基于模糊數(shù)學(xué)綜合評判優(yōu)化分心木復(fù)合茶飲料配方

韓曉江，張校琰，王 濤，許飛利，郭耀東,*

（1.商洛學(xué)院健康管理學(xué)院，陜西 商洛726000；2.陜西“四主體一聯(lián)合”陜西秦嶺健康食品配料及核桃產(chǎn)業(yè)技術(shù)校企聯(lián)合研究中心，陜西 商洛726000）

分心木是胡桃科植物胡桃夾在兩瓣桃仁之間的木質(zhì)隔膜，在我國南北方多有栽培，顏色一般呈棕色或淺褐色，味苦、澀，性平，歸腎、脾經(jīng)，具有健脾固腎、固澀收斂、利尿祛熱、止血止帶等功效[1-2]。分心木中含有黃酮、多糖和多酚等多種生物活性物質(zhì)，具有抗氧化、抑菌、抗炎、抑制腦功能衰退、抗腫瘤等作用[3-5]。

菊花味甘、苦，性微寒，歸肺、肝經(jīng)，具有清肝下火、祛風(fēng)散寒、清熱除煩、解毒明目的功效。相關(guān)研究報道，菊花中含有黃酮、多糖、揮發(fā)油、甾醇等多種生物活性物質(zhì)，具有抗菌、抗衰老、抗病毒、抗炎、預(yù)防高血脂、降低血壓等作用[6-7]。金銀花味甘，性寒，歸肺、胃經(jīng)，具有祛寒解毒、疏風(fēng)散熱的功效。金銀花中含有機(jī)酸類、黃酮、揮發(fā)油、三萜類等多種生物活性物質(zhì)，具有抗氧化、抗病原微生物、解熱抗炎、保肝、止血等作用[8-9]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者雖然對分心木的生物活性成分及藥理功能作了大量研究，但是有關(guān)分心木資源綜合利用及產(chǎn)品研究方面的報道較少，分心木資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。本研究以分心木為主要原料，以藥食同源植物菊花、金銀花為輔助原料，基于模糊數(shù)學(xué)綜合評判優(yōu)化分心木復(fù)合茶飲料配方，研制一款具有安神助眠、祛風(fēng)散熱、潤喉利咽等功效的復(fù)合涼茶飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

核桃，購于商洛華潤萬家超市；菊花、金銀花，安國市忠義藥材有限公司；果膠酶（食品級，酶活性105U/g）、木瓜蛋白酶（食品級，酶活性105U/g）、檸檬酸（食品級）、安賽蜜（食品級）、β-環(huán)狀糊精（食品級），河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；乙醇（AR），天津科貿(mào)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

FA2204B（M）型萬分之一電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；HH-S4型恒溫水浴鍋，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；721型可見分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司；TD4-WS型離心機(jī)，鹽城市凱特實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；X-rite CI-60型色差儀，亞測（上海）儀器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

參考文獻(xiàn)[10-12]中的方法并改進(jìn)，本研究分心木復(fù)合茶飲料工藝流程如下：

分心木、菊花、金銀花→挑選→清洗→粉碎→浸提液制備→預(yù)調(diào)配（加入不同添加量的分心木浸提液、菊花浸提液和金銀花浸提液）→酶解澄清→酸甜調(diào)配→確定配方→殺菌→瓶裝封口→冷卻→成品

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 分心木浸提液的制備

挑選優(yōu)質(zhì)的核桃，砸取其中的分心木，用清水洗凈，干燥粉碎，參考張鳳等[13]提取分心木總黃酮的研究方法，以總黃酮得率為考察指標(biāo)，在80℃熱水中浸提80 min，過濾，制備分心木浸提液。

1.2.2.2 菊花、金銀花浸提液的制備

挑選優(yōu)質(zhì)完整的菊花，清水洗凈，干燥粉碎，加入一定量的水，參照宋佳慧等[14]的方法浸提，以料液比1∶150（質(zhì)量比）將開水稱量后立即倒入茶壺中，浸泡5 min，過濾樣品，得到菊花浸提液。挑選優(yōu)質(zhì)的金銀花，用清水洗凈，干燥粉碎，加入一定量的水，參照劉征輝等[15]的方法并改進(jìn)，于90℃浸提2 h，過濾后得金銀花浸提液。

