基于模糊數學法感官評價優化果薯酸奶工藝的研究

張志威，周文喜，秦雪姿，馬云嘯，倪 娜，李 華，王 華

（1. 內蒙古民族大學，內蒙古 通遼 028043；2. 通遼市農牧科學研究所，內蒙古 通遼 028043）

酸奶因其健康營養、防癌、具有清除自由基、抗衰老、降血壓等諸多保健功能而深受消費者的青睞[1-3]。紫薯素有“抗癌大王”之稱，其中含有的膳食纖維、紫薯糖蛋白等物質，可有效預防癡呆、減輕眼部疲勞、預防和減少腸炎的作用[4-5]。火龍果又稱紅龍果、龍珠果等，是集水果、蔬菜、花卉、醫藥為一體的天然食品，具有很高的營養保健價值[6-8]。桑葚又名桑果，口感酸甜，其中含有花青素、兒茶素、山奈酚等共47 種化合物質[9-10]。

目前，酸奶色澤與營養功效單一，試驗研制的果薯酸奶，將紫薯脆塊添加到紅心火龍果和桑葚果汁發酵的酸奶中，一方面具有果色果香，另一方面產品中保留的花青素具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等功效。此外，產品附帶獨立包裝的紫薯脆塊含有的膳食纖維，可以增加飽腹感，滿足消費者對風味、營養及保健功能完美結合的需求，為功能性發酵乳產品的開發奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與設備

木糖醇，甘汁園旗艦店提供；乳酸菌（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌），川秀旗艦店提供；純牛奶、紅心火龍果、桑葚，購自當地超市。

酚酞指示液，氫氧化鈉標準溶液（0.100 mol/L），KCl（0.025 mol/L），CH3CO2Na（0.4 mol/L）。

BSA3202S 型電子天平，北京賽多利斯產品；九陽榨汁機；DNP-9272 型電熱恒溫培養箱，上海精宏實驗設備有限公司產品；電磁爐，浙江愛仕達電器股份有限公司產品；食品溫度計，溫州米特爾智能科技有限公司產品；10N-50A 型真空冷凍干燥機，杭州旌斐儀器科技有限公司產品；海爾冰箱。

1.2 制備工藝

1.2.1 凍干紫薯制備

原材料預處理→切條→蒸煮→速凍→真空冷凍干燥→切塊→稱量→包裝。

1.2.2 火龍果桑葚酸奶制備

原料乳→標準化→過濾→預熱→脫脂→均質→殺菌→降溫接種（火龍果、桑葚混合果汁） →保溫發酵→攪拌→封瓶裝口→后熱→抽樣檢查→入庫。

1.2.3 操作要點

（1） 菌種活化。以均質后的乳酸菌和牛奶比例1∶150（g∶mL），于42 ℃下發酵7 h 后，4 ℃理冷藏備用。

（2） 配料混勻。將紅心火龍果果肉切塊后使用榨汁機榨汁，桑葚直接榨汁，經濾網去除果肉，并按照一定比例混合均勻。將均質后的牛奶和混合果汁混合均勻，按比例加入白砂糖，接入馴化后的菌種，充分攪拌。

1.3 試驗方法

1.3.1 凍干紫薯脆塊工藝條件的確定

根據凍干紫薯制備工藝，將紫薯條蒸煮至軟糯（10 min）。蒸熟后于-18 ℃下冷凍，分別設置在1，2，3，4，5 h 時查看紫薯冷凍情況，確定冷凍時間。

將預冷凍完成的紫薯置于-50 ℃下進行真空冷凍干燥，設置干燥時間在12，16，20，24，28 h 時考查紫薯條干燥情況，確定干燥時間。

1.3.2 凍干紫薯脆塊包裝質量的確定

分別設置每100 g 酸奶附帶獨立包裝紫薯脆塊5，10，15，20，25 g，將脆塊倒入酸奶中攪拌食用，通過感官評價確定紫薯脆塊最佳包裝質量。

1.3.3 火龍果桑葚酸奶單因素發酵工藝條件的確定

按照果薯酸奶制備工藝，分別考查紅心火龍果汁與桑葚汁質量比（4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1）、混合果汁添加量（6%，8%，10%，12%，14%）、木糖醇添加量（1%，2%，3%，4%，5%）、菌種添加量（0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%） 和發酵時間（3.5，4.0，4.5，5.0，5.5 h） 對果薯酸奶品質的影響。

