基于模糊數學綜合評價法優化獼猴桃果酒工藝

2024-09-23 00:00:00李素岳江愛蓮胡先望張鳴明廣忠勇何海寧

中國果菜 2024年2期

摘要：本試驗以康縣野生獼猴桃為主要原料，制備獼猴桃果酒，以色澤、香氣、口味、風格為評價指標，確定因素合理的權重，建立感官綜合評分體系，并用模糊數學評定法對其進行感官評價，在單因素試驗的基礎上，通過Box-Benhnken中心組合試驗設計，對獼猴桃果酒的工藝參數進行優化。結果表明，最優參數為初始糖度20 Brix、酵母添加量0.02%、發酵溫度26.5 ℃、發酵時間8 d，在此條件下制備的獼猴桃果酒綜合評分為95.61分，果酒黃綠色，澄清透明，酒體柔順、柔和爽口、典型明確、風格良好。

關鍵詞：獼猴桃；果酒；響應面法；模糊數學綜合評價法

中圖分類號：TS262.7 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）02-0026-09

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.02.006

Optimization of Kiwi Fruit Wine Technology Based on Fuzzy Mathematical Comprehensive Evaluation Method

LI Suyue1， JIANG Ailian1， HU Xianwang1，3， ZHANG Mingming1*， GUANG Zhongyong1， HE Haining1，2

（1. Gansu Institute of Business and Technology Co.， Ltd， Lanzhou 730010， China; 2. Gansu Zhongshang Food Quality Test and Detection Co.， Ltd， Lanzhou 730010， China; 3. Gansu Provincial Key Laboratory of Animal Products Safety Analysis and Detection Technology， Lanzhou 730010， China）

Abstract： In this experiment， wild kiwifruit from Kangxian county was used as the main raw material to prepare kiwi fruit wine， determine the reasonable weights of factors， establish a comprehensive sensory evaluation system， and use fuzzy mathematics evaluation method to conduct sensory evaluation with color， aroma， taste， and style as evaluation indicators. On the basis of single factor test， the process parameters of kiwi fruit wine were optimized through Box-Benhnken central combination experiment design. The results showed that the optimal parameters were 20 Brix initial sugar， 0.02% yeast addition， 26.5 ℃ fermentation temperature and 8 d fermentation time. The kiwifruit wine prepared under these conditions had a comprehensive score of 95.61 points. The kiwifruit wine obtained was yellow green， clear and transparent， with a soft and refreshing body， a clear and typical taste， and a good style.

Keywords： Kiwi fruit; fruit wine; response surface method; fuzzy mathematical comprehensive evaluation method

獼猴桃又名奇異果、美容果、長壽果及基維果，為獼猴桃科獼猴桃屬的落葉藤本植物，被稱為“水果之王”、“水果中的VC之王”。我國獼猴桃種質資源豐富，在陜西、湖北、湖南、河南、江蘇、安徽等地廣泛種植[1-3]。研究表明，獼猴桃營養豐富，包含總糖（7.2%～13.5%）、有機酸（1.4%～2.2%）、氨基酸（1.8%～9%）、VC（100～420 mg/100 g）及酚類等物質[4-7]；還含有多種生物活性物質，具有抗氧化、抗腫瘤、調節免疫功能、緩解疲勞、改善肥胖、減緩便秘及預防心腦血管疾病等生理功能[8-12]。目前，獼猴桃主要是加工成飲料（果汁、果酒、果醋）、干制品、果漿等[13-16]。獼猴桃果酒是以獼猴桃果實（果汁、果漿）為原料，在酵母菌的作用下經完全或者部分發酵釀制的發酵酒，由于其風味獨特，富含多種營養物質，具有十分廣闊的市場前景[17]。然而獼猴桃糖度低，所釀果酒酒精度低，酸度高，會影響酵母菌的生長，對所釀果酒風味有較大的影響。

因此，本試驗以甘肅省隴南市康縣的野生獼猴桃為原料，采用降酸酵母對其發酵，結合模糊數學綜合評價法，通過Box-Benhnken的中心組合試驗設計，對獼猴桃果酒的工藝參數進行優化，以期提高鮮果附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

隴南獼猴桃，野生，采摘后于常溫條件下放置，康縣鴻泰農業開發有限責任公司。

白砂糖，市售；71B型酵母，煙臺曼森商貿有限公司；偏重亞硫酸鈉，分析純，天津光復科技有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平，CP214型，上海奧豪斯儀器有限公司；恒溫培養箱，HWS-150，上海森信試驗儀器有限公司；破壁料理機，JP728型，浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

