模糊數(shù)學感官評價結合響應面法優(yōu)化刺玫果蘋果低糖復合果醬配方

李子晗，楊名春，李慶鵬，許靈媛，張智勇，李華，倪娜*

(1.內(nèi)蒙古民族大學 生命科學與食品學院，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.中國農(nóng)業(yè)科學研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；3.通遼市農(nóng)業(yè)科學研究院，內(nèi)蒙古 通遼 028015)

刺玫果為薔薇科薔薇屬野薔薇種植物山刺玫的果實，別名野薔薇果、野玫瑰果，主要分布于大、小興安嶺的原始森林以及華北部分地區(qū)[1]。成熟的刺玫果為紅色，類球形或卵形，滋味酸甜[2]。刺玫果營養(yǎng)豐富，藥食同源，民間用其治療消化不良、月經(jīng)不調(diào)等疾病，也常采摘做水果、茶飲食用[3]。刺玫果中含有類黃酮、多酚、多糖、皂苷、維生素、礦物質、果膠和必需脂肪酸等[4-5]，其當前研究熱點主要集中在活性物質的提取及作用機制的研究等方面，如抗氧化、抗衰老、抗疲勞、抑菌、除血栓、降血脂、降血壓、抗心肌缺血、護肝保肝、預防腫瘤、增強免疫力、益腦增智等[6-9]。

果醬是快速消費食品之一，主要加工原材料為鮮果，產(chǎn)品味道甘甜、香味濃郁，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的果醬含糖率高達60%～65%，熱量高、營養(yǎng)不均衡，如果大量攝入此類果醬會有損害人體健康的風險[10]。因此，低糖果醬產(chǎn)品表現(xiàn)出非常大的市場潛力[11]。蘋果果醬是市場上較為成熟的一款產(chǎn)品，但風味較為單一，本研究旨在開發(fā)一款營養(yǎng)、風味更加豐富的低糖復合果醬產(chǎn)品，以滿足消費者對口味、營養(yǎng)和健康的需求。

感官特性作為評價果醬產(chǎn)品質量的重要指標之一，一般包括外觀、風味、口感等方面，采用評分形式對其進行等級劃分，無法用數(shù)字精確描述變量，難以劃分出清晰的界限或品質等級，具有模糊性[12-13]。因而，采用模糊數(shù)學評定法，可通過建立評判因素集、評語集、權重集以及建立矩陣和權重之間的運算，將這些模糊的、定性的屬性轉變?yōu)榍逦?、定量化的指標，從而獲得較為客觀的結果[14]。本研究以蘋果、刺玫果為原料，采用模糊數(shù)學感官評價法對低糖果醬產(chǎn)品進行感官評價，同時結合響應面法優(yōu)化其配方，以期為豐富果醬類產(chǎn)品、開發(fā)刺玫果資源提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅富士蘋果：沈陽京東世紀貿(mào)易有限公司；刺玫果：大興安嶺林格貝寒帶生物科技股份有限公司；無水檸檬酸：濰坊英軒實業(yè)有限公司；黃原膠：山東阜豐發(fā)酵有限公司；白砂糖、食鹽等均為市售。

BSA224S分析天平 德國賽多利斯集團；JYL-C91T九陽打漿機 九陽股份有限公司；DZKW-S-6電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；WYT手持式折光儀 上海力辰邦西儀器科技有限公司；HD-4智能水分活度測量儀 無錫市華科儀器儀表有限公司；UV-5500PC紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

