基于模糊數(shù)學(xué)法感官評(píng)價(jià)優(yōu)化果薯酸奶工藝的研究

張志威，周文喜，秦雪姿，馬云嘯，倪 娜，李 華，王 華

（1. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2. 通遼市農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 通遼 028043）

酸奶因其健康營(yíng)養(yǎng)、防癌、具有清除自由基、抗衰老、降血壓等諸多保健功能而深受消費(fèi)者的青睞[1-3]。紫薯素有“抗癌大王”之稱，其中含有的膳食纖維、紫薯糖蛋白等物質(zhì)，可有效預(yù)防癡呆、減輕眼部疲勞、預(yù)防和減少腸炎的作用[4-5]?；瘕埞址Q紅龍果、龍珠果等，是集水果、蔬菜、花卉、醫(yī)藥為一體的天然食品，具有很高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值[6-8]。桑葚又名桑果，口感酸甜，其中含有花青素、兒茶素、山奈酚等共47 種化合物質(zhì)[9-10]。

目前，酸奶色澤與營(yíng)養(yǎng)功效單一，試驗(yàn)研制的果薯酸奶，將紫薯脆塊添加到紅心火龍果和桑葚果汁發(fā)酵的酸奶中，一方面具有果色果香，另一方面產(chǎn)品中保留的花青素具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等功效。此外，產(chǎn)品附帶獨(dú)立包裝的紫薯脆塊含有的膳食纖維，可以增加飽腹感，滿足消費(fèi)者對(duì)風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)及保健功能完美結(jié)合的需求，為功能性發(fā)酵乳產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與設(shè)備

木糖醇，甘汁園旗艦店提供；乳酸菌（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌），川秀旗艦店提供；純牛奶、紅心火龍果、桑葚，購(gòu)自當(dāng)?shù)爻小?/p>

酚酞指示液，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.100 mol/L），KCl（0.025 mol/L），CH3CO2Na（0.4 mol/L）。

BSA3202S 型電子天平，北京賽多利斯產(chǎn)品；九陽(yáng)榨汁機(jī)；DNP-9272 型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；電磁爐，浙江愛(ài)仕達(dá)電器股份有限公司產(chǎn)品；食品溫度計(jì)，溫州米特爾智能科技有限公司產(chǎn)品；10N-50A 型真空冷凍干燥機(jī)，杭州旌斐儀器科技有限公司產(chǎn)品；海爾冰箱。

1.2 制備工藝

1.2.1 凍干紫薯制備

原材料預(yù)處理→切條→蒸煮→速凍→真空冷凍干燥→切塊→稱量→包裝。

1.2.2 火龍果桑葚酸奶制備

原料乳→標(biāo)準(zhǔn)化→過(guò)濾→預(yù)熱→脫脂→均質(zhì)→殺菌→降溫接種（火龍果、桑葚混合果汁） →保溫發(fā)酵→攪拌→封瓶裝口→后熱→抽樣檢查→入庫(kù)。

1.2.3 操作要點(diǎn)

（1） 菌種活化。以均質(zhì)后的乳酸菌和牛奶比例1∶150（g∶mL），于42 ℃下發(fā)酵7 h 后，4 ℃理冷藏備用。

（2） 配料混勻。將紅心火龍果果肉切塊后使用榨汁機(jī)榨汁，桑葚直接榨汁，經(jīng)濾網(wǎng)去除果肉，并按照一定比例混合均勻。將均質(zhì)后的牛奶和混合果汁混合均勻，按比例加入白砂糖，接入馴化后的菌種，充分?jǐn)嚢琛?/p>

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 凍干紫薯脆塊工藝條件的確定

根據(jù)凍干紫薯制備工藝，將紫薯?xiàng)l蒸煮至軟糯（10 min）。蒸熟后于-18 ℃下冷凍，分別設(shè)置在1，2，3，4，5 h 時(shí)查看紫薯冷凍情況，確定冷凍時(shí)間。

將預(yù)冷凍完成的紫薯置于-50 ℃下進(jìn)行真空冷凍干燥，設(shè)置干燥時(shí)間在12，16，20，24，28 h 時(shí)考查紫薯?xiàng)l干燥情況，確定干燥時(shí)間。

1.3.2 凍干紫薯脆塊包裝質(zhì)量的確定

分別設(shè)置每100 g 酸奶附帶獨(dú)立包裝紫薯脆塊5，10，15，20，25 g，將脆塊倒入酸奶中攪拌食用，通過(guò)感官評(píng)價(jià)確定紫薯脆塊最佳包裝質(zhì)量。