1.3.4 火龍果桑葚酸奶正交試驗設計

根據對單因素試驗中木糖醇添加、發酵時間、混合果汁添加量和菌種添加量4 個因素的試驗結果進行L9（34）正交試驗，對酸奶進行工藝優化。

正交試驗中果薯酸奶因素水平見表1。

表1 正交試驗中果薯酸奶因素水平

1.3.5 模糊數學感官評價模型的建立

果薯酸奶感官性狀評價因素的合集，設U={U1，U2，U3，U4}，U1~U4分別表示果薯酸奶的色澤、乳清、組織狀態和滋味與香氣4 個指標。評語等級論域指各指標評價等級分類的集合，設V={V1，V2，V3}，V1，V2，V3分別代表優、中和差3 個評分等級，并賦予其相應的分值95，80，65 分[11-13]。選定5 位學生對果薯酸奶品質指標進行評分并取平均值（滿分100 分），各指標分數占總分比值即為權重[14-15]，設Y={Y1，Y2，Y3，Y4}，且Y1+Y2+Y3+Y4=1，Y1~Y4分別表示色澤、乳清、組織狀態和滋味與香氣。各指標權重系數分別確定為Y1=0.1，Y2=0.3，Y3=0.3，Y4=0.3。

參考國標GB 19302—2010[16]制訂感官評價標準。

果薯酸奶感官評價標準見表2。

表2 果薯酸奶感官評價標準

1.4 數據分析采用

Design Expert 8.0，Microsoft Excel 2007 和Origin 9.0 軟件進行數據分析并繪圖，單因素試驗、響應面優化試驗均重復3 次，結果以平均值±標準差表示。1.5 理化指標檢測

（1） 酸度測定。按GB 5009.239—2016[17]中規定方法執行。

（2） 蛋白質含量的測定。按GB 5009.5—2016[18]中規定方法執行。

（3） 脂肪含量的測定。按GB 5009.6—2016[19]中規定方法執行。

（4） 大腸菌群的檢測。按GB 4789.3[20]中規定方法執行。

（5） 乳酸菌數的檢測。按GB 4789.35[21]中規定方法執行。

（6） 花青素的測定方法。參考閆亞美等人[22]的pH 值示差法進行測定

2 結果與分析

2.1 模糊數學感官評定結果

由5 名無特殊口味偏好的實驗室成員在食品感評室內完成，根據感官評價標準表分別對果薯酸奶色澤、乳清、組織狀態、滋味與香氣進行感官評分，每個指標分為優、中、差3 個等級。得出每個指標優、中、差票數分布，從而建立模糊數學矩陣R，再依據公式D=Y·R，計算果薯酸奶樣品的模糊變換矩陣D，其與優、中、差3 個等級代表的分數（95，80，65） 相乘的結果之和即為模糊數學感官評價得分。

以正交試驗9 組中的第一組感官評分值為例，進行模糊數學感官評定。

樣品1 色澤票數分布為：優0 票，中4 票，差1票，乳清票數分布為：優0 票，中4 票，差1 票，組織狀態票數分布為：優1 票，中3 票，差1 票，滋味與香氣票數分布為：優0 票，中2 票，差3 票。將優、中、差票數除以5 可得1 組樣品隸屬矩陣：