獼猴桃→挑選→清洗→打漿→成分調整→酒精發酵→澄清→陳釀→灌裝。

1.3.2 操作要點

（1）原料準備

選擇8成或9成熟的獼猴桃果實，去除枝、葉、病變果及其他雜質，清洗后打漿，打漿后及時加入偏重亞硫酸鈉，用于護色。

（2）成分調整

根據試驗設計，在獼猴桃果漿中加入一定的白砂糖。

（3）酵母活化

將酵母加入30 ℃的5%白砂糖水溶液中活化30 min。

（4）酒精發酵

將活化后的酵母添加到成分調整后的獼猴桃果漿中，充分攪拌使其混合均勻，控制溫度進行發酵，期間需要進行排氣，發酵結束后進行皮渣分離。

（5）澄清

將1‰的皂土加入清液中，于4 ℃澄清12 h，經陳釀后灌裝。

1.4 單因素試驗設計

1.4.1 初始糖度對獼猴桃果酒品質的影響

將獼猴桃果漿用白砂糖調節初始糖度分別為14、16、18、20、22 Brix，酵母添加量為0.02%，活化后加入獼猴桃果漿中，于30 ℃發酵8 d，通過獼猴桃果酒的模糊數學感官評價值確定初始糖度。

1.4.2 酵母添加量對獼猴桃果酒品質的影響

將獼猴桃果漿用白砂糖調節初始糖度為20 Brix，酵母添加量分別為0.005%、0.010%、0.015%、0.020%、0.025%，活化后加入獼猴桃果漿中，于30 ℃發酵8 d，通過獼猴桃果酒的模糊數學感官評價值確定酵母的添加量。

1.4.3 發酵溫度對獼猴桃果酒品質的影響

將獼猴桃果漿用白砂糖調節初始糖度為20 Brix，酵母添加量為0.02%，活化后加入獼猴桃果漿中，分別于20、22、24、26、28 ℃發酵8 d，通過獼猴桃果酒的模糊數學感官評價值確定發酵溫度。

1.4.4 發酵時間對獼猴桃果酒品質的影響

將獼猴桃果漿用白砂糖調節初始糖度為20 Brix，酵母添加量為0.02%，活化后加入獼猴桃果漿中，于30 ℃分別發酵5、6、7、8、9 d，通過獼猴桃果酒的模糊數學感官評價值確定發酵時間。

1.5 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，結合Box-Behnken中心組合試驗設計原理，運用Design-Expert 8.0.6建立初始糖度（A）、酵母添加量（B）、發酵溫度（C）及發酵時間（D）設計4因素3水平的響應面試驗，其因素水平設計見表1，以獼猴桃果酒的模糊數學感官評價值（R）為響應值，進行發酵獼猴桃果酒工藝參數的優化。

1.6 感官評價

感官評價指標均按照《葡萄酒、果酒通用分析方法》（GB/T 15038—2006）中規定方法進行設定。按色澤、香氣、口感、風格，邀請10名身體健康、無感官缺陷、專業的食品評定人員，從色澤、香氣、口味和風格4個指標進行感官評價，按照優秀、良好、中等和較差4個等級進行感官評分，其感官評定標準見表2。

1.7 建立模糊數學綜合評價模型

建立評價因素集合，獼猴桃果酒的感官評價因素集合為A=（A1，A2，A3，A4），其中色澤（A1）、香氣（A2）、口味（A3）、風格（A4）作為感官評價指標；建立感官評價評語集合，獼猴桃果酒的感官評價評語集合為B=（B1，B2，B3，B4）=（90，70，50，30），其中優秀（B1）、良好（B2）、中等（B3）、較差（B4）作為其感官評價的評語。

建立感官評價的因素權重集合，通過采用環比法來確定獼猴桃果酒的權重集合。獼猴桃果酒的權重集合為C=（C1，C2，C3，C4），其中色澤（C1）、香氣（C2）、口味（C3）、風格（C4）。以10名專業的感官評價員對權重集合打分，取其平均值，即可得到權重的集合為（0.15，0.31，0.43，0.11），即色澤、香氣、口味、風格的感官評分分別占比為0.15、0.31、0.43、0.11，權重總和為1，權重表見表3。

模糊感官評價體系的建立：按照公式（1）建立模糊關系綜合感官評價的結果（Xi）。綜合評價得分Zi=Xi×B。

Xi=w·Yi" " " " " " " " （1）

式中，w為權重集，Yi為評判矩陣。

1.8 數據分析

數據采用 Excel 2010、SPSS 23.0、Design-Expert 8.0.6進行分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 模糊數學感官評價結果

