金果梨凝膠軟糖制作工藝研究及模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)

孟令冬，宋 昱，王娟娟，李 昀,2*

（1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300384；2.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津 300384）

金果梨（Hovenia acerba）俗稱(chēng)金果，果實(shí)形狀呈扁圓形或近圓形。與其他品種的梨相比，金果梨顏色金黃，果實(shí)較大，果皮較薄，果面光滑，因此被稱(chēng)為梨界“巨無(wú)霸”。果肉則呈純白色，口感細(xì)膩多汁，風(fēng)味香甜誘人，果心較小，品質(zhì)極佳[1]。金果梨的產(chǎn)量較高，適應(yīng)能力強(qiáng)，不挑土質(zhì)且耐寒耐旱，果實(shí)采摘后在自然環(huán)境下貯存期較長(zhǎng)[2]。金果梨的果實(shí)中含有豐富的維生素以及人體必需的微量元素，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，且具有清熱解毒、潤(rùn)肺止咳等功效。因此，深受種植者和消費(fèi)者的喜愛(ài)，具有較好的市場(chǎng)發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益[3]。

金果梨果皮較薄，容易被磕碰、劃傷等，受傷后的金果梨容易出現(xiàn)滯銷(xiāo)或售價(jià)不高的情況，果農(nóng)們深受困擾，因此，將磕碰、劃傷后的金果梨制作成凝膠軟糖，能解決傷果的處理問(wèn)題，提高金果梨的綜合利用率和經(jīng)濟(jì)效益。凝膠軟糖水分高、熱量低[4]，且咀嚼性好、不黏牙、糖度低，日漸成為新型糖果的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之一[5-7]。為了提高金果梨的綜合利用價(jià)值，本研究以殘次金果梨為原料，通過(guò)添加不同量的明膠、果膠、復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）以及卡拉膠，將含有不同可溶性固形物含量的金果梨濃縮汁與四種不同比例的膠進(jìn)行混合，制成金果梨凝膠軟糖成品。并以質(zhì)構(gòu)測(cè)定結(jié)果為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法，優(yōu)化配方，以期為金果梨的綜合利用開(kāi)拓思路，同時(shí)為凝膠軟糖的感官評(píng)定量化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金果梨，采自天津市武清區(qū)石各莊鎮(zhèn)敖東村。

明膠、果膠、卡拉膠，均為食品級(jí)，河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

九陽(yáng)JYZ-E8 榨汁機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；隔膜真空泵，天津東南儀誠(chéng)科技有限公司；真空脫泡桶，三柯機(jī)電有限公司；日本手持PAL-1 型糖度計(jì)，廣州市博勒泰貿(mào)易有限公司；SF400 型手壓式薄膜封口機(jī)，永康市喜尚工貿(mào)有限公司；TA.XT Plus 物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro Systems 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

金果梨凝膠軟糖制作工藝見(jiàn)圖1。

圖1 金果梨凝膠軟糖制作工藝Fig.1 Processing technology of "Jinguo" pear gel fudge

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）金果梨濃縮汁的制備

將金果梨洗凈，剔去受傷的部分，去皮去核后清洗、切塊，放入榨汁機(jī)中榨汁。榨好的金果梨梨汁倒入80 目的過(guò)濾袋中過(guò)濾2 次，在70 ℃、真空度為-0.07 MPa 的條件下進(jìn)行真空熬煮濃縮，并且利用手持糖度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，直至金果梨濃縮汁的可溶性固形物含量達(dá)到30%，再將金果梨濃縮汁放入包裝袋內(nèi)密封，置于5 ℃的冰箱內(nèi)冷藏備用。按照以上方法分別制備可溶性固形物含量為40%、50%、60%的金果梨濃縮汁，5 ℃冷藏保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）溶膠

將不同比例的膠稱(chēng)好后利用水浴的方法進(jìn)行溶膠。先將50 mL 的水在80 ℃水浴鍋中加熱，將稱(chēng)好的膠分多次倒入水中，繼續(xù)水浴加熱并且不斷攪拌，直至膠徹底溶解、無(wú)顆粒存在，保溫5 min。

