模糊数学感官评价法优化红曲苦荞茶配方

李 欣,陈剑成,江正星,黄瑞文,陈 红,林一心,卢绍基,2,4*

(1.厦门塔斯曼生物工程有限公司,福建厦门 361000;2.厦门塔斯曼生物工程有限公司院士工作站,福建厦门 361000;3.福建省工业原料作物学会,福建福州 350000;4.福建省道地药材生物工程重点实验室成果应用推广基地,福建厦门 361000)

红曲(Fermentumrubrum)为曲霉科真菌紫色红曲霉接种于稻米(去皮种仁)上,经人工培养制成,始载于《饮膳正要》,在我国有近千年的应用历史。红曲在我国的应用源远流长,是具有药用和食用价值的典型代表[1]。《本草纲目》记载:“红曲主治:消食活血、健脾燥胃、治赤白痢下水谷、酿酒破血行药势及产后恶血不尽”。2010版药典上记载:红曲,甘,性微温。归脾、大肠、肝经,具有活血祛瘀、健脾消食、化浊降脂等功效[2]。现代研究表明,红曲含有多种生物活性物质(如他汀类、脂肪酸、甾醇、生物碱、黄铜等),具有降血脂、降血压、降血糖、提高免疫力、抗肿瘤、抗疲劳等广泛的药理作用[3-5]。目前,红曲霉研究主要集中于通过红曲与谷物、肉制品、调味品和传统乳制品的相互作用,开发功能性酒、酱油、奶酪等产品[6-9],并在市场上销售;但是利用红曲霉发酵的普洱茶、绿茶、苦荞茶等研究仍处于起始阶段,相关功能性茶产品的研发可以作为红曲霉发酵食品的一大突破口[10]。

模糊数学法还可称为Fuzzy数学,是一种对模糊性的现象进行处理以及研究的数学理论和方法。其应用广泛,包含医药、环境、建筑和食品等方面[11-16]。应用模糊数学法可以依据多种客观条件进行感官综合评定,如真实的评价数据、评价体系的构建和权重域等,使用感官指标进行定量,同时采用数学方法科学处理数据,从而降低感官评审员的主观性评价误差,使感官评价结果更加客观、合理和准确。笔者采用模糊数学法对红曲苦荞茶配方进行优化,目的是研制出天然健康且具有保健功能的饮品。与传统感官评价试验相比,采用模糊数学感官评价法筛选红曲苦荞茶的配方及冲泡条件,会更加客观和科学。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂红曲米:厦门塔斯曼生物工程有限公司;苦荞麦:亳州飒枫药业销售有限公司;白茶(白牡丹):厦门茶叶进出口有限公司。

1.2 仪器与设备电子天平(PR124ZH/E型,奥豪斯仪器(常州)有限公司);V型混合机(VH-250L型,南靖耀天干燥设备有限公司);不锈钢破碎机(RS-200T型,广州雷迈机械设备有限公司);袋泡饮品包装机(DXDC8IVS型,凯迈机电有限公司);电热恒温干燥箱(KYX-100AL型,康恒仪器有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1红曲苦荞茶制备工艺流程。红曲米、苦荞麦和白茶原料挑剔→粉碎→配料混合→干燥→包装→成品。

1.3.2操作要点。粉碎:将挑剔好的原料,置于不锈钢破碎机破碎过筛;混合:按配方比例配料,置V型混合机混合15 min;干燥:混合均匀后,置于电热恒温干燥箱80 ℃烘干2 h,水分≤7.0%;内包:投料于袋泡饮品包装机,包装每袋净含量为2 g进行内包,得到成品。

1.3.3红曲苦荞茶品评标准。选择10名有感官评价经验的评审员组成1个评审小组,对红曲苦荞茶的3个因素进行感官品评,共有5个样品供品尝,各样品每次品尝间隔3 min。每次品尝前都用温水漱口,以此来减少试验误差[17],感官评价指标共分为4个等级(表1)。

感官评价得分为:

A=a1×0.3+a2×0.3+a3×0.4

式中:a1为红曲苦荞茶茶汤评分;a2为红曲苦荞茶香气评分;a3为红曲苦荞茶滋味评分。

1.3.4单因素试验。以红曲与苦荞麦比例、白茶添加量、粉碎度、冲泡温度、浸泡时间、加水量6个因素作为红曲苦荞茶工艺优化单因素试验变量,以感官评价为指标设计单因素试验。试验因素与水平设计见表2。

1.3.5正交试验优化红曲苦荞茶配方。选择红曲与苦荞比例、白茶添加量、粉碎度进行3因素3水平正交试验,以模糊感官评价结果为试验指标,对红曲苦荞茶配方进行优化。试验设计见表3。

