模糊數(shù)學(xué)模型結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化萌發(fā)藜麥乳工藝設(shè)計(jì)

周一鳴，陸灝鈺，陳杰圣，周小理,2*

（1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)香料香精化妝品學(xué)部，上海 201418)（2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)美麗中國與生態(tài)文明研究院上海高校智庫，上海 201418）

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.），是一種起源于玻利維亞和秘魯安第斯地區(qū)的四倍體植物，對(duì)不同環(huán)境具有良好的適應(yīng)性，種植、食用歷史悠久[1,2]。與傳統(tǒng)作物相比，藜麥具有更高的營養(yǎng)價(jià)值，也被認(rèn)為是一種非常有前途的世界性栽培品種。藜麥蛋白質(zhì)含量豐富，氨基酸比例均衡，包含人體日常生活需要的全部必需氨基酸，其中賴氨酸和蛋氨酸是植物蛋白最易缺乏的兩種氨基酸[3]。藜麥蛋白主要由2S白蛋白（35%）和11S球蛋白（37%）兩種可溶性蛋白組成，而不溶性蛋白（谷蛋白和醇溶蛋白）含量較少，其中，可溶性蛋白中所含的二硫鍵不但對(duì)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定作用，還對(duì)蛋白質(zhì)生物活性的維持及調(diào)節(jié)具有十分重要的意義[4-6]。藜麥與目前市面上絕大多數(shù)的谷物不同，其蛋白質(zhì)的品質(zhì)可媲美蛋類、肉類等動(dòng)物性蛋白質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)且具有可持續(xù)性的植物蛋白資源，可作為新食品原料代替小麥蛋白、大豆蛋白等應(yīng)用到加工食品中，甚至在制藥行業(yè)中也具有作為蛋白質(zhì)替代品的潛力。研究表明，藜麥蛋白可以降低常見疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)并促進(jìn)人體健康[7-9]。同時(shí)，藜麥蛋白質(zhì)中無乳糜瀉相關(guān)序列，是麩質(zhì)食物敏感者的合理膳食選擇[10]。此外，目前已有研究表明萌發(fā)是改善谷物品質(zhì)的一種既有效又經(jīng)濟(jì)的方法，適當(dāng)?shù)拿劝l(fā)可生成多種生物活性物質(zhì)，提高種子的營養(yǎng)價(jià)值[11-13]。

早在90年代藜麥就已經(jīng)被引入我國，但直到近幾年，隨著種植范圍的擴(kuò)大和產(chǎn)量的逐年增長才逐漸走入人們的視線。目前，藜麥的食用方式多為煮熟拌入沙拉，或是磨成粉用于制作面包、餅干等烘焙食品[14,15]，更多產(chǎn)品的研發(fā)還存在空白，亟需進(jìn)一步探索。

感官評(píng)價(jià)作為一種最直接地描述和判斷產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，在質(zhì)量控制、產(chǎn)品研究和開發(fā)方面發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)意義上的食品感官評(píng)價(jià)往往會(huì)由于主體的個(gè)人因素對(duì)結(jié)果造成影響，屬性界限不清晰導(dǎo)致評(píng)價(jià)不易實(shí)現(xiàn)量化，且權(quán)重設(shè)定方式較為刻板，局限性大。模糊感官是一種能夠減輕因人類行為復(fù)雜性而導(dǎo)致的不確定性、不精確性的重要工具，它可以通過算法知曉人們對(duì)某種食物的接受范圍、偏好順序以及強(qiáng)、弱屬性等。人的感知通常是模糊的，評(píng)價(jià)者的意見也常常以語言形式出現(xiàn)。因此在模擬感官模型中，使用語言變量（如不滿意、好、優(yōu)秀等）通常被用于描述獨(dú)立變量（如顏色、香氣、味道、口感、便利等）和依賴變量（如接受、拒絕、排名）代替數(shù)值更為現(xiàn)實(shí)[16,17]，其具有結(jié)果清晰、客觀科學(xué)、系統(tǒng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而這種方法在現(xiàn)代食品的感官評(píng)定中廣為推崇[18,19]。

