模糊綜合評判結合響應面法優(yōu)化發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍配方

李 會，楊永迪，杜順南，付國偉，宋澤飛，宋小娟*

（貴州醫(yī)科大學 貴州醫(yī)科大學公共衛(wèi)生與健康學院，貴州 貴陽 550025）

隨著生活水平的不斷提高，人們對健康的關注度逐漸增大，膳食結構隨之也發(fā)生了顯著變化。果凍又稱嗜喱，作為一種美味可口、安全衛(wèi)生、營養(yǎng)豐富的休閑食品，深受兒童和青少年人群的喜愛[1]。近年來，我國學者開發(fā)了一系列的果凍產品，如張玲等[2]以菠蘿蜜為原料研制了菠蘿蜜風味果凍，李曉靜等[3]以火龍果為主要原料研制了火龍果果凍，滿江等[4]以軟棗獼猴桃為主要原料研制了軟棗獼猴桃酵素可吸果凍，初雅潔等[5]以紅茶、酸橙為主要原料研制了酸橙薄荷紅茶果凍，黃艷等[6]以刺梨濃縮汁、牛奶、烏龍茶為原料開發(fā)了一種魔芋刺梨奶，董曉靜等[7]以海參和銀耳為主要原料制作海參銀耳果凍，并通過單因素與正交試驗確定海參銀耳果凍的配方。

刺梨（RosaroxburghiiTratt）果實中含有大量黃酮、多糖、維生素以及多種微量元素，是藥食同源的植物[8]，每100 mg刺梨果肉中維生素C（vitamin C，VC）含量可達3 500 mg[9]。火棘（Pyracnt hafortuneana）為薔薇科火棘屬中的一類植物，氨基酸、維生素、脂肪酸等營養(yǎng)成分豐富且種類齊全，有助消化、降血脂、美白養(yǎng)顏等作用[10-11]。銀耳（Tremella fuciformis）又稱為雪耳，是銀耳屬的食用真菌[12]，富含多糖、蛋白質、膳食纖維、維生素等多種物質[13]，其多糖含量較高，且具有抗氧化、降血脂、降血糖等多種藥理功能[14]。刺梨和火棘果是豐富的野生資源，但兩者味道酸澀，令人難以接受。有研究表明，發(fā)酵后的刺梨汁和火棘果汁風味醇香[15-19]。

本研究擬將發(fā)酵的刺梨汁、火棘果汁以及銀耳制成復合果凍，以感官評分和持水力的模糊綜合評判值為評價指標，在單因素試驗的基礎上，采用模糊綜合評判法結合響應面試驗對復合果凍的配方進行優(yōu)化，以期研制出一款營養(yǎng)、美味的復合果凍，豐富果凍產品種類。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

刺梨（貴農5號）：貴州龍里縣；火棘果：貴州清鎮(zhèn)市；銀耳：古田縣冠華食品有限公司；氯化鉀（食用級）：連云港科德食品配料有限公司；甜菊苷（食用級）：山東圣香遠生物科技有限公司；卡拉膠（食用級）：滕州市香凝生物工程有限責任公司；魔芋膠（食用級）：湖北強森魔芋科技有限公司；植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）：山東中科嘉億生物工程有限公司；苯酚（分析純）：成都金山化學試劑有限公司；福林酚試劑（分析純）：上海源葉生物科技有限公司；蘆丁標準品（純度≥98.0%）、沒食子酸標準品（純度≥98.0%）：合肥博美生物科技有限責任公司。

1.2 儀器與設備

1510酶標儀、ST-8R高速冷凍離心機：賽默飛世爾科技有限公司；SHP-160智能生化培養(yǎng)箱：上海三發(fā)科學儀器有限公司；YXQ-50SII立式壓力蒸汽滅菌器：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；KQ-500DE中文液晶臺式超聲波清潔器：昆山美美超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍制備工藝流程及操作要點

