王琪，張紀偉，劉琨毅*，何翠容，毛冬梅，安江珊，張晨，李沅達

（1.云南農業(yè)大學 食品科學技術學院，云南 昆明 650201；2.宜賓職業(yè)技術學院 五糧液技術與食品工程學院，四川 宜賓 644003；3.遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000；4.四川省酒類科研所，四川 成都 610017；5.云南省峨山彝族自治縣富良棚鄉(xiāng)農業(yè)農村綜合服務中心，云南 玉溪 653206；6.云南農業(yè)大學 龍潤普洱茶學院，云南 昆明 650201）

番茄紅素（lycopene）是目前自然界抗氧化能力極強的一種天然紅色開鏈烴類胡蘿卜素，其抗氧化活性是維生素E的100倍[1]，具有預防癌癥、保護心腦血管、提高免疫力等生理功能[2-4]。由于人類和動物都不能產生天然番茄紅素，所以食物是其唯一的獲取源。天然番茄紅素廣泛分布于番茄、西瓜、芒果、葡萄、番石榴、柑橘等果實中[4-6]。番茄又稱西紅柿，是重要的保健和功能性蔬菜食品，能補充人體所需要的大量元素，作為食用性蔬果在食品和保健品方面被廣泛利用，最主要的保健功能成分是類胡蘿卜素[7]。紅葡萄柚是一種重要的柑橘品種，果汁酸甜適度，營養(yǎng)成分全面而豐富，加工而成的飲品在國內外有較大的市場競爭力[8]。番石榴果味清甜，營養(yǎng)成分豐富，含有多種礦物質及微量元素，廣泛用于食品加工業(yè)，主要是為了增加食品中維生素C的含量，它也是一種新型的抗氧化膳食纖維[9-10]。西瓜甘甜多汁，清爽解渴，食用安全，含有多種生理活性物質，其中番茄紅素的含量最高，不需要其他工藝就可以直接被人體吸收[11-12]。

復合果蔬酒以日常生活中常食用的果蔬為原料通過微生物發(fā)酵制備而成，含有多種營養(yǎng)物質、抗氧化物質及有機酸，能夠調節(jié)人體的新陳代謝，以其特有的風味和品質在激烈的酒類市場中有一定競爭力[13-14]。復合果蔬酒是利用兩種或多種水果及蔬菜通過微生物釀造而成的低酒精度飲品，經過釀造工藝優(yōu)化后能夠綜合幾種原料的香味、風味物質及營養(yǎng)成分，使產品的口感、香氣及滋味更加豐富[15-17]。基于此，本試驗運用模糊數學感官評價法，以番茄、紅葡萄柚、番石榴和西瓜為原料，進行響應面優(yōu)化試驗設計，探索復合果蔬酒感官評分和番茄紅素含量最高時的最優(yōu)配比，為番茄、紅葡萄柚、番石榴和西瓜資源的開發(fā)利用提供一定的參考，為新型復合果蔬酒的研發(fā)、釀造提供數據支撐和指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮番茄、紅葡萄柚、番石榴、西瓜、白砂糖：市售；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）CICC31482：宜賓職業(yè)技術學院菌種保藏中心；亞硫酸鈉、D-異抗壞血酸鈉（食品級）：桂林寶鉆食品有限公司；其余試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

BS210S型電子分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；DHP-9162型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學儀器有限公司；W-CJ-2FD型超凈工作臺：蘇州凈化設備有限公司；SPHs-3c型精密pH計：上海理達儀器廠；723型紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；LXJ-IIB低速大容量多管離心機：鄭州長城工貿有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 復合果蔬酒的釀造工藝流程

新鮮水果→分選→清洗→去皮（去籽）→榨汁→4種果汁混合→添加白砂糖、亞硫酸鈉、D-異抗壞血酸鈉→調整pH值→接種釀酒酵母→主發(fā)酵→分離→貯存→過濾→成品。

