基于模糊數(shù)學(xué)評價法優(yōu)化低糖山楂糕加工工藝

李志偉 陳洋 馬勇 張夢雪 李蘇 盤賽昆

摘要：為探索能夠讓山楂傳統(tǒng)制品滿足人們對低糖、低熱量、低甜度食品需求的方法，文章以山楂、復(fù)合糖醇、食用堿和檸檬酸為材料，利用單因素試驗、正交試驗和模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行產(chǎn)品配方參數(shù)的改良優(yōu)化，并對優(yōu)化后的低糖山楂糕進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性的測定。結(jié)果表明，低糖山楂糕的最佳配方為添加食用堿0.375%、檸檬酸0.1%、復(fù)合糖醇25%（木糖醇∶麥芽糖醇為1∶2）。在此工藝條件下制作出的低糖山楂糕模糊數(shù)學(xué)感官評分為87.94分；測定低糖山楂糕的質(zhì)構(gòu)特性為硬度（637.94±15.24） g、黏性（89.37±8.14） g/s、彈性0.89±0.03、凝聚性0.75±0.00、膠黏性1 247.74±231.22、咀嚼度438.15±41.35、回復(fù)性0.22±0.07。優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝制作的低糖山楂糕符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10782－2021，該研究可為山楂傳統(tǒng)制品減糖工藝的研究開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：山楂；模糊數(shù)學(xué)感官評價；質(zhì)構(gòu)特性；配方工藝；正交試驗

中圖分類號：TS213.23? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）04-0109-06

Abstract： In order to explore the methods that can make traditional hawthorn products meet people's requirements for low-sugar， low-calorie and low-sweetness foods， in this paper， hawthorn， compound sugar alcohol， edible alkali and citric acid are used as the materials to improve and optimize the product formula parameters by single factor test， orthogonal test and fuzzy mathematics evaluation method， and the texture characteristics of the optimized low-sugar hawthorn cake are determined. The results show that the best formula of low-sugar hawthorn cake is 0.375% edible alkali， 0.1% citric acid and 25% compound sugar alcohol （the ratio of xylitol to maltitol is 1∶2）. Under these conditions， the fuzzy mathematical sensory score of the prepared low-sugar hawthorn cake is 87.94 points. The texture characteristics of low-sugar hawthorn cake are determined as hardness of （637.94±15.24） g， viscosity of （89.37±8.14） g/s， elasticity of 0.89±0.03， cohesiveness of 0.75±0.00， adhesiveness of 1 247.74±231.22， chewiness of 438.15±41.35 and restorability of 0.22±0.07. The low-sugar hawthorn cake made by the optimized production technology conforms to the national standard GB/T 10782—2021. This study can provide references for the research and development of sugar-reduction technology of traditional hawthorn products.

Key words： hawthorn; fuzzy mathematics sensory evaluation; texture characteristics; formula technology; orthogonal test

山楂（Crataegus pinnatifida）系被子植物門、雙子葉植物綱、薔薇科、蘋果亞科、山楂屬[1]。山楂果實中含有不同種類的黃酮類[2]、三萜類[3]、氯原酸、咖啡酸等其他成分，其食用價值非常顯著。另有報道稱，山楂還有增強心肌收縮力、降血脂[4]、降血壓、利尿等作用。

山楂具有較高的食用營養(yǎng)價值，但傳統(tǒng)的山楂制品比較單調(diào)，而且制作過程中會加入大量蔗糖，不符合現(xiàn)在人們的飲食習(xí)慣[5]，制約了山楂行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。山楂制品朝著低糖、天然、低甜度的方向發(fā)展，深度挖掘產(chǎn)品價值迫在眉睫。

山楂制作的傳統(tǒng)制品附加值不高。目前為止，大部分對于低糖傳統(tǒng)山楂制品工藝的研究都是加入不同種類的果實或凝膠劑進(jìn)行開發(fā)，這樣的工藝方法既提高了成本，又改變了傳統(tǒng)山楂制品原本的風(fēng)味。因此，開發(fā)出單純的低糖山楂功能產(chǎn)品，能夠使得山楂產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行更深層次的改革。本研究以山楂、復(fù)合糖醇、食用堿和檸檬酸為材料，利用單因素試驗、正交試驗和模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行產(chǎn)品配方參數(shù)的改良優(yōu)化，最后對優(yōu)化后的低糖山楂糕進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性的測定，以期為后續(xù)研發(fā)其他傳統(tǒng)山楂制品提供一定理論基礎(chǔ)。

