模糊綜合評(píng)判結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化黃桃酒發(fā)酵工藝

馬寧原，馬博文，姚凌云，宋詩(shī)清，王化田，孫 敏，侯飛娜，馮 濤

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 香料香精化妝品學(xué)部，上海 201418）

黃桃（Amygdalus persica）為薔薇科桃屬，上海奉賢地區(qū)的“錦繡”黃桃品種優(yōu)良，顏色金黃，肉質(zhì)柔韌，酸甜適中的口感和濃郁的果香備受消費(fèi)者喜愛(ài)。黃桃中含有大量的膳食纖維、果膠、微量元素、酚類化合物和類胡蘿卜素[1-2]。但黃桃成熟周期短、上市期集中、優(yōu)質(zhì)鮮食黃桃供應(yīng)期短、運(yùn)輸困難等問(wèn)題，限制了黃桃的發(fā)展。其糖酸比低，適合工業(yè)深加工[3]。市場(chǎng)上最常見(jiàn)的黃桃深加工制品是黃桃罐頭[4]，其次還有少許黃桃汁復(fù)合飲料[5-6]、黃桃果肉酸奶[7]、混合果脯及桃醬[8]。但整體市場(chǎng)容量偏小，需要開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品來(lái)提高黃桃產(chǎn)業(yè)整體市場(chǎng)規(guī)模。黃桃種植業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展加工黃桃酒，不僅能顯著提高黃桃經(jīng)濟(jì)價(jià)值，保障果農(nóng)收益，而且能滿足消費(fèi)者日趨增長(zhǎng)的健康化需求[9]。

以黃桃作為發(fā)酵原料制備黃桃果酒，對(duì)皮的處理至關(guān)重要。黃桃果皮細(xì)胞壁厚，對(duì)果皮的處理方式主要包括堿法去皮[10]、酶法去皮[11-12]、超聲去皮等[13]。目前有一些黃桃果皮去皮方式對(duì)黃桃果酒品質(zhì)的影響研究。王麗娟等[14]建立了堿法去皮方法對(duì)黃桃品質(zhì)影響的模型，從而優(yōu)化了黃桃堿法去皮工藝。袁洪燕等[15-16]提出了酶法去黃桃皮的工藝條件。徐昊等[17-18]在普通酶法去皮工藝上分別采用復(fù)合酶振蕩去皮超聲波輔助酶法去皮工藝。郭意如等[19]在探究黃桃果酒規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)時(shí)簡(jiǎn)單對(duì)比了去皮和不去皮對(duì)黃桃果酒品質(zhì)的影響。

模糊綜合評(píng)判是對(duì)多種屬性的單個(gè)事物，或者說(shuō)其總體優(yōu)劣受多種因素影響的事物，能作出一個(gè)合理的綜合屬性或因素的總體評(píng)判，為準(zhǔn)確地描述和客觀評(píng)價(jià)黃桃果酒的品質(zhì)提供了科學(xué)方法[20]。該研究采用模糊綜合評(píng)判結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化黃桃果酒發(fā)酵品質(zhì)，通過(guò)對(duì)黃桃果酒發(fā)酵工藝參數(shù)的研究，確定最佳發(fā)酵工藝參數(shù)，以期獲得更加客觀、優(yōu)化的工藝條件，從而為提升黃桃果酒的品質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奉賢“錦繡”黃桃：上海市青村鎮(zhèn)吳房村；活性干酵母粉VIC、RV002、BV818：安琪酵母股份有限公司；果膠酶（酶活＞90 000 U/g）CE 3.2.1.89、發(fā)酵助劑、焦亞硫酸鉀（分析純）、皂土：山東省煙臺(tái)市帝伯仕商貿(mào)有限公司；殼聚糖：江蘇百味科技有限公司；纖維素酶（酶活＞22 500 U/g）EC3.2.1.15：上海梯希愛(ài)化成工業(yè)發(fā)展有限公司；L-半胱氨酸（分析純）：廣州豪翔精細(xì)化工有限公司；抗壞血酸（分析純）：鄭州裕和食品添加劑有限公司；鹽酸、體積分?jǐn)?shù)為95%乙醇、氫氧化鈉（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

