模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法優(yōu)化枸杞菊花復(fù)合飲料制作工藝

蔡蘇川，凡信，許海，何融藝，趙力，王兆丹*

重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院（萬州 404020）

枸杞（Lycium barbarum）屬于茄科枸杞屬，主要分布于我國(guó)的西北地區(qū)，是亞洲國(guó)家傳統(tǒng)的家喻戶曉的民間草藥之一，已有幾千年的歷史[1]。研究表明枸杞的有效成分為枸杞多糖、甜菜堿和枸杞色素，具有抗疲勞[2]、美容養(yǎng)顏、減慢人體衰老速度、平衡人體磷脂數(shù)量、維持酸堿平衡、預(yù)防高血壓等作用。菊花屬菊科植物菊（Chrysanthmum）的頭狀花序[3]，主產(chǎn)于安徽、浙江、河南等地，是我國(guó)傳統(tǒng)藥食兩用類植物。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，菊花具有良好的生物活性，主要成分為黃酮類化合物，具有抗氧化、抗炎、抗菌、保肝、降血壓等作用[4-6]。

我國(guó)枸杞、菊花種植歷史悠久，產(chǎn)量位于世界第一，將兩者結(jié)合可以研制出一款既具有枸杞和菊花香氣，又口味回甘的風(fēng)味飲料，且具有一定的保健功能，市場(chǎng)開發(fā)潛力較大。

感官評(píng)價(jià)在加工食品評(píng)價(jià)體系中起主導(dǎo)作用[7]，但容易受到主觀因素的影響，不能使產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)結(jié)果更加接近于真實(shí)值，而模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法綜合考慮所有評(píng)定因素，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)、客觀和合理[8-9]。因此，此試驗(yàn)以枸杞和菊花為原料，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法對(duì)其復(fù)合飲料的制作工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在研制出一種適合大眾消費(fèi)者口味的枸杞菊花復(fù)合飲料，對(duì)促進(jìn)枸杞菊花資源開發(fā)、豐富飲料市場(chǎng)、助推鄉(xiāng)村振興都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

枸杞、菊花、蜂蜜（市售）；檸檬酸、白砂糖（本地食化超市）。

FA2004電子天平（上海津平科學(xué)儀器有限公司）；SB-2116小霸王電磁爐（中山市小霸王衛(wèi)廚電器有限公司）；JRJ300-SH均質(zhì)機(jī)（上海滬析實(shí)業(yè)有限公司）；WBL2501B美的榨汁機(jī)（蕪湖市美的電器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基礎(chǔ)配方

以50 mL飲用水為標(biāo)準(zhǔn)，枸杞汁、菊花汁、白砂糖、檸檬酸、蜂蜜的添加量占比分別為15.0%，50.0%，4.0%，0.2%和3.0%，水適量。

1.2.2 飲料的工藝流程

1.2.3 操作要點(diǎn)

1.2.3.1 干菊花制汁以40倍水（2 L）浸泡干菊花7 min，保持水溫90℃，提取2次后濾液，即為干菊花汁，留作備用。

1.2.3.2 干枸杞制汁

以20倍水（1 L）浸泡干枸杞30 min，保持水溫100 ℃，共提取2次，將枸杞與水一起置于打漿機(jī)破碎，粗濾制得枸杞原汁。

1.2.3.3 枸杞菊花汁調(diào)配將枸杞汁、菊花汁、白砂糖、檸檬酸、蜂蜜、水按一定比例加入，并攪拌均勻。

1.2.3.4 均質(zhì)將調(diào)配的物料加入25 MPa、70 ℃高壓均質(zhì)機(jī)中處理15 min[10]。

1.2.3.5 灌裝

將均質(zhì)后的飲料分裝至玻璃瓶中。

1.2.3.6 殺菌

采用超高溫瞬時(shí)滅菌技術(shù)，溫度136～138 ℃，持續(xù)5 s[11]。

1.2.4 模糊感官評(píng)價(jià)

