基于模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法優(yōu)化黃精益智仁固體飲料的配方工藝

摘要：黃精益智仁固體飲料是一款具有抗疲勞功能的固體飲料，主要以黃精、益智仁、茯苓、芡實(shí)、枸杞、山藥、大棗、山楂八味藥食同源的藥材為原料，經(jīng)煎煮提取后進(jìn)行噴霧干燥制得噴干粉，以噴干粉為主料，添加麥芽糊精、白砂糖、低聚果糖、橙子粉等添加劑，通過單因素試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法優(yōu)化固體飲料的配方并進(jìn)行品質(zhì)分析。結(jié)果表明，當(dāng)噴干粉添加量為40%、白砂糖添加量為20%、低聚果糖添加量為4%、橙子粉添加量為20%時(shí)，該固體飲料酸甜可口、口感較好，感官評分最高，為88.66分，水分含量為（5.2±0.08）%，溶解度為（89.12±0.07）%，休止角為12.11°±0.18°，堆積密度為（0.71±0.06）g/mL，成型率為（91±0.24）%。

關(guān)鍵詞：黃精益智仁固體飲料；模糊數(shù)學(xué)；感官評價(jià)；配方優(yōu)化

中圖分類號：TS278 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）01-0141-06

Formula Process of Polygonatum sibiricum and Alpiniae oxyphyllae Fructus Solid Beverage Based on Fuzzy Mathematics Sensory Evaluation Method

ZHANG Rui-bo¹， YAN Xiao-juan²， ZHANG Hai-yue^1*

（1.School of Chemistry and Life Sciences， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China; 2.Jilin Fusheng Special Medical Food Co.， Ltd.， Changchun 130607， China）

Abstract： Polygonatum sibiricum and Alpiniae oxyphyllae Fructus solid beverage is a kind of solid beverage with anti-fatigue function， mainly with eight kinds of medical and edible drugs such as Polygonatum sibiricum， Alpiniae oxyphyllae Fructus， Poria cocos， Euryale ferox， Lycium chinense， Dioscorea opposita， Ziziphus jujuba and Crataegus pinnatifida Bunge as the raw materials. After being decocted， boiled and extracted， spray drying is carried out to produce spray-dried powder. With spray-dried powder as the main material， maltodextrin， white granulated sugar， oligofructose， orange powder and other additives are added. The formula of solid beverage is optimized and the quality is analyzed by single factor test and fuzzy mathematics sensory evaluation method. The results show that when the addition amount of spray-dried powder is 40%， the addition amount of white granulated sugar is 20%， the addition amount of oligofructose is 4% and the addition amount of orange powder is 20%， the solid beverage is sweet and sour with good taste and has the highest sensory score of 88.66 points， the moisture content is （5.2±0.08）%， the solubility is （89.12±0.07）%， the angle of repose is 12.11°±0.18°， the bulk density is （0.71±0.06） g/mL， and the molding rate is （91±0.24）%.

Key words： Polygonatum sibiricum and Alpiniae oxyphyllae Fructus solid beverage; fuzzy mathematics; sensory evaluation; formula optimization

收稿日期：2024-07-15

基金項(xiàng)目：吉林省科技廳重點(diǎn)醫(yī)藥項(xiàng)目（20200708058YY）

作者簡介：張瑞博（1999—），男，碩士，研究方向：天然產(chǎn)物的提取及功能食品的研發(fā)。

*通信作者：張海悅（1967—），女，教授，博士，研究方向：天然產(chǎn)物的提取及功能食品的研發(fā)。

疲勞在日常生活中十分常見，在臨床上疲勞多表現(xiàn)為肝郁脾虛型，其癥狀為四肢困倦、疲乏無力、食欲不振、腹脹便溏，主要集中于肝、脾、腎3個(gè)臟器陰陽失調(diào)^[1]。目前關(guān)于身體疲勞原因的解釋有許多，比如能量衰竭、自由基堆積等。目前功能性飲料已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一些傳統(tǒng)中草藥在提高運(yùn)動能力、加速消除疲勞方面有很好的效果^[2]。

