基于模糊數學評價結合響應面法優化沙棘原漿加工工藝及品質分析

中圖分類號：TS255.36 文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）07-0119-09

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2025.07.018

Optimization of Processing Technology of Seabuckthorn Puree Based on Fuzzy Mathematics Evaluation Combined with Response Surface Method and Quality Analysis

LI Yan-bo，LI Wei，ZHAO Yu ， ZHANG Meng-ying，BI Kai-yue，WU Yu-han，WANG Wei* （Collge of Food Science and Pharmacy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 83oo52，China） Abstract： In order to improve the processing technology of seabuckthorn puree and maximize the retention of its nutritional quality，in this study，a fuzzy mathematics comprehensive evaluation model of seabuckthorn puree is established by assigning weights to the set of sensory evaluation factors. Using Xinjiang large fruit seabuckthorn as the raw material， single factor test combined with response surface method is designed to optimize the thawing， juicing and homogenization processes，and the quality differences between seabuckthorn puree produced by the optimal process and three commercially available products are investigated based on the static quantitative descriptive analysis （QDA），nutritional quality and stability coeficient indexes. The results show that the fuzzy mathematics evaluation model could comprehensively and accurately evaluate the sensory quality of seabuckthorn puree. The optimal processing technology parameters are thawing temperature of 14°C ， juicing temperature of 5^°C ， juicing time of 32s ，and homogenization pressure of 37MPa . The color of seabuckthorn puree produced under these process conditions is uniform，the acidity is suitable，and the fuzy mathematics sensory score is 90.4 points. Compared with commercially available products，the nutrient retention rate of seabuckthorn puree prepared by the optimal process is higher， the flavor profile is better，and the stability coefficients increase by 17.6%～29.2% . This study can provide a theoretical basis and technical references for the processing and production of seabuckthorn puree.

Key words：seabuckthorn puree； processing technology；response surface method; fuzzy mathematics；static quantitative descriptive analysis

隨著生活節奏的加快和生活品質的提高，人們對具有高營養價值的果汁飲品的需求越發迫切[]。鮮榨果汁由鮮果直接壓榨，經過低溫加工或巴氏滅菌制成，能夠極大程度地保留果實中的營養成分[2]。沙棘原漿是典型的鮮榨果汁，富含黃酮[3]、酚類、抗壞血酸[4]等營養成分，也是制作調配果汁或飲料的主要原料，占據沙棘產品銷售的主要市場份額。但是，營養損失率高[5、分層是沙棘原槳在加工或貯藏過程中亟待解決的問題。

沙棘原漿加工技術與其他果汁類似，分為清洗、榨汗、滅菌等環節，而這些加工環節往往伴隨著果汁品質的變化[6]，例如，張敬文等研究發現不同草莓鮮榨汁的香氣成分差異明顯。王留言等[8探討了不同解凍方式對3個品種速凍柑橘果肉品質的影響，結果表明不同解凍方式對果實的品質影響不同，微波解凍效果最優。盧薇9研究發現熱榨汁能夠提升藍莓汁的出汁率和果汁色澤。馬金花等[1°研究發現超高壓均質處理能夠顯著影響非濃縮還原甜瓜汁的流變特性，改善果汁的穩定體系。因此，在果汁加工中選擇合適的加工工藝有助于最大程度地保持果汁的品質。

傳統的感官評價因缺乏客觀性而不夠準確[11]。模糊數學是研究和處理模糊現象的一種數學理論和方法，它可以量化不明確的評測界限，科學全面地評價目標的多個質量指標[12]，從而提高評價結果的準確性[13]。目前模糊數學感官評價方法已廣泛應用于果汁[14]、酸奶[15]、預制菜[16]、醋[17]、速溶海鮮[18]等食品加工的研究中，且都取得了較客觀、準確的結果，但是關于其在沙棘原漿加工工藝中的應用未見相關研究報道。

因此，本研究采用模糊數學感官評價結合響應面法優化沙棘原漿的加工工藝，并對比最優工藝制得的沙棘原漿與市售沙棘原漿產品的品質特性和穩定系數，探討加工工藝的實際可行性，旨在研制一款品質優良、穩定性高的沙棘原漿，為產品的生產加工提供技術參考。