1.2.2.3 酶解澄清

當(dāng)涼茶中的一些物質(zhì)長時間共存時，會產(chǎn)生沉淀，影響涼茶的透明度，因此需要添加一些酶制劑來除去沉淀物質(zhì)，提高涼茶的澄清度。

預(yù)調(diào)配之后，在分心木浸提液添加量30%，菊花浸提液添加量20%，金銀花浸提液添加量15%條件下，對該混合液進(jìn)行酶解澄清。參考何薇[16]的方法，選用雙聯(lián)酶解法進(jìn)行酶解澄清：稱取果膠酶0.4 g/kg，木瓜蛋白酶0.6 g/kg，于50℃條件下先用果膠酶處理1 h，90℃滅酶10 min后冷卻，再于50℃條件下用木瓜蛋白酶處理1 h，90℃滅酶10 min后冷卻，離心取上清液。

1.2.2.4 殺菌

為了保持涼茶的營養(yǎng)和風(fēng)味，將涼茶于100℃條件下殺菌30 min，冷卻后裝瓶。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計

固定單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)配方為：菊花浸提液添加量20%，分心木浸提液添加量35%，金銀花浸提液添加量20%，β-環(huán)狀糊精添加量4.5 g/L，檸檬酸添加量0.5 g/L，安賽蜜添加量0.8 g/L。分別考察不同分心木浸提液添加量（20%、25%、30%、35%、40%、45%）、菊花浸提液添加量（10%、15%、20%、25%、30%、35%）、金銀花浸提液添加量（10%、15%、20%、25%、30%、35%）、β-環(huán)狀糊精添加量（3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 g/L）、檸檬酸添加量（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g/L）、安賽蜜添加量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 g/L）對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。

通過建立模糊數(shù)學(xué)感官評價模型，獲得各因素（分心木、菊花、金銀花、β-環(huán)狀糊精、檸檬酸、安賽蜜添加量）對分心木復(fù)合茶飲料模糊數(shù)學(xué)綜合感官評價的影響[17-18]。

1.2.4 感官評價標(biāo)準(zhǔn)

分心木復(fù)合茶飲料感官評價標(biāo)準(zhǔn)參見表1。

表1 分心木復(fù)合茶飲料感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of Diaphragma juglandis Fructus compound tea

1.2.5 正交試驗(yàn)設(shè)計

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計正交試驗(yàn)因素與水平，如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factor level design of orthogonal test

1.2.6 分心木復(fù)合茶飲料感官評價模糊算法模型的建立

1.2.6.1 權(quán)重的確定

選擇20名經(jīng)過培訓(xùn)的本專業(yè)學(xué)生對分心木復(fù)合涼茶的色澤、氣味、滋味、組織狀態(tài)4個指標(biāo)進(jìn)行打分，統(tǒng)計確定各評定因素的權(quán)重。

1.2.6.2 分心木復(fù)合茶飲料的評語集、因素集、模糊綜合評定集的建立

根據(jù)文獻(xiàn)[16-17]的研究方法，確定分心木復(fù)合茶飲料因素集U={色澤，氣味，滋味，組織狀態(tài)}；評語集={優(yōu)，良，中，差}，權(quán)重A={0.2,0.2,0.4,0.2}。分心木復(fù)合茶飲料隸屬度用Y表示，Y=A×R，R表示對試驗(yàn)樣品進(jìn)行的感官評價矩陣。

1.2.7 色澤特性分析

將最終產(chǎn)品分別在室溫20℃、冰箱4℃下保存，每20 d觀察其色澤變化。色澤L*、a*、b*值的測定方法參照文獻(xiàn)[19-20]。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

