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(西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽 621010)

蘋果含有多種維生素、碳水化合物以及礦物質(zhì)[1-2],是良好的膳食纖維源,并且具有一定的保健功能[3]。番茄(Tomato)含有多種營(yíng)養(yǎng)成分[4],尤其是它所含的番茄紅素,是一種天然的抗氧化劑,可以抵抗衰老、增強(qiáng)免疫力[5]。獼猴桃富含多種維生素,其中VC含量最高,具有降血壓、降血脂、治療燒傷等作用[6-7]。胡蘿卜不僅富含胡蘿卜素、維生素B2和礦物質(zhì),還含有一種能分解VC的酶,具有增強(qiáng)免疫功能、降糖降脂等作用[8-9]。

復(fù)合果蔬酒富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)酸[10]及抗氧化物質(zhì),其具有調(diào)節(jié)人體自身的新陳代謝、控制體內(nèi)膽固醇水平、延緩衰老等作用[11]。單一果酒和蔬菜酒在色澤、香氣、風(fēng)味上欠佳,也存在營(yíng)養(yǎng)成分不足的缺陷。復(fù)合果蔬酒則是通過結(jié)合各種果蔬汁的特點(diǎn),釀造出營(yíng)養(yǎng)豐富風(fēng)格獨(dú)特的果酒[12],其在香味、色澤、滋味以及營(yíng)養(yǎng)成分等方面可形成一定的互補(bǔ),例如王曉麗等[13]釀造的胡蘿卜蘋果復(fù)合酒,成品酒顏色呈喜人的淡橘黃色,并且酒質(zhì)醇厚、口味純正[14-16]。

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)蘋果汁、胡蘿卜汁、獼猴桃汁和番茄汁混合配比,利用混料設(shè)計(jì)研制一種風(fēng)味獨(dú)特的新型復(fù)合果蔬酒，不僅具有較好的感官風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)保健功能,同時(shí)克服單種果酒風(fēng)味欠佳、營(yíng)養(yǎng)成分不足的缺點(diǎn)。這在新型果酒的開發(fā)、釀造中,具有普遍指導(dǎo)作用[17-18]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果、獼猴桃、胡蘿卜、番茄 綿陽市涪城區(qū)家多樂購(gòu)物中心;釀酒酵母 安琪酵母股份有限公司;果膠酶(5萬U/g)、纖維素酶(10萬U/g) 深圳恒生生物科技有限公司;偏重亞硫酸鈉 深圳恒生生物科技有限公司。

HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋 浙江金壇市正基儀器有限公司;DNP-9082恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;LYT-330手持折光儀 上海淋譽(yù)公司;BS223S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;0-100%uoe酒精計(jì) 上海一展實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;MJ-L500榨汁機(jī) 松下電器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 果蔬汁的制備及發(fā)酵 蘋果汁:選取成熟的、適宜、無蟲害的紅富士蘋果,用清水洗凈,去皮切小塊,浸泡在復(fù)合護(hù)色液[19](亞硫酸添加量為0.004%,抗壞血酸添加量為0.20%,L-半胱氨酸添加量為0.07%)中15 min后用榨汁機(jī)壓榨過濾取清汁,加入60 mg/L的纖維素酶、50 mg/L果膠酶,在50 ℃時(shí)酶解1 h。

獼猴桃汁:將成熟的獼猴桃清洗干凈,去皮打漿過濾,然后加入0.02%的果膠酶,在40 ℃水浴中酶解2 h[20]。

番茄汁:選取完整無腐爛的番茄清洗、榨汁過濾,加0.02%果膠酶,35 ℃水浴3 h[21]。

胡蘿卜汁:將清洗整理后的完整無腐壞胡蘿卜去皮,切成小塊[22],榨汁過濾,在50 ℃進(jìn)行攪拌,然后加入纖維素酶和果膠酶進(jìn)行生物酶解,纖維素酶的用量為1 g/L,果膠酶的用量為0.035 g/L。

主發(fā)酵:將四種原料汁按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的比例混合,加入0.03%果酒酵母。在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 d。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用混料設(shè)計(jì)(Mixture design)的方法,以獼猴桃汁(A)、胡蘿卜汁(B)、番茄汁(C)、蘋果汁(D)為自變量,以酒精度和感官值為響應(yīng)值。使原料的限定配比范圍均為10.0%～70.0%,且各因子的體積百分比總和為100%。對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得出最佳配比條件,并做驗(yàn)證試驗(yàn),重復(fù)3次得平均值。