（3）混合、倒模、冷卻

將金果梨濃縮汁與溶膠液混合，100 ℃下加熱3 min后，在75～80 ℃保溫條件下倒入模中，將樣品在室溫下靜置冷卻。

（4）脫模、包裝

冷卻后的樣品進(jìn)行脫模，然后分別將金果梨凝膠軟糖成品放入不同的包裝袋內(nèi)，密封留存。

1.4 金果梨凝膠軟糖凝膠劑的選擇

吳修東[8]研究發(fā)現(xiàn)明膠在明膠軟糖產(chǎn)品中主要起著構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用。增大明膠添加量會(huì)使明膠軟糖的硬度和抗變形率明顯增大，彈性指數(shù)略有增加，組織狀態(tài)逐漸變硬，咀嚼性變好。綜合考慮各因素和成本，選擇添加量為6%較合適。添加適量高甲氧基果膠，明膠軟糖產(chǎn)品的硬度會(huì)增大，彈性指數(shù)略有降低，抗變形率減小，組織狀態(tài)逐漸變硬，咀嚼性變好，外觀透明度變差。陳三寶等[9]以車(chē)前子提取物為原料，研究車(chē)前子制備凝膠軟糖的工藝，確定合理的原輔料配比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最佳配方中果膠添加量為2%～3%。陸璐等[10]以山楂和紫薯為主要原料制作軟糖，確定了山楂紫薯軟糖的最佳配方，其中卡拉膠的添加量為4%。因此，綜合前人研究結(jié)果，本試驗(yàn)選擇明膠、果膠、復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）和卡拉膠來(lái)制作金果梨凝膠軟糖，其中膠的添加量（以濃縮梨汁計(jì)）分別為3%、4%、5%和6%。對(duì)制成的金果梨凝膠軟糖成品分別測(cè)定硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性并且進(jìn)行感官評(píng)分。

1.5 金果梨凝膠軟糖配方正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用膠的種類(lèi)（明膠、果膠、復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）、卡拉膠）、膠的添加量（以濃縮梨汁計(jì)）（3%、4%、5%、6%）、濃縮梨汁可溶性固形物含量（30%、40%、50%、60%）這3 個(gè)因素及參數(shù)范圍作為試驗(yàn)因素和水平，采用L16(45)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 金果梨凝膠軟糖配方正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal test of "Jinguo" pear gel fudge formula

1.6 金果梨凝膠軟糖感官評(píng)價(jià)

以金果梨凝膠軟糖成品的組織狀態(tài)、色澤、口感及香味為鑒評(píng)項(xiàng)目[11]進(jìn)行評(píng)分，邀請(qǐng)10 名專(zhuān)業(yè)人員組成感官評(píng)定小組，對(duì)金果梨凝膠軟糖成品的感官質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定，得分取平均值。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.7 金果梨凝膠軟糖質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

將金果梨凝膠軟糖成品切成邊長(zhǎng)為1 cm 左右的正方體，采用TA.XT Plus 物性測(cè)試儀測(cè)定金果梨凝膠軟糖成品的硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性。選用P35 圓柱形探頭，測(cè)試模式為T(mén)PA。具體的試驗(yàn)測(cè)定參數(shù)為預(yù)壓速度2.0 mm/s，下壓速度1.0 mm/s，回復(fù)速度1.0 mm/s，變形量5.0 mm，兩次壓縮之間停留的時(shí)間為5 s，觸發(fā)力為5 g[12]。

表2 金果梨凝膠軟糖感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of "Jinguo" pear gel fudge

1.8 建立金果梨凝膠軟糖模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

隨機(jī)挑選10 名經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的品評(píng)員組成評(píng)價(jià)小組，按照表2 的金果梨凝膠軟糖感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評(píng)分，并且應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)金果梨凝膠軟糖成品品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將每個(gè)指標(biāo)的得分以及總分劃分為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)，進(jìn)而客觀判斷金果梨凝膠軟糖成品的品質(zhì)[13]。

以金果梨凝膠軟糖的組織狀態(tài)、色澤、口感和香味為因素集，U={u1，u2，u3，u4}，其中u1=組織狀態(tài)，u2=色澤，u3=口感，u4=香味，即U={組織狀態(tài)，色澤，口感，香味}。由于金果梨凝膠軟糖中過(guò)多的評(píng)語(yǔ)等級(jí)會(huì)難于描述，并且考慮到等級(jí)劃分太細(xì)會(huì)混淆品評(píng)者在短時(shí)間內(nèi)做出的主觀判斷，故本試驗(yàn)取m=4，設(shè)定評(píng)語(yǔ)集為V={v1，v2，v3，v4}，其中v1=優(yōu)，v2=良，v3=中，v4=差，即V={優(yōu)，良，中，差}。這四項(xiàng)感官指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別為0.2、0.2、0.3、0.3，即金果梨凝膠軟糖成品的權(quán)重集AU={0.2，0.2，0.3，0.3}。收集10 位品評(píng)員的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)感官評(píng)價(jià)結(jié)果利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析，根據(jù)最大隸屬度原則，判斷產(chǎn)品所屬等級(jí)。根據(jù)式（1）計(jì)算模糊關(guān)系綜合評(píng)判集[11,14-16]。