1材料與方法

1. 1 材料與設備

沙棘果：采自新疆阿勒泰地區，采后置于一 20°C 冰箱中備用；草酸、2，6-二氯酚靛酚、無水乙醇、硝酸鋁、醋酸鉀、碳酸鈉等（均為分析純）：天津市致遠化學試劑有限公司；市售沙棘原漿：選擇原料來源均為新疆阿勒泰地區且生產日期在1個月以內的產品。

UV-1200紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；3H16RI高速離心機 湖南赫西儀器裝備有限公司；SP902S多功能破壁機蘇泊爾集團有限公司；JN-MiniPro連續超高壓均質機廣州聚能納米生物科技股份有限公司;MA35M型水分測定儀德國Sartorius公司;PHS-3C數顯pH計上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.2樣品處理

選取同一批次、表面無損傷的沙棘果，混勻后使用不同溫度的自來水進行解凍清洗，迅速瀝干水分，選取適量沙棘果置于榨汁杯中，將其置于低溫冰箱中，不斷翻動樣品以縮小榨汁杯內外溫度差，待杯內中心溫度恒定時破碎榨汁，榨汁后使用100目食品過濾網過濾，采用超高壓均質機設置不同壓力參數對過濾后的沙棘原漿進行均質處理，后續對樣品進行巴氏滅菌。

1. 3 單因素試驗設計

固定其余參數不變，探究不同解凍溫度（5，15，25，35，45，55^°°C ）、榨汁溫度 （0，5，10，15，20，25^°C） 、榨汁時間（10，20，30，40，50，60s）、均質壓力（20，30，40，50，60，70MPa 對沙棘原漿感官評分和抗壞血酸含量的影響。

1.4 響應面試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以模糊數學感官評分為響應值，選取解凍溫度、榨汁溫度、榨汁時間、均質壓力4個變量，利用Design-Expert13.O軟件設計四因素三水平響應面優化試驗。響應面試驗因素和水平見表1。

表1響應面試驗因素和水平

1.5模糊數學綜合感官評價

1.5.1 感官評價方法

選擇10名（男女比例 1：1） 經過培訓的相關專業人員從口感、色澤、香氣、組織狀態4個方面進行感官評價，滿分為100分，經過權重計算并求和后得到感官評價總分，具體評價標準見表2。

表2沙棘原漿感官評價標準

1.5.2 模糊數學評價模型的建立

評價因素集 口感，色澤，香氣，組織狀態}，采用用戶調查法[19]確定因素集 H 的權重，權重集 K={k₁，k₂，k₃，k₄}={0.4，0.2，0.2，0.2} ：評語集 M={m₁，m₂，m₃，m₄}={ 好，較好，一般，較差}，對評語集進行清晰化賦分，分數等級集 N={n₁ n₂，n₃，n₄}={100，80，60，40} ；模糊數學綜合評價向量B_i=K×R_i ，其中 R_i 為模糊評價矩陣， i=1，2，3，… 29；模糊數學感官評價總分 T_i=B_i×N 。

1.6 指標測定方法

1.6.1 定量描述分析

參照GB/T16291.1—2012中的方法，首先采用三點檢驗法篩選出20名嗅覺靈敏的食品專業人員。排除掉抽煙、香水等可能影響環境味道的所有因素，評測人員在密閉空間內對沙棘原漿進行循環多次的香氣判定和描述分析，并對出現頻率較高的描述詞進行匯總，最終確定沙棘原漿最具代表性的7種風味描述詞，匯總為術語表，見表3。采用賦分制對試驗樣品進行正式評測，賦分范圍 0～10 ，分值越高代表風味感知強度越強。

