權法”[29-30]和復合果蔬酒感官評分標準（表2）得到權重集X。

（3）模糊評定矩陣的建立[31]

10名感官評定員按外觀形態、香氣、滋味、典型性4個因素對復合果蔬酒逐一評價，統計各質量因素在每個等級中的票數，進行歸一化得到復合果蔬酒的感官評價模糊關系矩陣R；然后對各組指標數據結果建立隸屬度矩陣，根據模糊變換原理得出感官評分Y。

（4）評定結果

對各個模糊矩陣的結果進行賦值。將模糊向量單值化排序與賦值結果相乘后求和，最終得到每個試驗組的得分[29-30]。

1.3.5 番茄紅素含量的測定

番茄紅素的提取工藝參照徐媛等[32]并略作修改：精確吸取10 mL復合果蔬酒（或果汁原料）于100 mL三角瓶中，加入15 mL體積分數95%的乙醇預處理30 min，4 ℃、12000r/min離心10min，所得沉淀物加入30mL石油醚，30℃、180 r/min避光浸提3.8 h；浸提后避光靜置10 min，有機相即為番茄紅素提取液。參照張連富等[33]的方法測定番茄紅素含量。

1.3.6 復合果蔬酒理化指標的測定

總糖含量的測定：采用直接滴定法[34]；總酸含量的測定：采用電位滴定法[35]；酒精度的測定：采用密度瓶法[36]；干浸出物含量的測定：采用密度瓶法[28]。

1.3.7 數據處理

采用SPSS Statistics 20.0處理數據，采用Design Expert 8.0.6作圖。

2 結果與分析

2.1 復合果蔬酒主料配比優化D-最優混料設計試驗結果與分析

2.1.1 復合果蔬酒感官評分的模糊數學綜合評判結果

10位感官評定專家分別對復合果蔬酒的外觀形態、香氣、滋味和典型性進行感官評定，試驗號為1的復合果蔬酒的感官評定結果（各等級評定人數）見表3。

由表3可知，感官評定小組中有7位專家認為1號試驗組的復合果蔬酒外觀形態等級為優，2位認為等級為良，1位認為等級為中。所以R外觀形態=（0.7，0.2，0.1，0），同理可得R香氣=（0.6，0.1，0.1，0.2），R滋味=（0.7，0.1，0.1，0.1），R典型性=（0.6，0.2，0.1，0.1）。將上述指標轉化為矩陣，即：

表3 1號試驗組的復合果蔬酒的感官評分結果Table 3 Sensory score results of compound fruit and vegetable wine No.1

根據模糊變化原理Y=X×R×VT，即試驗號1復合果蔬酒的評價結果為：

將試驗號為1的復合果蔬酒的數據模糊向量賦值得到其得分為83.63分，以該方法對20個試驗小組進行綜合模糊評判。

2.1.2D-最優混料設計試驗結果

以復合果蔬酒的感官評分（Y）為響應值，根據D-最優混料設計原理，通過Design Expert 8.0.6軟件設計響應面法試驗，考察番茄汁（A）、芒果汁（B）、南瓜汁（C）和枇杷汁（D）4個因素對復合果蔬酒感官評分的影響，結果見表4，方差分析見表5。

表4 復合果蔬酒主料配比優化D-最優混料設計及結果Table 4 Design and results of D-optimal mixture design for optimization of main ingredient ratio of compound fruit and vegetable wine

表5 回歸模型的方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

續表

經Design Expert 8.0.6軟件對表4中的數據進行多元回歸擬合，得到復合果蔬酒的感官評分（Y）的回歸方程：

由表5可知，響應面模型極顯著（P＜0.01），失擬項（P=0.245 8）不顯著（P＞0.05），表明模型擬合程度較好、誤差較小[37]，可以利用該響應面模型優化番茄汁、芒果汁、南瓜汁和枇杷汁的配比。由表5亦可知，交互項ABC對結果影響顯著（P＜0.05），交互項AB、AC、BC、CD、ABD、ACD和BCD對結果影響極顯著（P＜0.01），表明可以利用回歸方程確定復合果蔬酒的感官評分。