本文選用來自“中國藜麥之鄉(xiāng)”-山西省靜樂縣的黑藜麥，經(jīng)萌發(fā)、液化、糖化和穩(wěn)定性調(diào)配等工藝制得萌發(fā)藜麥乳，然后通過建立模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型對(duì)萌發(fā)藜麥乳的可接受程度進(jìn)行了研究，結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析最終得到萌發(fā)藜麥乳的最佳配方，制得一款營養(yǎng)與風(fēng)味俱佳的萌發(fā)藜麥乳。本研究不僅可為藜麥?zhǔn)袌?chǎng)開拓提供新產(chǎn)品，同時(shí)也為藜麥高值化提供理論依據(jù)，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶增收。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑藜麥，購自山西忻州靜樂縣；α-淀粉酶（酶活力50 000 U/g）、糖化酶（酶活力50 000 U/g），均購自山東隆科特酶制劑有限公司；食品級(jí)甜菊糖苷、蔗糖酯、檸檬酸、檸檬酸鈉，均購自柳州愛格富食品科技股份有限公司；食品級(jí)結(jié)冷膠，購自帝斯曼潤邦（內(nèi)蒙古）生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PT-20C型管板組合式殺菌機(jī)，上海沃迪智能裝備股份有限公司；Lab-1B-80型真空冷凍干燥機(jī)，北京博醫(yī)康試驗(yàn)儀器有限公司；GYB500-15S型高壓均質(zhì)機(jī)，上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；ATN-100型凱氏定氮儀，上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司；KDN-04D型消化爐，上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司等。

1.3 方法

1.3.1 藜麥萌發(fā)及其營養(yǎng)成分測(cè)定

分別將萌發(fā)0、12、24、36、48、60 h的藜麥凍干、磨粉并過60目篩后，測(cè)定不同萌發(fā)時(shí)間蛋白質(zhì)、灰分、脂肪、淀粉以及黃酮等藜麥關(guān)鍵營養(yǎng)成分含量的變化。根據(jù)營養(yǎng)成分的重要性進(jìn)行權(quán)重的分配，對(duì)蛋白質(zhì)、黃酮等對(duì)人體有益的生物活性成分分別賦予35%的權(quán)重，而灰分、脂肪、淀粉等常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)分別賦予10%的權(quán)重，最終依據(jù)加權(quán)平均分篩選出藜麥的最佳萌發(fā)時(shí)間。

其中，蛋白質(zhì)含量參照GB 5009.5-2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定-凱氏定氮法》[20]進(jìn)行測(cè)定，灰分含量參照GB 5009.4-2016《食品中灰分的測(cè)定-食品中總灰分的測(cè)定》[21]進(jìn)行測(cè)定，脂肪含量參照GB 5009.6-2016《食品中脂肪的測(cè)定-索氏抽提法》[22]進(jìn)行測(cè)定，淀粉含量參照GB 5009.9-2016《食品中淀粉的測(cè)定-酸水解法》[23]進(jìn)行測(cè)定；黃酮含量測(cè)定方法參照李金輝等[24]。具體提取方法為：稱取0.5 g樣品，采用φ=75%乙醇溶液定容至10 mL，65 ℃水浴提取30 min，5 500 r/min條件下離心10 min后取上清液制得黃酮提取液進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 萌發(fā)藜麥乳工藝流程

圖1 萌發(fā)藜麥乳工藝流程圖Fig.1 Germinated quinoa-based beverage process flowdiagram

1.4 模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)法模型建立

1.4.1 評(píng)價(jià)因素集U的確定

以萌發(fā)藜麥乳的外觀、氣味、滋味、組織狀態(tài)為評(píng)價(jià)因素集U，U={U1，U2，U3，U4}。

U1=外觀：色澤U11，顏色均勻度U12；

U2=氣味：香氣U21，異味U22；

U3=滋味：顆粒感U31，甜味U32；

U4=組織狀態(tài)：流動(dòng)性U41；沉淀U42。

1.4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)集權(quán)重系數(shù)X的計(jì)算

參照玉王寧、劉士偉等[25,26]的方法并稍作修改，本文采用專業(yè)人員調(diào)查及大眾問卷調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的計(jì)算。由于兩類人群的經(jīng)驗(yàn)及認(rèn)知不同，因此首先采取強(qiáng)制決策法將不同的權(quán)重占比分配給這兩類人群，專業(yè)人員為0.6，普通人員為0.4。其中專業(yè)人員為經(jīng)過培訓(xùn)的品評(píng)人員，共10人，普通人員為隨機(jī)挑選的大眾品評(píng)員，共50人。專業(yè)人員與普通人員的男女人數(shù)分別占總?cè)藬?shù)的一半。每兩份樣品品評(píng)之間均需漱口，每位品評(píng)員在獨(dú)立房間進(jìn)行品評(píng)打分，確保不會(huì)影響各自的判斷，權(quán)重的計(jì)算公式如下。