1 試驗材料與方法

1.1 材料與試劑

山楂：青州市國豐食品有限公司;麥芽糖醇：山東福田科技集團(tuán);木糖醇：無錫海倫生物科技有限公司;食用堿：安琪酵母股份有限公司;檸檬酸：睢縣優(yōu)寶嘉食品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

質(zhì)構(gòu)分析儀 英國 SMS公司;C21-IJ59E電磁爐、不粘鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司;CT-C-I電熱鼓風(fēng)干燥箱 吳江市埃爾特電熱設(shè)備有限公司。

1.3 低糖山楂糕工藝流程[6]

原料→清洗→去蒂、去核→軟化→打漿→添加配料→濃縮→入?！嬷啤撃！鋮s→成品。

1.4 操作要點

選料：山楂選含果膠和有機酸豐富的新鮮果實。清洗：將山楂的雜質(zhì)、粉塵去除。去蒂、去核：將山楂中的果核與果蒂去除。軟化：將山楂果實放入沸水中10 s進(jìn)行軟化。打漿：用打漿機把山楂果實打漿成泥狀。添加配料、濃縮：放入食用堿、復(fù)合糖醇繼續(xù)攪拌混勻后，將混合好的山楂果泥和稱好的檸檬酸一起倒入鍋中加熱，不斷攪拌，防止焦糊，20 min 后停止加熱。入模、烘制：將山楂泥倒入模具并放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中凝固。脫模、冷卻、成品：脫模冷卻后將山楂糕切分成條狀后包裝。

1.5 單因素試驗

1.5.1 食用堿添加量對低糖山楂糕感官的作用

設(shè)置食用堿添加量分別為0.25%、0.375%、0.5%、0.625%、0.75%，探索不同食用堿添加量對低糖山楂糕感官的作用。

1.5.2 復(fù)合糖醇添加量對低糖山楂糕感官的作用

設(shè)置復(fù)合糖醇添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%，探索不同復(fù)合糖醇添加量對低糖山楂糕感官的作用。

1.5.3 檸檬酸添加量對低糖山楂糕感官的作用[7]

設(shè)置檸檬酸添加量分別為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，探索不同檸檬酸添加量對低糖山楂糕感官的作用。

1.5.4 復(fù)合糖醇質(zhì)量比對低糖山楂糕感官的作用

設(shè)置復(fù)合糖醇（木糖醇∶麥芽糖醇）質(zhì)量比分別為1∶1、1∶2、2∶1、2∶3、3∶2，探索不同復(fù)合糖醇質(zhì)量比對低糖山楂糕感官的作用。

1.6 正交試驗設(shè)計

在前期預(yù)試驗與單因素試驗的基礎(chǔ)上，以感官評分為標(biāo)準(zhǔn)，對食用堿添加量、復(fù)合糖醇質(zhì)量比、復(fù)合糖醇添加量、檸檬酸添加量進(jìn)行四因素三水平的試驗，并對結(jié)果進(jìn)行驗證，各因素水平見表1[8]。

1.7 感官評價

選擇5名人員組成感官評定小組，對低糖山楂糕的色澤、口感、組織狀態(tài)、風(fēng)味進(jìn)行感官評定，結(jié)果取平均值，感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表2，并建立模糊數(shù)學(xué)感官評價體系。

1.7.1 評價對象

評價對象集是指測定正交試驗低糖山楂糕樣品的集合，X=｛X1，X2，X3，…，X9｝[9-10]。

1.7.2 評價因素

以低糖山楂糕感官評價4個項目作為因素，即T=｛T1，T2，T3，T4｝，其中T1代表果糕的色澤；T2代表果糕的口感；T3代表果糕的組織狀態(tài)；T4代表果糕的風(fēng)味[11]。

1.7.3 評價等級集

將制備的低糖山楂糕分3個等級，A={A1，A2，A3}，其中A1代表優(yōu)，為95；A2代表良，為85；A3代表中，為60[12]。

1.7.4 評價權(quán)重

根據(jù)在感官評定中所處的重要性，采用“0～4評判法”確定權(quán)重[13]，對隨機抽選的5名感覺評價員進(jìn)行感官評價試驗，對低糖山楂糕樣品的色澤、口感、組織狀態(tài)、風(fēng)味分別做出評分，并根據(jù)評分與總分相比計算得到權(quán)重系數(shù)，表示為W=｛W1，W2，W3，W4｝，且∑mi=1Wi=1（m=4）。

