响应面法结合模糊评价优化油橄榄果渣饮料发酵工艺.pdf

现代食品XIANDAISHIPIN83/工艺技术ProcessTechnologydoi:10.16736/41-1434/ts.2023.13.021响应面法结合模糊评价优化油橄榄果渣饮料发酵工艺Response Surface Methodology Optimization of Fermentation Process for Olive Pomace Beverage 王 锴1,2，石庆东3，张成毅1，王福伟1,2，杨琴琴1,2，虞欢欢1,2，古小露1,2（1.重庆第二师范学院生物与化学工程学院，重庆 400067；2.重庆第二师范学院脂质资源利用及儿童日化品研发重点实验室，重庆 400067；3.重庆食品工业研究所有限公司，重庆 400010）WANG Kai1,2,SHI Qingdong3,ZHANG Chengyi1,WANG Fuwei1,2,YANG Qinqin1,2,YU Huanhuan1,2,GU Xiaolu1,2(1.College of Biological and Chemical Engineering,Chongqing University of Education,Chongqing 400067,China;2.Key Laboratory of Lipid Resource Utilization and Childrens Daily Chemical Products,Chongqing University of Education,Chongqing 400067,China;3.Chongqing Food Technology Institute,Chongqing 400010,China)摘 要：本文对油橄榄果渣酒饮料的发酵工艺进行了优化。在单因素的基础上，进行 4 因素 3 水平的响应面试验研究，并用模糊数学感官评价法对产品进行感官评价。结果表明，发酵时间 5 d，发酵温度 25，酵母添加量 1.3 g，初始糖度 36%时，得到的产品感官评分最高，感官品质最佳。关键词：油橄榄果渣；发酵；响应面试验；模糊感官评价Abstract：The fermentation technology of wine beverage made from olive residue was optimized in this paper.On the basis of single factor,four factors and three levels of response surface test were carried out,and fuzzy mathematics was used for sensory evaluation of the product.The results showed that when fermentation time was 5 d,fermentation temperature was 25 ,yeast dosage was 1.3 g and initial sugar content was 36%,the sensory score of the product was the highest and the sensory quality was the best.Keywords：olive pomace;fermentation;response surface test;fuzzy sensory evaluation中图分类号：TS275.4橄榄果渣是指橄榄果榨取橄榄油之后所剩余的固体废料以及橄榄皮等部分，果渣中含有橄榄多酚、脂肪酸、纤维素等有益成分。在传统工艺中，它们多被用于生产橄榄渣油。橄榄果渣油被广泛用于制药、化妆品、食品等领域。此外，橄榄果渣被用于制作饲料、肥料和木材等。近年来，越来越多的研究表明，橄榄果渣油还具有抗氧化、抗菌、降血糖、降血脂等多种保健功效1。因此，橄榄果渣的进一步开发和利用已经成为一个备受关注的研究领域。