式中：

Xi——第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；

aj——指標(biāo)重要程度賦值；

nij——選擇第i個(gè)指標(biāo)的重要程度為j的人數(shù)；

N——參加調(diào)查的總?cè)藬?shù)。

1.4.3 評(píng)價(jià)對(duì)象集M的確定

M為評(píng)價(jià)對(duì)象集，M={M1，M2，M3……Mj}，Mj代表響應(yīng)面設(shè)計(jì)中各組樣品的綜合評(píng)價(jià)，其中j=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17。

1.4.4 評(píng)語集V的確定

擬定合適的分值區(qū)域，并使之與評(píng)語集V一一對(duì)應(yīng)，最終可將不同人群的評(píng)價(jià)結(jié)果量化為具體分值。將萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)價(jià)評(píng)語集設(shè)定為：V={V1，V2，V3，V4}；V1=優(yōu)秀，V2=良好，V3=一般，V4=不佳。依照清晰質(zhì)量等級(jí)邊界模糊化法，為了使分值區(qū)域?qū)崿F(xiàn)清晰化，取每段分值區(qū)域的中間值作為相對(duì)應(yīng)的分值，見表1。

表1 評(píng)語集與分值對(duì)應(yīng)表Table 1 The corresponding table of evaluation sets and score areas

1.4.5 模糊矩陣的形成

按照GB/T 16291.1-2012《感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評(píng)價(jià)員一般導(dǎo)則第1部分：優(yōu)選評(píng)價(jià)員》[27]、GB/T 16291.2-2010《感官分析選拔、培訓(xùn)和管理評(píng)價(jià)員一般導(dǎo)則第2部分：專家評(píng)價(jià)員》[28]對(duì)感官評(píng)價(jià)人員進(jìn)行培訓(xùn)、考核與篩選，最終確定由10名品評(píng)員（5男5女）組成專業(yè)模糊綜合品評(píng)小組。

感官評(píng)價(jià)人員分別從以上評(píng)價(jià)因素集的各方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。將個(gè)人評(píng)價(jià)結(jié)果匯總于評(píng)價(jià)指標(biāo)集權(quán)重計(jì)算結(jié)果表中，將相同評(píng)語的評(píng)價(jià)人數(shù)除以參與評(píng)價(jià)的總?cè)藬?shù)算得評(píng)語隸屬度rij，構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣Rij。

1.4.6 模糊評(píng)判方法

參考劉趙、劉敏等[29,30]的方法并稍作修改，依據(jù)模糊變換原理："M=X·R"。其中，M為上述樣品的綜合評(píng)價(jià)集；X為權(quán)重集；R為評(píng)價(jià)矩陣。

式中：

Mi=(X1×ri1)+(X2×ri2)+…+(Xn×rij)。

最后依照表1中每個(gè)評(píng)語集所對(duì)應(yīng)的邊緣清晰化分值，計(jì)算出萌發(fā)藜麥乳最終的綜合評(píng)價(jià)分值Z=M·V。

1.5 萌發(fā)藜麥乳配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

1.5.1 單因素試驗(yàn)

以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，初步探究萌發(fā)藜麥汁、甜菊糖苷、復(fù)配乳化穩(wěn)定劑三因素對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)價(jià)的影響。探究萌發(fā)藜麥汁添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、40%、50%、60%、70%）時(shí)，甜菊糖苷及復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量分別固定為0.10%、0.20%，復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加比例為結(jié)冷膠:蔗糖酯=1:1；探究甜菊糖苷添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%）時(shí)，萌發(fā)藜麥汁及復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量分別固定為50%、0.20%，復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加比例為結(jié)冷膠:蔗糖酯=1:1；探究復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）時(shí)，萌發(fā)藜麥汁及甜菊糖苷添加量分別固定為50%、0.10%，復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加比例為結(jié)冷膠:蔗糖酯=1:1。探究復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加比例（3:1、2:1、1:1、1:2、1:3）時(shí)，萌發(fā)藜麥汁、甜菊糖苷及復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量分別固定為50%、0.10%、0.20%。每一項(xiàng)試驗(yàn)均進(jìn)行三次重復(fù)，以確定各因素的適當(dāng)范圍。