參考李素云等[15]的方法并略作修改，制備刺玫果蘋果低糖復合果醬的工藝流程如下：

1.2.2 操作要點

原料選擇：挑選成熟、飽滿、無腐爛的刺玫果，成熟度適宜、完好無損的新鮮蘋果。

清洗：用流動水分別清洗蘋果、刺玫果，去除刺玫果內(nèi)部的籽和毛刺。

去皮、去心、切塊：蘋果削皮、去心，切成約8 cm3的小塊。

護色：使用1%的食鹽水浸泡15 min。

軟化：將蘋果、刺玫果分別放入沸水中煮3～6 min，使之軟化。

打漿：將軟化的蘋果和刺玫果分別用打漿機打漿，使之成為細膩漿液。

混合調(diào)配：將刺玫果漿和蘋果漿按試驗設計中所示比例混合，依次加入白砂糖、檸檬酸、黃原膠，充分攪拌溶解。

濃縮：對醬體進行熬煮濃縮，待溫度高于100 ℃時轉為小火，持續(xù)攪拌15 min直至果醬濃稠。

裝罐：將罐頭瓶和瓶蓋一起放入鍋中煮15 min，殺菌消毒，瀝干水分，將濃縮好的果醬裝入罐頭瓶中，并避免醬體沾染瓶口和外壁。裝罐至離瓶口頂隙8 mm左右[16]。密封時果醬溫度在80～90 ℃[17]。

殺菌、冷卻：待水浴鍋溫度穩(wěn)定為85 ℃，將裝好果醬的罐頭瓶放入恒溫水浴中殺菌消毒，保持15 min，殺菌結束后，逐漸降溫，直至室溫[18]。

成品：擦干罐頭瓶外壁水分，貼上標簽，放入冰箱冷藏。

1.3 試驗設計

1.3.1 運用模糊數(shù)學法建立感官評價系統(tǒng)

1.3.1.1 模糊數(shù)學模型的建立

參照高子武等[19]的方法建立復合低糖果醬產(chǎn)品模糊數(shù)學感官評價方法。依據(jù)食品的感官評價指標，設2個評定論域：評價因素集U={色澤(U1)，滋味(U2)，氣味(U3)，組織狀態(tài)(U4)}；評語集V={優(yōu)(4)，良(3)，中(2)，差(1)}。加權數(shù)集設為X=(X1，X2，X3，X4)，X1～X4分別表示色澤、滋味、氣味、組織狀態(tài)的加權數(shù)，請30位食品科學與工程專業(yè)的學生對4項評價因素提出自己的權重分配，利用頻數(shù)統(tǒng)計法來確定權重。對每個被評定因素建立從U～V的模糊關系評判矩陣R，綜合評判的結果用Y表示，則Y=X×R。

1.3.1.2 感官評價方法

挑選食品科學與工程專業(yè)的學生10人(5男5女)組成感官評價小組[20]，分別對復合果醬的色澤、滋味、氣味和組織狀態(tài)進行感官評價，對每個評價指標從優(yōu)、良、中、差4個等級進行評定，感官評定標準見表1。

表1 刺玫果蘋果低糖復合果醬的感官評定標準

1.3.2 單因素試驗

根據(jù)刺玫果蘋果低糖復合果醬的配方與工藝流程，在工藝條件和其他配方因素均相同的情況下，分別考察蘋果漿與刺玫果漿的質量比、白砂糖添加量、檸檬酸添加量和黃原膠添加量對低糖復合果醬產(chǎn)品感官評分的影響。以混合果漿重100 g計，各因素的固定值分別為：蘋果漿與刺玫果漿的質量比為1 (g/g)，白砂糖添加量為20%，檸檬酸添加量為0.15%，黃原膠添加量為0.20%，按照表2依次改變其中一個因素的取值，完成單因素試驗。

表2 刺玫果蘋果低糖復合果醬的單因素試驗設計

1.3.3 響應面優(yōu)化試驗

運用Design Expert 11軟件，采用Box-Behnken響應曲面設計方案，參考單因素試驗結果，選取蘋果漿與刺玫果漿的質量比、白砂糖添加量、檸檬酸添加量和黃原膠添加量等因素進行響應面分析，并以1，0，-1分別代表變量的編碼，以復合果醬感官評分為指標優(yōu)化加工工藝，編碼水平設計見表3。

