模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法優(yōu)化桑葚露酒制備工藝及其香氣成分分析

楊 璐，范少麗，李 宏，程 平，張志剛

(新疆林業(yè)科學(xué)院，新疆林木資源與利用國(guó)家林草局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆林果樹(shù)種選育與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830054)

楊璐，范少麗，李宏，等.模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法優(yōu)化桑葚露酒制備工藝及其香氣成分分析[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2020，36(4)：108-113

桑葚作為獨(dú)特的藥食兩用新疆特色林果之一，自古以來(lái)就備受當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族的推崇，不僅是可口營(yíng)養(yǎng)的水果[1-2]，也是維吾爾族民間特有的藥材[3]。 桑葚是維吾爾族民間安神助眠的良藥，民間依舊保留著常年備存桑葚制膏的習(xí)慣。 大量現(xiàn)有研究顯示，桑葚可以有效預(yù)防高血壓、高血脂、動(dòng)脈硬化等心血管疾病，提高人體免疫力，對(duì)于人體特殊疾病的預(yù)防和治療有重要的意義[4-5]。

隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，食品加工技術(shù)的提高，桑葚主要產(chǎn)品依舊以鮮果鮮食為主，資源利用率低，桑葚種植面積與產(chǎn)量逐年遞增，但是桑葚產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)滯后、沒(méi)有配套加工機(jī)械，深度加工方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)[6-7]。 充分利用食品加工科技創(chuàng)新技術(shù)、加深桑葚產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)深度，從全方面加強(qiáng)桑葚綜合開(kāi)發(fā)利用并提高創(chuàng)新能力，制得更加迎合現(xiàn)代人群需求與愛(ài)好的桑葚創(chuàng)意產(chǎn)品，不僅可以提高新疆桑葚資源的利用率，同時(shí)可以使居民對(duì)桑葚這種健康食品有更多的產(chǎn)品選擇[8-10]。 在桑葚露酒品質(zhì)評(píng)價(jià)中，感官品質(zhì)十分重要[11-12]。 但是感官品質(zhì)的評(píng)定，不夠客觀、清晰，僅通過(guò)感官評(píng)分得到平均值無(wú)法正確顯示出受試樣品之間的差異性[13]。 利用模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)定能夠根據(jù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建以及權(quán)重域等客觀條件，將感官指標(biāo)進(jìn)行定量同時(shí)利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理，減少感官評(píng)定員對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)以及桑葚露酒的主觀評(píng)定誤差，進(jìn)一步提高感官評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性、合理性和準(zhǔn)確性[14]。 本研究以新疆特色林果——桑葚鮮果為基礎(chǔ)原料，優(yōu)化桑葚露酒工藝流程，利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)最優(yōu)工藝制得的桑葚露酒進(jìn)行揮發(fā)性香氣成分分析，同時(shí)應(yīng)用模糊綜合評(píng)判模型從外觀、香氣、滋味和風(fēng)格四個(gè)方面評(píng)價(jià)露酒成品，以期為高品質(zhì)桑葚露酒的推廣應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)，為桑葚產(chǎn)品的綜合開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

桑葚鮮果(黑桑)：采自新疆吐魯番地區(qū)三堡鄉(xiāng)；原漿酒：由新疆吐魯番酒廠提供。

氫氧化鈉(分析純)：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；酚酞(分析純)：上海山浦化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A-5975C 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)安捷倫公司；65 μm[PDMS∕DVB]聚二甲基硅氧烷∕二乙烯基苯萃取纖維頭：美國(guó)SUPELCO 公司；WZS-I 型測(cè)糖儀：上海光學(xué)儀器廠；PB-10 pH 計(jì)：丹佛儀器(北京)有限公司；BSA224S 分析天平：北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 桑葚露酒制作流程

桑葚鮮果→去除雜質(zhì)及壞果、清洗→加入一定比例原漿酒→加入一定添加量蔗糖→靜置浸泡→過(guò)濾、裝瓶。

樣品處理：挑選出成熟完好的桑葚果，將未成熟的和腐爛的果實(shí)篩出，然后用流動(dòng)水充分漂洗，除去沙子、泥土等物，同時(shí)剔除霉?fàn)€、有病蟲(chóng)害的果子和一切雜質(zhì)。

調(diào)整成分：按一定料液比加入一定酒精度的原漿酒。

靜置浸泡：在25 ℃條件下浸泡20 d，過(guò)濾裝瓶無(wú)菌密封。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

糖度：手持糖度計(jì)；酒精度、總酸、總糖：按照《GB∕T 27588—2011 露酒》方法測(cè)定；pH：參考《GB 5009.237—2016 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品pH 的測(cè)定》；總酸：參考《GB∕T 12456—2008 食品中總酸的測(cè)定》。