黃精可以補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾潤肺、增強(qiáng)免疫力^[3]；益智仁^[4]可以益智安神、暖腎固精、健脾開胃；茯苓可以利水滲濕、健脾寧心；芡實(shí)具有補(bǔ)脾、止瀉、除濕、益腎固精之功效，素有“水中桂圓”的稱號^[5-6]；山藥具有滋補(bǔ)肝、腎、脾的功效；枸杞可以滋補(bǔ)肝腎、益精明目；大棗的抗氧化、抗疲勞、保肝、抗炎等多種活性早已被證實(shí)^[7-8]。山楂富含有機(jī)酸、多糖、黃酮類化合物，所含糖分與有機(jī)酸配合具有很好的抗疲勞作用且易被人體吸收^[9]。

固體飲料是使用食品原料、輔料、食品添加劑等制備的顆粒狀、粉末狀或塊狀的供沖調(diào)或沖泡飲用的固態(tài)制品，種類多樣。其中植物固體飲料是指以植物（不包括茶、蔬菜、咖啡、水果）為主要原料，添加或不添加其他輔料和添加劑，經(jīng)過加工制成的固體飲料，相比于液態(tài)飲料，具有易沖泡、風(fēng)味獨(dú)特、貨架期較長、攜帶方便等特點(diǎn)^[10-11]。

本研究通過煎煮提取和噴霧干燥制得黃精益智仁噴干粉，添加一定量的酸味劑、甜味劑、穩(wěn)定劑等，可以在保留原有營養(yǎng)成分的基礎(chǔ)上改善其風(fēng)味和口感。由于傳統(tǒng)的感官評價(jià)會受到感官人員主觀因素的影響，沒有辦法進(jìn)行相對準(zhǔn)確的、客觀的評價(jià)，容易導(dǎo)致測定結(jié)果無法統(tǒng)一^[12]。因此，可以使用模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法對其進(jìn)行感官評價(jià)，模糊數(shù)學(xué)法可以對食品質(zhì)量進(jìn)行綜合考察，在深層次上做出準(zhǔn)確、客觀、科學(xué)的評價(jià)^[13-14]。

1 材料與方法

1.1 材料

大棗、枸杞、芡實(shí)、茯苓、黃精：安徽存譽(yù)堂生物科技有限公司；山楂、山藥、益智仁：亳州市松草堂藥業(yè)有限公司；橙子粉、白砂糖（均為食品級）：河南宏益生物科技有限公司；低聚果糖、麥芽糊精（均為食品級）：河南萬邦食品產(chǎn)業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ZNHW電熱套 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；TG16G臺式高速離心機(jī) 湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；E-119電子天平 上海浦春計(jì)量儀器有限公司；BILON-6000Y噴霧干燥機(jī) 上海比朗儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 噴干粉的制備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室前期已得優(yōu)化條件制備噴干粉：按照配方準(zhǔn)確稱取黃精12 g、益智仁9 g、芡實(shí)8 g、山藥5 g、茯苓5 g、大棗8 g、枸杞8 g、山楂5 g→按比例加水（1∶13）→浸泡60 min→用電熱套進(jìn)行煎煮提取（100 min，煎煮2次）→合并濾液→離心（6 000 r/min，15 min）→取上清液→噴霧干燥→噴干粉。

1.3.2 固體飲料工藝流程

噴干粉→加入白砂糖、橙子粉、低聚果糖→混勻→輻照滅菌→成品。

1.4 黃精益智仁固體飲料配方工藝優(yōu)化

1.4.1 固體飲料的感官評價(jià)

將制得的固體飲料成品與70℃左右的溫開水以1∶15的比例沖調(diào)于無色透明的玻璃容器內(nèi)，采用模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法對單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)所得產(chǎn)品進(jìn)行感官評價(jià)，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.4.2 單因素試驗(yàn)

固定白砂糖添加量為20%，低聚果糖添加量為3%，橙子粉添加量為20%，考察噴干粉添加量分別為30%、35%、40%、45%、50%時(shí)對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響（固體飲料總量以10 g計(jì)，不足的失重部分用麥芽糊精補(bǔ)足，下同）。

固定噴干粉添加量為40%，低聚果糖添加量為3%，橙子粉添加量為20%，考察白砂糖添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%時(shí)對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響。