對所得數(shù)據(jù)采用Excel（2007版）處理、作圖，應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可以看出，隨著分心木浸提液添加量的增多，飲料的感官評分先升高后降低，添加35%時感官評分最高。分心木浸提液添加過多會使飲料色澤加深，影響該項評分，口感較差，并且會掩蓋菊花、金銀花氣味，使其味道單一。因此，分心木浸提液的適宜添加量為35%。

圖1 分心木浸提液添加量對復(fù)合茶飲料感官評分的影響Fig.1 Effect of addition of Diaphragma juglandis Fructus extracts on sensory score of compound tea

由圖2可以看出，菊花浸提液添加量為25%時，飲料的感官評分最高，添加量在15%～25%時感官評分上升緩慢，菊花浸泡后呈現(xiàn)一定的黃色，添加過少易被掩飾其氣味，清香氣味偏低，添加量超過25%后感官評分降低。因此，菊花浸提液的適宜添加量為25%。

圖2 菊花浸提液添加量對復(fù)合茶飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of addition of chrysanthemum solution on sensory score of compound tea

由圖3可見，金銀花浸提液添加量為25%時，飲料的感官評分達(dá)到最高，金銀花浸泡后呈現(xiàn)一定的深黃色、淺褐色，添加過少易于被掩飾其氣味，添加量為30%時感官評分下降至72分，可能由于金銀花味甘微苦，添加量過多導(dǎo)致滋味評分較低。因此，選擇適宜的金銀花浸提液添加量為25%。

圖3 金銀花浸提液添加量對復(fù)合茶飲料感官評分的影響Fig.3 Effect of honeysuckle additives on sensory score of compound tea

β-環(huán)狀糊精可以改善食品的風(fēng)味，脫除食品中的異味和澀味，提高食品的穩(wěn)定性。由圖4可見，β-環(huán)狀糊精添加量為4.5 g/L時，飲料的感官評分最高，與添加分心木浸提液含量呈現(xiàn)相同趨勢，添加量大于5.0 g/L時，感官品質(zhì)下降，可能由于其會使分心木、菊花等原有氣味脫出。因此，選擇適宜的β-環(huán)狀糊精添加量為4.5 g/L。

圖4 β-環(huán)狀糊精添加量對復(fù)合茶飲料感官評分的影響Fig.4 Effect of β-cyclodextrin addition on sensory score of compound tea

檸檬酸具有一定的酸味，用于調(diào)和復(fù)合茶的口感。由圖5可見，當(dāng)檸檬酸添加量為0.2、0.3 g/L時，飲料的滋味過淺，導(dǎo)致甜度高，影響評分，添加量超過0.5 g/L時，飲料口感過酸，感官評分下降。因此，選擇適宜的檸檬酸添加量為0.5 g/L。

圖5 檸檬酸添加量對復(fù)合茶飲料感官評分的影響Fig.5 Effect of citric acid addition on sensory score of compound tea

安賽蜜的添加會賦予產(chǎn)品一定的甜味。由圖6可見，安賽蜜添加量為0.8 g/L的產(chǎn)品感官評分最高，口感達(dá)到最佳。因此，選擇適宜的安賽蜜添加量為0.8 g/L。

圖6 安賽蜜添加量對復(fù)合茶飲料感官評分的影響Fig.6 Effect of acesulfame addition on sensory score of compound tea

2.2 分心木復(fù)合茶飲料感官品質(zhì)模糊綜合評判結(jié)果

2.2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評判結(jié)果

由20名同學(xué)對正交試驗(yàn)的樣品進(jìn)行感官評定品嘗打分，評價結(jié)果參見表3。

表3 模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of fuzzy mathematics

2.2.2 模糊矩陣的建立

將分心木復(fù)合茶飲料感官評分中的色澤、滋味、氣味、組織狀態(tài)分為4個等級，第1組試驗(yàn)色澤={4，7，9，0}，氣味={2，10，8，0}，滋味={2，6，8，4}，組織狀態(tài)={4，8，6，2}，統(tǒng)計感官人員不同等級評分的次數(shù)，并進(jìn)行歸一化處理，得到模糊矩陣。