1.5.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，依照Box-Behnken設(shè)計(jì)的基本原理，該因素水平設(shè)計(jì)如表2，以萌發(fā)藜麥汁添加量（A）、甜菊糖苷添加量（B）以及復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量（C）3個(gè)因素作為自變量，以外觀U1、氣味U2、滋味U3、組織狀態(tài)U4的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分Z為響應(yīng)變量進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析，通過回歸分析，得到萌發(fā)藜麥乳的最佳工藝設(shè)計(jì)。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 2 Response surface test factor level design

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 22進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)，采用Origin 2018處理數(shù)據(jù)并作圖。所有試驗(yàn)均重復(fù)三次，數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05為差異性顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 藜麥最佳萌發(fā)時(shí)間的確定

從表3中可以看出，藜麥中所含蛋白質(zhì)在萌發(fā)期間會(huì)經(jīng)歷一個(gè)先降低后升高，最后再降低的過程。當(dāng)藜麥的萌發(fā)時(shí)間達(dá)到36 h時(shí)，其蛋白質(zhì)含量達(dá)到頂峰值16.24 g/100 g。按照谷物萌發(fā)規(guī)律將萌發(fā)階段分為三個(gè)時(shí)期，初期、中期和后期。萌發(fā)初期（0～12 h），藜麥中的蛋白質(zhì)分解以提供能量，因此蛋白質(zhì)含量降低。藜麥萌發(fā)的中期階段（12～36 h），貯藏在籽粒中的蛋白質(zhì)在對(duì)應(yīng)蛋白酶的激活作用下，被分解為小分子氨基酸等含氮物質(zhì)，這些物質(zhì)在運(yùn)輸至新芽的過程中合成了新的蛋白質(zhì)，從而使蛋白質(zhì)含量升高。萌發(fā)后期（36～60 h），為了維持芽的生長，蛋白酶的活性加強(qiáng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)水解的速度大于氨基酸重新合成新蛋白質(zhì)的速度，蛋白質(zhì)含量逐漸下降[31]。這與蘇艷玲等[32]認(rèn)為藜麥萌發(fā)過程中蛋白質(zhì)含量始終呈上升趨勢(shì)的結(jié)果存在一些差異，可能是由于藜麥生長環(huán)境及萌發(fā)條件不同所導(dǎo)致的。Piuel等[33]發(fā)現(xiàn)三種不同顏色藜麥的蛋白質(zhì)含量均隨著萌發(fā)天數(shù)的增加先升高后降低，盡管各品種之間蛋白質(zhì)含量存在一些差異，但是藜麥萌發(fā)過程中蛋白質(zhì)含量的變化趨勢(shì)大體相似，這與本文的研究結(jié)果基本吻合。

表3 萌發(fā)各階段藜麥關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化Table 3 Changes of key nutrient contents of quinoa at different germination stages

藜麥中的灰分含量在未萌發(fā)時(shí)最高，萌發(fā)至36 h降低了24.78%。導(dǎo)致這個(gè)變化的原因可能是鐵、鈉、鉀等礦物質(zhì)元素在萌芽期間從化合物狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱我挥坞x的元素狀態(tài)，在發(fā)芽時(shí)連續(xù)噴水導(dǎo)致礦物元素溶解于水中造成大量流失，從而使這些游離礦物質(zhì)元素的含量隨之降低，最終造成總灰分的含量降低[34]。藜麥中的脂肪和淀粉含量均與萌發(fā)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，可能是由于藜麥在發(fā)芽過程中，脂肪酶及淀粉酶活性增強(qiáng)，通過水解使其含量降低[35]。Suárez-estrella等[36]也發(fā)現(xiàn)萌發(fā)12～48 h的藜麥籽粒中的α-淀粉酶活性顯著增加。藜麥萌發(fā)過程中黃酮含量持續(xù)上升，并在48 h時(shí)含量達(dá)到未萌發(fā)時(shí)的2.7倍（4.05 mg/g），這可能是由于藜麥在萌發(fā)過程中呼吸作用加強(qiáng)，使得黃酮生物合成的關(guān)鍵酶苯丙氨酸氨基裂解酶含量顯著上升，促進(jìn)了黃酮的合成[37]。