VK-8002加熱破壁機(jī)：德州市歐諾華生活電器有限公司；EMS-20S磁力攪拌水浴鍋：常州市人和儀器廠；16-7383高壓滅菌鍋：上海宜川上嶺儀表有限公司；SPX-150B-Z型生化培養(yǎng)箱：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；WYT-4型手持糖度計(jì)：泉州中友光學(xué)儀器有限公司；LAL2T酒精濃度計(jì)：廣州市速為電子科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 黃桃酒工藝流程及操作要點(diǎn)

黃桃→分揀→果皮處理（分別堿法去皮、酶法去皮、不去皮）→破碎打漿→加入護(hù)色劑→酶解→過(guò)濾→調(diào)酸→巴氏滅菌→酵母活化及接種→發(fā)酵→下膠澄清→陳釀→過(guò)濾→罐裝→黃桃酒

操作要點(diǎn)：

分揀：挑選色澤品質(zhì)良好的黃桃，去除變質(zhì)、未成熟的黃桃。

果皮處理：①帶皮發(fā)酵：黃桃切半、去核、帶皮切塊。②堿法去皮：黃桃切塊后浸泡于0.8%、90 ℃的氫氧化鈉溶液中45 s，腐蝕黃桃表皮及果膠等物質(zhì)，取出黃桃后置于流動(dòng)冷水下搓揉去皮，漂洗多次，切半、去核、切塊。③酶法去皮[16]：洗凈的黃桃按照1∶1 000體積比加入0.8%復(fù)合酶液（果膠酶∶纖維素酶=3∶1），用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液調(diào)節(jié)酶解液pH值為3.6，45 ℃恒溫水浴，酶解45 min。酶解后的黃桃置于流動(dòng)冷水下搓揉去皮，漂洗多次，切半、去核、切塊。

破碎打漿、護(hù)色處理：帶皮或去皮黃桃果肉在用破壁機(jī)過(guò)程中接觸到空氣極易發(fā)生褐變現(xiàn)象，破碎打漿需要加入護(hù)色劑[21]。本試驗(yàn)破碎打漿時(shí)抗壞血酸的添加量為0.10%、L-半胱氨酸添加量為0.02%，檸檬酸的添加量為1.0%，焦亞硫酸鉀的添加量為0.007%。果漿酶解：纖維素酶和果膠酶分別以60 mg/L的添加量加入黃桃果漿中，恒溫水浴55 ℃，酶解1 h，四層紗布過(guò)濾后，用低溫冷凍離心機(jī)以8 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，分離得到的黃桃清汁，顏色金黃，澄清無(wú)雜質(zhì)。

調(diào)酸：澄清黃桃汁用檸檬酸和檸檬酸鈉進(jìn)行調(diào)節(jié)pH。

巴氏滅菌：將黃桃汁加熱至70 ℃并保持30 min進(jìn)行巴氏滅菌，之后快速冷卻至4 ℃。

酵母活化及接種：準(zhǔn)確稱取1g活性干酵母粉加入10mL、5%的已滅過(guò)菌的葡萄糖溶液，35 ℃恒溫水浴活化30 min，之后靜置15 min，即得到活化后的酵母菌液，按照5%的酵母接種量接種。

發(fā)酵：接種后的黃桃汁28 ℃恒溫發(fā)酵，直到比重低于0.999 6即為發(fā)酵終點(diǎn)[10]。

下膠澄清：發(fā)酵后黃桃酒中加入600 mg/L的聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl-polypyrrolidone，PVPP），靜置24 h，之后過(guò)濾澄清。

陳釀：分離的酒樣置于4～8 ℃的酒柜中儲(chǔ)存1個(gè)月，過(guò)濾澄清后即得黃桃酒成品。

1.3.2 理化指標(biāo)測(cè)定

酒精度、總糖、總酸、還原糖、揮發(fā)酸、總二氧化硫：按照國(guó)標(biāo)GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》。