1.6.2 抗壞血酸含量的測定

參照GB5009.86—2016中的2，6-二氯酚靛酚滴定法測定。

1.6.3 總酚含量的測定

采用Folin-Ciocalteu比色法[20]測定，向調整好濃度梯度的沒食子酸溶液中分別加入 1mL 鎢酸鈉-鉬酸鈉混合溶液和 3mL 質量濃度為 75g/L 的碳酸鈉溶液，于黑暗處放置 ^2h ，在 765nm 波長處測定吸光度，繪制標準曲線，得到回歸方程為 y=0.1347x+0.0129 。將樣品于沸水浴中保溫提取 30min ，冷卻后定容，過濾，吸取 1mL 濾液，按照上述試驗步驟在 765nm 處測定吸光度，根據標準曲線計算樣品中總酚含量。

1.6.4總黃酮含量的測定 參照SN/T4592—2016，采用硝酸鋁比色法測定。

1.6.5 可滴定酸含量的測定 參照GB12456—2021，采用酸堿指示劑滴定法測定。

1.6.6 可溶性固形物、水分、 pH 值的測定

可溶性固形物含量使用手持糖度計測定；水分含量使用水分測定儀測定； pH 值使用數顯 ΔpH 計測定。

1.6.7穩定系數的計算

參照徐偉等[21]的方法并略作修改，樣品經 6000r/min 離心 20min 后使用紫外分光光度計在 600nm 處測定吸光度，穩定系數的計算公式見式（1）。

穩定系數 $= ＼frac { A _ { 1 } } { A _ { 2 } } ＼times 1 0 0 ＼$ 。

式中： A₁ 為離心后沙棘原漿上清液的吸光度； A₂ 為沙棘原漿的吸光度。

1.7 數據處理

每組試驗重復3次，采用Excel2019和SPPS23軟件進行數據處理；采用Origin2021軟件進行圖形繪制；采用Design-Expert13.O軟件進行響應面試驗設計。

2 結果與分析

2.1單因素試驗結果

注：不同大寫字母表示抗壞血酸含量差異顯著（ Plt;0.05） ，不同小寫字母表示感官評分差異顯著 ?Plt;0.05） 。

2.1.1解凍溫度對沙棘原漿感官評分和抗壞血酸含 量的影響

由圖1中a可知，隨著解凍溫度的升高，感官評分呈先上升后下降的趨勢，當解凍溫度為 15^°C 時感官評分達到最高值，為83.67分，且與其他溫度差異顯著（ Plt;0.05） 。抗壞血酸含量在解凍溫度 25°C 以下差異不顯著（ Pgt;0.05） ，當解凍溫度升高至 35°C 后，抗壞血酸含量下降速度較快，當解凍溫度為 55^°C 時，抗壞血酸含量降至 71.18mg/100mL ，這是因為解凍溫度過高導致抗壞血酸含量損失[22]，故選擇解凍溫度 15°C 作為響應面試驗的中心值。

2.1.2榨汁溫度對沙棘原漿感官評分和抗壞血酸含 量的影響

由圖1中b可知，榨汁溫度為 5°C 和榨汁溫度為0°C 時抗壞血酸含量沒有顯著變化（ .Pgt;0.05; ，穩定在73.93～74.14mg/100mL 之間，而感官評分呈顯著上升趨勢（ ，這是因為榨汁溫度過低會影響沙棘原漿的口感，使評價員的接受程度下降。而隨著榨汁溫度的繼續升高，感官評分和抗壞血酸含量均顯著降低。柴愛梅等[23]研究發現抗壞血酸在熱加工過程中降解的程度相較于非熱加工更高，與本研究結果類似，故選擇榨汁溫度 5°C 作為響應面試驗的中心值。

2.1.3榨汁時間對沙棘原漿感官評分和抗壞血酸含量的影響

由圖1中c可知，隨著榨汁時間的延長，果汁中的果肉顆粒被不斷細化，適口性和穩定性增加，當榨汁時間為30s時感官評分最高，為84.3分，此后，沙棘原漿的風味隨著榨汁時間的增加而變差，感官評分降低。榨汁等物理機械操作會影響果汁中抗壞血酸的含量[24]。抗壞血酸含量在榨汁時間為30s時最高，但相較于10s和 20s 處理組差異不顯著（ Pgt;0.05） ，繼續增加榨汁時間，抗壞血酸含量呈現顯著下降趨勢 ?Plt;0.05? ，這是因為抗壞血酸非常容易被氧化成沒有維生素活性的L-脫氫抗壞血酸[25]，而長時間榨汁會增加果汁中的氧氣含量，從而導致抗壞血酸發生氧化降解，含量降低，故選擇榨汁時間 30s 作為響應面試驗的中心值。