最終得到加權(quán)平均分排序?yàn)椋?6 h＞0 h＞48 h＞24 h＞60 h＞12 h。據(jù)此篩選出藜麥的最佳萌發(fā)時(shí)間為36 h。

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

2.2.1 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)因素U及對(duì)應(yīng)權(quán)重X的確定

通過對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)分析，確定萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)價(jià)的多級(jí)因素及其所對(duì)應(yīng)的權(quán)重占比、感官評(píng)價(jià)的具體指標(biāo)，如表4。

表4 權(quán)重計(jì)算結(jié)果及感官評(píng)價(jià)具體標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Weight calculation results and specific sensory evaluation criteria

2.2.2 模糊評(píng)語隸屬度的確定

通過10名專業(yè)品評(píng)員對(duì)17個(gè)響應(yīng)面試驗(yàn)樣品的評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，得出評(píng)語隸屬度。其中以1號(hào)樣品為例，如表5。其余16個(gè)樣品按照相同的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表5 1號(hào)樣品各項(xiàng)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)評(píng)語隸屬度Table 5 Membership degree of each index of sample 1

2.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)“外觀”U1，根據(jù)模糊變換法則，計(jì)算出的評(píng)價(jià)結(jié)果為：

式中：

M1=(0.55×0.5)+(0.45×0.6)=0.545

M2=0.41，M3=0.045，M4=0

MU1=(0.545，0.41，0.045，0)

同理計(jì)算MU2、MU3、MU4，分別歸一化后得：

MU2=(0.543，0.257，0.2，0)，MU3=(0.6，0.259，0.1，0.041)，MU4=(0.5，0.3，0.1，0.1)

此時(shí)，MU1、MU2、MU3、MU4組成一個(gè)全新的評(píng)語隸屬度矩陣R：

用U的權(quán)重集X=（0.23，0.28，0.33，0.16），與之相乘，得到評(píng)判結(jié)果：

萌發(fā)藜麥乳得分Z=M·V=95×0.555+85×0.3+0×0.115+0×0.03=87.2（分）。

同理，計(jì)算其他樣品得分。

2.3 萌發(fā)藜麥乳工藝響應(yīng)面優(yōu)化

2.3.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

如圖2所示，萌發(fā)藜麥汁、甜菊糖苷、復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量的不斷升高均分別導(dǎo)致萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)分先急速上升后迅速下降，表明各個(gè)因素都對(duì)萌發(fā)藜麥乳的感官品質(zhì)產(chǎn)生重大影響。萌發(fā)藜麥汁添加量從30%增加至50%時(shí)，萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)分增加了7.5%，但是隨著萌發(fā)藜麥汁添加量逐漸超過50%時(shí)，感官評(píng)分卻隨之降低。這是因?yàn)槊劝l(fā)藜麥汁添加量的增加使萌發(fā)藜麥乳整體色澤更加明亮、均勻，并具有自然的藜麥清香；但若添加過量，則會(huì)導(dǎo)致其豆腥味重，色澤深，從而影響感官評(píng)分。甜菊糖苷添加量達(dá)到0.10%時(shí)，萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)分最高。適當(dāng)添加甜菊糖苷有利于增強(qiáng)風(fēng)味，能夠適當(dāng)降低萌發(fā)藜麥乳的粘稠度，延長貨架期。然而若過量添加甜菊糖苷，則會(huì)導(dǎo)致萌發(fā)藜麥乳的甜苦味濃重，掩蓋了藜麥的獨(dú)特風(fēng)味，進(jìn)而影響感官評(píng)分，這一點(diǎn)與陸陽等[38]的研究結(jié)果基本一致。

圖2 不同因素對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分的影響Fig.2 Impact of different factors on sensory scores of germinated quinoa-based beverage