操作要點按照劉琨毅等[16]優(yōu)化后的復合果酒釀造工藝進行。

1.3.2 響應面試驗

以番茄汁、紅葡萄柚汁、番石榴汁和西瓜汁的添加量為自變量，設定番茄汁添加量（A）、紅葡萄柚汁添加量（B）、番石榴汁添加量（C）和西瓜汁添加量（D）為4個參數，其中，A+B+C+D=100%，以番茄紅素的含量和感官評分為響應值進行D-最優(yōu)混料設計試驗，番茄汁、紅葡萄柚汁、番石榴汁和西瓜汁選定范圍如表1所示。

表1 復合果蔬酒設計因素及目標范圍Table 1 Design factors and target range of compound fruit and vegetable wine

1.3.3 番茄紅素的提取工藝

番茄紅素的提取工藝參照徐媛等[18]提取紅葡萄柚番茄紅素的工藝略作修改：準確吸取10 mL復合果蔬酒于100 mL三角瓶中，加入15 mL 95%乙醇，預處理30 min，12 000 r/min離心 10 min（4℃），所得沉淀物用石油醚于恒溫振蕩器中30℃、180r/min避光浸提3.8h；浸提后避光靜置10 min，有機相即為番茄紅素提取液。

1.3.4 番茄紅素的測定方法

復合果蔬酒番茄紅素的測定方法參照張連富等[19]建立的番茄紅素簡便測定方法進行。

1.3.5 感官評價方法

復合果蔬酒的感官評價方法，參照劉琨毅等[16]對柑橘枸杞復合果酒感官評價的方法及GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》[20]中規(guī)定果酒的感官評價方法。復合果蔬酒的感官評價方法分為4個部分，滿分100分。試驗邀請10名具有高級品酒師職業(yè)資格證書的專業(yè)人士進行感官評價。復合果蔬酒感官評分標準見表2。

表2 復合果蔬酒感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of compound fruit and vegetable wine

1.3.6 理化指標分析

總糖采用直接滴定法[21]測定；總酸采用電位滴定法[22]測定；酒精度采用密度瓶法[23]測定；干浸出物采用密度瓶法[20]測定。

1.4 模糊數學評價模型的建立

模糊數學評價模型建立參考文獻[24-25]。

1.4.1 評價因素集U的確定

設復合果蔬酒評價因素集 U={U1，U2，U3，U4}，U1代表形態(tài)色澤、U2代表香氣、U3代表滋味、U4代表典型性。

1.4.2 評價等級集V的確定

設評價等級集V={V1，V2，V3，V4}，V1代表優(yōu)、V2代表良、V3代表中，V4代表差，對應分數為 100、75、50、25，即V={100，75，50，25}。

1.4.3 評價權重集X的確定

形態(tài)色澤、香氣、滋味、典型性是構成感官評價復合果蔬酒的因素。根據“主觀賦權法”和復合果蔬酒感官評分標準 （表 2） 得到權重 X={X1，X2，X3，X4}={0.20，0.25，0.35，0.20}。

1.4.4 模糊評定矩陣的建立

10名感官評定員對復合果蔬酒按形態(tài)色澤、香氣、滋味、典型性4個因素逐一評價，統計各質量因素在每個等級中的票數，進行歸一化，得到復合果蔬酒的感官評價模糊關系矩陣R；對各組指標數據結果建立隸屬度矩陣，根據模糊變換原理Y=XR，獲取各個試驗組的結果[26]。

1.4.5 評定結果

對各個模糊矩陣的結果進行賦值。將模糊向量單值化排序與賦值結果相乘后求和，最終得到每個試驗組的得分[24-25]。

1.5 數據處理

通過SPSS（20.0）軟件分析數據，得出結果，用平均值±標準差表示，顯著性差異比較通過單因素方差分析得出，P＜0.05為差異顯著；采用Design Expert（8.0.6）繪圖。所有試驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 模糊數學綜合評判結果

10位感官評定專家分別對復合果蔬酒形態(tài)色澤、香氣、滋味和典型性4個考察指標進行感官評定，試驗號為1的復合果蔬酒的感官評定結果（各等級評定人數）見表3。

表3 試驗號為1的復合果蔬酒感官評定結果Table 3 Sensory evaluation results of compound fruit and vegetable wine with test No.1