操作要點：

挑選：選擇新鮮健康、無腐爛、無病蟲害的刺梨和火棘果。

清洗：用無菌蒸餾水清洗刺梨和火棘果表面雜質和灰塵后自然風干。

打漿：按刺梨∶水=1∶1.4（g∶mL）、火棘果∶水=1∶3（g∶mL）用榨汁機榨汁。

殺菌：刺梨漿和火棘果漿裝入玻璃罐后在85 ℃滅菌處理30 min，冷卻備用。

加糖、接種：向刺梨漿和火棘果漿中分別加入7.5%、7.0%的白砂糖和9.0%、3.0%的直投式植物乳桿菌菌粉。

發(fā)酵：根據(jù)前期研究成果，刺梨漿在35 ℃條件下發(fā)酵50 h，火棘果漿在32 ℃條件下發(fā)酵90 h[20]，當初始糖度降至6%以下，pH3.6左右停止發(fā)酵。

過濾：將刺梨原漿和火棘果原漿用200目無菌過濾器粗濾，再用400目砂芯漏斗進行精濾，待觀察其濾液澄清無雜質，顏色均勻，即得發(fā)酵刺梨汁和發(fā)酵火棘果汁。

消毒灌裝：過濾后的發(fā)酵刺梨汁和發(fā)酵火棘果汁裝入經高溫殺菌的玻璃瓶中，65～68 ℃巴氏殺菌30 min。

泡發(fā)：選用優(yōu)質干銀耳，沖洗干凈后按水∶干銀耳=100∶1（mL∶g）于90 ℃恒溫水浴泡發(fā)2 h，使其充分吸水膨脹，然后全部轉移打漿機中將銀耳攪打均勻細膩[21-22]。

熬煮：將銀耳勻漿用電飯煲文火保持沸騰狀態(tài)熬煮15 min，使銀耳湯汁粘稠；將熬煮好的銀耳放置室溫通風處，待冷卻后備用。

制膠：為增強果凍凝膠的作用，以及保持果凍均勻的組織質地和細膩的口感，選用魔芋膠和卡拉膠作為凝膠劑，氯化鉀作為助凝劑，將凝膠劑與助凝劑均勻混合，緩慢加入60 mL沸水后充分攪拌，加熱溶解，80 ℃條件下溶膠20 min，其中魔芋膠∶卡拉膠=6∶4（g∶g）[23]。

原輔料互配：將10%發(fā)酵刺梨汁、15%發(fā)酵火棘果汁和15%銀耳互配，加入1.2%氯化鉀、0.025%甜菊苷以及1.2%復配膠（魔芋膠∶卡拉膠=6∶4）均勻混合，即得果凍成品。

1.3.2 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍配方優(yōu)化單因素試驗

以感官評分和持水力的模糊綜合評判值為評價指標，分別考察發(fā)酵刺梨汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、發(fā)酵火棘果汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、銀耳添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、氯化鉀添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）、甜菊苷添加量（0.010%、0.015%、0.020%、0.025%、0.030%）、復合膠配比（5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1）、復合膠添加量（0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%）對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響。

1.3.3 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍配方優(yōu)化響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以感官評分和持水力的模糊綜合評判值為響應值，以影響顯著的發(fā)酵刺梨汁添加量（A）、發(fā)酵火棘果汁添加量（B）、銀耳添加量（C）、甜菊苷添加量（D）4個因素為自變量，采用Design-Expert8設計4因素3水平的響應面試驗，試驗設計因素與水平見表1。

表1 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍配方優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for formulation optimization of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

1.3.4 模糊綜合評判[24]

利用模糊綜合評判法對相應指標進行多目標綜合評判，采用極值法對相應的指標進行無量綱轉化。因此，因素集X=｛X1，X2｝={感官評分，持水力}；權重系數(shù)集W=｛W1，W2｝={感官評分，持水力}=｛0.5，0.5｝。發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍的感官評分和持水力越大，說明其品質更好，因此其無量綱轉化函數(shù)關系式為：Xi=yi/ymax（yi表示某單因素中樣品感官評分或持水力對應數(shù)值；ymax表示某單因素中樣品感官評分或持水力的最大值）；模糊綜合評判值Y=W1X1+W2X2。