各主料配比的交互作用對復合果蔬酒感官評分影響的響應面及等高線見圖1。由圖1知，因素A、B和C之間的交互作用對感官評分所形成的響應面坡度最為平緩，等高線趨于圓形，而因素B、C和D之間的交互作用對感官評分所形成的響應面坡度最為陡峭，等高線呈橢圓形，表明番茄汁、芒果汁和南瓜汁之間的交互作用對復合果蔬酒感官評分的影響最小，芒果汁、南瓜汁和枇杷汁之間的交互作用對復合果蔬酒感官評分的影響最大。該結果與表5方差分析所得結果一致。

圖1 各主料配比間交互作用對復合果蔬酒感官評分影響的響應面及等高線Fig.1 Response surface plots and contour lines of interaction between the main ingredient ratio on sensory score of compound fruit and vegetable wine

2.1.3 復合果蔬酒主料配比優化驗證試驗

在各主料的變化范圍（表1）內，通過復合果蔬酒感官評分的回歸方程得出感官評分前十的主料配比（分別編號為1#～10#），對這十組主料配比進行相應的復合果蔬酒釀造，然后對其進行感官評分并測定番茄紅素含量，結果見表6。

表6 十種主料配比復合果蔬酒的感官評分與番茄紅素含量Table 6 Sensory score and lycopene content of compound fruit and vegetable wine with 10 main ingredient ratio

由表6可知，復合果蔬酒感官評分實際值最高的是2#試樣，為（96.07±0.63）分，其次是1#試樣，為（95.93±0.50）分，再次是4#試樣，為（95.80±0.50）分；3個試樣的番茄紅素含量最高的也是2#試樣，且顯著高于其他兩個試樣（P＜0.05）。復合果蔬酒番茄紅素含量最高的是7#試樣，為（19.57±0.52）μg/mL，其次是10#試樣，為（19.44±0.58）μg/mL，再次是6#試樣，為（19.32±0.48）μg/mL；3個試樣的感官評分由高到低的順序為7#＞6#＞10#。由此比較7#試樣與22號試樣的感官評分與番茄紅素含量，發現7#試樣的番茄紅素含量較2#試樣提高了5.73%，而感官評分降低了1.31%，故選擇7#試樣的主料配比作為富含番茄紅素的復合果蔬酒主料配比，其主料配比為番茄汁39.8%、芒果汁36.2%、南瓜汁16.0%和枇杷汁8.0%。

四種富含番茄紅素的果蔬汁按照7#試樣的主料配比混合發酵后，雖然復合果蔬酒中番茄紅素的含量較番茄汁（156.62μg/mL）、芒果汁（31.43μg/mL）及南瓜汁（27.06μg/mL）有所降低，但顯著高于（P＜0.05）優化前復合果蔬酒中番茄紅素的含量（15.16 μg/mL）。由于試驗選用的番茄品種是千禧果，其番茄紅素的含量大約是普通番茄的8～10倍[11]，故由千禧果作為其中一種主要原料所釀造的復合果蔬酒番茄紅素含量也顯著高于用普通番茄釀造的番茄酒（2～4 μg/mL）[38-39]。加之利用多種原料釀造的復合果蔬酒可以彌補單一原料釀酒在色、香、味及營養成分和保健價值方面存在的不足和缺陷[40]。因此，選用番茄紅素較高的原料及原料之間適當的比例是釀造感官特性優良且富含番茄紅素的復合果蔬酒的重要條件。

2.2 復合果蔬酒的理化指標

在最優主料配比條件下得到的復合果蔬酒的總糖含量為（9.27±0.19）g/L，總酸含量為（0.63±0.04）g/100 mL，酒精度為（8.57±0.22）%vol，干浸出物含量為（29.46±1.05）g/L，均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術》要求[41]。

3 結論

以感官評分及番茄紅素含量為評價指標，采用模糊數學感官評價法和D-最優混料設計響應面試驗得到復合果蔬酒的最優主料配比為番茄汁39.8%、芒果汁36.2%、南瓜汁16.0%和枇杷汁8.0%，在此基礎上，采用復合果蔬酒的釀造工藝，可獲得橙紅透明、果香與酒香濃郁、滋味醇和的復合果蔬酒，其感官評分與番茄紅素含量分別為（94.81±0.47）分與（19.57±0.52）μg/mL，各項理化指標均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術》要求。