在橄榄果渣的食品应用方向，苏瑶等2通过在米酒酿制过程中添加橄榄果渣制作了一种风味独特的橄榄果渣酒；古小露等3在传统酥性饼干基础上添加油橄榄果渣和果渣粉，丰富饼干营养成分，研发出一款口感层次丰富、酚类成分含量较高的酥性饼干。两者作者简介：王锴（1996），男，硕士在读，助理试验师，研究方向为食品加工与安全，食品工艺控制。通信作者：古小露（1992），女，硕士，讲师，研究方向为农副产品精深加工。E-mail：。现代食品XIANDAISHIPIN84/工艺技术Process Technology都在一定程度上利用了橄榄果渣中含量丰富的多酚类物质，减少了橄榄果渣的浪费。但酒品有一定的局限性，受众较小；饼干加工过程会导致一部分酚类物质丢失，因此本文对橄榄果渣酒饮料发酵工艺进行研究，以期研发出一种橄榄果渣酒饮料，促进橄榄果渣的进一步开发和利用。发酵是指微生物在有氧或者无氧条件下的代谢过程。在橄榄果渣酒饮料的生产过程中，发酵可以产生酒精以及其他香气物质，因而发酵对于产品风味和感官特性的影响极其深远。本实验主要探究发酵工艺对于橄榄果渣酒饮料的影响。通过查阅文献发现，影响发酵的主要因素有发酵温度、发酵时间、酵母添加量和初始糖度值4-6。本实验先进行发酵工艺的单因素试验，研究发酵温度、发酵时间、酵母添加量、初始糖度值等因素的最佳范围7。再以感官评分为响应值，在单因素试验的基础上进行响应面试验，确定发酵温度、发酵时间、酵母添加量、初始糖度值这些因素的最佳水平，获得橄榄果渣酒饮料最佳的发酵 工艺。1 材料与设备1.1 材料与试剂油橄榄果渣，重庆江源油橄榄开发有限公司；白砂糖，超市购买；三氯蔗糖，安徽金禾实业有限公司；单宁酶，凯源生物科技有限公司；安琪果酒酵母，安琪酵母股份有限公司；葡萄糖，西王药业有限公司。1.2 仪器与设备C21RK2106 电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；YH-M3000g 电子天平，五鑫衡器有限公司；WZB 85 恒温培养箱，深圳市三莉科技有限公司；DHP-9032 折光仪上海仪，电光学仪器有限公司。2 实验方法2.1 油橄榄果渣饮料的基本配方根据前期研究，油橄榄果渣发酵饮料主要成分配方为油橄榄果渣含量 44%、白砂糖含量 20%、单宁酶含量 1%、三氯蔗糖酶含量 0.04%、葡萄糖含量 0.3%、饮用水 34.66%。2.2油橄榄果渣饮料的生产工艺流程及操作要点油橄榄果渣饮料的生产工艺流程如图 1 所示。（1）预处理。油橄榄果渣经挑选、脱核机脱核和打浆后，进行巴氏消毒（70 80，10 min）；将消毒完毕的油橄榄新鲜果渣放进冷冻干燥机中干燥后备用；将要使用的器具在高压灭菌锅中灭菌备用。橄榄果渣 预处理酵母糖液杀菌脱涩发酵调配装瓶图 1 油橄榄果渣饮料的生产工艺流程图（2）脱涩。将干燥好的油橄榄果渣装入烧杯中，按照 1 2 的比例加入饮用水。烧杯中加入混合液质量 0.10%的单宁酶和 0.015%的三氯蔗糖，在水浴 50 条件下保持 15 min，进行脱涩处理。（3）调整成分与酵母菌活化。向脱涩后的油橄榄混合液中加入白砂糖，用手持式糖度计测量糖度，直至糖度达到固定值。按照 1 1 的比例加入安琪果酒酵母和葡萄糖，加入适量的 35 的温开水，搅匀，放置于 35 水浴中进行活化，直至固体中有气泡 冒出。（4）油橄榄果渣发酵。将制备的混合液、活化的酵母混合后，转入洁净且灭过菌的密封瓶中，混匀，盖好密封瓶。在适当的温度下进行发酵，在发酵至 7 d左右时溶液出现较多大气泡，终止发酵。（5）调配。用纱布先将油橄榄果渣过滤，得到澄清液体，再加入适量糖液，装瓶。2.3 油橄榄果渣饮料发酵工艺优化2.3.1单因素试验（1）发酵时间。根据 2.1 的配方制备原料 5 份，分别加入 1.5 g 酿酒酵母，在 25、初始糖度为 30%的条件下进行发酵。分别在 3 d、4 d、5 d、6 d、7 d取样进行糖度测试，并进行感官评分，从而确定最佳发酵时间的范围。（2）发酵温度。根据 2.1 的配方制备原料 5 份，分别加入 1.5 g 酿酒酵母，设置初始糖度为 30%，在15、20、25、30、35 下均发酵 5 d。分别对不同温度下的产品取样进行糖度测试，并进行感官评分，确定饮料的发酵温度范围。（3）酵母添加量。