1.3.5 檢測及分析方法

感官評價：由食品專業(yè)人員組成感官評定小組，根據(jù)果凍的色澤、口感、組織狀態(tài)以及風味進行綜合評價，參考文獻[25-26]制定感官評定標準，具體標準見表2。

表2 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍的感官評定標準Table 2 Sensory evaluation standards of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

理化指標的測定：持水力的測定參考文獻[27]的方法?？偡雍康臏y定參考文獻[28]的方法，結果表示為沒食子酸當量（gallic acid equivalent，GAE）濃度，即μg GAE/mL?？傸S酮含量的測定參考文獻[29]的方法，結果表示為蘆丁當量（rutin equivalent，RE）濃度，即mg RE/mL。VC含量的測定參考文獻[30]的方法。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理及計算，采用IBM SPASS Statistics 24進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用Design-expert8進行響應面試驗設計，采用Origin 2019b64Bit作圖。

2 結果與分析

2.1 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍配方優(yōu)化單因素試驗

2.1.1 發(fā)酵刺梨汁添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響

發(fā)酵刺梨汁添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響見圖1。由圖1可知，隨著發(fā)酵刺梨汁添加量的增加，其感官評分呈現(xiàn)先增后降的趨勢，持水力呈先下降后趨于穩(wěn)定的趨勢，分析原因可能是由于發(fā)酵后的刺梨汁中仍存在單寧類物質，且隨著發(fā)酵刺梨汁量的添加會增強果凍酸度，從而影響果凍的口感及凝膠效果[31]。當發(fā)酵刺梨汁添加量為10%時，感官評分最高，為87.93分；當發(fā)酵刺梨汁添加量為5%時，持水力達到最高，為94%。通過模糊綜合評判法可知，當發(fā)酵刺梨汁添加量為10%時，模糊綜合評判值最大為0.99。因此，確定發(fā)酵刺梨汁最優(yōu)添加量為10%。

圖1 發(fā)酵刺梨汁添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.1 Effect of fermented Rosa roxburghii juice addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.2 發(fā)酵火棘果汁添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響

發(fā)酵火棘果汁添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響見圖2。由圖2可知，隨著發(fā)酵火棘果汁添加量的增加，其感官評分和持水力均呈現(xiàn)先增后降的趨勢，分析原因可能是由于發(fā)酵火棘果汁酸度較高且仍存在單寧類物質，過量添加發(fā)酵火棘果汁會影響果凍的口感和凝膠效果[32]。當發(fā)酵火棘果汁添加量為15%時，其感官評分和持水力均達到最高，分別為86.67分、92.4%。通過模糊綜合評判法可知，當發(fā)酵火棘果汁添加量為15%時，模糊綜合評判值最大為1.00。因此，確定發(fā)酵火棘果汁最優(yōu)添加量為15%。

圖2 發(fā)酵火棘果汁添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.2 Effect of fermented Rosa fortuneana juice addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.3 銀耳添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響

銀耳添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響見圖3。由圖3可知，隨著銀耳添加量的增加，其感官評分呈現(xiàn)先增后降趨勢，持水力呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢，分析原因可能是由于銀耳添加過量后其他口味不明顯，整體口感不協(xié)調，果凍過于濃稠，凝膠性較強[33]。當銀耳添加量為15%時，感官評分最高，為84.74分；當銀耳添加量為30%時，持水力最高，為92.8%。通過模糊綜合評判法可知，當銀耳添加量為15%時，模糊評判值最大為0.97。因此，確定銀耳最優(yōu)添加量為15%。

圖3 銀耳添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.3 Effect of Tremella fuciformis addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.4 氯化鉀添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響