式中，B為綜合評(píng)判集、AU為權(quán)重集、R為隸屬矩陣。

1.9 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理使用SPSS 22.0 和Excel 2007 統(tǒng)計(jì)分析軟件。采用SPSS 22.0 中的Duncan 法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

金果梨凝膠軟糖制備工藝正交試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

本試驗(yàn)采用果膠、復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）、卡拉膠制成的金果梨凝膠軟糖沒(méi)有成型，不具備測(cè)定質(zhì)構(gòu)的條件，因此沒(méi)有測(cè)出這三種膠制成的金果梨凝膠軟糖的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)。

采用果膠和復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）制成的金果梨凝膠軟糖質(zhì)地較為黏稠、不成型。這可能是因?yàn)闈饪s梨汁中pH 值或糖含量不能滿足高甲氧基果膠的凝膠條件。本試驗(yàn)中采用的金果梨較為成熟，果實(shí)的軟化常伴隨著不溶性原果膠的降解以及可溶性果膠含量的上升，其細(xì)胞壁中膠層和初生壁分解，細(xì)胞間的黏合力下降，細(xì)胞結(jié)構(gòu)大大受損[17]。國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的明膠軟糖中多添加果膠，明膠與果膠形成的復(fù)配凝膠劑能快速凝膠且脫模后成型較好，軟糖成品透明度較高，便于著色。但復(fù)配凝膠劑制成的軟糖硬度比較低，而且需要較高的濃度，這類(lèi)軟糖存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)就是熔點(diǎn)低，其在較高溫度下易變軟甚至熔化[18]。由于用果膠制成的糖果具有質(zhì)地柔軟、貯藏時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此想要保證產(chǎn)品的品質(zhì)，必須嚴(yán)格控制配比[19]。濃度和pH 都不會(huì)對(duì)卡拉膠的凝膠特性造成影響，用卡拉膠制作成的糖果成品硬度大、彈性好[19]。而本試驗(yàn)采用卡拉膠制成的金果梨凝膠軟糖則呈現(xiàn)液體狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定。這可能是因?yàn)楸敬卧囼?yàn)在溶膠的過(guò)程中采用的溶膠溫度稍高，容易使膠質(zhì)受熱分解，導(dǎo)致金果梨凝膠軟糖的糖液發(fā)黏，從而影響卡拉膠的凝膠力[20]。

本試驗(yàn)中采用不同添加量的明膠制成的金果梨凝膠軟糖成型效果較好。隨著明膠添加量的增加，金果梨凝膠軟糖的硬度、黏聚性、膠著性和咀嚼性也會(huì)提高，其彈性會(huì)略有減少。由于明膠添加量的增加，使得在有限空間內(nèi)，明膠分子增多，分子間與分子內(nèi)的氫鍵也會(huì)增多，因此，在凝膠過(guò)程中形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也就變得越來(lái)越致密，其硬度明顯增大[21]。明膠分子溶于水的過(guò)程中，會(huì)由無(wú)序且不規(guī)則的卷曲構(gòu)象變?yōu)橛行虻穆菪Y(jié)構(gòu)[22]。明膠形成的凝膠結(jié)構(gòu)是由明膠分子中的甘氨酸-脯氨酸-羥基脯氨酸通過(guò)分子內(nèi)以及分子間的氫鍵形成的三元螺旋體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著明膠添加量的增加，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更致密，網(wǎng)絡(luò)的間隙更小，由于氫鍵和范德華力等作用力，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的糖分和水分的束縛能力逐漸增強(qiáng)，其彈性則會(huì)略有減小[8]。當(dāng)明膠添加量達(dá)到6%時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)足夠致密，軟糖成品的熱穩(wěn)定性較好，金果梨凝膠軟糖成品的質(zhì)地細(xì)膩均勻，口感豐富飽滿，富有咀嚼性和彈性。此結(jié)果與其他研究人員的結(jié)果相似[21]。隨著明膠添加量的不斷增大，金果梨濃縮液較黏稠，攪拌和注模的過(guò)程中較容易混入空氣，進(jìn)而影響軟糖成品的外觀透明度[21]。利用明膠制成的金果梨凝膠軟糖成品的黏聚性會(huì)由于明膠添加量的增大而增大，組織狀態(tài)從偏軟到偏硬，咀嚼性變好。綜合考慮感官評(píng)價(jià)結(jié)果以及軟糖的成本因素，明膠添加量為6%且可溶性固形物含量為60%時(shí)較為適宜，硬度適中、彈性較好、黏聚性和咀嚼性良好且具有較好的感官品質(zhì)，最接近理想軟糖的品質(zhì)。