通過將模糊矩陣與權(quán)重相乘，得到Y(jié)=A×R，計算得到分心木復(fù)合茶飲料感官綜合評判結(jié)果，以正交試驗(yàn)編號1為例。Y1=A×R1={0.2，0.2，0.4，0.2}×為第1組樣品的隸屬度，同理得正交試驗(yàn)18組分心木復(fù)合茶飲料感官隸屬綜合評定結(jié)果，見表4。

表4 分心木復(fù)合茶飲料感官隸屬綜合評定表Table 4 Comprehensive evaluation form of membership of the compound tea

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)隸屬度最大原則，將綜合評分結(jié)果的隸屬度分別對應(yīng)的優(yōu)、良、中、差賦予相應(yīng)的分值90、80、70、60，相乘得到正交試驗(yàn)的模糊綜合得分，試驗(yàn)編號18個樣品模糊綜合得分如表5所示。

由表5正交試驗(yàn)結(jié)果得知，影響分心木復(fù)合茶飲料模糊綜合得分的主次因素排序?yàn)椋築（菊花浸提液添加量）＞E（檸檬酸添加量）＞A（分心木浸提液添加量）=F（安賽蜜添加量）＞C（金銀花浸提液添加量）＞D（β-環(huán)狀糊精添加量）。經(jīng)過模糊綜合評價后，分心木復(fù)合茶飲料配方最優(yōu)組合為A2B2C3D1E3F2，即：分心木浸提液添加量35%，菊花浸提液添加量20%，金銀花浸提液添加量25%，β-環(huán)狀糊精添加量4.0 g/L，檸檬酸添加量0.6 g/L，安賽蜜添加量0.8 g/L。在該配方條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，產(chǎn)品最終的感官評分為（86±2.3）分，高于正交試驗(yàn)各組合得分。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal test

2.4 色澤特性分析

將在最優(yōu)配方條件下研制的分心木復(fù)合茶飲料分別于室溫20℃、冰箱4℃條件下靜置保存，色澤變化如表6所示。

表6 分心木復(fù)合茶飲料儲藏過程中色澤的變化Table 6 Changes of color and luster of the compound tea during storage

復(fù)合茶飲料色澤變化可通過L*、a*、b*值的變化來判斷。由表6可知，在實(shí)驗(yàn)室常溫儲藏過程中，L*值呈現(xiàn)下降的趨勢。前60天內(nèi)，L*值下降幅度比較大；60～100 d，下降幅度相對比較平緩。造成L*值下降的原因可能是由于儲藏期間溫度、光亮程度等因素的變化，致使復(fù)合茶中多酚、黃酮類物質(zhì)發(fā)生了降解或者氧化。儲藏期間復(fù)合茶飲料a*、b*值均呈現(xiàn)上升的趨勢，且都處于正值水平，說明紅度逐漸增加，黃度也逐漸增加。低溫儲藏的飲料L*、a*、b*值變化與室溫儲藏的趨勢一致，但數(shù)值變化幅度較小，儲藏100 d時，室溫L*值下降了23.08%，而4℃儲藏的L*值僅下降了12.76%，說明低溫條件更有利于保持分心木茶的儲藏品質(zhì)。

3 結(jié)論

本研究采用模糊綜合評判方法優(yōu)化分心木復(fù)合茶飲料配方，評價結(jié)果更趨向于客觀性。經(jīng)過正交優(yōu)化研究得到分心木復(fù)合茶飲料最佳配方為：分心木浸提液添加量35%，菊花浸提液添加量20%，金銀花浸提液添加量25%，β-環(huán)狀糊精添加量4.0 g/L，檸檬酸添加量0.6 g/L，安賽蜜添加量0.8 g/L。采用該配方制得的分心木復(fù)合茶飲料呈淺褐色，氣味鮮美，口感潤滑，酸甜適中。將該產(chǎn)品分別于20℃室溫及4℃低溫條件下儲藏100 d后，室溫儲藏的產(chǎn)品L*值下降了23.08%，而4℃低溫儲藏的產(chǎn)品L*值僅下降了12.76%，低溫儲藏更有利于保持分心木復(fù)合茶飲料的品質(zhì)。