1.8 質(zhì)構(gòu)分析

對正交試驗樣品與得出的最佳配方進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定。測定參數(shù)指標(biāo)為硬度、彈性、黏性、凝聚性、咀嚼度、膠黏性、回復(fù)性。

1.9 低糖山楂糕基本理化及微生物指標(biāo)的測定

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10782－2021規(guī)定的方法進(jìn)行測定。

1.10 數(shù)據(jù)分析

所有試驗進(jìn)行3次平行試驗，取平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示（n=3），采用OriginPro 18.0和Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 食用堿添加量對低糖山楂糕感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，隨著食用堿添加量的逐漸增大[15]，感官評分呈遞增狀態(tài)，當(dāng)食用堿添加量達(dá)到0.5%時，感官評分達(dá)到峰值。而當(dāng)添加量超過0.5%時，感官評分呈遞減狀態(tài)，有可能因為過多的食用堿與山楂泥反應(yīng)，產(chǎn)生了不好的風(fēng)味。因此，食用堿添加量選擇0.375%～0.625%。

2.1.2 復(fù)合糖醇添加量對低糖山楂糕感官品質(zhì)的影響

復(fù)合糖醇添加量能影響低糖山楂糕的風(fēng)味與質(zhì)構(gòu)特性[16-17]。由圖2可知，隨著復(fù)合糖醇添加量的上升，低糖山楂糕的感官評分呈遞增狀態(tài)，當(dāng)復(fù)合糖醇添加量達(dá)到20%時，低糖山楂糕的感官評分達(dá)到峰值。而當(dāng)復(fù)合糖醇添加量大于20%時 ，感官評分開始下降，原因可能是復(fù)合糖醇添加量增多時，山楂泥快速地形成凝膠，使得山楂糕的口感、質(zhì)構(gòu)特性不在消費者喜歡的質(zhì)構(gòu)區(qū)間中。因此，復(fù)合糖醇添加量選擇15%～25%。

2.1.3 復(fù)合糖醇質(zhì)量比對低糖山楂糕感官品質(zhì)的影響

木糖醇與麥芽糖醇具有不同的感官性質(zhì)，木糖醇的感官風(fēng)味優(yōu)于麥芽糖醇，而麥芽糖醇的膠凝性要比木糖醇好[18]，復(fù)合使用能夠使木糖醇與麥芽糖醇的風(fēng)味與性質(zhì)互補。由圖3可知，隨著木糖醇與麥芽糖醇的比例不斷改變，低糖山楂糕的感官評分也在不斷上升，當(dāng)木糖醇與麥芽糖醇的質(zhì)量比為2∶1時，感官評分達(dá)到最高。但當(dāng)質(zhì)量比為2∶3、3∶2時，感官評價開始降低。因此，確定復(fù)合糖醇質(zhì)量比為1∶2、2∶1、2∶3。

2.1.4 檸檬酸添加量對低糖山楂糕感官品質(zhì)的影響

由圖4可知，檸檬酸添加量從0.05%增加到0.15%時，低糖山楂糕的感官評分呈遞增狀態(tài)，0.15%時感官評分最高，這是因為當(dāng)檸檬酸添加量較少時，低糖山楂糕風(fēng)味較淡，加入檸檬酸會使山楂糕產(chǎn)生酸甜味。當(dāng)添加量超過0.15%時，感官評分呈遞減狀態(tài)，這是因為當(dāng)檸檬酸添加過多時，部分復(fù)合糖醇無法與山楂果泥混合，低糖山楂糕變得酸味過重的同時會使其黏度下降[19]。因此，檸檬酸添加量選擇0.05%～0.15%。

2.2 低糖山楂糕模糊數(shù)學(xué)感官評價模型的建立

2.2.1 評價權(quán)重的確定

根據(jù)在感官評定中所處的重要性，采用“0～4評判法”決定5人的權(quán)重，評分結(jié)果見表3。

由表3可知，120分分值中，色澤24分、口感49分、組織狀態(tài)24分、風(fēng)味23分，由此得出各個因素的權(quán)重系數(shù)[20]。色澤、口感、組織狀態(tài)和風(fēng)味的評價權(quán)重系數(shù)分別為0.20，0.41，0.20和0.19，可以看出口感的權(quán)重占41%，是最關(guān)鍵的指標(biāo)，色澤、風(fēng)味和組織狀態(tài)的權(quán)重大體相同。

