基于模糊综合评价红柚汁果冻工艺优化

刘艳红，童慕贤，吴静静，季春艳，刘生杰

(1.阜阳师范大学信息工程学院，安徽 阜阳236041；2.阜阳师范大学 生物与食品工程学院，安徽 阜阳236037；3.安徽农业大学 茶与食品科技学院，安徽 合肥230036；4.南昌大学 食品学院，江西 南昌330000)

随着人们生活水平的提高，人们越来越注重食品的第二功能与第三功能，要求果冻不仅美味可口、安全卫生，还应营养丰富，具有一定的保健功能[1,2]。近年来我国学者开发了一系列具有保健功能的果冻产品，如赵梅等[3]以木瓜为原料加工生产木瓜保健果冻，余义等[4]以葛仙米汁为原料研制出葛仙米营养果冻，李鹏等[5]以南瓜果肉为原料制成南瓜保健果冻，张玲等[6]以菠萝蜜为原料研制了菠萝蜜风味果冻，程巧玲等[7]以南瓜和魔芋为原料制成南瓜魔芋保健果冻，张丽芳[8]、崔福顺等[9]分别对南瓜酸奶保健果冻和苹果梨营养果冻的工艺配方进行了研究。因此，崇尚天然绿色是果冻发展的主潮流，追求营养保健将是果冻发展的新潮流[1]。

红柚不仅含有丰富的碳水化合物、膳食纤维、维生素、甙类物质、矿物质、类胰岛素等成分[10-11]，还具有抑菌、抗氧化、抗辐射、降低胆固醇和预防心脏病等保健作用[12-14]，有“抗癌水果”之称。此外，红柚中还含有β 胡萝卜素、番茄红素、黄酮类等天然色素[13]。目前国内红柚以鲜食为主，红柚加工产品较少。

模糊综合评价法是利用模糊数学知识，将模糊的因素定量化，从而获得较为科学、客观的综合感官评价结果[15-16]，该法在肉制品、焙烤制品、发酵制品、饮料等食品的感官评价中广泛应用[17-21]。

以红柚为主要原材料，以感官评价为指标，通过单因素和正交实验，结合模糊数学评价法确定红柚汁果冻的最佳工艺配方。果冻中添加红柚汁既可提高果冻的营养价值，又可利用红柚的天然色素使果冻呈半透明淡粉色，减少着色剂使用量，满足人们对营养、健康、绿色的需求，符合消费者对食品第二功能和第三功能的追求。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红柚：福建省平和琯溪生产；卡拉胶：河南麦胜偌食品配料有限公司；魔芋胶：湖北强森魔芋科技有限公司；柠檬酸：河南圣斯德实业有限公司；白砂糖：天津市茂佳食品有限公司。

飞利浦榨汁机（HR1 833）：深圳飞利浦投资有限公司；数显恒温水浴箱（HH-4）：常州荣华仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

工艺流程如图1 所示。

图1 红柚汁果冻工艺流程

1.2.2 操作要点

红柚汁制备。挑选新鲜饱满、无病虫害、成熟度高的红柚，去皮，用榨汁机直接榨汁，用纱布两次过滤，去残渣，得红柚汁滤液4 ℃储存备用。

熬煮。白砂糖与复合胶（卡拉胶与魔芋胶以一定比例复合）于水中一起熬煮，需加热至95～100 ℃，使各种原料完全糊化[5]，边熬煮边搅拌，保持10 min，然后加入红柚汁。

调配。为避免局部酸度偏高，待胶液冷却到70 ℃左右时加入柠檬酸，快速搅拌使其混匀[4]。

杀菌。将灌装封盖好的果冻放入85 ℃热水中灭菌10～15 min，此杀菌操作对产品影响最小[7]。

冷却。自然冷却，凝胶成型。

1.2.3 感官评价

参照GB 19299-2015 制定红柚汁果冻感官评分标准。请10 名（5 男5 女）专业评价员根据标准规定[23]对红柚汁果冻色泽、风味、组织形态、口感进行评分，各项分别占20、30、20 和30 分，取其平均值作为最终评分结果，满分100 分。

1.2.4 理化指标及微生物指标检测

参照GB 10786-2006 测定产品可溶性固形物含量；参照GB 5009.239-2016 测定产品酸度；参照GB/T4789.21 规定方法测定产品微生物指标。

1.3 实验设计

1.3.1 单因素实验设计

根据参考文献，选取复合胶配比及添加量、白砂糖添加量、红柚汁添加量、柠檬酸添加量为单因素[22]，研究各因素对红柚汁果冻感官品质的影响。根据预实验结果分析，各因素及用量范围如下：复合胶配比（卡拉胶∶魔芋胶=5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1）[4]；复合胶添加量（0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%）[4,6]；白砂糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%）[5-6]；红柚汁添加量（10%、20%、30%、40%、50%）[11,23]；柠檬酸添加量（0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%）[4,11]。

