基于模糊数学评价法优化南瓜沙棘复合果泥工艺

Optimization of Pumpkin Sea-buckthorn Compound Puree Based on Fuzzy Mathematics Evaluation Method

摘要

本研究旨研制一款南瓜沙棘复合果泥。以板栗南瓜和大果沙棘原浆为原料，配合使用白桃浓缩汁，采用单因素与正交试验设计，以色泽、香味、质地、口感为指标，通过模糊数学感官评价法，优化南瓜沙棘复合果泥工艺，并测定优化后南瓜沙棘复合果泥的味觉特征和相关指标。结果表明，南瓜沙棘复合果泥最佳工艺为：板栗南瓜蒸煮时间为30 min，制泥时间为4 min，沙棘原浆添加量为10%，白桃浓缩汁添加量为4%。在此工艺条件下制备的南瓜沙棘复合果泥，色泽鲜亮、酸甜可口、香味浓郁、营养丰富。

Abstract

The purpose of this study is to develop a composite puree combining pumpkin and sea buckthorn. Chestnut pumpkin and large fruit sea buckthorn puree were used as the primary ingredients, along with concentrated white peach juice. A combination of single-factor and orthogonal experimental designs was employed, with color, aroma, texture, and taste serving as evaluation criteria. Utilizing fuzzy mathematical sensory assessment, the processing parameters for optimizing the pumpkin and sea buckthorn composite puree were determined, and the taste characteristics and relevant attributes of the optimized product were assessed. The results showed that the optimal processing conditions for pumpkin and sea-buckthorn composite puree was as follows: a pumpkin cooking time of 30 minutes, a mashing time of 4 minutes, an addition of 10% sea buckthorn pulp, and an addition of 4% concentrated white peach juice. Under these optimized conditions, the composite puree exhibited vibrant color, delightful sweet-and-sour taste, rich aroma, and high nutritional value.

Graphical abstract

关键词

南瓜 / 沙棘 / 果泥 / 模糊数学 / 感官评价

Key words

pumpkin / sea-buckthorn / fruit paste / fuzzy mathematics / sensory evaluation

板栗南瓜肉质致密，口感甜面，味似板栗，深受消费者喜爱。板栗南瓜营养丰富，富含淀粉、碳水化合物、蛋白质、多种维生素和膳食纤维，对防治便秘、高血压、糖尿病、动脉粥样硬化等具有一定的功效^[1]。

沙棘俗称醋柳，酸刺。沙棘为药食同源植物，沙棘果中除含有丰富的蛋白质、脂肪和碳水化合物外，还含有人体必需的多种维生素和矿物质，尤其维生素C的含量居果蔬之冠^[2]。沙棘果有消食健胃、祛痰、止咳、平喘的作用^[3]。但由于沙棘果味道极酸涩，被开发利用的产品形态较少，市场拓展难度较高。

模糊数学评价法可以将具有模糊特性的指标量化，能很好地减少感官评价指标及感官评价主体间的主观评定误差，提高评价结果的科学性、合理性和客观性，被广泛应用于食品新产品的工艺研发^[4-6]。 本试验以板栗南瓜、沙棘和白桃浓缩汁为原料，通过正交设计及模糊数学评价法优化复合果泥工艺，制备符合现代人们所需求的复合果泥，为南瓜和沙棘资源深加工及果泥新口味开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

肋果沙棘(H. Neurocarpa)，青海省海东市民和县，秋季采摘，经清洗破碎后榨汁、分离得到沙棘原浆；板栗南瓜，青海省西宁市大百超市购买；白桃浓缩汁，厦门肯昇进出口有限公司。

1.2 主要仪器设备

BT125D电子分析天平（赛多利斯科学仪器有限公司）；PAL-1阿贝折光仪（日本ATAGO公司）；FE28-Standard pH计（梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司）；TS-5000Z 型味觉分析仪（日本INSENT公司）；TMS-Pro质构仪（美国FTC公司）；C21-RT2120型多功能电磁炉和专用蒸锅（九阳电器制造有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 南瓜沙棘复合果泥制备流程