1.2.3 酒精度的測(cè)定 采用酒精計(jì)法[23]測(cè)定產(chǎn)品的酒精度。

1.2.4 感官評(píng)價(jià) 根據(jù)國(guó)標(biāo)方法[23]。由20名進(jìn)行過感官評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)的食品專業(yè)研究生組成感官分析小組。參照陳卉等[24]的研究并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),見表1。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判,滿分100,結(jié)果取平均值。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sense evaluation

1.2.5 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理建立復(fù)合果蔬酒感官評(píng)價(jià)系統(tǒng) 根據(jù)食品感官指標(biāo)內(nèi)容,本試驗(yàn)設(shè)定兩個(gè)評(píng)定論域[25-26]:因素集,即感官質(zhì)量指標(biāo)集U={外觀(U1),香氣(U2),口味(U3),典型性(U4)};評(píng)語集,即感官質(zhì)量評(píng)語集V={優(yōu)秀V1,良好V2,一般V3,較差V4};由各指標(biāo)權(quán)重值得出權(quán)重域矩陣A=(a1,a2,…,an),其中a1,a2,…,an[ai∈(0,1)]是各評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的隸屬度,且滿足條件a1+a2+…+an=1。其中A的因素是U 中的一個(gè)模糊子集,A與U是相互對(duì)應(yīng)的,模糊評(píng)判矩陣即參加模糊綜合評(píng)判各因素根據(jù)相應(yīng)隸屬度所組成的評(píng)判結(jié)果矩陣R。在評(píng)價(jià)集中引入模糊子集Y。根據(jù)權(quán)重域矩陣A與模糊評(píng)判矩陣R通過模糊變換可得到,表示為Y=A×R={b1,b2,…,bm}。過程如下:

Y= A×R=(a1,a2,…,an)

根據(jù)表2各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值得到復(fù)合果蔬酒的權(quán)重因素:A={0.20,0.30,0.40,0.10}。

表2 混料設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Mixture design and the results

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文數(shù)據(jù)處理及做圖均采用Design Expert(Version 8.0.6)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采用D-Optimal混料設(shè)計(jì),考察感官評(píng)價(jià)、酒精度兩個(gè)指標(biāo),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表2所示。

2.1.1 不同原料配比對(duì)酒精度的影響 應(yīng)用Design Expert 8.0.6.1軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析,結(jié)果如表3所示,回歸方程模型的p值小于0.0001,表明該模型極顯著,失擬項(xiàng)p值0.0915>0.05,表明失擬項(xiàng)不顯著。說明方程對(duì)實(shí)驗(yàn)的擬合度較好,實(shí)驗(yàn)誤差小,因此該模型可以真實(shí)地?cái)M合和推測(cè)實(shí)際情況;從數(shù)據(jù)中可以看出AB、AC、BD交互作用都是極顯著水平(p<0.01),而AD、BC、CD交互作用不顯著(p>0.05)。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 Variance analysis of regression equation

由此可得出數(shù)學(xué)模型,見下式:

酒精度=2.04A+2.79B+2.82C+4.93D+3.69AB+2.19AC-1.26AD-0.61BC-2.66 BD+0.14CD

模型的決定系數(shù)R2=0.9622,說明模型96.22%的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可變性可用此模型解釋,僅有總變異的3.78%不能用此模型解釋;且回歸模型的擬合程度良好,表明該模型是合適的。

由圖1分析可知,響應(yīng)面呈曲面趨勢(shì),說明各組分之間存在交互影響。從數(shù)學(xué)模型和圖1可以看出,獼猴桃汁對(duì)酒精度影響最小,蘋果汁對(duì)酒精度影響最大。是因?yàn)樘O果汁自身所含糖分較高,所以其轉(zhuǎn)化出的酒精度就高;而獼猴桃汁由于酸含量較高,在一定的程度上會(huì)抑制酒精度的產(chǎn)生。

圖1 酒精度等高線圖和3D圖Fig.1 The contour plot and the 3D surface plot of liquor yield

2.1.2 不同原料配比對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響 采用Design Expert 8.0.6.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析,不同原料配比對(duì)感官評(píng)價(jià)影響如表4,p值為0.0001<0.01,表明此模型極顯著,失擬項(xiàng)p值為0.0812>0.05,表明失擬項(xiàng)相對(duì)于誤差不顯著,說明方程對(duì)實(shí)驗(yàn)的擬合度較好,實(shí)驗(yàn)誤差小,因此該模型可以真實(shí)地?cái)M合和推測(cè)實(shí)際情況。從數(shù)據(jù)中可以看出AC、BD交互作用顯著(p<0.05)。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