2.1.4均質壓力對沙棘原漿感官評分和抗壞血酸含 量的影響

均質處理能夠通過高強度物理擠壓和強沖擊破碎樣品的果肉和細胞壁，從而影響果汁的感官狀態[26]，由圖1中d可知，均質壓力為 40MPa 時感官評分和抗壞血酸含量均最高，分別為86.67分和 75.31mg/100mL ，表明合適的均質壓力對沙棘原槳的感官評分有正向效果，這是因為其能夠改善沙棘原漿的分層問題，提高沙棘原漿的穩定性。抗壞血酸含量隨著均質壓力的升高呈現顯著上升趨勢 （Plt;0.05） ，這可能是因為均質處理破壞了細胞結構，導致胞內營養成分溶出[27]，亦或是外部壓力的增加導致原槳中的空氣排出，使抗壞血酸更加穩定。隨著均質壓力繼續升高，物理擠壓強度增加，導致沙棘原漿中的抗壞血酸含量逐漸降低，故選擇均質壓力40MPa 作為響應面試驗的中心值。

2.2 響應面試驗結果

沙棘原漿模糊數學感官評價統計結果見表4。

表4沙棘原漿模糊數學感官評價統計結果

2.2.1 模糊數學感官評價矩陣的建立

由表4可知，第一組樣品中，口感有5人選擇好，有4人選擇較好，有1人選擇一般，有0人選擇較差，因此 h₁={0.5，0.4，0.1，0} ，以此類推，整理計算模糊矩陣模型，結果如下：

同理可得 R₂～R₂₉ 。

2.2.2模糊數學感官評分計算結果

根據矩陣，按照公式 B_i=K×R_i 計算模糊數學綜合評價向量，得到 B₁={0.4，0.2，0.2，0.2}×

同理可得 B₂～B₂₉ 。

依據模糊數學感官評分計算公式 T_i=B_i×N ，則Γ₁={0.54，0.34，0.10，0.02}×{100，80，60，40}=88， 同理可得 T₂～T₂₉ 。

2.2.3 響應面優化試驗設計與結果

單因素試驗結果表明樣品組間差異性較大，后續以模糊數學感官評分為響應值，設計四因素三水平的響應面中心組合試驗，試驗結果見表5。得到二次多項回歸方程： ;Y=89.68-0.9A+0.1B+1.73C-1.87D+ 0.3AB+0.2AC+0.4AD+0.3BC+0.5BD-0.1CD- 2.26A²-0.8576B²-2.21C²-1.91D²"。

2.2.4方差分析及交互作用

回歸模型方差分析結果見表6。

注：“ ? ”表示影響顯著 （Plt;0.05） ；“ ?? ”表示影響極顯著1 ?Plt;0.01） 。

由表6可知，該模型可靠（ Plt;0.01? ，失擬項不顯著 Pgt;0.05） ，且變異系數較小 （C.V.=0.857 9%） ，R²=0.9552，R_Adj ² 接近 R² ，表明試驗值和預測值之間的相關性較高。通過顯著性檢驗結果可知，回歸模型中的 A，C，D，A²，B²，C²，D² 均達到顯著水平（ Plt; 0.05）。

Fig.3Contourplots oftheeffectof interaction ofvarious factors on the fuzzy mathematics sensory score of seabuckthorn puree

各因素間的交互作用可以通過3D曲面圖反映，響應曲面圖越陡峭，說明各因素間的交互作用對感官評分的影響越顯著。由圖2可知，6組交互作用下所呈現的曲面圖均陡峭或者呈現明顯的馬鞍形，表明各因素間交互作用對樣品的感官評分均有一定的影響。由圖3可知，6組交互作用下等高線圖呈現明顯的橢圓形或者圓形分布特征，表明對感官評分具有一定影響。