表3 正交试验因素水平设计

1.3.6模糊数学法的建立。确定评价对象集合U={U1,U2,U3},其中U1代表汤色,U2代表香气,U3代表滋味;确定评价等级集合I={I1,I2,I3,I4},其中I1、I2、I3、I4分别代表优、良、中、差;权重集a={a1,a2,a3},其中a1,a2,a3分别代表汤色、香气、滋味,a为指标项目结果所占的比重,试验中a1、a2、a3所占比重分别为0.3、0.3、0.4。全部进行试验的样品组成一个集合,即综合评判集A。A=a·R,其中a为权重集,R为模糊矩阵[18]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果从图1～6可以看出,当红曲与苦荞麦的比例为1.0∶1.0,白茶添加量为8%,粉碎度为10～20目,冲泡温度为90 ℃,浸泡时间为5 min,加水量为150 mL时,感官评价最优。因此,最终选择红曲与苦荞麦的比例为1.0∶1.0,白茶添加量为8%,粉碎度为10～20目为水平设计正交试验,冲泡条件选择加水量为150 mL,浸泡温度90 ℃,浸泡时间5 min。

图1 红曲与苦荞麦比例对产品品质的影响Fig.1 Effect of the ratio and tartary buckwheat on product quality of Fermentum rubrum

图2 白茶添加量对产品品质的影响Fig.2 Effect of white tea addition on product quality

图3 粉碎度对产品品质的影响Fig.3 Effect of degree of pulverization on product quality

图4 冲泡温度对产品品质的影响Fig.4 Effect of brewing temperature on product quality

图5 浸泡时间对产品品质的影响Fig.5 Effect of soaking time on product quality

图6 加水量对产品品质的影响Fig.6 Effect of water addition on product quality

2.2 模糊数学法优化产品配方与感官评价对比结果

2.2.1正交试验。正交试验因素及水平设计如表4所示。

表4 正交试验设计

2.2.2模糊感官评定结果。正交试验模糊感官评定结果如表5所示。

表5 正交试验模糊感官评定结果

2.2.3模糊矩阵的建立结果。由表5可知,在10人对红曲苦荞茶汤色的评价结果中,样品1有0人认为优,4人认为良,4人认为中,2人认为差,则得到U1=(0,0.4,0.4,0.2),同理得到U2=(0.4,0.6,0,0),U3=(0.4,0.4,0.2,0),把上述得到的3个因素的评价结果写成一个矩阵为:

同理可得,

2.2.4模糊综合评判集的计算。根据模糊矩阵变换原理,综合评判集为权重集×模糊矩阵A=a·R,红曲苦荞茶模糊感官综合评判的结果向量计算如下:

=(0.28,0.46,0.20,0.06)

同理可得,

A2=a·R2=(0.50,0.44,0.06,0)

A3=a·R3=(0.18,0.38,0.36,0.08)

A4=a·R4=(0.62,0.32,0.06,0)

A5=a·R5=(0.44,0.42,0.14,0)

A6=a·R6=(0.42,0.38,0.14,0.06)

A7=a·R7=(0.18,0.54,0.20,0.08)

A8=a·R8=(0.32,0.54,0.14,0)

A9=a·R9=(0.32,0.48,0.20,0)

2.2.5模糊数学综合感官评价法与感官评价结果比较。如图7,横坐标为评价等级,纵坐标为评价人数占比,比较各样品之间评价等级峰值和评价人数占比。9组样品的模糊评价结果排序为A4>A2>A5>A6>A8>A9>A1>A7>A3,同时根据每组样品的感官评价得分结果进行排序A4(86.41)>A5(85.11)>A2(81.98)>A6(80.63)>A9(78.79)>A8(78.57)>A1(75.84)>A7(75.48)>A3(72.38),并根据排序结果作出图8进行直观比较。

图7 模糊曲线Fig.7 Fuzzy curve

图8 红曲苦荞茶综合品评比较Fig.8 Comparison of comprehensive evaluation of Fermentum rubrum and tartary buckwheat

将2种排序结果结合图8进行对比可知,模糊数学评价法得到的结果与感官评价结果具有一致性,其他排序结果的图形走向也是一致的,即使它们不在同一个点上,也说明红曲苦荞茶采用模糊数学法进行感官评价是可行的,这2种方法的结果中最优样品都是A4,样品A4的工艺参数为红曲∶苦荞麦=1.0∶1.0,白茶添加量为6.0%,粉碎度为10～20目。

3 结论

以红曲、苦荞麦和白茶为原料,通过复配加工得到红曲苦荞茶。采用单因素试验,以感官评价为指标筛选最优的红曲苦荞茶配方及其冲泡条件,在单因素试验的基础上,选用正交试验与模糊数学感官评价法进一步优化红曲苦荞茶配方,确定感官品质最佳的红曲苦荞茶配方为红曲∶苦荞麦=1.0∶1.0,白茶添加量为每包茶袋净含量的6.0%,选择的最佳冲泡条件为用150 mL、90 ℃的水,冲泡5 min。冲泡后的红曲苦荞茶汤色红润澄澈,鲜艳明亮,气味上不仅有发酵红曲的曲香味、苦荞麦的麦香,复配还添加了白茶的清香,口感醇爽。通过复配提高了红曲经济附加值,为红曲精深加工和综合开发利用奠定了基础。