表3 金果梨凝膠軟糖制備工藝正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results on preparation technology of "Jinguo" pear gel fudge

2.2 金果梨凝膠軟糖成品模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1 模糊矩陣的建立及結(jié)果

由于本次試驗(yàn)中采用果膠、復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）、卡拉膠制成的金果梨凝膠軟糖沒(méi)有成型，因此只對(duì)利用明膠制成的金果梨凝膠軟糖進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

現(xiàn)請(qǐng)10 名品評(píng)員對(duì)4 種利用明膠制成的金果梨凝膠軟糖按照表2 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評(píng)定。對(duì)每一個(gè)因素逐個(gè)進(jìn)行評(píng)判，滿分為100 分，按照評(píng)語(yǔ)集中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行登記并區(qū)分，統(tǒng)計(jì)每一個(gè)因素的各個(gè)評(píng)語(yǔ)的人次，感官評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4 可知，10 名品評(píng)員對(duì)4 種金果梨凝膠軟糖的評(píng)價(jià)結(jié)果中，以1 號(hào)金果梨凝膠軟糖樣品為例，具體過(guò)程如下r組織狀態(tài)=（0，0.8，0.2，0），r色澤=（0.2，0.2，0.6，0），r口感=（0.2，0.3，0.5，0），r香味=（0.1，0.1，0.7，0.1），將這四個(gè)因素評(píng)價(jià)結(jié)果寫(xiě)成一個(gè)矩陣為R1，同理可以求出2 號(hào)、3 號(hào)和4 號(hào)金果梨凝膠軟糖樣品的組織狀態(tài)、色澤、口感、香味這四個(gè)單因素的模糊矩陣分別為R2、R3、R4。

2.2.2 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

本試驗(yàn)的綜合評(píng)判集為B，從U到V的一個(gè)模糊映R，則有B=AU·R，其中AU為權(quán)重集，R為模糊矩陣[14]。以1 號(hào)金果梨凝膠軟糖樣品為例，具體過(guò)程如下。

同理可得出2 號(hào)、3 號(hào)和4 號(hào)金果梨凝膠軟糖樣品的綜合評(píng)判結(jié)果如表5（見(jiàn)下頁(yè)）所示。

同級(jí)產(chǎn)品的優(yōu)劣比較則采用中值法[23]對(duì)綜合評(píng)價(jià)集賦值，每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)[100，81]、[80，61]、[60，31]、[30，0]，取相應(yīng)分?jǐn)?shù)段的中間值91、71、46、15，得到評(píng)價(jià)等級(jí)向量H=[91，71，46，15]。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果得分為S=B·HT，各個(gè)產(chǎn)品的綜合評(píng)級(jí)得分如表6 所示。

表4 金果梨凝膠軟糖的感官評(píng)定結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of "Jinguo" pear gel fudge

表5 金果梨凝膠軟糖樣品綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Comprehensive evaluation results of "Jinguo" pear gel fudge sample

表6 金果梨凝膠軟糖樣品綜合評(píng)價(jià)得分表Table 6 Comprehensive scoring table for "Jinguo" pear gel fudge sample

4 種金果梨凝膠軟糖的感觀評(píng)價(jià)等級(jí)如圖2 所示。由表5、6 和圖2 可知，4 號(hào)金果梨凝膠軟糖感觀評(píng)分最高，感觀評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)級(jí)；其次是3 號(hào)金果梨凝膠軟糖，再次是2 號(hào)金果梨凝膠軟糖，1 號(hào)金果梨凝膠軟糖是四個(gè)樣品中最差的。

圖2 不同等級(jí)的金果梨凝膠軟糖圖Fig.2 Appearance of different grades of "Jinguo" pear gel fudge

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以金果梨為基本原料，添加不同比例的明膠、果膠、復(fù)配凝膠劑（明膠∶果膠=1∶1）以及卡拉膠，將含有不同可溶性固形物含量的金果梨濃縮汁與四種不同比例的膠進(jìn)行混合，制成了天然的金果梨凝膠軟糖成品。通過(guò)質(zhì)構(gòu)測(cè)定以及模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法，可以得出從硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性方面來(lái)看，明膠添加量為6%且可溶性固形物含量為60%時(shí)制備的凝膠軟糖具有較好的物理特性，并且將制成的金果梨凝膠軟糖成品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，可以得出4 號(hào)金果梨凝膠軟糖為最優(yōu)。本研究研制的金果梨凝膠軟糖豐富了軟糖品種和金果梨的產(chǎn)品種類(lèi)，為金果梨殘次果的利用開(kāi)拓了新思路，對(duì)于提高資源利用率以及金果梨種植的經(jīng)濟(jì)效益具有積極意義。