1.3.2 正交实验设计

在单因素实验结果的基础上，设置以感官评价为指标的L9(34)正交实验[23-25]，如表1。

表1 正交实验设计表

1.3.3 模糊数学评价

模糊数学评价是运用模糊数学的原理，将“模糊性”的因素量化，科学合理的分析和评价事物的分析方法[16,25]，能客观全面的反映食品的感官信息，减少人为的主观性和片面性[25]。

研究对象集Y、因素集U、评语集V 及权重集X 的确定[26-29]如下：

对象集Y：本研究需要对正交实验中9 组红柚汁果冻样品进行综合评价，其中Y={Yi|i=1，2，…，9}。

因素集U：本研究以色泽、风味、组织状态、口感4 项评价指标组成因素集U，即U={U1，U2，U3，U4}，分别为本研究中色泽、风味、组织状态、口感4项评价指标。

评语集V：确定红柚汁果冻的评语集V={V1，V2，V3，V4}分别为优、良、中、差。

质量因素权重集X：果冻的色泽、风味、组织状态、口感4 个因素的重要程度不同，本实验采用用户调查法确定质量因素的权重集X，权重集X元素综合为1。各因素的权重根据各质量因素的总得分与总分100 分的比值决定，确定各因素的权重分别为色泽（0.2）、风味（0.3）、组织状态（0.2）、口感（0.3），记为X=（0.2，0.3，0.2，0.3）。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 复合胶种类及其配比对果冻品质影响

查阅文献知，卡拉胶凝胶时透明度最高，且没有离水性但弹性小[30]，因此用单一凝胶剂时产品品质较差，故本实验使用复合胶来减少单一凝胶剂的缺陷。Williams 等[31]研究表明：卡拉胶与魔芋胶在相对低的离子强度环境中有协同增效作用，卡拉胶与琼脂或海藻酸钠复配使用时产品品质差，无弹性，只有卡拉胶与魔芋胶复配使用时，制得的果冻凝胶状态效果好，有合适的嚼劲和弹性，因此红柚汁果冻制作过程中确定选用卡拉胶与魔芋胶进行复配。

每个实验平行操作2 次，结果如图2。由图2可知，卡拉胶与魔芋胶质量配比为5∶5，感官评分最低，产品气泡较多，且严重偏软；卡拉胶与魔芋胶质量配比为8∶2 和9∶1，感官评分低，产品较硬，且入口不够爽滑细腻；卡拉胶与魔芋胶质量配比为6∶4 时，感官评分最高，柔软适中，入口爽滑，且产品气泡较少，可认定为最佳配比。

图2 复合胶配比对红柚汁果冻品质影响

2.1.2 复合胶添加量对红柚汁果冻品质影响

由图3 可知，复合胶添加量过小，产品几乎不凝固，组织偏软；复合胶添加量过大，组织严重偏硬，口感无弹性，感官评分低。研究结果表明，复合胶添加量控制在0.8%、1.0%、1.2%三个水平时获得的红柚汁果冻成品感官评分较高。

图3 复合胶添加量对红柚汁果冻品质影响

2.1.3 白砂糖添加量对红柚汁果冻品质影响

白砂糖添加量对红柚汁果冻品质影响如图4。

图4 白砂糖添加量对红柚汁果冻品质影响

由图4 可知，白砂糖添加量过小，产品过酸，口感及组织状态差；白砂糖添加量过大，产品过甜，感官品质差。研究结果表明，白砂糖添加量控制在15%、20%、25%三个水平时获得的红柚汁果冻成品感官评分较高。

2.1.4 柠檬酸添加量对红柚汁果冻品质影响

由图5 可知，柠檬酸对果冻的质地、色泽、口感和凝胶稳定性有影响。柠檬酸添加量过小，产品甜味偏重，风味单一；柠檬酸添加量过大，产品过于酸涩，口感差，感官评分低。研究结果表明，柠檬酸添加量控制在0.25%、0.30%、0.35%三个水平时获得的红柚汁果冻成品感官评分较高。

图5 柠檬酸添加量对红柚汁果冻品质影响

2.1.5 红柚汁添加量对红柚汁果冻品质影响

由图6 可知，红柚汁添加量过小，产品颜色淡，红柚清香味不足，果冻感官品质差；红柚汁添加量过大，产品透明度及口感差，颜色过重。综合可得，红柚汁添加量控制在20%、30%、40%三个水平时获得的红柚汁果冻成品感官评分较高。

图6 红柚汁添加量对红柚汁果冻品质影响

2.2 模糊评定正交实验结果与分析

2.2.1 红柚汁果冻模糊感官评价结果

建立9 组红柚汁果冻的因素水平正交实验如表1，10 位感官评价员对9 组红柚汁果冻样品的4项质量因素进行评价，评价票数结果分布如表2。

表2 红柚汁果冻感官评价票数分布

2.2.2 模糊评价矩阵的建立及结果分析

由表3 可知，对1 号样品的色泽因素评价中有6 人评定为优，1 人评定为良，2 人评定为中，1人评定为差，即色泽向量为（0.6，0.1，0.2，0.1）。同理，风味向量为（0.4，0.2，0.1，0.3）、组织状态向量为（0.4，0.2，0.1，0.3）、口感向量为（0.4，0.1，0.2，0.3），由所得的4 个评价得到一个模糊矩阵