選擇10名專業的感官評價員對單因素試驗中的20組獼猴桃果酒樣品按照獼猴桃果酒感官評價表的標準進行評分，將評價結果收集匯總后進行統計分析，統計結果如表4。

2.2 模糊矩陣建立結果

根據所提供的20個獼猴桃果酒樣品，將所得的感官評價結果除以感官評價人員的總人數，進行模糊評定矩陣Tji的建立。

Tji=t11 t12 t13 t14t21 t22 t23 t24t31 t32 t33 t34ti1 ti2 ti3 ti4

式中，j代表第j個獼猴桃果酒樣品，i=1，2，3，4為獼猴桃果酒4項評價指標，tj1、tj2、tj3、tj4分別表示第j個獼猴桃果酒品中四個評價指標項所得到的票數占比。如第1號試驗中，10位感官評價員對色澤評價中，7位認為優秀（V1），0位認為良好（V2），2位認為中等（V3），1位認為較差（V4），則第1個獼猴桃果酒樣品的評判矩陣為

T１=0.7 0 " 0.2 0.10.6 0.1 0.2 0.10.5 0.2 0.1 0.20.4 0.2" " 0.3" " 0.1

同理可得第2～20個獼猴桃果酒樣品的T2～T20模糊矩陣。本文采取矩陣乘法計算綜合感官評分，防止取大取小算法帶來的誤差，將權重w乘以評判矩陣Ti進行模糊變換，得到各個獼猴桃果酒樣品的模糊關系綜合評價結果Xi= w·Yi。以第1個獼猴桃果酒樣品為例，其模糊評價結果為

0.15 0.31 0.43 0.11×0.7 0" 0.2 0.10.6 0.1 0.2 0.10.5 0.2 0.1 0.20.4 0.2 0.3 0.1=（0.550 0.139 0.168 0.143）

同理可得剩余19個獼猴桃果酒樣品的結果，即X2～X20樣品的模糊關系綜合評價結果。模糊綜合評價總分Zi=Xi×B，評價評語集B={90，70，50，30}，A1= {0.550，0.139，0.168，0.143}，因此獼猴桃果酒第1個樣品的模糊綜合評價總分為

0.550 0.139 0.168 0.143×90705030=71.92

同理可得到上述試驗中1～20組試驗的模糊綜合得分，用于單因素試驗的研究，其結果見表5。

2.3 單因素試驗

2.3.1 初始糖度對獼猴桃果酒品質的影響

由圖1可知，隨著初始糖度的增大，獼猴桃果酒的品質評分呈先增高后降低的趨勢，當初始糖度超過20 Brix時，獼猴桃果酒的品質會逐漸降低，因為獼猴桃較釀酒所需的糖度偏低，在發酵過程中需要額外添加糖，保證酵母菌的生長、繁殖、代謝以及乙醇的合成[18-19]，初始糖度低，酒精度不足，入口有澀味，而初始糖度偏高，不利于酵母菌的繁殖；而初始糖度為20 Brix時，酒味和獼猴桃果香味平衡。因此，確定初始糖度為20 Brix用于后續的研究。

2.3.2 酵母添加量對獼猴桃果酒品質的影響

由圖2可知，隨著酵母添加量的增加，獼猴桃果酒的品質評分呈先升高后降低的趨勢，當酵母的添加量超過0.02%時，獼猴桃果酒的品質又會逐漸降低，這是由于酵母的添加量影響獼猴桃果酒的發酵速度，添加量低，其發酵速度慢，酒精含量低，獼猴桃果酒品質低，而酵母添加量大，發酵速度快，獼猴桃果酒的品質不細膩柔和[20]。因此，確定酵母的添加量為0.02%用于后續的研究。

2.3.3 發酵溫度對獼猴桃果酒品質的影響

由圖3可知，隨著發酵溫度的升高，獼猴桃果酒的品質評分呈先升高后降低的趨勢，當發酵溫度為26 ℃時，獼猴桃果酒的品質最優。這是由于發酵溫度影響酵母代謝速率、酶活、酒精度、揮發性物質組成等因素，發酵溫度過低，酵母的生長繁殖被抑制，易染雜菌，有利于乙醇和風味物質的生成，而發酵溫度過高，酵母會過早的衰亡，酒精、果酒品質、口感都會受到影響[21-22]。因此，確定發酵溫度為26 ℃用于后續的研究。