氯化鉀添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍感官評分的影響見圖4。由圖4可知，隨著氯化鉀添加量的增加，其感官評分呈先升高后下降的趨勢，持水力呈先上升后趨于穩(wěn)定趨勢，分析原因可能是由于加入少量的氯化鉀，使鉀離子協(xié)同凝膠劑，從而增強魔芋膠和卡拉膠的凝膠強度，但果凍硬度隨著氯化鉀添加量的增加逐漸增強，影響果凍口感[34]。當氯化鉀添加量為0.4%時，感官評分最高，為84.97分；當氯化鉀添加量為0.7%時，持水力最高，為95.07%。通過模糊綜合評判法可知，當氯化鉀添加量為0.4%時，模糊評判值最大為0.98。因此，確定氯化鉀最優(yōu)添加量為0.4%。

圖4 氯化鉀添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.4 Effect of potassium chloride addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.5 甜菊苷添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響

甜菊苷添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響見圖5。由圖5可知，隨著甜菊苷添加量的增加，其感官評分呈先升高后下降的趨勢，持水力呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢，這可能是由于甜菊苷中含有親水性的雙側糖基對水分子有微弱的吸附作用，可以在一定程度上改善產品的組織狀態(tài)，但當甜菊苷添加過量，果凍整體偏甜[35]。當甜菊苷添加量為0.020%時，感官評分最高，為83.68分；當甜菊苷添加量為0.030%時，持水力最高，為94.67%。通過模糊綜合評判法可知，當甜菊苷添加量為0.020%時，模糊評判值最大為0.98。因此，確定甜菊苷最優(yōu)添加量為0.020%。

圖5 甜菊苷添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.5 Effect of stevioside addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.1.6 魔芋膠與卡拉膠的配比和添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響

復合膠（魔芋膠與卡拉膠）的配比對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響見圖6。由圖6可知，隨著復合膠比例的增加，其感官評分呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，這可能是由于卡拉膠添加量過低時成膠慢且硬度低，口感較好，隨著卡拉膠的添加量逐漸加大，果凍彈性較差，咀嚼性欠佳；持水力呈先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢，這可能是由于隨著卡拉膠的添加量逐漸加大，雖然成膠快但成品果凍組織形態(tài)和彈性較差，持水力較差[36]。當復合膠比例為6∶4時，感官評分最高，為82.99分；當復合膠比例為5∶5時，持水力最高，為94.6%。通過模糊綜合評判法可知，當復合膠比例為6∶4時，模糊評判值最大為1.00。因此，確定復合膠最優(yōu)配比為6∶4。

圖6 復合膠配比對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.6 Effect of compound glue ratio on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

復合膠添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響見圖7。由圖7可知，隨著復合膠添加量的增加，其感官評分呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，這可能是由于復合膠添加量較低時，果凍口感綿軟爽彈，但隨著添加量的增大，果凍會出現(xiàn)咀嚼性差的口感；持水力呈現(xiàn)先增后穩(wěn)定的趨勢，這可能是由于總膠質量濃度的增加增強了凝膠中形成雙螺旋結構的機會，使得分子內部結構間排列更緊密，從而形成更穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結構[37]。當復合膠添加量為1.0%時，感官評分最高，為84.51分；當復合膠添加量為1.6%時，持水力最高，為95%。通過模糊綜合評判法可知，當復合膠添加量為1.0%時，模糊綜合評判值最大為0.99。因此，確定復合膠最優(yōu)添加量為1.0%。

圖7 復合膠添加量對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍品質的影響Fig.7 Effect of compound glue addition on the quality of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

2.2 響應面試驗結果與分析

鑒于單因素試驗結果，選取對發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍影響顯著的發(fā)酵刺梨汁添加量（A）、發(fā)酵火棘果汁添加量（B）、銀耳添加量（C）、甜菊苷添加量（D）4個因素為自變量，以模糊綜合評判值（Y）為響應值，設計響應面優(yōu)化試驗，試驗設計及結果見表3。

表3 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍配方優(yōu)化響應面試驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface tests for formulation optimization of fermented Rosa roxburghii-Pyracantha fortuneana fruit flavor jelly

根據(jù)響應面試驗設計原理，以感官評分和持水力的模糊綜合評判值為響應值，利用Design-Expert8軟件對表3數(shù)據(jù)進行分析，最終得到模糊綜合評判值與發(fā)酵刺梨汁添加量、發(fā)酵火棘果汁添加量、銀耳添加量、甜菊苷添加量之間的多元二次回歸方程：