1.3.3 火龍果桑葚酸奶單因素發(fā)酵工藝條件的確定

按照果薯酸奶制備工藝，分別考查紅心火龍果汁與桑葚汁質(zhì)量比（4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1）、混合果汁添加量（6%，8%，10%，12%，14%）、木糖醇添加量（1%，2%，3%，4%，5%）、菌種添加量（0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%） 和發(fā)酵時(shí)間（3.5，4.0，4.5，5.0，5.5 h） 對(duì)果薯酸奶品質(zhì)的影響。

1.3.4 火龍果桑葚酸奶正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)單因素試驗(yàn)中木糖醇添加、發(fā)酵時(shí)間、混合果汁添加量和菌種添加量4 個(gè)因素的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，對(duì)酸奶進(jìn)行工藝優(yōu)化。

正交試驗(yàn)中果薯酸奶因素水平見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)中果薯酸奶因素水平

1.3.5 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)模型的建立

果薯酸奶感官性狀評(píng)價(jià)因素的合集，設(shè)U={U1，U2，U3，U4}，U1~U4分別表示果薯酸奶的色澤、乳清、組織狀態(tài)和滋味與香氣4 個(gè)指標(biāo)。評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域指各指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)分類的集合，設(shè)V={V1，V2，V3}，V1，V2，V3分別代表優(yōu)、中和差3 個(gè)評(píng)分等級(jí)，并賦予其相應(yīng)的分值95，80，65 分[11-13]。選定5 位學(xué)生對(duì)果薯酸奶品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分并取平均值（滿分100 分），各指標(biāo)分?jǐn)?shù)占總分比值即為權(quán)重[14-15]，設(shè)Y={Y1，Y2，Y3，Y4}，且Y1+Y2+Y3+Y4=1，Y1~Y4分別表示色澤、乳清、組織狀態(tài)和滋味與香氣。各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別確定為Y1=0.1，Y2=0.3，Y3=0.3，Y4=0.3。

參考國(guó)標(biāo)GB 19302—2010[16]制訂感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

果薯酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 果薯酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)分析采用

Design Expert 8.0，Microsoft Excel 2007 和Origin 9.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并繪圖，單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)均重復(fù)3 次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。1.5 理化指標(biāo)檢測(cè)

（1） 酸度測(cè)定。按GB 5009.239—2016[17]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（2） 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定。按GB 5009.5—2016[18]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（3） 脂肪含量的測(cè)定。按GB 5009.6—2016[19]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（4） 大腸菌群的檢測(cè)。按GB 4789.3[20]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（5） 乳酸菌數(shù)的檢測(cè)。按GB 4789.35[21]中規(guī)定方法執(zhí)行。

（6） 花青素的測(cè)定方法。參考閆亞美等人[22]的pH 值示差法進(jìn)行測(cè)定

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定結(jié)果

由5 名無(wú)特殊口味偏好的實(shí)驗(yàn)室成員在食品感評(píng)室內(nèi)完成，根據(jù)感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表分別對(duì)果薯酸奶色澤、乳清、組織狀態(tài)、滋味與香氣進(jìn)行感官評(píng)分，每個(gè)指標(biāo)分為優(yōu)、中、差3 個(gè)等級(jí)。得出每個(gè)指標(biāo)優(yōu)、中、差票數(shù)分布，從而建立模糊數(shù)學(xué)矩陣R，再依據(jù)公式D=Y·R，計(jì)算果薯酸奶樣品的模糊變換矩陣D，其與優(yōu)、中、差3 個(gè)等級(jí)代表的分?jǐn)?shù)（95，80，65） 相乘的結(jié)果之和即為模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)得分。

以正交試驗(yàn)9 組中的第一組感官評(píng)分值為例，進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定。

樣品1 色澤票數(shù)分布為：優(yōu)0 票，中4 票，差1票，乳清票數(shù)分布為：優(yōu)0 票，中4 票，差1 票，組織狀態(tài)票數(shù)分布為：優(yōu)1 票，中3 票，差1 票，滋味與香氣票數(shù)分布為：優(yōu)0 票，中2 票，差3 票。將優(yōu)、中、差票數(shù)除以5 可得1 組樣品隸屬矩陣：

依據(jù)模糊變換公式D=Y·R，其中權(quán)重系數(shù)Y=（0.1，0.3，0.3，0.3），從而得到樣品1 模糊變換矩陣：

根據(jù)模糊變換矩陣結(jié)果，將各因素分別乘以對(duì)應(yīng)等級(jí)的賦值再相加得到樣品1 綜合評(píng)價(jià)得分為

同理，可以得出其他單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)其他組別的感官評(píng)分。

2.2 凍干紫薯脆塊試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 冷凍時(shí)間的確定不同冷凍時(shí)間下紫薯脆塊凍結(jié)程度見(jiàn)表3。