1.2.4.1 確定評(píng)價(jià)因素集合

設(shè)U為飲料的評(píng)價(jià)要素集合，U=（u1，u2，u3），其中u1，u2和u3分別代表飲料的色澤、香氣和滋味。

1.2.4.2 確定質(zhì)量因素權(quán)重集

權(quán)重是指每個(gè)要素的重要程度，要素重要程度越高，占比越大，根據(jù)歸一化原則，所有因素占比總和為1。設(shè)K為質(zhì)量因素權(quán)重集合，隨機(jī)選擇10名評(píng)價(jià)人員，讓評(píng)價(jià)人員根據(jù)自己的喜好對(duì)飲料的色澤、香氣、滋味3個(gè)要素重要程度占比按百分制打分，分別將3個(gè)要素的權(quán)重相加，各自求平均值，可以得到K=（k1，k2，k3）=（0.18，0.265，0.555）。

1.2.4.3 確定評(píng)價(jià)評(píng)語集合

設(shè)V為飲料的評(píng)價(jià)評(píng)語集合，V=（v1，v2，v3）=（90，80，70），其中v1，v2和v3分別代表優(yōu)、良和中3個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)90，80和70分。表1為枸杞原液的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，表2為菊花原液的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，表3為枸杞菊花復(fù)合飲料的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

表1 枸杞原液的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表2 菊花原液的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 枸杞菊花飲料的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4.4 建立模糊感官評(píng)價(jià)矩陣

隨機(jī)選擇10名評(píng)價(jià)人員，按表3標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飲料進(jìn)行感官評(píng)價(jià)[12]，假設(shè)飲料得分情況如表4所示。

表4 產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)得分情況匯總表

1.2.4.5 矩陣變換及模糊感官綜合評(píng)價(jià)

設(shè)R為飲料的模糊感官評(píng)價(jià)得分矩陣，根據(jù)評(píng)價(jià)人員的評(píng)分進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可以得到R。

設(shè)Y為綜合評(píng)分集合，根據(jù)模糊變換原理Y=K×R。

產(chǎn)品的模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)分M為綜合評(píng)分集合Y與評(píng)價(jià)評(píng)語U的乘積，即M=Y×U。

1.2.5 單因素試驗(yàn)

在大量預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分別選取枸杞的浸泡時(shí)間、浸泡溫度、浸泡次數(shù)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以研究不同的提取工藝對(duì)其產(chǎn)品的模糊感官評(píng)分的影響。另外，改變枸杞汁、菊花汁、白砂糖、檸檬酸其中任一成分的添加比例用以研究該組分對(duì)枸杞菊花復(fù)合飲料的模糊感官評(píng)分的影響[13]。

1.2.5.1 枸杞浸泡時(shí)間對(duì)枸杞汁原液感官評(píng)分的影響

在保持枸杞浸泡溫度90 ℃，枸杞浸泡次數(shù)1次的情況下，對(duì)比研究枸杞浸泡時(shí)間（0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h）對(duì)其原液模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.5.2 枸杞浸泡溫度對(duì)枸杞汁原液感官評(píng)分的影響

在保持枸杞浸泡1.0 h不變，枸杞浸泡次數(shù)1次的情況下，對(duì)比研究枸杞浸泡溫度（60，70，80，90和100 ℃）對(duì)枸杞汁原液模糊感官評(píng)分的變化。

1.2.5.3 枸杞浸泡次數(shù)對(duì)枸杞汁原液感官評(píng)分的影響

在保持枸杞浸泡溫度90 ℃，枸杞浸泡時(shí)間1.0 h的情況下，對(duì)比研究枸杞浸泡次數(shù)（1，2，3，4和5次）對(duì)枸杞汁原液模糊感官評(píng)分的影響