通过对南瓜、沙棘原料预处理、打浆、过滤、调配、灌装、灭菌等工序，得到南瓜沙棘复合果泥。南瓜沙棘复合果泥制备流程图，如图1所示。

1.3.2 操作要点

南瓜泥制备：选无霉变、完好、成熟度高的新鲜板栗南瓜作为制备原料，用流动水清洗南瓜表面的泥土和异物，去除瓜蒂，刮掉瓤籽去皮，切块大小均匀，长宽约4 cm，厚度约2 mm。置于蒸笼上蒸熟，将蒸熟的南瓜用打浆机反复打细，得到南瓜泥粗品。再将南瓜泥粗品置于胶体磨中进行研磨、均质，获得均匀细腻、粒度细小的南瓜泥。

沙棘原浆制备：挑选成熟、完好、无病虫害的新鲜沙棘果，进行清洗、除杂；将清洗干净的新鲜沙棘果加入破碎机中进行破碎，之后加入双道打浆机中，进行打浆，分离出沙棘汁和沙棘籽、皮等，得到沙棘原浆。

南瓜沙棘果泥制备：制备的南瓜泥、沙棘原浆以及白桃浓缩汁，按照一定配比，加入到胶体磨中反复研磨，混合均匀后进行低温灌装，对其进行低温巴氏杀菌。

1.4 配方优化试验设计

1.4.1 单因素试验

南瓜蒸煮时间：称取南瓜800 g，制泥时间为3 min，沙棘原浆放入蒸锅，设定软化时间，依据感官标准评定综合评分，确定适宜的南瓜蒸煮时间。软化时间设置为20 min，25 min，30 min， 35 min，40 min，共5个处理。

南瓜泥制泥时间：称取南瓜800 g，放入蒸锅，依据感官标准评定，确定适宜的南瓜制泥时间。制泥时间分别为1 min、2 min、3 min、4 min、 5 min，共5个处理。

沙棘原浆添加量：称取南瓜泥800 g，白桃浓缩汁6%，依据感官标准评定，确定沙棘原浆添加量。沙棘原浆添加量为8%、9%、10%、11%、12%，共5个处理。

白桃浓缩汁添加量：称取南瓜泥800 g，沙棘原浆10%，依据感官标准评定，确定白桃浓缩汁添加量。白桃浓缩汁添加量为2%、4%、6%、8%、10%，共5个处理。

1.4.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以沙棘原浆添加比，白桃浓缩汁添加量，蒸煮时间，制泥次数为主要因素，选用L₉（3⁴）正交试验对工艺进行研究，通过正交优化工艺，以期获得最佳的工艺参数。正交试验因素水平见表1。

1.4.3 南瓜沙棘复合果泥模糊数学评价法模型建立

（1）确定评价因素加权重集

结合感官评价表，确定评价因素集U={色泽，香味，质地，口感}；评价因素权重集采用主观赋权法，确定色泽，香味，组织形态，口感的权重。经主观赋权权重X={0.20，0.25，0.30，0.25}；评价得分集V={优，良，中，差}={90，80，70，60}。

（2）模糊关系综合评判集

食品感官指标综合评判结果用Y 表示，Y=X•R，其中X表示感官指标权重，R为模糊矩阵。

1.5 实验方法

1.5.1 理化指标检测方法

可溶性固形物：参照宋菲红等人^[7]方法，采用折光仪检测定；pH参照王娟等人^[8]对果泥样品的pH测定方法进行；总酸含量（酸碱滴定法）参照杨颖等人测定果酱的方法检测^[9]；微生物检测参照赵鹏^[10]的方法测定；质构参数参照谭银莹^[11]果泥检测方法测定。

1.5.2 感官评分方法

组织感官评定人员共20人，年龄在20~35岁。其中男8人，女12人。按照色泽，香味，质地和口感4个指标对南瓜沙棘复合果泥感官品质进行评价。南瓜沙棘复合果泥感官评分标准如表2所示。

2 结果

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 蒸煮时间对南瓜泥品质的影响

蒸煮时间的长短对果泥品质的影响至关重要，突出的感官效果主要是果泥的风味、质地和色泽，表3为不同蒸煮时间对南瓜沙棘果泥品质的影响。

由表3可知，不同的蒸煮时间对产品的风味和质地都有影响，对色泽影响较小，较短时间的蒸煮，南瓜泥风味和质地不佳；而蒸煮较长时间可以获得较好的质地和风味，但南瓜中的营养成分不适宜煮太长时间。综合考虑以上各方面的因素，确定南瓜泥蒸煮时间为25 min、30 min和35 min。