為了更好驗證方程的有效性，對感官評分和持水力的模糊評判值（Y）進行方差分析，結果見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

由表4可知，該模型的P值＜0.000 1，極顯著；失擬項不顯著（P＞0.05），說明模型可靠。決定系數(shù)R2為0.906 4，調整決定系數(shù)R2Adj為0.812 7，綜合可知，模糊綜合評判值的二次回歸方程擬合度比較好，自變量與響應面之間的線性比較理想。由表4亦可知，一次項B，二次項A2、B2、D2，交互項AB對模糊綜合評判值影響極顯著（P＜0.01）；一次項A、D，交互項AD、BC對模糊綜合評判值影響顯著（P＜0.05），其他項對模糊綜合評判值影響不顯著（P＞0.05），根據(jù)表中的方差分析影響模糊綜合評判值的各因素順序為：B＞A=D＞C，即發(fā)酵火棘果汁添加量＞發(fā)酵刺梨汁添加量=甜菊苷添加量＞銀耳添加量。

各因素間交互作用對模糊綜合評判值的影響的響應面及等高線見圖8。由圖8可知，各因素間交互作用的響應面均呈凸形，說明存在最大值，且發(fā)酵刺梨汁與發(fā)酵火棘果汁添加量、發(fā)酵刺梨汁與甜菊苷添加量、發(fā)酵火棘果汁與銀耳添加量的交互作用對模糊綜合評判值影響較大，與方差分析結果一致。

圖8 各因素間交互作用對模糊綜合評判值影響的響應面及等高線Fig.8 Response surface plots and contour lines of effects of interactions between various factors on fuzzy comprehensive evaluation value

利用Design-Expert8.0對多元二次回歸方程求解，得到發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍的最優(yōu)配方為：發(fā)酵刺梨汁添加量8.74%、發(fā)酵火棘果汁添加量14.78%、銀耳添加量13.83%，甜菊苷添加量0.021%，在此條件下預測的感官評分為95.36分，持水力為93.78%，模糊綜合評判值為0.99。結合實際情況，將最佳配方調整為：發(fā)酵刺梨汁添加量9.00%、發(fā)酵火棘果汁添加量15.00%、銀耳添加量14.00%，甜菊苷添加量0.020%。在此最優(yōu)配方條件下，發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍軟硬適中，質地均勻有彈性，酸甜可口，具有獨特發(fā)酵果香風味，感官評分為（94.04±1.25）分，持水力為（95.04±1.02）%，模糊綜合評判值為0.95±0.25，與預測值偏差較小，說明回歸模型可以很好地預測發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍的配方。

2.3 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍營養(yǎng)成分的分析

由表5可知，發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍中的總酸含量為（3.23±0.13）mg/mL，總糖含量為（10.55±0.44）mg/mL，總黃酮含量為（15.20±0.84）mg RE/mL，維生素C含量為（22.93±0.17）μg/mL，總酚含量為（38.24±4.22）μg GAE/mL，表明此款發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍具有一定營養(yǎng)價值。

表5 發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍營養(yǎng)成分測定結果Table 5 Determination result of nutritional components of fermented fermented R.roxburghii Tratt-P.fortuneana fruit flavor jelly

3 結論

采用單因素試驗、模糊綜合評判法結合響應面法優(yōu)化得到發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍的最優(yōu)配方為發(fā)酵刺梨汁添加量9%、發(fā)酵火棘果汁添加量15%、銀耳添加量14%、氯化鉀添加量0.4%、甜菊苷添加量0.020%、復合膠添加量1.0%（魔芋膠∶卡拉膠=6∶4），在此最優(yōu)配方下，發(fā)酵刺梨-火棘果風味果凍的感官評分為94.04分，持水力為95.04%，模糊綜合評判值為0.95，果凍軟硬適中，質地均勻有彈性，酸甜可口，營養(yǎng)豐富，具有獨特發(fā)酵果香風味。