1.2.5.4 菊花浸泡時(shí)間對(duì)菊花汁原液感官評(píng)分的影響

在保持菊花浸泡次數(shù)1次，菊花浸泡溫度90 ℃的情況下，研究菊花浸泡時(shí)間（5，10，15，20和25 min）對(duì)菊花汁原液模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.5.5 菊花浸泡溫度對(duì)菊花汁原液感官評(píng)分的影響

在保持菊花浸泡時(shí)間15 min，菊花浸泡次數(shù)1次的情況下，對(duì)比研究菊花浸泡溫度（60，70，80，90和100 ℃）對(duì)菊花汁原液模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.5.6 菊花浸泡次數(shù)對(duì)菊花汁原液感官評(píng)分的影響

在保持菊花浸泡溫度90 ℃，菊花浸泡時(shí)間1.0 h的情況下，對(duì)比研究菊花浸泡次數(shù)（1，2，3，4和5次）對(duì)菊花汁原液模糊感官評(píng)分的影響

1.2.5.7 復(fù)合飲料中枸杞汁添加量對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響

在保持菊花汁添加量、白砂糖添加量、檸檬酸添加量分別為17%，5%和0.1%的情況下，考察枸杞汁添加量（3%，10%，17%，24%和31%）對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.5.8 復(fù)合飲料中菊花汁添加量對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響

在保持枸杞汁添加量、白砂糖添加量、檸檬酸添加量分別為20%，5%和0.1%的情況下，考察菊花汁添加量（16%，33%，50%，67%和84%）對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.5.9 復(fù)合飲料中白砂糖添加量對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響

在保持枸杞汁添加量、菊花汁添加量、檸檬酸添加量分別為20%，50%和0.1%的情況下，考察白砂糖添加量（3%，5%，7%，9%和11%）對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.5.10 復(fù)合飲料中檸檬酸占比對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響

在保持枸杞汁添加量、菊花汁添加量、白砂糖添加量分別為20%，50%和5%的情況下，考察檸檬酸添加量（0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%）對(duì)產(chǎn)品模糊感官評(píng)分的影響。

1.2.6 正交試驗(yàn)

隨機(jī)選擇10名評(píng)分人員，以評(píng)分人員對(duì)飲料在不同配方和生產(chǎn)工藝的模糊感官評(píng)分為基礎(chǔ)，對(duì)飲料的單因素試驗(yàn)評(píng)分進(jìn)行轉(zhuǎn)化計(jì)算，得到較優(yōu)配方大致范圍。根據(jù)較優(yōu)配方確定各因素正交試驗(yàn)水平（表5）[14]。

表5 正交試驗(yàn)因素水平表 單位：%

表6 正交試驗(yàn)樣品模糊感官評(píng)分

根據(jù)模糊變換原理Y=K×R，Y1=K×R1=（0.18，0.265，0.555）×R1=（2.54，4.085，3.375），Y2=K×R2=（0.18，0.265，0.555）×R2=（1.805，2.89，5.305），Y3=K×R3=（0.18，0.265，0.555）×R3=（1.735，3.29，4.975），Y4=K×R4=（0.18，0.265，0.555）×R4=（1.72，1.445，6.835），Y5=K×R5=（0.18，0.265，0.555）×R5=（2.47，5.555，1.975），Y6=K×R6=（0.18，0.265，0.555）×R6=（1.265，3.35，5.385），Y7=K×R7=（0.18，0.265，0.555）×R7=（0.36，1.735，7.905），Y8=K×R8=（0.18，0.265，0.555）×R8=（1.265，1.71，7.025），Y9=K×R9=（0.18，0.265，0.555）×R9=（0.53，1.795，7.675）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

單因素試驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖11所示。

圖1 工藝流程圖

圖2表示枸杞浸泡時(shí)間對(duì)枸杞汁原液感官評(píng)分的影響。隨著枸杞浸泡時(shí)間增加，枸杞汁的模糊感官評(píng)分緩慢上升后趨于平穩(wěn)，并在浸泡時(shí)間1.0 h時(shí)達(dá)到最大。在枸杞浸泡超過1.0 h后，枸杞汁的模糊感官評(píng)分沒有太大改變。因此，枸杞適宜的浸泡時(shí)間為1 h。