表3 響應面試驗因素水平表

1.3.4 理化及微生物指標的測定

刺玫果蘋果低糖復合果醬產(chǎn)品的水分活度根據(jù)GB 5009.238-2016采用水分活度儀測定[21]；可溶性固形物的根據(jù)NY/T 2637-2014采用折射儀測定[22]；菌落總數(shù)依據(jù)GB 4789.2-2016測定[23]；總糖的測定采用蒽酮比色法[24]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Origin 9.1作圖，并運用Design Expert 8.0軟件對復合果醬加工工藝進行數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化、模型的建立與檢驗。

2 結果與討論

2.1 模糊數(shù)學感官評價結果

2.1.1 確定加權數(shù)集結果

30位食品專業(yè)學生根據(jù)個人喜好程度，對色澤、滋味、氣味、組織狀態(tài)4項指標的重要性打分(總分100分)，各項指標得分與總分的比重即為權重。將調(diào)查結果進行頻數(shù)統(tǒng)計，求得各項指標的權重平均值分別為：色澤的權重占0.1；滋味的權重占0.5；氣味的權重占0.3；組織狀態(tài)的權重占0.1，即4項復合低糖果醬的加權數(shù)集X=(X1，X2，X3，X4)=(0.1，0.5，0.3，0.1)。在4項影響復合低糖果醬的質量因素中，滋味所占權重最大，其次是氣味，權重最小的是色澤和組織狀態(tài)。滋味是決定產(chǎn)品感官評分的重要因素，這與申光輝等[25]對桑葚低糖復合果醬質量因素權重的確定結果相似。

2.1.2 模糊矩陣的建立及感官評價結果

由10名感官評價員對復合低糖果醬樣品進行評價打分。統(tǒng)計各個因素在優(yōu)、良、中、差4個等級中的票數(shù)分布百分比，得出評判矩陣R。以優(yōu)化試驗中的1號樣品為例計算Y，色澤：4人認為優(yōu)，3人認為良，3人認為中，0人認為差；滋味：3人認為優(yōu)，4人認為良，3人認為中，0人認為差；氣味：2人認為優(yōu)，4人認為良，4人認為中，0人認為差；組織狀態(tài)：3人認為優(yōu)，4人認為良，2人認為中，1人認為差。將其數(shù)據(jù)分別除以品評總人數(shù)10人，得到評判矩陣：

根據(jù)模糊變換原理，用矩陣乘法計算樣品對各因素的綜合隸屬度：

Y1=X×R1=(0.1，0.5，0.3，0.1)×

Y1為1號樣品的綜合感官評價結果，將結果集中的各個量分別乘以對應的分值(優(yōu)、良、中、差依次賦予分值4，3，2，1)，然后加和，即可得到每個樣品的最后總分。試驗樣品的總分見圖1～圖4和表4。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 蘋果漿與刺玫果漿的質量比對低糖復合果醬感官品質的影響

蘋果漿與刺玫果漿的質量比對低糖復合果醬感官品質的影響見圖1。

圖1 蘋果漿與刺玫果漿質量比對低糖復合果醬感官品質的影響

由圖1可知，隨著蘋果漿與刺玫果漿質量比的增加，復合果醬產(chǎn)品的感官評分呈先上升后下降的趨勢，即當蘋果漿所占比例低于56.5%時，隨著混合果漿中蘋果漿比例的提升，產(chǎn)品的感官評分越來越高，蘋果漿的甜味與香氣有助于掩蓋刺玫果輕微的酸澀味。當兩種果漿的質量比為1.3時，產(chǎn)品的感官評分值最佳，為(2.87±0.38)分，此時蘋果與刺玫果的風味均較明顯，濃郁但不過分突出，且復合果醬的質地細膩、色澤誘人。若混合果漿中蘋果漿的比例過高，雖然生產(chǎn)成本更為低廉，但感官評分明顯下降，產(chǎn)品中體現(xiàn)不出刺玫果的獨特風味，故選擇蘋果漿與刺玫果漿的質量比1.3為宜。