1.3.3 感官評(píng)定

本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同工藝參數(shù)發(fā)酵的黃桃酒采用定量描述分析法（quantitative descriptive analysis，QDA）[22]，在專業(yè)品評(píng)室進(jìn)行人員的篩選和培訓(xùn)，選擇食品專業(yè)學(xué)生和教師為待選，進(jìn)行敏銳性實(shí)驗(yàn)篩選，進(jìn)行詞匯介紹與描述標(biāo)度介紹，進(jìn)行訓(xùn)練，選取打分制，滿分100分，由20名通過(guò)感官培訓(xùn)的評(píng)定員，對(duì)各個(gè)酒樣從色澤（滿分20分）、香氣（滿分40分）、滋味（滿分30分）、風(fēng)格（滿分10分）4個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)定，黃桃酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 黃桃酒感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of yellow peach wine

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[23]

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)取影響黃桃酒品質(zhì)的3個(gè)關(guān)鍵因子：黃桃果皮處理方式（A）、酵母接種量（B）、初始pH值（C）3個(gè)主要工藝參數(shù)作為試驗(yàn)考察對(duì)象，并用1，0，-1分別表示自變量因素的高低，以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，Box-Behnken試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

表2 黃桃酒發(fā)酵工藝優(yōu)化Box-Behnken試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels of Box-Behnken experiments for yellow peach wine fermentation technology optimization

1.3.5 黃桃酒模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法

建立評(píng)判集[24]。對(duì)象集U=｛u1…，ui，un｝中17個(gè)對(duì)象（1#，2#，…，16#，17#）；因素集X=｛x1，x2，x3，x4｝中4個(gè)評(píng)價(jià)因素（色澤，香氣，滋味，風(fēng)格）；評(píng)語(yǔ)集Y=｛很好y1，較好y2，一般y3，較差y4，差y5｝；權(quán)重系數(shù)集W=｛w1，w2，w3，w4｝中4個(gè)權(quán)重（0.20，0.30，0.30，0.20）。

建立單因素評(píng)價(jià)矩陣[25]。評(píng)價(jià)小組對(duì)每個(gè)樣品的每一因素進(jìn)行逐個(gè)評(píng)判，對(duì)每個(gè)樣品4個(gè)因素下的每個(gè)評(píng)語(yǔ)的人次進(jìn)行歸一化處理，即A=[a1*，…，ai*，…，a5*]，

分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)因素xi所對(duì)應(yīng)的模糊評(píng)價(jià)矩陣Rij=（ri1，ri2，…，rin）∈f（Y），可以得到每個(gè)黃桃酒樣品的因素模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣。

建立模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型Bi=W×Ri（i=1*，2*，3*，…，17*），其中B評(píng)價(jià)集，W為權(quán)重系數(shù)，R為模糊評(píng)價(jià)矩陣。采用響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)制備的17個(gè)黃桃酒樣品，根據(jù)表14項(xiàng)感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，由感官評(píng)價(jià)小組對(duì)黃桃酒樣品進(jìn)行評(píng)分，并確定樣品每項(xiàng)得分所隸屬的等級(jí)，然后將所有樣品的得分結(jié)果采用歸一化處理。

為得到模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)的總分，劃分感官評(píng)價(jià)等級(jí)分值區(qū)間為：很好90～100分，較好80～89分，一般70～79分，較差60～69分，差40～59分。因此建立感官評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)集V=（100 80 60 40 20），則黃桃酒樣品的模糊綜合評(píng)判總分為：Ti=B×Vi（i=1*，2*，3*，…，17*）。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)以黃桃果皮處理方式（A）、酵母接種量（B）、初始pH值（C）為影響因子，以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3，方差分析見(jiàn)表4。

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiments

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

通過(guò)Design Expert 8.0.6軟件對(duì)表3試驗(yàn)進(jìn)行多元回歸擬合后，得到各因素與黃桃酒感官評(píng)分之間互相影響的二次多項(xiàng)回歸模型如下：