固定噴干粉添加量為40%，白砂糖添加量為20%，橙子粉添加量為20%，考察低聚果糖添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%時(shí)對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響。

固定噴干粉添加量為40%，白砂糖添加量為20%，低聚果糖添加量為3%，考察橙子粉添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%時(shí)對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響。

1.4.3 模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)模型的建立

從色澤、口感、氣味、組織狀態(tài)4個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)，將其設(shè)置為因素集U={U₁色澤，U₂口感，U₃氣味，U₄組織狀態(tài)}，感官質(zhì)量評語集V={V₁，V₂，V₃}，其中V₁=優(yōu)秀（90分）；V₂=一般（75分）；V₃=較差（60分）。將4個(gè)感官指標(biāo)的權(quán)重^[15]設(shè)置為X={X₁，X₂，X₃，X₄}，其中X₁（色澤）=0.2，X₂（口感）=0.35，X₃（氣味）=0.2，X₄（組織狀態(tài)）=0.25。

S_i=S₁₁/S₁₂/S₁₃

S₂₁/S₂₂/S₂₃

S₃₁/S₃₂/S₃₃

S₄₁/S₄₂/S₄₃。

矩陣中i=1，2，3，...為試樣的編號，選取10名感官評價(jià)員對其進(jìn)行感官評價(jià)，矩陣每行依次代表色澤、口感、氣味、組織狀態(tài)的評價(jià)結(jié)果，綜合評價(jià)的最終結(jié)果記作W，W是權(quán)重系數(shù)X與矩陣S合成的結(jié)果，即W_i=X×S_i，最終得分T_i=W_i×V。

1.4.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇噴干粉添加量、白砂糖添加量、低聚果糖添加量、橙子粉添加量作為正交試驗(yàn)的4個(gè)因素，做L₉（3⁴）正交優(yōu)化試驗(yàn)，以模糊數(shù)學(xué)感官評分為指標(biāo)，確定黃精益智仁固體飲料的最佳配方，見表2。

1.5 黃精益智仁固體飲料品質(zhì)的測定

1.5.1 水分含量的測定

按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》測定黃精益智仁固體飲料中水分的含量。

1.5.2 溶解度的測定

稱取4 g黃精益智仁固體飲料于透明玻璃杯中，加入15倍體積70℃左右的水，即60 mL，倒入玻璃杯中，用玻璃棒攪拌，然后以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min，將上清液10 mL轉(zhuǎn)移至干燥的玻璃皿中，在105℃的條件下烘干至恒重，對殘留物進(jìn)行稱重^[16]，計(jì)算公式見式（1）：

溶解度（%）=（m₁－m₂）×6/m×100%。（1）

式中：m₁表示干燥后玻璃皿和殘留物的質(zhì)量（g）；m₂表示玻璃皿的質(zhì)量（g）；m表示黃精益智仁固體飲料的質(zhì)量（g）。

1.5.3 休止角的測定

將漏斗固定在鐵架臺上，使其與桌面的距離為8 cm，向漏斗中倒入20 g黃精益智仁固體飲料，使其形成一個(gè)錐形，以錐形的高度h與底面圓半徑r的比值作正切，即得出休止角，休止角≤30°時(shí)說明流動性好，休止角≤40°時(shí)能滿足生產(chǎn)過程中流動性的要求^[17]，計(jì)算公式見式（2）：

tanθ=h/r。（2）

1.5.4 堆積密度的測定

取一個(gè)10 mL的量筒，將黃精益智仁固體飲料從漏斗中自然散落到量筒中，振實(shí)直到填充至刻度線，測定10 mL固體飲料的質(zhì)量^[18-19]，用ρ表示堆積密度，計(jì)算公式見式（3）：

ρ=m₁－m₂/10。（3）

式中：m₁表示量筒和固體飲料的質(zhì)量（g）；m₂表示量筒的質(zhì)量（g）；ρ表示堆積密度（g/mL）。

1.5.5 成型率的測定

準(zhǔn)確稱量5 g黃精益智仁固體飲料倒入10目篩中，下方放置一個(gè)80目篩，并配有接收容器，使其保持水平狀態(tài)，左右往返，邊篩邊輕輕拍打，保持3 min即可，測量并計(jì)算能夠通過5號篩（80目篩）的粉末質(zhì)量和不能通過1號篩（10目篩）的質(zhì)量之和，即為不合格的顆?；蚍勰┵|(zhì)量^[20]，計(jì)算公式見式（4）：