根据模糊变化原理Y=X×A，则各实验结果为：

将综合评价结果赋值计算，优、良、中、差分别乘以90、80、70、60 分，然后相加，得到每个产品最终感官得分如表3，其极差分析表如表4。

表3 正交实验结果

表4 正交实验结果极差分析表

由表3 和4 可知，基于模糊数学综合感官评价得到的正交实验结果表明最佳工艺配方为A3B3C1D1，即复合胶添加量1.2%，白砂糖添加量25%，红柚汁添加量20%，柠檬酸添加量0.25%。分析极差表明各因素对感官评分影响的主次顺序为：A（复合胶添加量）=B（白砂糖添加量）＞D（红柚汁添加量）＞C（柠檬酸添加量）。

2.2.3 验证实验结果分析

根据模糊数学综合评价分析，对正交实验的最佳工艺组合进行验证实验，得到的感官综合评分为89.1 分，即验证实验与正交实验结果吻合。

3 产品质量指标

3.1 感官指标

根据最优配方制作的红柚汁果冻，成型性好，呈淡粉色，质地均匀无气泡，表面光滑，口感细腻，软硬适中，酸甜可口，入口爽滑有弹性。

3.2 理化指标

产品可溶性固形物≥30%，pH 为3.9。

3.3 微生物指标

产品菌落总数≤100 CFU/g，大肠菌群、霉菌及致病菌均未检出。

4 讨论

在复合胶配比优化实验中，随着卡拉胶与魔芋胶配比不断增大，果冻的感官评分呈先上升后下降的趋势。胶凝剂充分水合后形成的凝胶相互作用较大，能形成稳定的立体结构。随着卡拉胶浓度的增大，胶体间分子排列紧密，胶凝剂分子间的相互作用力逐渐加强，使果冻的口感、组织结构等逐渐达到最佳。当卡拉胶比例过高时，两种胶凝剂超过复配阈值，使胶体分子失去水的保护，不利于形成牢固的立体空间网络结构，口感、组织结构等感官指标随之下降。

在复合胶添加量优化实验中，随复合胶添加量的不断增大，果冻的感官评分呈先上升后下降的趋势。原因可能是胶凝剂用量过少时，胶体分子与水分子交联不完全，形成的凝胶质构疏松，使得产品组织结构松散，缺乏柔韧性，口感较差；胶凝剂用量过多时，果冻中胶体分子增多，在氢键作用下，分子间的交联增强，形成的胶体结构紧密凝胶性过强，使产品出现口感过硬的现象。

红柚汁果冻的感官评分随白砂糖用量的增加呈先升高后降低的趋势。当白砂糖用量合适时，糖分子与果冻凝胶之间形成了氢键（糖桥），有利于凝胶分子间空间网络的形成。当白砂糖用量过少或过多时，可能由于产生竞争性的氢键作用，糖与凝胶分子失去水的保护，使凝胶分子之间结合的机会减少，不利于形成牢固的空间网络结构，从而影响红柚汁果冻的感官品质。

柠檬酸可调节产品风味，抑制红柚汁氧化褐变，抑制微生物生长，延长产品货架期。同时柠檬酸溶液能分离出H+，使胶体溶液处于酸性环境中，影响胶体的稳定性。在柠檬酸用量最适范围内，柠檬酸溶解分离出的H+随着柠檬酸添加量的增加而增大，凝胶体系的pH 下降至形成凝胶结构的最佳范围(pH＜4.0)，使果冻的感官品质逐渐提高至最佳。当柠檬酸用量过量时，溶液中过多的H+使pH 继续下降进而偏离形成凝胶的最佳pH 范围，从而影响红柚汁果冻感官品质。

红柚汁决定果冻的特色和风味。红柚汁可增加果冻的柚香味，调节果冻的风味，影响溶液的酸度和复合胶液的浓度。在红柚汁用量最适范围内，随着红柚汁用量的增加，胶凝剂体系的胶体浓度和PH，向着有利于胶体分子交联形成凝胶的范围变化，果冻的色泽、香气、口感等感官品质逐渐提高，直至达到最佳；当红柚汁用量超过最佳量时，胶体溶液偏离两种胶凝剂的最佳交联浓度和pH，果冻口感和组织状态差，感官评分低。

红柚汁作为一种天然色素成分，其与胶凝剂的互作机制本研究尚未涉及。此外，在本研究的基础上，可通过研究产品菌落总数、pH、营养成分、质构随贮藏时间的变化来探究红柚汁果冻的货架期，建立红柚汁果冻的货架期模型。

5 小结

研究复合胶添加量、白砂糖添加量、柠檬酸添加量及红柚汁添加量对红柚汁果冻感官品质的影响，得到红柚汁果冻最佳工艺组合：复合胶添加量1.2%（卡拉胶∶魔芋胶=6∶4），白砂糖添加量25%，红柚汁添加量20%，柠檬酸添加量0.25%。在此工艺参数下制得的产品具有红柚特有的清香气味和呈色，入口细腻爽滑，品质极佳。