2.2.2 模糊矩陣的構(gòu)建

組織5位感官評定人員對正交試驗設(shè)計的9組樣品進(jìn)行感官分析[21-22]。

將表4中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模糊數(shù)學(xué)矩陣，結(jié)果如下：

R1=0/54/51/51/53/51/50/55/50/50/52/53/5=00.80.20.20.60.201000.40.6，

R2=0.80.200.60.4000.80.20.60.20.2，R3=0100.20.800.60.400.20.60.2，

R4=0.20.60.20.40.6000.80.20.60.40，R5=0.60.20.20.40.40.20.60.400.80.20，

R6=00.80.20.20.800.40.20.40.20.60.2，R7=00.80.200.60.40.20.80010，

R8=00.20.80.20.60.200.20.80.40.60，R9=00.20.800.80.20.200.800.80.2。

2.2.3 計算模糊數(shù)學(xué)感官評分并分析

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)矩陣變換公式X=W×R，其中W=（0.20，0.41，0.20，0.19）為常向量，以R1為例，計算結(jié)果如下：

X1=W1×R1=（0.20，0.41，0.20，0.19）×00.80.20.20.60.201000.40.6=（0.082，0.682，0.236）。

同理可得第2～9組試驗低糖山楂糕感官品質(zhì)綜合評價結(jié)果，見表5。

以表5低糖山楂糕綜合評價結(jié)果作為正交試驗表中樣品結(jié)果進(jìn)行分析。

由表6可知，正交試驗結(jié)果中第5組試驗分值最高，為88.12分，配方工藝為A2B2C3D1。根據(jù)表6中R值可以發(fā)現(xiàn)對感官評分產(chǎn)生影響的因素從高到低為A>C>D>B，即食用堿添加量>復(fù)合糖醇添加量>檸檬酸添加量>復(fù)合糖醇質(zhì)量比。根據(jù)表6中正交試驗的k值可以得到最佳配方為A1B1C3D1，與試驗結(jié)果A2B2C3D1不同，進(jìn)行對比試驗發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)沒有顯著性。由此得知最佳配方為A1B1C3D1，即添加食用堿0.375%、檸檬酸0.1%、復(fù)合糖醇25%（木糖醇∶麥芽糖醇為1∶2），此時的低糖山楂糕呈均勻的亮紅色，符合大眾口味，證明本文試驗方法條件和結(jié)果可靠，可以用于實際操作。

2.3 低糖山楂糕質(zhì)構(gòu)檢測與分析

質(zhì)構(gòu)特性是用于科學(xué)描述和評價食品組織形態(tài)和口感的重要指標(biāo)[23]。樣品的質(zhì)構(gòu)測定分析見表7。

由表7可知，樣品各質(zhì)構(gòu)指標(biāo)范圍為硬度423.43～1 530.14 g、彈性0.64～0.89、黏性－167.34～－76.31 g/s、凝聚性0.56～0.81、咀嚼度432.81～943.53、膠黏性1 146.13～1 583.54、回復(fù)性0.14～0.31。優(yōu)化后低糖山楂糕的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果為硬度（637.94±15.24） g、黏性（89.37±8.14） g/s、彈性0.89±0.03、凝聚性0.75±0.00、膠黏性1 247.74±231.22、咀嚼度438.15±41.35、回復(fù)性0.22±0.07。不同配方制作出的低糖山楂糕質(zhì)構(gòu)會發(fā)生很大的變化。

2.4 低糖山楂糕基本理化及微生物指標(biāo)的檢測結(jié)果

將優(yōu)化后的低糖山楂糕進(jìn)行理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)測定。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)各項指標(biāo)均符合GB/T 10782－2021的果糕標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)化后的低糖山楂糕符合生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

采用模糊數(shù)學(xué)感官評價法優(yōu)化低糖山楂糕的制作配方參數(shù)，結(jié)果表明山楂果漿為200 g時，添加食用堿0.375%、檸檬酸0.1%、復(fù)合糖醇25%（木糖醇∶麥芽糖醇為1∶2），制作出的低糖山楂糕感官評分最高，符合大眾的口味。利用質(zhì)構(gòu)儀測定結(jié)果為：硬度423.43～1 530.14 g、彈性0.64～0.89、黏性－167.34～－76.31 g/s、凝聚性0.56～0.81、咀嚼度432.81～943.53、膠黏性1 146.13～1 583.54、回復(fù)性0.14～0.31。本研究可為低糖山楂制品的進(jìn)一步開發(fā)研究提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔瑾.低糖山楂果脯加工工藝技術(shù)研究[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2003.