1.3.3 GC-MS 條件

萃取方法：在常溫下，準(zhǔn)確稱取10 mL 桑葚酒于20 mL 固相微萃取瓶，向瓶中放入磁子，蓋緊樣品瓶蓋，將固相微萃取器的萃取頭插入樣品瓶中，推出纖維頭同時(shí)注意不要接觸樣品溶液及瓶壁)。 65 μm PDMS∕DVB 萃取頭，于80 ℃下平衡10 min，萃取40 min，吸附后將纖維頭縮回，再將萃取頭從樣品瓶中取出，然后將萃取頭直接插入氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口，推出纖維頭，進(jìn)樣口溫度250 ℃下解析5 min，同時(shí)開(kāi)啟儀器并采集數(shù)據(jù)。

色譜條件：色譜柱毛細(xì)柱HP 5-MS(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)，載氣：He(99.999%)，流速1.00 mL∕min；進(jìn)樣方式：無(wú)分流手動(dòng)進(jìn)樣；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；升溫程序見(jiàn)表1，采用峰面積歸一化法定量。

質(zhì)譜條件：電離方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃，傳輸線溫度250 ℃。掃描質(zhì)荷比范圍30—550 m∕z。

表1 色譜條件的升溫程序Table 1 Chromatographic conditions：temperature programmed

數(shù)據(jù)處理：試驗(yàn)所得譜圖的檢索及桑果露酒揮發(fā)性組分中的化學(xué)成分鑒定由SPME-GC∕MS 操作得到各處理樣品的質(zhì)譜相對(duì)豐度圖及總離子流圖(Total ion current，TIC)。 對(duì)TIC 圖中各有效峰代表的化學(xué)信息，標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)NIST 11.0，桑葚露酒揮發(fā)物組分中化合物的鑒定是通過(guò)查閱文獻(xiàn)，結(jié)合相關(guān)化學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合典型氣相色譜保留時(shí)間，同時(shí)用峰面積歸一化算法，計(jì)算不同化合物在桑葚露酒總揮發(fā)性組分中的相對(duì)百分含量。

1.3.4 感官評(píng)價(jià)方法

選擇10 位經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的感官評(píng)定員(男女比例1∶1)，成立感官評(píng)價(jià)小組，根據(jù)表2 配方設(shè)計(jì)表，分別對(duì)9 組不同處理樣品的外觀、香氣、滋味、風(fēng)格4 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)[15]，感官評(píng)定員分別在獨(dú)立的空間進(jìn)行評(píng)定，根據(jù)隨機(jī)數(shù)表分別將各處理樣品編碼為3 位隨機(jī)數(shù)，并使樣品保持常溫，評(píng)價(jià)員評(píng)定每份樣品前后均用清水漱口，評(píng)定全程中禁止感官評(píng)定員互相討論[16]。

表2 配方試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experimental design of formula

1.3.5 建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)因素集U的確立：選擇桑葚露酒的外觀(u1)、香氣(u2)、滋味(u3)、風(fēng)格(u4)構(gòu)成評(píng)價(jià)因素集，得到桑葚露酒的評(píng)價(jià)因素集U=(u1，u2，u3，u4)。

評(píng)價(jià)等級(jí)集V的確立：經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)和評(píng)定員的研究討論，確定對(duì)上述評(píng)價(jià)因素集U中各個(gè)因素的評(píng)定，得出桑葚露酒的評(píng)價(jià)為優(yōu)(v1)、良(v2)、中(v3)、差(v4)，即桑葚露酒的評(píng)價(jià)等級(jí)集為V=(v1，v2，v3，v4)[16]。 桑葚露酒的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 桑葚露酒感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standards for mulberry wine

評(píng)價(jià)權(quán)重集A的確立：各評(píng)價(jià)因素對(duì)桑葚露酒感官品質(zhì)的重要程度即為評(píng)價(jià)權(quán)重。 根據(jù)感官評(píng)定小組成員分別對(duì)桑葚露酒的外觀、香氣、滋味、風(fēng)格進(jìn)行權(quán)重的確定，按照劉俊艷等[17]的方法對(duì)評(píng)價(jià)各個(gè)因素的重要程度進(jìn)行評(píng)分，首先根據(jù)對(duì)桑葚露酒感官品質(zhì)影響的關(guān)鍵程度將各因素作一對(duì)一比較，重要因素得1 分，次要因素得0 分，自身比較一般得0 分，但是在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)比較某個(gè)主要因素時(shí)，因?yàn)槿∠艘蛩夭痪哂泻侠硇?，所以自身比較得1 分，說(shuō)明其某個(gè)因素為必要的，同時(shí)也是最次要的[16，18]。 感官權(quán)重即為不同評(píng)價(jià)因素取得的分?jǐn)?shù)與總分的比值，桑葚露酒感官權(quán)重確定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 感官權(quán)重的確定Table 4 Sensory evaluation weights of mulberry wine

由表3 可知，桑葚露酒各因素的權(quán)重分別為外觀0.25、香氣0.25、滋味0.35、風(fēng)格0.15。 權(quán)重集A=(0.25，0.25，0.35，0.15)。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑葚露酒GCMS 揮發(fā)性香氣成分分析