依據模糊變換公式D=Y·R，其中權重系數Y=（0.1，0.3，0.3，0.3），從而得到樣品1 模糊變換矩陣：

根據模糊變換矩陣結果，將各因素分別乘以對應等級的賦值再相加得到樣品1 綜合評價得分為

同理，可以得出其他單因素試驗及正交試驗其他組別的感官評分。

2.2 凍干紫薯脆塊試驗結果

2.2.1 冷凍時間的確定不同冷凍時間下紫薯脆塊凍結程度見表3。

表3 不同冷凍時間下紫薯脆塊凍結程度

定時查看紫薯條冷凍情況并進行記錄，如表3所示，當冷凍時間達到4 h 時，紫薯整體凍結，質地脆硬，已達到可進行真空干燥的要求。當時間繼續增加時，紫薯凍結情況較4 h 時差別不大，綜合成本和能耗等方面考慮，故選定冷凍時間4 h 為最佳。

2.2.2 真空冷凍干燥時間的確定

不同干燥時間下紫薯脆塊干燥程度見表4。

表4 不同干燥時間下紫薯脆塊干燥程度

定時觀察紫薯條干燥情況進行記錄，如表4 所示，當干燥時間達到20 h 時紫薯條整體酥脆、香味濃郁，可較容易切塊塑形，經試驗放入酸奶中10 min 內未吸水膨脹，已達到凍干紫薯脆塊要求；當干燥時間大于20 h 時，隨著時間的延長，紫薯質地越來越硬，口感較差且不易切斷。故確定紫薯最佳真空干燥時間為20 h。

2.2.3 紫薯脆塊小包裝質量的確定

不同紫薯脆塊用量對果薯酸奶風味的影響見表5。

表5 不同紫薯脆塊用量對果薯酸奶風味的影響

由表5 可知，在100 g 酸奶中放入15 g 紫薯脆塊一同食用時，紫薯香味與酸奶風味最為和諧，有輕微飽腹感，故選擇包裝質量為15 g 最為適宜。

2.3 單因素試驗結果

2.3.1 混合果汁配比的確定

混合果汁配比對產品色澤的影響見圖1。

圖1 混合果汁配比對產品色澤的影響

由圖1 可知，紅心火龍果汁與桑葚汁不同配比對果薯酸奶感官色澤影響較大，產品色澤在不同配比下具有不同的色澤狀態，其中以7∶1 的配比評分最高，為9 分（根據表3 中色澤評分標準，滿分為10 分），此時產品顏色呈淡粉色均勻一致，有光澤。當火龍果汁占比增加時，色澤過深，飽和度較低；當桑葚汁占比增加時，產品顏色偏紫色，整體顏色較暗，無光澤。因此，確定在后續單因素試驗及正交試驗中混合果汁配比為7∶1。

2.3.2 木糖醇添加量對酸度的影響

木糖醇添加量對產品感官品質的影響見圖2。

由圖2 可知，隨著木糖醇添加量的不斷提高，產品酸度呈明顯下降之趨勢。木糖醇可以在適量添加的情況下賦予酸奶甜味，感官得分最高的是木糖醇含量2%，酸甜適中，酸度為83.07 °T，感官評分為80 分。但是繼續增加木糖醇時酸度明顯下降，過甜的口感使酸奶失去其本身的酸味及奶香味，色澤無影響。

2.3.3 發酵時間對酸度的影響

發酵時間對產品感官品質的影響見圖3。

酸奶的酸度還受到乳酸菌發酵時間的影響，此期間菌種不斷產生酸，且隨發酵時間的增加，酸度呈現出明顯的由低到高的變化。由圖3 可知，以果薯酸奶發酵4.5 h 為最佳，感官評分和酸度分別為83 分和85.5 °T，產品酸甜可口，口味適中。若發酵期短，則乳液稀，黏度降低，乳香味不明顯；若發酵時間過久，則酸味較重，香味減少，產品質地偏硬，色澤較深。

圖3 發酵時間對產品感官品質的影響

2.3.4 混合果汁添加量對品質的影響

混合果汁添加量對產品感官品質的影響見圖4。

圖4 混合果汁添加量對產品感官品質的影響

由圖4 可知，當添加不同配比混合果汁時果薯酸奶的感官得分呈現出由升高到降低的變化趨勢，以10%的果汁為最佳，感官評分和酸度分別為85 分和85.76 °T，酸度適中，口感最佳。由于果汁為果薯酸奶提供風味和色澤，添加量過少時水果風味不突出，顏色較淺；當果汁添加量大于10%時產品酸度高達89.42 °T，此時則酸度偏高掩蓋了牛乳本身的香味，滋味稍差，色澤較暗。