由表4可知，模型的P值=0.008 8＜0.01，模型極顯著，失擬項(xiàng)P=0.776 6＞0.05，不顯著，說(shuō)明該多元回歸方程不失擬，說(shuō)明該模型回歸方程能夠反映感官評(píng)分與各因素的關(guān)系。模型決定系數(shù)R2=0.966 8，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.924 1，說(shuō)明該模型擬合程度良好，能解釋約92%響應(yīng)值的變化，試驗(yàn)誤差小，變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）=2.31%，試驗(yàn)的精確度在范圍內(nèi)。二次項(xiàng)B2對(duì)黃桃酒感官評(píng)分的影響極顯著（P＜0.01），一次項(xiàng)B及二次項(xiàng)C2對(duì)黃桃酒感官評(píng)分的影響顯著（P＜0.05），交叉項(xiàng)BC在對(duì)結(jié)果影響顯著（P＜0.05），其余因素對(duì)感官評(píng)分影響不顯著（P＞0.05）。各因素對(duì)黃桃酒感官評(píng)分的影響依次為：B（酵母接種量）＞C（初始pH值）＞A（黃桃果皮處理方式）。

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)得到多元回歸方程，繪制各試驗(yàn)因素與黃桃酒感官評(píng)價(jià)的響應(yīng)面及等高線見(jiàn)圖1。

圖1 初始pH值、酵母接種量和處理方式交互作用對(duì)黃桃酒感官評(píng)分的響應(yīng)面和等高線Fig.1 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between initial pH,yeast inoculum and treatment methods on sensory evaluation of yellow peach wine

響應(yīng)面及等高線的形狀反映了黃桃果皮處理方式、酵母接種量以及初始pH值三者之間彼此交互作同對(duì)黃桃酒感官評(píng)分的影響。由圖1可知，酵母接種量和初始pH值的交互作用對(duì)黃桃酒感官評(píng)分的影響顯著，曲面陡峭，等高線為橢圓形；黃桃果皮處理方式和酵母接種量、初始pH值的交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響不顯著，該結(jié)果與表4結(jié)果一致。

2.2 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法分析

根據(jù)表1感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，感官評(píng)價(jià)小組（20人）對(duì)黃桃酒樣品進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)[26]及投票，具體結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 黃桃酒的感官評(píng)價(jià)Table 5 Sensory evaluation of yellow peach wine

在黃桃酒樣品的感官評(píng)價(jià)投票中，以樣品1#色澤為例，5人選擇很好，10人選擇較好，4人選擇一般，1人選擇差，因此得到A色澤=（0.25 0.50 0.20 0.00 0.05）；同理A香氣=（0.50 0.35 0.10 0.05 0.00）、A滋味=（0.45 0.25 0.20 0.05 0.05）、A風(fēng)格=（0.30 0.40 0.15 0.10 0.05），所以得到樣品1#的模糊評(píng)價(jià)矩陣如下：

同理可得到樣本2#～17#的評(píng)價(jià)模糊矩陣。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)評(píng)級(jí)模型Bi=W×Ri（i=1*，2*，3*，…，17*），其中權(quán)重系數(shù)W=（0.2 0.3 0.3 0.3），所以得到樣品1#的模糊評(píng)價(jià)矩陣如下：

同理可以得到B2～B17。

得到各個(gè)樣品的評(píng)價(jià)關(guān)系矩陣后，為了得到模糊綜合評(píng)判的總分，劃分等級(jí)分值區(qū)間：很好90～100分，較好80～89分，一般70～79分，較差60～69分，差40～59分。建立感官評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)集V=（100 80 60 40 20），則黃桃酒樣品的模糊綜合評(píng)判總分為：Ti=B×Vi（i=1*，2*，3*，…，17*）。得到1#黃桃酒樣品的總分為：