由表3試驗結果可知，10位感官評定小組中有4位專家認為試驗號為1的復合果蔬酒形態(tài)色澤等級為優(yōu)，3位認為良，2位認為中，1位認為差。所以R形態(tài)色澤={0.4，0.3，0.2，0.1}，同理可得 R香氣={0.5，0.3，0.2，0}，R滋味={0.6，0.2，0.1，0.1}，R典型性={0.6，0.2，0.2，0}。將上述指標轉化為矩陣，即：

根據模糊變化原理Y=XR，即試驗號1的評價結果為：Y1=XR1={0.20，0.25，0.35，0.20}×

將試驗號為1的數據模糊向量單值化及賦值得到其得分為81.50，以該方法對20個試驗小組進行綜合模糊評判。

2.2 響應面試驗優(yōu)化結果

2.2.1 響應面試驗設計與結果

以復合果蔬酒的番茄紅素含量和感官評分為響應值，根據D-最優(yōu)混料設計原理，通過Design Expert 8.0.6軟件設計響應面法試驗，考察番茄汁（A）、紅葡萄柚汁（B）、番石榴汁（C）、西瓜汁（D）4個因素對復合果蔬酒番茄紅素含量和感官評分的影響，響應面試驗結果如表4所示。

表4 復合果蔬酒原料配比條件優(yōu)化響應面試驗設計及結果Table 4 Design and results of response surface methodology for optimization of raw material ratio of compound fruit and vegetable wine

2.2.2 響應面模型的建立與方差分析

利用Design Expert 8.0.6軟件對表4中的數據進行多元回歸擬合，得到復合果蔬酒番茄紅素含量（Y1）和感官評分（Y2）的回歸方程：Y1=15.65A+14.35B+14.86C+16.45D+1.67AB+2.30AC-0.28AD-0.35BC+3.04BD+2.64CD-5.98ABC+37.99ABD+13.75ACD-56.89BCD，Y2=85.10A+78.10B+80.80C+92.39D+8.80AB+12.60AC-8.00AD-2.20BC+10.00BD+8.00CD-25.98ABC+198.72ABD+62.69ACD-308.48BCD。

上述回歸方程對應的方差分析見表5和表6所示。

表5 番茄紅素回歸模型的方差分析Table 5 Analysis of variance of lycopene regression model

表6 感官評分的回歸模型方差分析Table 6 Regression model analysis of variance of sensory score

根據方差分析（表5），番茄紅素含量的響應面模型具有極顯著的差異性（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.162 7＞0.05），表明模型擬合程度較好、誤差較小，可以利用該響應面模型優(yōu)化復合果蔬酒具有較高番茄紅素含量時的主料配比。該模型的復相關系數（R2=0.989 3＞0.9）和校正決定系數（R2adj=0.966 0＞0.9）表明此模型能夠較合理分析響應值的變化，試驗重復性好。從方差分析的顯著性可知，交互項AD、BC、ABC和ACD對復合果蔬酒番茄紅素含量的影響不顯著（P＞0.05）；交互項AB、ABD對復合果蔬酒番茄紅素含量的影響為顯著（P＜0.05），交互項AC、BD、CD和BCD 對番茄紅素含量的影響達到了極顯著水平（P＜0.01）。

各原料配比的交互作用對番茄紅素含量所形成的等高線如圖1所示。等高線越趨近于橢圓形，表明因素之間的交互作用對番茄紅素含量的影響越顯著，反之趨近于圓形則不顯著[18]。

圖1 各原料配比的交互作用對番茄紅素含量影響的等高線圖Fig.1 Contour map of the interaction of raw material ratio on the content of lycopene

由圖1可知，因素B（紅葡萄柚汁）、C（番石榴汁）和D（西瓜汁）之間的交互作用對番茄紅素含量所形成的等高線與其他因素的交互作用所形成的等高線相比更趨向于橢圓形，表明因素B、因素C與因素D的交互作用對復合果蔬酒番茄紅素含量的影響最大。該結果與表5方差分析所得結果一致，交互項BCD對復合果蔬酒番茄紅素含量的影響為極顯著（P＜0.01）。