最優(yōu)工藝制得的桑葚露酒揮發(fā)性香氣成分主要由酯類、醇類、烷類化合物組成。 從表5 可以看出，桑葚露酒香氣成分中，最高的是乙醇、己酸乙酯、苯乙酸和棕櫚酸乙酯，說(shuō)明這些化合物在桑葚露酒典型性香氣形成中起著非常重要的作用。

表5 黑桑浸泡酒香氣成分Table 5 Aroma components of black mulberry wine

2.2 模糊矩陣評(píng)價(jià)結(jié)果

感官評(píng)定小組根據(jù)桑葚露酒感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(表2)，對(duì)根據(jù)表2 進(jìn)行不同設(shè)計(jì)配方的9 組酒樣的外觀、香氣、滋味、風(fēng)格進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。 根據(jù)V集(評(píng)價(jià)等級(jí)集)分別確定其評(píng)價(jià)等級(jí)，同時(shí)記錄在每個(gè)等級(jí)中各個(gè)因素的得分分布(表6)，根據(jù)每個(gè)因素各級(jí)的得分與感官評(píng)定小組人數(shù)計(jì)算贊成比率(得分與人數(shù)的比值)，有序排列贊成比率即可得出模糊評(píng)判矩陣Rj[19]。 其中j代表正交試驗(yàn)樣品的編號(hào)(1—9)，Rj則代表第j個(gè)樣品的模糊關(guān)系矩陣。i表示感官品質(zhì)評(píng)價(jià)因素，ri1—ri4分別代表第i個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)應(yīng)不同評(píng)價(jià)等級(jí)的贊成比率。

表6 桑葚露酒感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Sensory evaluation results of for mulberry wine

由表6 可得到1—9 號(hào)桑葚露酒樣品的模糊矩陣為：

2.3 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊變換原理，用權(quán)重A 乘以評(píng)判關(guān)系矩陣Rj，得到模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Yj。

Y1=(0.325，0.365，0.275，0.035)即為1 號(hào)試驗(yàn)桑葚露酒樣品的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，該結(jié)果表示利用料液比1：1、蔗糖添加量10%和酒精度45%的工藝參數(shù)制得的桑葚露酒，認(rèn)為其感官品質(zhì)為優(yōu)的人占比32.5%，認(rèn)為其感官品質(zhì)為良的人占比36.5%，認(rèn)為其感官品質(zhì)為中的人占比27.5%，認(rèn)為其感官品質(zhì)為差的人占比3.5%。

同理可得，其余8 組正交試驗(yàn)條件下得到的酒樣模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)定結(jié)果為：

Y2=(0.445，0.305，0.225，0.025)；Y3=(0.285，0.450，0.240，0.025)；Y4=(0.695，0.190，0.115，0)；Y5=(0.460，0.355，0.185，0)；Y6= (0.560，0.275，0.165，0)；Y7= (0.175，0.290，0.425，0.11)；Y8=(0.275，0.305，0.360，0.06)；Y9=(0.160，0.195，0.460，0.185)。

上述綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示，69.5%的人認(rèn)為4 號(hào)試驗(yàn)制得桑葚露酒感官品質(zhì)為優(yōu)，并且認(rèn)為優(yōu)和良的占比人數(shù)總和為88.7%，認(rèn)為品質(zhì)為中的人只占比11.5%。 由此可得，通過(guò)4 號(hào)試驗(yàn)浸提條件的桑葚露酒感官品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)，因此確定料液比1∶1.5、蔗糖添加量10%和酒基酒精度50%為桑葚露酒的最佳浸提條件。

3 結(jié)論

本研究以新疆特色林果——桑葚鮮果為基礎(chǔ)原料，開(kāi)發(fā)浸泡型桑葚露酒產(chǎn)品，應(yīng)用模糊綜合評(píng)判模型確定最佳浸提條件，得到桑葚露酒產(chǎn)品清亮透明無(wú)沉淀及懸浮物，桑葚香氣和酒香諸香和諧，滋味醇和，舒順協(xié)調(diào)，酒體完整，感官評(píng)分為97 分、酒精度25%、總糖208 g∕L、總酸5.01 g∕L(乙酸計(jì))，符合《GB∕T 27588—2011 露酒》標(biāo)準(zhǔn)。 利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析最優(yōu)工藝制得的桑葚露酒，其揮發(fā)性香氣成分中相對(duì)含量最高為乙醇、己酸乙酯、苯乙酸和棕櫚酸乙酯，暗示這些化合物在桑葚酒典型性香氣形成中起著非常重要的作用。

應(yīng)用模糊綜合評(píng)判法對(duì)桑葚露酒進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)，可避免以往感官品質(zhì)評(píng)價(jià)過(guò)程中因評(píng)定員帶有一些主觀感情因素而導(dǎo)致的錯(cuò)誤判斷，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，使評(píng)判結(jié)果更具有合理性和科學(xué)性[20-21]。 本研究為桑葚露酒制作優(yōu)化提供更為可靠的工藝參數(shù)，同時(shí)也為高品質(zhì)桑葚露酒的推廣應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)，為新疆桑葚產(chǎn)品的綜合開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。