2.2.2 白砂糖添加量對低糖復合果醬感官品質的影響

白砂糖添加量對低糖復合果醬感官品質的影響見圖2。

圖2 白砂糖添加量對低糖復合果醬感官品質的影響

由圖2可知，低糖果醬的含糖量一般在20%～45%之間，其特點是口感清爽，更能突出原果風味[26]。在白砂糖添加量為10%～30%的范圍內(nèi)的，低糖復合果醬產(chǎn)品的感官評分呈先上升后下降的趨勢。當白砂糖添加量為10%～25%時，產(chǎn)品的感官評分逐漸增加，當白砂糖添加量為25%時，感官評分達到最高值，此時產(chǎn)品風味酸甜適宜，口感均勻細膩，無顆粒感，醬體粘稠，有光澤。當白砂糖添加量繼續(xù)增加時，產(chǎn)品的甜味有所增加，但果香味不夠突出，醬體色澤較為暗淡，有輕微的汁液析出現(xiàn)象。故選擇白砂糖添加量25%為宜。

2.2.3 檸檬酸添加量對低糖復合果醬感官品質的影響

檸檬酸添加量對低糖復合果醬感官品質的影響見圖3。

圖3 檸檬酸添加量對低糖復合果醬感官品質的影響

由圖3可知，當檸檬酸添加量為0.15%～0.25%時，低糖復合果醬產(chǎn)品的感官評分呈輕微上升趨勢，酸味對產(chǎn)品的感官評分影響不明顯，產(chǎn)品中甜味的表現(xiàn)更為突出。當檸檬酸添加量為0.25%時，復合果醬產(chǎn)品的感官評分最高，此時產(chǎn)品的酸甜比適中，果香味較突出，口感較清新。當檸檬酸添加量繼續(xù)增加時，過度的酸味會令人感到不適，果醬產(chǎn)品的感官評分明顯下降。故選擇檸檬酸添加量0.25%為宜。

2.2.4 黃原膠添加量對低糖復合果醬感官品質的影響

黃原膠添加量對低糖復合果醬感官品質的影響見圖4。黃原膠是一種高效的增稠劑，具有較強的穩(wěn)定性，可提高果醬產(chǎn)品的外觀、質構性質和感官品質[27]。

圖4 黃原膠添加量對低糖復合果醬感官品質的影響

由圖4可知，隨著黃原膠添加量的增加，低糖復合果醬產(chǎn)品的感官評分呈先上升后降低的趨勢。當黃原膠添加量為0.15%時，產(chǎn)品的感官評分最高，此時復合果醬的醬體呈現(xiàn)出較好的黏稠性，外觀均勻，無汁液析出現(xiàn)象，口感較為細膩均一，無顆粒感。當黃原膠添加量增加至0.15%后，果醬醬體的均勻性逐漸變差，甚至出現(xiàn)些許汁液析出現(xiàn)象，口感與0.15%的黃原膠添加量相比也有明顯差距，產(chǎn)品的感官評分呈逐漸下降趨勢。故黃原膠添加量選擇0.15%為宜。

2.3 響應面試驗結果與分析

2.3.1 響應面試驗設計及結果

響應面試驗設計方案及結果見表4。

表4 響應面試驗設計方案及結果

將表4所得到的試驗數(shù)據(jù)運用Design Expert 8.0.6軟件進行統(tǒng)計分析，方差分析見表5。

表5 回歸模型的方差分析表

續(xù) 表

對表5的試驗數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得出感官評分Y對蘋果漿與刺玫果漿的質量比、白砂糖添加量、檸檬酸添加量、黃原膠添加量4個因素的多元二次回歸方程：Y=3.21-0.105A+0.088B+0.085C+0.097D+0.030AB-0.048AC+0.0025AD-0.060BC+0.080BD+0.068CD-0.19A2+0.029B2-0.19C2-0.049D2。