同理可得其他各酒樣的模糊綜合評(píng)判總分T2=80.5分，T3=88.6分，T4=80.9分，T5=78.3分，T6=80分，T7=75.9分，T8=87.1分，T9=88.3分，T10=89.3分，T11=74.7分，T12=75.5分，T13=82.2分，T14=81.8分，T15=89.9分，T16=77.1分，T17=17.2分。由計(jì)算結(jié)果可知各酒樣總分都介于70～90分之間，其中酒樣15#的模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)感官評(píng)分最高，為89.9分，屬于等級(jí)很好；酒樣10#和3#的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)分為89.3分和88.6分，屬于等級(jí)較好；酒樣17#的模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)感官評(píng)分為71.2分，屬于等級(jí)一般。17個(gè)黃桃酒樣品模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)優(yōu)劣排序?yàn)?5#＞10#＞3#＞9#＞8#＞13#＞14#＞1#＞4#＞2#＞6#＞5#＞16#＞7#＞12#＞11#＞17#。采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法得到的感官評(píng)分最高的樣品（15#和10#）的工藝條件與響應(yīng)面優(yōu)化法的試驗(yàn)結(jié)果相近且與3#的一樣。

黃桃酶解去皮處理，酵母接種量為5%，初始pH值為3.5，在此條件下黃桃酒感官評(píng)分預(yù)測(cè)值最高為91.29分。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到的黃桃酒感官評(píng)分實(shí)際值為89.0分，與預(yù)測(cè)值相差不大，且模糊綜合感官評(píng)分為89.9分。因此，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)影響黃桃酒品質(zhì)的工藝條件進(jìn)行計(jì)算和分析，能夠降低人為主觀因素影響，適合區(qū)分多樣品感官質(zhì)量評(píng)價(jià)差異。

2.3 黃桃酒的理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)模糊綜合評(píng)判結(jié)合Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)得出的黃桃酒發(fā)酵最佳工藝條件進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，黃桃酒的釀造過(guò)程如下：洗凈的黃桃酶法去皮后，進(jìn)行護(hù)色處理，分離得到的黃桃清汁調(diào)節(jié)pH為3.5，對(duì)黃桃汁巴氏滅菌后接種5%酵母，發(fā)酵時(shí)間為7 d，黃桃酒成品下膠澄清后進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 黃桃酒樣品理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 6 Determination results of physical and chemical indicators of yellow peach wine samples

由表6可知，發(fā)酵后的黃桃酒酒精度較低（3.56%vol），但是所有理化指標(biāo)均滿足輕工部頒標(biāo)準(zhǔn)QB/T 5476—2020《果酒通用技術(shù)要求》，這是因?yàn)榘l(fā)酵黃桃未加外源糖，酵母利用黃桃自身的糖分轉(zhuǎn)化酒精度有限，由于初始酸度的調(diào)節(jié)導(dǎo)致黃桃酒成品的總酸含量較高，但是酸度帶來(lái)黃桃酒清爽的口感，對(duì)于果酒來(lái)說(shuō)，酸甜比例的適中非常重要。

3 結(jié)論

本研究采用響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法優(yōu)化黃桃酒工藝條件，利用感官評(píng)價(jià)、回歸模型分析、矩陣模型分析等多種方式研究發(fā)酵條件對(duì)黃桃酒感官品質(zhì)的影響，使試驗(yàn)結(jié)果更具可靠性。結(jié)果表明，利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)的最優(yōu)工藝條件制備的黃桃酒，其感官品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)得到的最優(yōu)結(jié)果基本一致。最佳發(fā)酵工藝條件為：黃桃進(jìn)行酶法去皮處理，檸檬酸調(diào)節(jié)黃桃汁初始pH值至3.5，酵母接種量為5%，于28 ℃下發(fā)酵7 d，經(jīng)測(cè)定其酒精度為（3.56±0.12）%vol，總糖含量為（21.32±0.26）mg/mL，還原糖含量為（4.52±0.31）mg/mL，總酸含量為（28.43±0.40 mg/mL），揮發(fā)酸含量為（0.64±0.14）mg/mL，二氧化硫含量為（32.84±0.23）mg/L。理化指標(biāo)滿足相關(guān)國(guó)標(biāo)。在此條件下的黃桃酒感官評(píng)分為89.0分。黃桃酒色澤誘人、金黃透亮、澄清度較高、口感清爽、酸甜適中、果香濃郁。