表3 不同冷凍時(shí)間下紫薯脆塊凍結(jié)程度

定時(shí)查看紫薯?xiàng)l冷凍情況并進(jìn)行記錄，如表3所示，當(dāng)冷凍時(shí)間達(dá)到4 h 時(shí)，紫薯整體凍結(jié)，質(zhì)地脆硬，已達(dá)到可進(jìn)行真空干燥的要求。當(dāng)時(shí)間繼續(xù)增加時(shí)，紫薯凍結(jié)情況較4 h 時(shí)差別不大，綜合成本和能耗等方面考慮，故選定冷凍時(shí)間4 h 為最佳。

2.2.2 真空冷凍干燥時(shí)間的確定

不同干燥時(shí)間下紫薯脆塊干燥程度見(jiàn)表4。

表4 不同干燥時(shí)間下紫薯脆塊干燥程度

定時(shí)觀察紫薯?xiàng)l干燥情況進(jìn)行記錄，如表4 所示，當(dāng)干燥時(shí)間達(dá)到20 h 時(shí)紫薯?xiàng)l整體酥脆、香味濃郁，可較容易切塊塑形，經(jīng)試驗(yàn)放入酸奶中10 min 內(nèi)未吸水膨脹，已達(dá)到凍干紫薯脆塊要求；當(dāng)干燥時(shí)間大于20 h 時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，紫薯質(zhì)地越來(lái)越硬，口感較差且不易切斷。故確定紫薯最佳真空干燥時(shí)間為20 h。

2.2.3 紫薯脆塊小包裝質(zhì)量的確定

不同紫薯脆塊用量對(duì)果薯酸奶風(fēng)味的影響見(jiàn)表5。

表5 不同紫薯脆塊用量對(duì)果薯酸奶風(fēng)味的影響

由表5 可知，在100 g 酸奶中放入15 g 紫薯脆塊一同食用時(shí)，紫薯香味與酸奶風(fēng)味最為和諧，有輕微飽腹感，故選擇包裝質(zhì)量為15 g 最為適宜。

2.3 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 混合果汁配比的確定

混合果汁配比對(duì)產(chǎn)品色澤的影響見(jiàn)圖1。

圖1 混合果汁配比對(duì)產(chǎn)品色澤的影響

由圖1 可知，紅心火龍果汁與桑葚汁不同配比對(duì)果薯酸奶感官色澤影響較大，產(chǎn)品色澤在不同配比下具有不同的色澤狀態(tài)，其中以7∶1 的配比評(píng)分最高，為9 分（根據(jù)表3 中色澤評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，滿分為10 分），此時(shí)產(chǎn)品顏色呈淡粉色均勻一致，有光澤。當(dāng)火龍果汁占比增加時(shí)，色澤過(guò)深，飽和度較低；當(dāng)桑葚汁占比增加時(shí)，產(chǎn)品顏色偏紫色，整體顏色較暗，無(wú)光澤。因此，確定在后續(xù)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)中混合果汁配比為7∶1。

2.3.2 木糖醇添加量對(duì)酸度的影響

木糖醇添加量對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

由圖2 可知，隨著木糖醇添加量的不斷提高，產(chǎn)品酸度呈明顯下降之趨勢(shì)。木糖醇可以在適量添加的情況下賦予酸奶甜味，感官得分最高的是木糖醇含量2%，酸甜適中，酸度為83.07 °T，感官評(píng)分為80 分。但是繼續(xù)增加木糖醇時(shí)酸度明顯下降，過(guò)甜的口感使酸奶失去其本身的酸味及奶香味，色澤無(wú)影響。

2.3.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸度的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。

酸奶的酸度還受到乳酸菌發(fā)酵時(shí)間的影響，此期間菌種不斷產(chǎn)生酸，且隨發(fā)酵時(shí)間的增加，酸度呈現(xiàn)出明顯的由低到高的變化。由圖3 可知，以果薯酸奶發(fā)酵4.5 h 為最佳，感官評(píng)分和酸度分別為83 分和85.5 °T，產(chǎn)品酸甜可口，口味適中。若發(fā)酵期短，則乳液稀，黏度降低，乳香味不明顯；若發(fā)酵時(shí)間過(guò)久，則酸味較重，香味減少，產(chǎn)品質(zhì)地偏硬，色澤較深。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