成型率（%）=m－m₁/m×100%。（4）

式中：m表示固體飲料的質(zhì)量（g）；m₁表示不合格的顆?；蚍勰┵|(zhì)量之和（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 噴干粉添加量對固體飲料感官評分的影響

噴干粉添加量對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響見圖1。

由圖1可知，隨著噴干粉添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)噴干粉添加量為40%時(shí)，感官評分最高，為89.22分，這可能是因?yàn)殡S著噴干粉添加量的增加，改善了固體飲料的口感和特殊的風(fēng)味，感官評分上升，但隨著噴干粉添加量的繼續(xù)增加，感官評分逐漸下降，這可能是因?yàn)檫^多噴干粉導(dǎo)致固體飲料的黏度增大，流動性變差，沖調(diào)不均勻而且苦味加深，導(dǎo)致感官評分下降。

2.1.2 白砂糖添加量對固體飲料感官評分的影響

白砂糖作為甜味劑在食品中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，與黃精益智仁等八味藥食同源的藥材一樣具有調(diào)養(yǎng)脾胃的功效，與它們進(jìn)行復(fù)配更有利于對身體虛弱、疲勞等癥狀的大幅改善。白砂糖添加量對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響見圖2。

由圖2可知，隨著白砂糖添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)白砂糖添加量為20%時(shí)，感官評分最高，為89.44分，這可能是因?yàn)殡S著白砂糖添加量的增加，黃精益智仁固體飲料的甜度增大，改善了固體飲料的口感，從而使感官評分上升，但隨著白砂糖添加量的繼續(xù)增加，感官評分逐漸下降，這可能是白砂糖過量添加致使固體飲料產(chǎn)生甜味“過?！爆F(xiàn)象，從而導(dǎo)致感官評分下降。

2.1.3 低聚果糖添加量對固體飲料感官評分的影響

低聚果糖也是一種常見的添加劑，它是一種水溶性膳食纖維，具有良好的生理功能，有助于腸道蠕動，還具有保護(hù)胃黏膜的功效，而且其熱量低，易被人體吸收。低聚果糖添加量對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響見圖3。

由圖3可知，隨著低聚果糖添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這可能是因?yàn)榈途酃堑目诟斜容^清甜，隨著低聚果糖添加量的增加，固體飲料的口感比較細(xì)膩、清爽，在低聚果糖添加量為3%時(shí)，感官評分最高，但隨著低聚果糖添加量的繼續(xù)增加，固體飲料的味道甜膩，致使口感變差，感官評分下降。

2.1.4 橙子粉添加量對固體飲料感官評分的影響

橙子粉是一種常見的酸味劑，作為添加劑在食品中也有極廣泛的應(yīng)用，其含有豐富的維生素C、膳食纖維和其他營養(yǎng)物質(zhì)，具有增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)腸道蠕動、增進(jìn)食欲等功效。橙子粉添加量對黃精益智仁固體飲料感官評分的影響見圖4。

由圖4可知，隨著橙子粉添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這可能是因?yàn)槌茸臃郾旧砭哂刑厥獾娘L(fēng)味和酸味，使得固體飲料的口感更加柔和，滋味更加豐富，當(dāng)橙子粉添加量為20%時(shí)，酸甜適中，特征風(fēng)味明顯，感官評分最高，但繼續(xù)增加橙子粉添加量，飲料酸甜失調(diào)，酸澀感過重，感官評分下降。

2.2 模糊感官評價(jià)結(jié)果分析

2.2.1 感官評價(jià)結(jié)果

根據(jù)正交試驗(yàn)得到9組配方不同配比的黃精益智仁固體飲料，選取10名接受過專業(yè)訓(xùn)練的人員對9組固體飲料樣品分別在色澤、口感、氣味、組織狀態(tài)4個(gè)維度上進(jìn)行優(yōu)秀、一般、較差3個(gè)級別質(zhì)量等級投票，對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并整理，見表3。