2.1.2 制泥时间对南瓜泥感官评价的影响

制泥时间对南瓜泥品质的影响至关重要，尤其是南瓜泥的质地，表4为不同制泥次数对南瓜泥感官品质的影响。

由表4可知，制泥时间对南瓜泥的质地影响较大，制泥时间越短，南瓜泥越不均匀，因此，确定制泥时间为3 min、4 min和5 min。

2.1.3 沙棘原浆添加量对南瓜沙棘复合果泥感官评价的影响

沙棘原浆的添加量对南瓜沙棘复合果泥进行感官评价，评价结果如表5所示。

从表5可看出，沙棘原浆添加比小于8%，果泥稍甜；沙棘原浆添加比大于12 %时，果泥偏酸，因此，确定沙棘原浆添加比为9%、10%和11%时，果泥酸甜适口，并且果泥香味浓郁。

2.1.4 白桃浓缩汁添加量对南瓜沙棘复合果泥感官评价的影响

白桃浓缩汁添加量对复合果泥进行感官评价，评价结果如表6所示。

由表6可知，白桃浓缩汁添加量小于2%，果泥口感较淡，偏酸；白桃浓缩汁添加量小于2%，果泥香气，口感偏甜，因此，确定白桃浓缩汁添加量为4%、6%和8%时，复合果泥酸甜适口，并且果泥香味浓郁。

2.2 模糊感官评定及模糊矩阵建立

在单因素试验的基础上，采用L₉（3⁴）正交设计表设计制备9组复合果泥，由20名感官评价人员对其色泽，香味，质地，口感分别进行等级评价，评价结果如表7。

将表7中各个样品质量因素各个等级评价人数除以总评价人数得到模糊矩阵，样品1号~9号的模糊矩阵为Rj。

R_{\mathrm{1}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.40}& \mathrm{0.30}\\ \mathrm{0.40}& \mathrm{0.40}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.20}& \mathrm{0.10}\\ \mathrm{0.20}& \mathrm{0.00}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.50}& \mathrm{0.10}\\ \mathrm{0.55}& \mathrm{0.25}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.25}& \mathrm{0.15}\\ \mathrm{0.15}& \mathrm{0.05}\end{array}\end{array}\right]R_{\mathrm{2}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.50}& \mathrm{0.20}\\ \mathrm{0.50}& \mathrm{0.20}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.20}& \mathrm{0.10}\\ \mathrm{0.30}& \mathrm{0.00}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.40}& \mathrm{0.45}\\ \mathrm{0.40}& \mathrm{0.40}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.10}& \mathrm{0.05}\\ \mathrm{0.10}& \mathrm{0.10}\end{array}\end{array}\right]

R_{\mathrm{3}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.60}& \mathrm{0.25}\\ \mathrm{0.35}& \mathrm{0.45}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.15}& \mathrm{0.10}\\ \mathrm{0.15}& \mathrm{0.05}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.60}& \mathrm{0.30}\\ \mathrm{0.60}& \mathrm{0.25}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.05}& \mathrm{0.05}\\ \mathrm{0.10}& \mathrm{0.05}\end{array}\end{array}\right]R_{\mathrm{4}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.60}& \mathrm{0.30}\\ \mathrm{0.65}& \mathrm{0.25}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.10}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.10}& \mathrm{0.05}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.75}& \mathrm{0.15}\\ \mathrm{0.20}& \mathrm{0.70}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.10}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.05}& \mathrm{0.05}\end{array}\end{array}\right]

R_{\mathrm{5}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.65}& \mathrm{0.35}\\ \mathrm{0.55}& \mathrm{0.30}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.05}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.15}& \mathrm{0.00}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.40}& \mathrm{0.60}\\ \mathrm{0.35}& \mathrm{0.50}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.00}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.15}& \mathrm{0.05}\end{array}\end{array}\right]R_{\mathrm{6}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.70}& \mathrm{0.20}\\ \mathrm{0.80}& \mathrm{0.15}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.10}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.05}& \mathrm{0.00}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.30}& \mathrm{0.65}\\ \mathrm{0.60}& \mathrm{0.35}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.05}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.05}& \mathrm{0.00}\end{array}\end{array}\right]