2.3.4 混合果汁添加量對(duì)品質(zhì)的影響

混合果汁添加量對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖4。

圖4 混合果汁添加量對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，當(dāng)添加不同配比混合果汁時(shí)果薯酸奶的感官得分呈現(xiàn)出由升高到降低的變化趨勢(shì)，以10%的果汁為最佳，感官評(píng)分和酸度分別為85 分和85.76 °T，酸度適中，口感最佳。由于果汁為果薯酸奶提供風(fēng)味和色澤，添加量過(guò)少時(shí)水果風(fēng)味不突出，顏色較淺；當(dāng)果汁添加量大于10%時(shí)產(chǎn)品酸度高達(dá)89.42 °T，此時(shí)則酸度偏高掩蓋了牛乳本身的香味，滋味稍差，色澤較暗。

2.3.5 菌種添加量對(duì)酸度的影響

菌種添加量對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖5。菌種添加量會(huì)影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)，從圖5 可看出，當(dāng)菌種添加量為0.8%時(shí)，酸度過(guò)低，不符合發(fā)酵乳酸度標(biāo)準(zhǔn)；在加入1.2%的菌種時(shí)，酸度上升至81.74 °T，其感官得分最高為87 分；但在加入高于1.2%的菌種后，其感官得分開(kāi)始下降，酸度大幅度升高，導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)酸，乳液黏稠，色澤較深。

圖5 菌種添加量對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)5 名品評(píng)人員對(duì)果薯酸奶9 組樣品指標(biāo)評(píng)分，進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定。

果薯酸奶正交試驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表6，果薯酸奶正交試驗(yàn)的方差分析結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 果薯酸奶正交試驗(yàn)結(jié)果分析

表7 果薯酸奶正交試驗(yàn)的方差分析結(jié)果

由表6 和表7 可知，RC>RA>RB>RD，影響果薯酸奶感官得分的因素依次為C>A>B>D，即混合果汁添加量>木糖醇添加量>發(fā)酵時(shí)間>菌種添加量，且4 個(gè)因素中，混合果汁添加量對(duì)產(chǎn)品感官影響極顯著（p<0.01），木糖醇添加量、發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官影響顯著（0.010.05）。根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果可知其最優(yōu)工藝組合為A3B3C3D2，由于該組合在正交試驗(yàn)9 組樣品中并未出現(xiàn)，故進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，經(jīng)感官評(píng)價(jià)其評(píng)分為92 分，此時(shí)酸奶呈現(xiàn)粉紅色，色澤均勻一致，無(wú)乳清及其他成分沉淀，入口柔滑，黏性適中，因此果薯酸奶的最優(yōu)工藝為木糖醇添加量3%、混合果汁添加量12%、菌種添加量1.2%，經(jīng)過(guò)5 h 的發(fā)酵，后熟12 h。

2.5 理化指標(biāo)及微生物檢測(cè)結(jié)果

按照GB 19302——2010 發(fā)酵乳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[16]對(duì)果薯酸奶產(chǎn)品中各項(xiàng)指標(biāo)及微生物檢測(cè)。

理化指標(biāo)及微生物檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8 可知，果薯酸奶的酸度、脂肪、蛋白質(zhì)含量及各項(xiàng)微生物指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)品中含量花青素的量可以達(dá)到2.11±0.02 mg/100 g ，說(shuō)明紅心火龍果及桑葚中的花青素保留在了產(chǎn)品中。

表8 理化指標(biāo)及微生物檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)表明，凍干紫薯脆塊最佳工藝為蒸煮15 min 后冷凍4 h，冷凍完成后放入真空干燥倉(cāng)內(nèi)在-50 ℃下干燥20 h，每100 g 酸奶附帶15 g 獨(dú)立包裝的紫薯脆塊。經(jīng)真空冷凍烘干后，使紫薯營(yíng)養(yǎng)及香氣得以最大限度地保存，口感酥脆、硬度適中、香味濃郁，可供消費(fèi)者直接享用。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化，并經(jīng)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定得到果薯酸奶的最優(yōu)工藝為紅心火龍果汁與桑葚汁配比7∶1，發(fā)酵溫度43 ℃的條件下，木糖醇添加量3%，混合果汁添加量12%，菌種添加量1.2%，發(fā)酵5 h，后熟12 h 后灌裝，與紫薯脆塊一同包裝，得到最佳果薯酸奶產(chǎn)品。在此配方下，果薯酸奶為粉紅色均勻一致，無(wú)乳清及其他物質(zhì)沉淀，入口柔滑，無(wú)顆粒感，黏性中等。酸奶酸度為86 °T，奶香氣濃厚，帶有淡淡的怡人果香。與紫薯脆塊一同食用，香味濃郁、酥脆適中，且產(chǎn)品中含有花青素，使產(chǎn)品具有果香果色的同時(shí)，還可能具有防癌、抗氧化、提高了機(jī)體免疫力等多種功能性質(zhì)，使酸奶的營(yíng)養(yǎng)功能性更為突出，為功能性酸奶食品的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。