2.2.5 最佳工藝條件試驗驗證

模型預測沙棘原漿最佳加工工藝為解凍溫度 14.01^°C 榨汁溫度 4.81^°C 、榨汁時間 31.95s. 均質壓力 37.36MPa 此時預測的模糊數學感官評分為90.59分。為便于實際操作，將最佳加工工藝調整為解凍溫度 14°C 、榨汁溫度 5°C 、榨汁時間32s、均質壓力 37MPa ，在此工藝條件下，進行3次驗證試驗，得到沙棘原漿的模糊數學感官評分平均值為90.4分，與預測值基本一致。

2.3最優工藝制得的沙棘原漿及市售沙棘原漿品質分析

2.3.1 品質指標測定結果分析

阿勒泰大果沙棘基礎指標測定結果和不同沙棘原漿樣品的營養指標測定結果分別見表7和表8。

表7阿勒泰大果沙棘基礎指標

表8不同沙棘原漿樣品的營養指標測定結果

注：S1為最優工藝制得的沙棘原漿， S2～S4 分別代表市售的3種樣品，下同。同列不同小寫字母表示具有顯著性差異（ Plt; 0.05）。

由表8可知，雖然原料產地相同，但是不同加工方式制作的沙棘原漿營養成分含量差異較大，因為其容易受到加工中機械損傷和溫度等的影響而導致含量變化。3種市售產品的抗壞血酸含量在 19.03～52.90mg/100mL 之間，S1組的抗壞血酸含量為 73.10mg/100mL ，顯著高于市售產品（ .Plt;0.05; 。S1組的總酚含量分別比S3組和S4組高 18.41% 和 64.63% ，且可溶性固形物含量顯著高于S2 組和S4組 （Plt;0.05） 。此外，除了S2組外，其余3組的總黃酮含量沒有顯著性差異 Pgt;0.05} ，Sl組的可滴定酸含量為 17.05mg/mL ，低于 ΩS2 組 （20.10mg/mL） ，但是顯著高于S3組（12 ?20mg/mL） 和 S4 組 （15.58mg/mL）（Plt;0.05） 。

2.3.2 QDA結果分析

不同沙棘原漿樣品的定量描述分析（QDA）結果見圖4。

雷達圖展示了每個樣品所有風味描述詞的強度均值。由圖4可知，花香和果香在沙棘原槳的風味輪廓中占據主導地位，相較于其他組，S1組的花香、果香和焦香更加突出，而3種市售產品的蘿卜干味相較于S1組更加濃郁，此外，S3組的酸味、乙醇味和青草香最強烈。在7種風味描述詞中，花香、果香和青草香是令人感官愉悅的氣味，而蘿卜干味呈現令人反感的異臭味，故相較于市售產品，S1組具有更優的風味輪廓。

注：“ ? \"表示 Plt;0.05 ；“ times? ”表示 Plt;0. 01 ；“***”表示Plt;0.001 ；“n.s.\"表示 Pgt;0.05 。

穩定系數是衡量果汁穩定狀態的重要指標之—[28]由圖5可知，最優工藝制得的沙棘原槳與市售產品之間的穩定系數差異顯著 （Plt;0.05），3 種市售產品的穩定系數在 32.77～36.3 之間，S1組的穩定系數為41.67，相較于S2、S3、S4組分別提高了 29.2% 、22.8%、17.6%，這主要取決于較優的榨汁和均質工藝處理，使果汁形成了穩定的離散體系，表觀狀態更加穩定。

3結論

本研究建立的模糊數學評價模型能夠全面、精確地評價沙棘原漿的感官品質，經單因素試驗和響應面試驗，得到沙棘原漿最佳工藝條件為解凍溫度14℃、榨汁溫度5℃、榨汁時間32s、均質壓力37MPa，在此工藝條件下制得的沙棘原漿模糊數學感官評分高達90.4分，且與預測值基本相符。通過對沙棘原漿的QDA和部分營養品質及穩定性進行測定分析，證明該工藝制得的沙棘原槳風味輪廓較好，營養成分保留率較高，同時，穩定系數提高了17.6%～29.2%。此外，該工藝對設備要求低，操作簡單，更有利于工業化生產。

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