當(dāng)結(jié)冷膠與蔗糖酯的添加比例在3:1～2:1之間時(shí)，萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)分呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，但在達(dá)到最高值后，感官評(píng)分隨著結(jié)冷膠與蔗糖酯比例的降低逐漸降低，可能是結(jié)冷膠與蔗糖酯比例為2:1時(shí)剛好使萌發(fā)藜麥乳達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而隨著比例的降低，萌發(fā)藜麥乳過于濃稠導(dǎo)致感官評(píng)分降低。在萌發(fā)藜麥乳中添加0.2%的復(fù)配乳化穩(wěn)定劑，其感官評(píng)分最高。這是因?yàn)殡S著乳化穩(wěn)定劑用量的增加，萌發(fā)藜麥乳的穩(wěn)定性變強(qiáng)，不易分層，產(chǎn)品的外觀得到大大改善；但是添加量過多則會(huì)導(dǎo)致其過于粘稠而影響口感及風(fēng)味，進(jìn)而降低感官評(píng)分。黃玉坤等[39]發(fā)現(xiàn)，乳化穩(wěn)定劑添加量過多會(huì)使產(chǎn)品過于黏膩、口感變差，添加量過少則口感不細(xì)膩且不穩(wěn)定，這與本文的研究結(jié)果相符合。通過單因素試驗(yàn)方差分析，復(fù)配乳化穩(wěn)定劑比例對(duì)萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)分不顯著（P＞0.05），因此選取萌發(fā)藜麥汁添加量、甜菊糖苷添加量和復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量三個(gè)因素進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)。由于復(fù)配乳化穩(wěn)定劑復(fù)配比例為結(jié)冷膠:蔗糖酯=2:1時(shí)感官評(píng)分最高，因此選擇此條件進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

將模糊數(shù)學(xué)模型計(jì)算出的感官評(píng)分填入表6，即為Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的結(jié)果。以萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)價(jià)分值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)響應(yīng)面分析得出萌發(fā)藜麥乳的最佳工藝配方。其中，響應(yīng)面設(shè)計(jì)中A代表萌發(fā)藜麥汁添加量，B代表甜菊糖苷添加量，C代表復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量。

表6 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Design and results of Box-Behnken experiments

2.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

通過響應(yīng)面分析軟件Design-Expert 12分析萌發(fā)藜麥乳工藝數(shù)據(jù)，得到模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)分與自變量A、B、C的多元擬合回歸方程為：

Y=87.02+0.3225A-1.66B-0.1525C+0.655AB+1.04AC-0.31BC-1.45A2-3.12B2-1.88C2。

通過對(duì)萌發(fā)藜麥乳綜合感官評(píng)分進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果如表7。其中，模型的P＜0.000 1，達(dá)到了極顯著水平，失擬項(xiàng)（P=0.663 6＞0.05）不顯著，具有較好的響應(yīng)面回歸方程擬合程度。由模型相關(guān)系數(shù)R2=0.990 2，校正系數(shù)R2Adj=0.977 6可知，預(yù)測(cè)值和觀察值具有高度的相關(guān)性，可以用于分析和預(yù)測(cè)萌發(fā)藜麥乳配方中的最佳添加量[40]。

表7 回歸模型方差分析Table 7 ANOVA for regression models

根據(jù)P值大小可以看出，一次項(xiàng)B對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分的影響達(dá)到了極顯著（P＜0.01），因素A達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。根據(jù)一次項(xiàng)F值的大小可以判斷出各試驗(yàn)因素對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官品質(zhì)影響由大到小依次是：B（甜菊糖苷添加量）＞A（萌發(fā)藜麥汁添加量）＞C（復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量）。因素AC對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分影響非常明顯，達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），可能是由于萌發(fā)藜麥汁和復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量交互作用，起到加強(qiáng)飲料的穩(wěn)定性的效果，改善萌發(fā)藜麥乳的外觀。因素AB對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響為顯著水平（P＜0.05），這是因?yàn)槊劝l(fā)藜麥汁添加量和甜菊糖苷添加量的交互作用，能使萌發(fā)藜麥乳甜度適中、狀態(tài)穩(wěn)定，提升萌發(fā)藜麥乳的口味；而甜菊糖苷添加量和復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量的交互作用并不顯著。

通過對(duì)響應(yīng)面3D圖和等高線圖的分析，可以直接觀察到各因素之間的交互作用，根據(jù)擬合出的二元回歸方程繪制三維響應(yīng)曲面和二維等高線圖，進(jìn)一步分析萌發(fā)藜麥汁、甜菊糖苷、復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量對(duì)感官評(píng)分的相互作用[41,42]。圖3、5中分別隨著萌發(fā)藜麥汁和甜菊糖苷添加量、萌發(fā)藜麥汁和復(fù)配穩(wěn)定乳化劑添加量的增加，模糊感官評(píng)分首先呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，隨后又降低，可以看出此時(shí)的三維曲面坡度十分陡峭。等高線接近橢圓形，說明在兩組試驗(yàn)中兩因素的交互作用分別達(dá)到顯著水平。