圖2 浸泡時(shí)間對(duì)枸杞原液感官評(píng)分的影響

圖3表示浸泡溫度對(duì)枸杞汁感官評(píng)分的影響。隨著浸泡溫度上升，其風(fēng)味物質(zhì)浸泡越來越充分，枸杞汁的口感越來越醇厚，在100 ℃時(shí)達(dá)到頂峰。因此，枸杞適宜浸泡溫度為100 ℃。

圖3 浸泡溫度對(duì)枸杞原液感官評(píng)分的影響

圖4表示枸杞浸泡次數(shù)對(duì)枸杞汁感官評(píng)分的影響。隨著浸泡次數(shù)增多，提取干枸杞中的風(fēng)味物質(zhì)也越多，然而在浸泡次數(shù)2次時(shí)評(píng)分最高，表明此時(shí)干枸杞中風(fēng)味物質(zhì)全部提取，再次提取也不會(huì)提升枸杞汁的風(fēng)味。因此，枸杞適宜浸泡次數(shù)為2次。

圖4 浸泡次數(shù)對(duì)枸杞原液感官評(píng)分的影響

圖5表示菊花浸泡時(shí)間對(duì)菊花汁原液感官評(píng)分的影響。隨著菊花浸泡時(shí)間增加，菊花汁的模糊感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，并在浸泡時(shí)間15 min達(dá)到最大。菊花的浸泡時(shí)間超過15 min后，菊花汁開始出現(xiàn)一些腐敗和苦澀味，導(dǎo)致菊花汁感官評(píng)分降低。因此，菊花適宜的浸泡時(shí)間為15 min。

圖5 浸泡時(shí)間對(duì)菊花原液感官評(píng)分的影響

圖6表示不同浸泡溫度對(duì)菊花汁原液感官評(píng)分的影響。隨著溫度升高，菊花中的芳香物質(zhì)迅速浸出，而溫度過高（＞90 ℃）時(shí)則會(huì)使黃酮類等物質(zhì)分解，導(dǎo)致菊花汁的顏色和口感變差。因此，菊花汁適宜的浸泡溫度為90 ℃。

圖6 浸泡溫度對(duì)菊花汁感官評(píng)分的影響

圖7表示菊花浸泡次數(shù)對(duì)菊花汁原液感官評(píng)分的影響。隨著菊花浸泡次數(shù)增加，菊花汁的模糊感官評(píng)分總體呈先升后降趨勢(shì)。分析原因主要是多次浸泡能更好地提取菊花的風(fēng)味物質(zhì)，但隨著浸泡次數(shù)繼續(xù)增加，風(fēng)味物質(zhì)幾乎沒有。因此，菊花適宜的浸泡次數(shù)為2次。

圖7 浸泡次數(shù)對(duì)菊花汁感官評(píng)分的影響

圖8表示復(fù)合飲料中枸杞汁添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響。枸杞汁添加量17.0%時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高，而在枸杞汁添加量低于17.0%時(shí)，枸杞汁添加量的增加能改善產(chǎn)品的口感。一旦枸杞汁添加量超過17.0%時(shí)，隨著枸杞汁添加量增加，產(chǎn)品中的色澤越變?cè)桨担渚栈ǖ奈兜酪矔?huì)逐漸被掩蓋。因此，適宜的枸杞汁添加量為17.0%。

圖8 復(fù)合飲料中枸杞汁添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

圖9表示復(fù)合飲料中菊花汁添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響。隨著菊花汁加入，產(chǎn)品口感逐漸變好，其菊花的風(fēng)味越來越濃，而菊花汁添加量50.0%時(shí)枸杞和風(fēng)味最為協(xié)調(diào)。菊花汁添加量超過50.0%時(shí)，產(chǎn)品的口感會(huì)變澀，其枸杞的味道變淡，色澤也會(huì)慢慢變暗，因而其感官評(píng)分下降。因此，適宜的菊花汁添加量為50.0%。