由感官評分（Y2）回歸方程的方差分析（表6）知，復合果蔬酒感官評分的響應面模型具有極顯著的差異性（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.968 1＞0.05），表明模型擬合程度較好、誤差較小，可以利用該模型優(yōu)化復合果蔬酒的感官評分?；貧w方程多項式中的交互項AD、BC、ABC和ACD對復合果蔬酒感官評分的影響不顯著（P＞0.05）；交互項 CD、ABD 對復合果蔬酒感官評分的影響為顯著（P＜0.05），交互項 AB、AC、BD 和BCD對感官評分的影響為極顯著（P＜0.01）。此外，該模型的復相關系數（R2=0.993 7＞0.9）和校正決定系數（R2adj=0.980 1＞0.9）表明此模型能夠較合理分析復合果蔬酒感官評分的變化，試驗重復性好。

各原料配比的交互作用對感官評分所形成的等高線如圖2所示。

由圖2可知，因素B（紅葡萄柚汁）、C（番石榴汁）和D（西瓜汁）之間的交互作用對復合果蔬酒感官評分所形成的等高線與其他因素的交互作用所形成的等高線相比更趨向于橢圓形，表明因素B、因素C與因素D的交互作用對復合果蔬酒感官評分的影響最大。該結果與方差分析（表6）中只有交互項BCD對復合果蔬酒感官評分的影響到達了極顯著水平（P＜0.01）的結論相一致。

圖2 各原料配比的交互作用對感官評分影響的等高線圖Fig.2 Contour map of the interaction of raw material ratio on sensory score

2.3 原料配比驗證試驗

根據響應面分析，復合果蔬酒在番茄汁26.718%、紅葡萄柚汁27.220%、番石榴汁10.000%、西瓜汁36.062%條件下，感官評分可獲得最高的理論值94.146；在番茄汁27.775%、紅葡萄柚汁27.919%、番石榴汁10.000%、西瓜汁34.305%的條件下，番茄紅素含量可達到最高的理論值17.432 μg/mL?？紤]到實際操作條件，將4種果汁的添加量略作修正，后續(xù)分別對番茄汁26.7%、紅葡萄柚汁27.2%、番石榴汁10.0%、西瓜汁36.1%（驗證試驗1），以及番茄汁27.8%、紅葡萄柚汁27.9%、番石榴汁10.0%、西瓜汁34.3%（驗證試驗2）進行3組平行試驗。復合果蔬酒在驗證試驗1的條件下，其感官評分與番茄紅素含量分別為94.1±1.3與（17.45±0.86）μg/mL；在驗證試驗 2的條件下，復合果蔬酒的感官評分與番茄紅素含量分別為92.8±1.0與（17.31±0.52）μg/mL。因此，通過比較兩組驗證試驗的結果，復合果蔬酒在驗證試驗1的條件下可獲得最高的感官評分與番茄紅素含量。

2.4 復合果蔬酒理化指標

在最優(yōu)條件下得到的復合果蔬酒總糖為（9.71±0.23）g/L，總酸為（0.51±0.06）g/100 mL，酒精度為（7.93±0.31）%vol，干浸出物為（26.14±1.59）g/L。上述4項指標均符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術》要求[27]。

3 結論

經過模糊數學評價法和響應面試驗，得到由番茄汁、紅葡萄柚汁、番石榴汁、西瓜汁4種果汁原料釀造復合果蔬酒的最優(yōu)配比（26.7%番茄汁、27.2%紅葡萄柚汁、10.0%番石榴汁和36.1%西瓜汁）。將4種果蔬汁按照最優(yōu)配比混合后，調整初始pH值為6.0與糖度為28%，加入0.02%亞硫酸鈉與0.1%D-異抗壞血酸鈉，于發(fā)酵瓶中巴氏滅菌30 min；按5%接種量接入擴大培養(yǎng)的釀酒酵母懸液，23℃靜置發(fā)酵，觀察無氣泡產生則主發(fā)酵完成，分桶后進行低溫貯藏。經澄清處理后，復合果蔬酒色澤紅亮透明、果香與酒香濃郁、滋味醇和，感官評分與番茄紅素含量分別為94.1±1.3與（17.45±0.86）μg/mL，各項理化指標符合QB/T 5476—2020《果酒通用技術》。該結果可為同類復合果蔬酒產品標準化、工業(yè)化生產提供參考。