[2]DU W， FAN H M， ZHANG Y X， et al. Effect of flavonoids in hawthorn and vitamin C prevents hypertension in rats induced by heat exposure[J].Molecules，2022，27（3）：866.

[3]WEN L L， GUO R X， YOU L J， et al. Major triterpenoids in Chinese hawthorn “Crataegus pinnatifida” and their effects on cell proliferation and apoptosis induction in MDA-MB-231 cancer cells[J].Food and Chemical Toxicology，2017，100：149-160.

[4]SHIH C C， LIN C H， LIN Y J， et al. Validation of the antidiabetic and hypolipidemic effects of hawthorn by assessment of gluconeogenesis and lipogenesis related genes and AMP-activated protein kinase phosphorylation[J].Evidence Based Complementary and Alternative Medicine，2013，2013：597067.

[5]孫凱婷.山楂蜜餞生產(chǎn)中HACCP體系的構(gòu)建與工藝優(yōu)化研究[D].濟南：山東師范大學(xué)，2014.

[6]袁亞娜，張平平，秦蕊，等.紅棗山楂果丹皮和果糕的制作及品質(zhì)評價[J].食品科技，2013，38（2）：107-111.

[7]CAHYONO T D， DWIANTO W， DARMAWAN W， et al. Change in the surface roughness and surface free energy of Samama（Anthocephalus macrophyllus）after citric acid impregnation through pre-compression method[J].Journal of Adhesion Science and Technology，2022，36（6）：654-665.

[8]吉挺，張煥新，殷玲.油菜蜂花粉多肽飲料的研制及抗氧化活性評價[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2016，42（8）：135-141.

[9]段秋虹，郭楠楠，馬榮琨，等.模糊數(shù)學(xué)評價法優(yōu)化奇亞籽菊粉高纖低糖果凍配方研究[J].食品研究與開發(fā)，2021，42（19）：155-162.

[10]叢懿潔，張慧云.模糊數(shù)學(xué)法結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化木糖醇無花果桑葚果粒酸奶工藝[J].食品研究與開發(fā)，2021，42（2）：127-135.

[11]李芳，孔令明，李春香，等.食品感官分析與實驗項目化課程改革與實踐[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2013（10）：81-83.

[12]LOEYS T， MOERKERKE B， DE SMET O， et al. The analysis of zero-inflated count data： beyond zero-inflated poisson regression[J].British Journal of Mathematical and Statistical Psychology，2012，65（1）：163-180.

[13]YAMASHITA S， TSURUMA T， KINOSHITA M， et al. Dietary alkali-stable neutral lipids from sake lees suppress the formation of colon aberrant crypt foci in mice[J].Journal Oleo Science，2022，71（3）：419-423.

[14]ALLSCHER T， KASTELE X， KETTENBACH G， et al. Sugar-alcohol complexes of palladium（II）： on the variable rigidity of open-chain carbohydrate ligands[J].Chemistry —An Asian Journal，2007，2（8）：1037-1045.

[15]SHAHAZIDY U， ASGHAR J M， MUNEER M， et al. Elucidation of molecular interactions between sugar alcohol and dimethyl sulfoxide in aqueous system： volumetric and acoustic study[J].Journal of Molecular Liquids，2022，350：118543.

[16]UMAI D， KAYALVIZHI R， KUMAR V， et al. Xylitol： bioproduction and applications-a review[J].Frontiers in Sustainability，2022（8）：26190.

[17]李珊珊.中等水分芒果果脯的研制與保藏研究[D].無錫：江南大學(xué)，2020.

[18]曹冠華，李澤東，王藩樺，等.金銀花酸角糕的研制[J].食品研究與開發(fā)，2017，38（5）：90-95.

[19]WANG W， WANG Y， ZOU J， et al. The mechanism action of german chamomile （Matricaria recutita L.） in the treatment of eczema： based on dose-effect weight coefficient network pharmacology[J].Front Pharmacology，2021，12：706836.

[20]楊艷萍，馮肖亮.基于模糊數(shù)學(xué)的醬牛肉感官綜合評判研究[J].中國調(diào)味品，2021，46（10）：133-135.

[21]李夢倩，章海風(fēng)，凌曉冬，等.模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化低脂蛋黃醬工藝配方[J].中國調(diào)味品，2021，46（8）：82-87.

[22]夏國燈.玫瑰花酵素工藝、抗氧化性及抑菌性研究[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2021.

[23]汪莉莉.無花果果糕的研制及工業(yè)化設(shè)計研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.