圖9 復(fù)合飲料中菊花汁添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

圖10表示復(fù)合飲料中白砂糖添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響。隨著白砂糖加入，產(chǎn)品口感逐漸增強(qiáng)，甜度逐漸變協(xié)調(diào)，同時(shí)菊花枸杞中不愉快的苦澀滋味逐漸變淡；白砂糖加入超過5.0%，枸杞菊花滋味反而慢慢被甜味掩蓋，其甜度快速失調(diào)，從而產(chǎn)品感官評(píng)分隨著白砂糖添加量增大而迅速下降。因此，適宜的白砂糖添加量為5.0%。

圖10 復(fù)合飲料中白砂糖添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

圖11表示復(fù)合飲料中檸檬酸添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響。隨著檸檬酸添加量增加，飲料的酸甜比例逐漸變協(xié)調(diào)，枸杞菊花中的苦澀滋味逐漸變淡，且由于能調(diào)節(jié)pH，能有效延長(zhǎng)保存期；檸檬酸添加量高于0.10%時(shí)，隨著檸檬酸添加量增加，產(chǎn)品的酸甜度會(huì)嚴(yán)重失調(diào)。因此，適宜的檸檬酸添加量為0.10%。

圖11 復(fù)合飲料中檸檬酸添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表7極差分析結(jié)果可知，RA＞RD＞RB＞RC，表明各因素對(duì)枸杞菊花復(fù)合飲料的模糊感官評(píng)價(jià)的影響程度依次為菊花汁添加量＞檸檬酸添加量＞枸杞汁添加量＞白砂糖添加量。產(chǎn)品的最優(yōu)配方為枸杞汁添加量16.0%、菊花汁添加量43.0%、白砂糖添加量5.0%、檸檬酸添加量0.05%、蜂蜜添加量3.0%。配方中菊花汁添加量占飲料大部分比例，而菊花汁中芳香類物質(zhì)豐富，隨著菊花汁增加，其菊花獨(dú)特的口感和香味逐漸濃郁；檸檬酸的添加能迅速調(diào)節(jié)復(fù)合飲料的酸甜比例，均衡飲料的甜酸口味；枸杞汁的味道較為平淡，不如菊花汁提升模糊感官評(píng)分那么明顯，但枸杞汁和菊花汁復(fù)合后卻能帶來明顯的回甜口感；白砂糖的增加，提升的只是飲料的甜度，對(duì)飲料的色澤影響則極小。

表7 正交試驗(yàn)樣品模糊感官評(píng)分

3 結(jié)論

以枸杞、菊花為主要原料，選用檸檬酸和白砂糖為調(diào)味劑，以模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法評(píng)分為標(biāo)準(zhǔn)，通過單因素試驗(yàn)得到枸杞菊花復(fù)合飲料各成分影響感官程度：菊花汁添加量＞檸檬酸添加量＞枸杞汁添加量＞白砂糖添加量。利用正交試驗(yàn)法得到枸杞菊花復(fù)合飲料的優(yōu)配方：以50 mL飲用水為標(biāo)準(zhǔn)，枸杞汁、菊花汁添、白砂糖、檸檬酸、蜂蜜的添加量占比分別為16.0%，43.0%，5.0%，0.05%和3.0%。該復(fù)合飲料顏色亮黃、透亮，有光澤，味感強(qiáng)烈，具有明顯的枸杞、菊花香氣，枸杞菊花滋味協(xié)調(diào)濃郁，口感醇厚，酸甜適宜。試驗(yàn)為枸杞與菊花的開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)，對(duì)推動(dòng)枸杞菊花復(fù)合飲料市場(chǎng)化發(fā)展具有重要意義。