圖3 萌發(fā)藜麥汁、甜菊糖苷添加量交互對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分的影響Fig.3 Impact of interaction between germinated quinoa juice and stevioside addition on sensory scores of germinated quinoa-based beverage

而圖4中隨著甜菊糖苷和復(fù)配穩(wěn)定乳化劑添加量的增加，模糊感官評(píng)分雖然總體也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，但3D曲面坡度并不陡峭，反而較為平緩，且等高線趨向于圓形，說明甜菊糖苷和復(fù)配穩(wěn)定乳化劑添加量有一定的交互作用，但對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分的影響并未達(dá)到顯著水平。

圖4 甜菊糖苷、復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量交互對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分的影響Fig.4 Impact of interaction of stevioside and compound emulsion stabilizer addition on sensory scores of germinated quinoa-based beverage

圖5 萌發(fā)藜麥汁、復(fù)配乳化穩(wěn)定劑添加量交互對(duì)萌發(fā)藜麥乳感官評(píng)分的影響Fig.5 Impactof interaction between the amount of germinated quinoa juice and compound emulsion stabilizer on sensory scores of germinated quinoa-based beverage

2.3.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

利用Design-Expert 12對(duì)萌發(fā)藜麥乳的感官評(píng)分進(jìn)行回歸分析，根據(jù)回歸模型得出萌發(fā)藜麥乳的配方優(yōu)化理論條件為：萌發(fā)藜麥汁添加量為50.507%，甜菊糖苷添加量為0.095%，復(fù)配乳化穩(wěn)定劑（結(jié)冷膠:蔗糖酯=2:1）添加量為0.20%。在此最佳添加量條件下，感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為87.249分。為了進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的擬合度以及回歸方程的有效性，在軟件優(yōu)化得到的最佳工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在試驗(yàn)中為了方便操作，將各因素的用量分別進(jìn)行微調(diào)：萌發(fā)藜麥汁50.50%，甜菊糖苷0.10%，復(fù)配乳化穩(wěn)定劑0.20%，在此條件下進(jìn)行三次驗(yàn)證試驗(yàn)，所得到的萌發(fā)藜麥乳模糊綜合感官評(píng)分平均值為87.26分，非常接近模型預(yù)測(cè)值，進(jìn)一步驗(yàn)證了該模型的可行性。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以靜樂黑藜麥為原料，通過萌發(fā)的方式提高其營養(yǎng)價(jià)值，并以模糊感官綜合評(píng)分為響應(yīng)值，通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)影響萌發(fā)藜麥乳感官品質(zhì)的萌發(fā)藜麥汁、甜菊糖苷和復(fù)配乳化穩(wěn)定劑三個(gè)因素的添加量進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，萌發(fā)藜麥乳的最佳原料為萌發(fā)36 h的黑藜麥，此時(shí)蛋白質(zhì)含量為16.2 g/100 g，灰分含量2.55 g/100 g，脂肪含量5.51 g/100g，淀粉含量48.2 g/100 g，黃酮含量3.83 mg/g。以此為原料制得萌發(fā)藜麥乳，其優(yōu)化后的工藝配方為：萌發(fā)藜麥汁50.50%、甜菊糖苷0.10%、復(fù)配乳化穩(wěn)定劑0.20%。在此最佳添加量條件下，模糊感官評(píng)分為87.26分，回歸模型得到的理論值與試驗(yàn)得出的實(shí)際值之間的相對(duì)偏差小于0.2%。此時(shí)，萌發(fā)藜麥乳色澤明亮，狀態(tài)穩(wěn)定，具有藜麥特有的清香，口感順滑，是一款非常具有市場(chǎng)前景的藜麥產(chǎn)品。本文所制備的藜麥萌發(fā)乳不僅為消費(fèi)者提供了一個(gè)植物蛋白飲料新選擇，也為探索藜麥精加工與解決藜麥原產(chǎn)地原料滯銷問題提供新思路、新方法。