圖3 發酵溫度對獼猴桃果酒品質的影響

Fig.3 Effect of fermentation temperature on the quality

of kiwi fruit wine

2.3.4 發酵時間對獼猴桃果酒品質的影響

由圖4可知，隨著發酵時間的增加，獼猴桃果酒的品質評分呈先升高后降低的趨勢，當發酵時間超過8 d時，獼猴桃果酒品質逐漸降低，這是由于發酵時間影響酵母的代謝，發酵時間短，發酵不完全，獼猴桃果酒酒味寡淡，酒精度低，而發酵時間過長，其獼猴桃果酒酒味偏酸，口感變差[23-24]。因此，確定發酵時間為8 d用于后續的研究。

圖4 發酵時間對獼猴桃果酒品質的影響

Fig.4 Effect of fermentation time on the quality

of kiwi fruit wine

2.4 響應面試驗結果分析

2.4.1 響應面試驗結果及方差分析

在上述獼猴桃果酒單因素試驗的基礎上，以初始糖度（A）、酵母添加量（B）、發酵溫度（C）、發酵時間（D）為自變量，以感官評分值（R）為響應值，運用Design-Expert 8.0.6進行四因素三水平的Box-Behnken中心組合試驗設計，結果見表6，回歸模型方差分析見表7，根據試驗結果分析，其不同因素與獼猴桃果酒品質之間的二次回歸方程為R=94.16+1.24A+0.94B+6.78C+2.06D+0.18AB-

0.33AC+0.56AD-0.91BC+0.35BD-0.081CD-7.98A2-8.62B2

-13.57C2-12.18D2。

由表7可知，模擬出的獼猴桃果酒中感官評價回歸模型極顯著（P＜0.001），而失擬項（P＞0.05）不顯著，可得建立的回歸模型有較好的顯著性，試驗方法可靠。而該模型相關系數R2為0.984 7，R2adj為0.969 5，表明模型擬合的二次回歸方程的誤差小，擬合程度高，可以準確地預測和分析不同因素對獼猴桃果酒品質的影響。根據回歸模型方差分析表中顯著性檢測結果顯示，該模型中一次項C、D，二次項A2、B2、C2、D2對獼猴桃果酒品質的影響極顯著（P＜0.01），一次項A影響顯著（P＜0.05）。由F值得知，影響獼猴桃果酒品質的四個因素的主次順序為發酵溫度（C）＞發酵時間（D）＞初始糖度（A）＞酵母添加量（B）。

初始糖度（A）、酵母添加量（B）、發酵溫度（C）、發酵時間（D）之間交互作用見圖5。本試驗選定的不同因素之間的交互作用對獼猴桃果酒的品質有影響，其變化趨勢均為隨著各因素的增加，果酒品質都呈現先增加后降低的趨勢。

酵母添加量、發酵溫度及發酵時間，這三個因素都會影響酵母菌的繁殖，若酵母菌量過少，其酒精度偏低，風味較寡淡，而酵母會過早的衰亡，酒精、果酒品質、口感都會受到影響，其中初始糖度和發酵溫度交互作用、初始糖度和發酵時間對獼猴桃果酒品質的影響較大。

2.4.2 驗證試驗

根據Box-Behnken試驗設計結果可知，獼猴桃果酒的最優工藝參數為初始糖度20.15 Brix、酵母添加量0.02%、發酵溫度26.49 ℃、發酵時間8.09 d，在此條件下獼猴桃果酒的感官評分為95.16。根據優化結果，結合實際生產情況，獼猴桃果酒的最優工藝參數調整為初始糖度20 Brix、酵母添加量0.02%、發酵溫度26.5 ℃、發酵時間8 d，以此工藝參數進行驗證試驗，結果顯示感官評分為95.61分，相對于模型預測的感官評價誤差為0.47%。因此，結果表明該模型可以有效預測各因素對獼猴桃果酒品質的影響，得到的最優條件準確可靠，具有一定的參考價值。

3 小結

本試驗采用模糊感官評價法結合響應面法優化獼猴桃果酒的工藝參數，研究表明最優參數為初始糖度20 Brix、酵母添加量0.02%、發酵溫度26.5 ℃、發酵時間8 d，在此條件下制備的獼猴桃果酒色澤呈現黃綠色，澄清透明，酒體柔順、柔和爽口、典型明確、風格良好適宜，感官評分為95.61分。該研究結果可為獼猴桃果酒的開發及應用提供基礎數據。

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