由表5方差分析結果可知，模型的F=22.92>1，P<0.01，表示該回歸模型極顯著；失擬項P=0.1205>0.05，不顯著，表明無失擬因素存在，回歸模型與實際情況擬合程度高，可以對刺玫果蘋果果醬加工工藝配方進行較真實模擬。決定系數(shù)R2=0.9582，RAdj2=0.9164，進一步說明該模型的擬合度較好?；貧w方程的一次項A，B，C，D對響應值Y的影響均極顯著(P<0.01)，回歸方程的二次項A2和C2對響應值Y的影響為極顯著(P<0.01)，二次項D2對響應值Y的影響為顯著(P<0.05)，交互項BC、BD和CD對響應值Y的影響均為顯著(P<0.05)。F值的大小可以反映其對試驗因素的重要性，F(xiàn)值越大，說明對試驗因素影響力越大[28]。由表5中F值的大小可以看出，影響刺玫果蘋果果醬感官評分的因素主次順序為A(蘋果漿和刺玫果漿質量比)>D(黃原膠添加量)>B(白砂糖添加量)>C(檸檬酸添加量)。

2.3.2 交互效應分析

響應曲面圖的坡度表明了試驗因素交互作用對響應值的影響，響應曲面陡峭程度越明顯，等高線呈橢圓形且曲線密集，表明兩試驗因素的交互作用對響應值的影響越顯著[29]。由圖5可知，白砂糖添加量與黃原膠添加量曲面陡峭，曲線彎曲程度最大，表明白砂糖添加量、黃原膠添加量的交互作用最強。蘋果漿和刺玫果漿質量比與黃原膠添加量曲面較為平緩，表明蘋果漿和刺玫果漿質量比與黃原膠添加量的交互作用最不明顯。綜合響應面三維圖形可以看出，兩因素交互作用影響的顯著性由大到小依次為：BD>CD>BC>AC>AB>AD，與表5的方差分析結果基本一致。

圖5 兩因素的交互作用對果醬感官評分影響的響應面圖

2.3.3 驗證試驗

由Design-Expert軟件得到的刺玫果蘋果果醬的最優(yōu)配方為：蘋果漿與刺玫果漿質量比為1.23 (g/g)，白砂糖添加量為29.74%，檸檬酸添加量為0.27%，黃原膠添加量為0.20%，此時感官評分的預測值為3.46分。用此配方開展3次驗證試驗，感官評分為(3.49±0.04)分，接近理論預測值，相對誤差為0.87%，表明此數(shù)學模型的預測性較好，可靠性高，具備一定的有效性。使用此配方制作而成的刺玫果蘋果果醬醬體呈棕紅色，有光澤，粘稠無顆粒，均勻細膩，不流散，酸甜適中，具備刺玫果和蘋果特有的香味。

2.4 優(yōu)化后成品質量評價

2.4.1 理化指標

按優(yōu)化后配方制備的刺玫果蘋果復合果醬產(chǎn)品中可溶性固形物含量為40.50%±0.27%，水分活度為75.21%±0.38%，總糖含量為39.52%±0.16%。低糖果醬是指含糖量在25%～45%的果醬制品，此產(chǎn)品的含糖量符合低糖果醬產(chǎn)品要求。與某市售蘋果醬相比，此產(chǎn)品的可溶性固形物含量、水分活度和總糖含量分別下降了26.6%、9.2%和37.0%。

2.4.2 微生物指標

菌落總數(shù)<100 CFU/g，符合GB/T 22474-2008的規(guī)定[30]。

3 結論

本試驗選用刺玫果和蘋果為試驗原料，并通過模糊數(shù)學評價法對感官品質進行評定，以感官評分為響應值采用Box-Behnken響應曲面設計刺玫果蘋果低糖復合果醬的最優(yōu)配方。各因素對刺玫果蘋果果醬感官評分的影響由大到小依次為蘋果漿和刺玫果漿質量比>黃原膠添加量>白砂糖添加量>檸檬酸添加量。最優(yōu)工藝配方為：蘋果漿和刺玫果漿質量比為1.23 (g/g)，白砂糖添加量為29.74%，檸檬酸添加量為0.27%，黃原膠添加量為0.20%。在此配方下制備的刺玫果蘋果果醬香味濃郁，酸甜適中，醬體均勻細膩，有光澤，總糖含量較一般市售的蘋果醬降低37.0%。