R_{\mathrm{7}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.60}& \mathrm{0.35}\\ \mathrm{0.85}& \mathrm{0.10}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.05}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.05}& \mathrm{0.05}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.65}& \mathrm{0.35}\\ \mathrm{0.60}& \mathrm{0.40}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.00}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.00}& \mathrm{0.00}\end{array}\end{array}\right]R_{\mathrm{8}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.50}& \mathrm{0.30}\\ \mathrm{0.50}& \mathrm{0.40}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.15}& \mathrm{0.05}\\ \mathrm{0.10}& \mathrm{0.05}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.30}& \mathrm{0.50}\\ \mathrm{0.25}& \mathrm{0.50}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.15}& \mathrm{0.05}\\ \mathrm{0.20}& \mathrm{0.05}\end{array}\end{array}\right]

R_{\mathrm{9}}=\left[\begin{array}{cc}\begin{array}{cc}\mathrm{0.45}& \mathrm{0.40}\\ \mathrm{0.40}& \mathrm{0.45}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.15}& \mathrm{0.00}\\ \mathrm{0.10}& \mathrm{0.05}\end{array}\\ \begin{array}{cc}\mathrm{0.40}& \mathrm{0.45}\\ \mathrm{0.20}& \mathrm{0.50}\end{array}& \begin{array}{cc}\mathrm{0.10}& \mathrm{0.05}\\ \mathrm{0.25}& \mathrm{0.05}\end{array}\end{array}\right]

依据模糊变换原理可知Y=X·R，对应1～9号样品评价结果为Yj=X·Rj，如：

同理计算Y₂~Y₉，结果如表8所示。

2.2 正交试验结果与分析

模糊综合评价总分由表8的综合评价结果分别乘以其对应的分值（优90分，良80分，中70分，差60分）并进行加和，得到样品1号~9号的感官总分，见表9。

通过正交结果分析可以看出，南瓜沙棘复合果泥的最佳因素组合为A₂D₁C₃B₂（评定结果属于“良好”）。四个因素对果泥影响主次关系是：沙棘原浆添加比>蒸煮时间>蒸煮次数>白桃浓缩汁添加量，即对南瓜沙棘果泥品质和口感影响最大的是沙棘原浆添加量，其次是蒸煮时间，再次是制泥次数，最后是白桃浓缩汁添加量。通过感官评分得到的最佳配方是A₂D₁C₃B₂，即沙棘原浆添加量为10%，蒸煮时间为30 min，制泥时间为4 min，白桃浓缩汁添加量为4%时，制备的南瓜沙棘复合果泥，颜色宜人、口感细腻、果泥组织状态稳定。

2.3 南瓜沙棘复合果泥味觉特征分析

通过电子舌味觉分析仪测定五款不同果泥的味觉值，结果如图2所示。其中1、2、3号分别为市售果泥，4号为南瓜沙棘复合果泥，5号为南瓜泥。南瓜沙棘复合果泥的甜味值位于市售果泥和南瓜泥之间，酸甜适中。酸味值、苦味值、鲜味值以及丰富度无明显区别。

2.4 南瓜沙棘复合果泥相关指标

2.5 南瓜沙棘复合果泥成品效果

南瓜沙棘复合果泥成品展示如图3所示，该果泥色泽鲜亮，保持了板栗南瓜和沙棘原有的色泽。

3 结果和讨论

采用的板栗南瓜、沙棘原浆、白桃浓缩汁均为纯天然的食品，减少合成甜味剂和酸味剂的使用，通过沙棘、南瓜复配，丰富了果泥的口感及营养，满足广大消费者健康需求。当沙棘原浆添加比10%，蒸煮时间为30 min，制泥时间为4 min，白桃浓缩汁添加量4%时，制备的南瓜沙棘复合果泥的感官效果和稳定性达到最佳。该工艺简单，且设备条件要求不高，可适用于家庭小型制作或工业化生产。

参考文献

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基金资助

青海省中央引导地方科技发展专项项目(2021ZY004)

项目名称为“青海特色浆果深加工研发创新基地建设”