2.3.5 菌種添加量對酸度的影響

菌種添加量對產品感官品質的影響見圖5。菌種添加量會影響產品的感官品質，從圖5 可看出，當菌種添加量為0.8%時，酸度過低，不符合發酵乳酸度標準；在加入1.2%的菌種時，酸度上升至81.74 °T，其感官得分最高為87 分；但在加入高于1.2%的菌種后，其感官得分開始下降，酸度大幅度升高，導致產品過酸，乳液黏稠，色澤較深。

圖5 菌種添加量對產品感官品質的影響

2.4 正交試驗結果分析

根據5 名品評人員對果薯酸奶9 組樣品指標評分，進行模糊數學感官評定。

果薯酸奶正交試驗結果分析見表6，果薯酸奶正交試驗的方差分析結果見表7。

表6 果薯酸奶正交試驗結果分析

表7 果薯酸奶正交試驗的方差分析結果

由表6 和表7 可知，RC>RA>RB>RD，影響果薯酸奶感官得分的因素依次為C>A>B>D，即混合果汁添加量>木糖醇添加量>發酵時間>菌種添加量，且4 個因素中，混合果汁添加量對產品感官影響極顯著（p<0.01），木糖醇添加量、發酵時間對產品感官影響顯著（0.010.05）。根據正交試驗的結果可知其最優工藝組合為A3B3C3D2，由于該組合在正交試驗9 組樣品中并未出現，故進行驗證試驗。在最優工藝條件下進行3 次平行試驗，經感官評價其評分為92 分，此時酸奶呈現粉紅色，色澤均勻一致，無乳清及其他成分沉淀，入口柔滑，黏性適中，因此果薯酸奶的最優工藝為木糖醇添加量3%、混合果汁添加量12%、菌種添加量1.2%，經過5 h 的發酵，后熟12 h。

2.5 理化指標及微生物檢測結果

按照GB 19302——2010 發酵乳國家標準[16]對果薯酸奶產品中各項指標及微生物檢測。

理化指標及微生物檢測結果見表8。

由表8 可知，果薯酸奶的酸度、脂肪、蛋白質含量及各項微生物指標均符合國家標準，且產品中含量花青素的量可以達到2.11±0.02 mg/100 g ，說明紅心火龍果及桑葚中的花青素保留在了產品中。

表8 理化指標及微生物檢測結果

3 結論

通過試驗表明，凍干紫薯脆塊最佳工藝為蒸煮15 min 后冷凍4 h，冷凍完成后放入真空干燥倉內在-50 ℃下干燥20 h，每100 g 酸奶附帶15 g 獨立包裝的紫薯脆塊。經真空冷凍烘干后，使紫薯營養及香氣得以最大限度地保存，口感酥脆、硬度適中、香味濃郁，可供消費者直接享用。在單因素試驗基礎上進行正交試驗優化，并經模糊數學感官評定得到果薯酸奶的最優工藝為紅心火龍果汁與桑葚汁配比7∶1，發酵溫度43 ℃的條件下，木糖醇添加量3%，混合果汁添加量12%，菌種添加量1.2%，發酵5 h，后熟12 h 后灌裝，與紫薯脆塊一同包裝，得到最佳果薯酸奶產品。在此配方下，果薯酸奶為粉紅色均勻一致，無乳清及其他物質沉淀，入口柔滑，無顆粒感，黏性中等。酸奶酸度為86 °T，奶香氣濃厚，帶有淡淡的怡人果香。與紫薯脆塊一同食用，香味濃郁、酥脆適中，且產品中含有花青素，使產品具有果香果色的同時，還可能具有防癌、抗氧化、提高了機體免疫力等多種功能性質，使酸奶的營養功能性更為突出，為功能性酸奶食品的開發奠定基礎。