各原料配比對(duì)感官評(píng)價(jià)影響的數(shù)學(xué)模型如下:

感官=77.73A+70.73B+73.05C+83.80D+7.17AB+8.77AC-7.68AD-4.49BC+8.32BD+6.72CD

模型的決定系數(shù)R2=0.9606,說明模型96.06%的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可變性可用此模型解釋,僅有總變異的3.94%不能用此模型解釋;回歸模型的擬合程度良好,表明模型是合適的。

從數(shù)學(xué)模型和圖2可以看出,響應(yīng)面呈曲面趨勢(shì),說明各組分之間存在交互影響。蘋果汁對(duì)感官評(píng)價(jià)影響最大,而胡蘿卜汁對(duì)感官評(píng)價(jià)影響最小。因?yàn)楦泄僭u(píng)價(jià)是產(chǎn)品的綜合評(píng)定,即對(duì)外觀、香味、色澤、口感等多個(gè)方面的綜合評(píng)價(jià),所以評(píng)定者的主觀因素更為強(qiáng)烈。由于蘋果汁自身所含糖分較高,對(duì)口感影響較大,口感在感官評(píng)價(jià)中所占分?jǐn)?shù)比例較高,所以蘋果汁比例對(duì)感官評(píng)價(jià)影響較大。而獼猴桃汁由于酸含量較高,所占比例較高時(shí),會(huì)致使糖酸比不合適,從而影響口感。番茄汁和胡蘿卜汁自身所含糖酸較低,隨著其比例的變化,對(duì)酒精度影響較小;感官評(píng)定過程中酒體顏色通常以清淡者較優(yōu),所以其顏色較深會(huì)影響色澤評(píng)分。

圖2 感官評(píng)價(jià)等高線圖和3D圖Fig.2 The contour and the 3D surface plot of sensory evaluation

2.2 原料配比優(yōu)化及驗(yàn)證

用響應(yīng)面的優(yōu)化功能來設(shè)定各響應(yīng)項(xiàng)的期望值及各成分變化范圍,如表5所示。響應(yīng)面最終得出的原料配比方案及響應(yīng)項(xiàng)的預(yù)測(cè)值,如表6所示。

表5 混料設(shè)計(jì)區(qū)間表Table 5 The constraits of mixture design experiment

表6 混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化Table 6 Optimization of mixture design experiment

綜合酒精度和感官評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明最佳原料配比為:獼猴桃汁10.0%,胡蘿卜汁10.0%,番茄汁10.0%,蘋果汁70.0%。

對(duì)最優(yōu)配比進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn):得出發(fā)酵后酒精度為5.0%vol,感官評(píng)價(jià)為85.0,顏色澄清透明,果香和酒香均明顯且協(xié)調(diào),無雜異味,具有典型性。與實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)值幾乎一致,所以可作為果蔬酒原料配比。

2.3 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判

隨機(jī)挑選10名20～25歲的本科生,按表7中4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分評(píng)判,結(jié)果如表7。

表7 感官評(píng)定調(diào)查結(jié)果Table 7 Sensory evaluation survey results

由表7得模糊關(guān)系矩陣R:

根據(jù)模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型原理:

Y=A×R=(0.20,0.30,0.40,0.10)

由Y可知,峰值在0.43,根據(jù)最大隸屬度原則,對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)為一般,可得出結(jié)論,該復(fù)合果蔬酒屬于能接受。

3 結(jié)論

利用Design Expert 8.0.6.1軟件對(duì)獼猴桃汁、番茄汁、胡蘿卜汁、蘋果汁四種原料的復(fù)配比例進(jìn)行優(yōu)化,得到四種原料最優(yōu)配比為獼猴桃汁10.0%,胡蘿卜汁10.0%,番茄汁10.0%,蘋果汁70.0%。發(fā)現(xiàn)蘋果汁的比例對(duì)感官和酒精度的影響最大,說明蘋果汁比例在復(fù)合果蔬酒中起到了主導(dǎo)作用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,優(yōu)化配比的復(fù)合果蔬酒的酒精度為5.0%vol,感官評(píng)價(jià)為85.0,與預(yù)測(cè)值相符,所以混料設(shè)計(jì)可以用于優(yōu)化復(fù)合果蔬酒比例。