2.2.2 模糊矩陣的建立

根據(jù)表3中模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)結(jié)果，試驗(yàn)序號1在色澤上有5個(gè)人認(rèn)為優(yōu)秀，3個(gè)人認(rèn)為一般，2個(gè)人認(rèn)為較差，即得到第一個(gè)樣品的模糊矩陣，同理建立黃精益智仁固體飲料的模糊數(shù)學(xué)矩陣S₁～S₉：

S₁=0.5/0.3/0.20.5/0.3/0.20.6/0.4/00.6/0.2/0.2，

S₂=0.9/0.1/00.9/0.1/00.8/0.2/00.9/0.1/0，

S₃=0.7/0.2/0.10.6/0.3/0.10.6/0.2/0.20.7/0.2/0.1，

S₄=0.6/0.3/0.10.5/0.3/0.20.7/0.2/0.10.6/0.3/0.1，

S₅=0.9/0.1/00.7/0.2/0.10.7/0.3/00.8/0.2/0，

S₆=0.8/0.1/0.10.6/0.3/0.10.7/0.3/00.8/0.2/0，

S₇=0.7/0.2/0.10.6/0.2/0.20.7/0.3/00.7/0.2/0.1，

S₈=0.7/0.2/0.10.8/0.1/0.10.7/0.2/0.10.6/0.3/0.1，

S₉=0.6/0.3/0.10.6/0.2/0.20.7/0.2/0.10.6/0.2/0.2。

根據(jù)模糊矩陣公式進(jìn)行運(yùn)算，W_i=X×S_i，對樣品1～9進(jìn)行綜合模糊評價(jià)，W₁=（0.545，0.295，0.16），W₂=（0.88，0.12，0），W₃=（0.645，0.235，0.2），W₄=（0.585，0.28，0.135），W₅=（0.765，0.2，0.035），W₆=（0.71，0.235，0.055），W₇=（0.665，0.22，0.115），W₈=（0.71，0.19，0.1），W₉=（0.62，0.22，0.16），再根據(jù)T_i=W_i×V，計(jì)算出最終感官評分，例如T₁=W₁×V=（0.545，0.295，0.16）×（90，75，60）=80.78，同理計(jì)算出T₂～T₉。

2.2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以噴干粉添加量、白砂糖添加量、低聚果糖添加量、橙子粉添加量作為正交試驗(yàn)的4個(gè)因素，以模糊感官評分為指標(biāo)，進(jìn)行L₉（3⁴）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。

根據(jù)表4中的極差R值分析得出R_Bgt;R_Dgt;R_Agt;R_C，因此可以得出黃精益智仁固體飲料配方中對其影響最大的是白砂糖添加量，其次是橙子粉添加量，再次是噴干粉添加量，影響最小的是低聚果糖添加量，正交試驗(yàn)結(jié)果顯示最優(yōu)方案為A₂B₂C₃D₂，即噴干粉添加量為40%，白砂糖添加量為20%，低聚果糖添加量為4%，橙子粉添加量為20%。

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果顯示最優(yōu)方案為噴干粉添加量40%、白砂糖添加量20%、低聚果糖添加量4%、橙子粉添加量20%，重復(fù)3次試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，最終的感官評分為88.66分，高于其他組合，說明該配方的添加劑配比是最優(yōu)的。

2.3 理化指標(biāo)的測定結(jié)果

黃精益智仁固體飲料的各項(xiàng)理化指標(biāo)測定結(jié)果見表5，該固體飲料的各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB/T 29602—2013規(guī)定的固體飲料的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

通過模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)法和正交試驗(yàn)優(yōu)化了黃精益智仁固體飲料的配方，結(jié)果顯示，當(dāng)噴干粉添加量為40%、白砂糖添加量為20%、低聚果糖添加量為4%、橙子粉添加量為20%時(shí)，該固體飲料酸甜可口，口感較好，感官評分最高。對固體飲料的理化指標(biāo)進(jìn)行測定，水分含量為（5.2±0.08）%，溶解度為（89.12±0.07）%，休止角為12.11°±0.18°，堆積密度為（0.71±0.06）g/mL，成型率為（91±0.24）%，固體飲料的溶解性、流動性較好，且各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB/T 29602—2013規(guī)定的固體飲料的標(biāo)準(zhǔn)。

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