根据 2.1 的配方制备原料 5 份，分别加入 0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g 酿酒酵母，设置发酵温度为 25，初始糖度为 30%，发酵 5 d。分别对不同酵母添加量的产品取样进行糖度测试，并进行感官评分，确定酵母添加量范围。（4）初始糖度。根据 2.1 的配方制备原料 5 份，分别加入 1.5 g 酿酒酵母，设置发酵温度为 25，分现代食品XIANDAISHIPIN85/工艺技术ProcessTechnology别设置初始糖度为 25%、30%、35%、40%和 45%，发酵 5 d。分别对不同初始糖度下的产品取样进行感官评分，确定初始糖度范围。2.3.2 响应面试验方案设计在单因素试验的基础上，选择影响较大的因素进行响应面试验。以发酵时间（A）、发酵温度（B）、酵母添加量（C）和初始糖度（D）为自变量，以模糊感官评分为响应值（y），利用 Box-Behnken 进行油橄榄果渣饮料发酵工艺设计，进行 4 因素 3 水平的响应面实验，见表 1。表 1 响应面试验因素水平表水平因素A 发酵 时间/dB 发酵 温度/C 酵母 添加量/gD 初始糖度/%-14200.53005251.03516301.5402.4 指标测定2.4.1 糖度测定油橄榄果渣饮料中糖度的测量由手持糖度计确定。2.4.2 产品的模糊感官评定感官评定是食品开发中一种非常实用的方法，能对消费者的实际感觉从多方面进行直观评价。但由于进行评定的主体是人，评定结果非常容易受到感官品检员的个人喜好和评定组成员组成的影响，所以本次实验引入模糊感官评定的方法对产品进行评定。模糊感官评定在常见的食品感官评定中引入了模糊数学评判，通过模糊矩阵将评价结果量化，排除主观性。本文选取 10 位有感官评判经验的食品专业人员，在感官评定室进行感官评定。（1）因素集的确定。由于食品安全国家标准 发酵酒及其配制酒（GB 27582012）对于产品的感官评定要求为“应符合相应产品标准的有关规定”，但目前没有橄榄果渣发酵酒饮料的国家标准或者行业标准，所以本文参照行业标准橄榄制品（NY/T 7102003）、国 家 标 准 固 体 饮 料 （GB/T 296022013），对产品的色泽、香气、口味、风格进行评价，并据此设计表 2。因素集指的是影响被评判样品质量的指标集，表示为 U=(u1,u2,ui,um)，其中 U 为因素集，ui为第i 个因素。对于油橄榄果渣酒饮料的感官评定，可以确定其中 4 项指标组成的因素集，U=(色泽 u1，香气u2，口味 u3，风格 u4)。（2）评语集的确定。评语集指的是被评样品所属质量级别的集合，以 V=(v1,v2,vi,vm)表示。其中，V是评语集，vi指的是第 i 级评定语。通过探讨，选择橄榄果渣酒饮料的评语集为 V=(优 v1,良 v2,中 v3，差 v4)，各级评定语对应的感官评定标准见表 2。表 2 油橄榄果渣饮料模糊感官评定标准表描述等级色泽香气口味风格澄清透明，具有橄榄酒饮料淡黄色光泽酒香良好，无异香爽口，酸甜适口，柔和轻快，回味绵延典型完美，风格独特优澄清，无杂质，无橄榄酒饮料淡黄色或光泽度不够香气较淡，无异香柔和爽口，酸甜适当典型明确，风格良好良微浑浊，无其他色泽香气较少，不悦人，或有异香略酸，较甜腻风格良好，无明显风格中浑浊，且有其他色泽香气不良，有异味，使人厌恶酸、涩、苦、平淡，有异味失去橄榄酒的典型性差（3）权重集的确定。10 名感官评价员分别对橄榄果渣酒饮料的 4 个因素（色泽、香气、口味、风格）的重要性进行打分，总分为 100 分，得分越高代表质量因素越重要，所占权重越大，结果如表 3 所示。最终确定了橄榄果渣酒饮料的色泽、香气、口味、风格权重分别为 0.1、0.2、0.3、0.4。所以，橄榄果渣酒饮料的权重集 X=(0.1,0.2,0.3,0.4)。表 3 权重集的确定表项目得分/分权重色泽100.1香气200.2口味300.3风味400.4（4）建立模糊矩阵。根据对各组样品进行的感官现代食品XIANDAISHIPIN86/工艺技术Process Technology评判可以得到不同因素的评价结果，可以得到如 Uj的模糊矩阵。其中，j=1,2,3,4,5,6,7,8,9，为样品编号，每一行代表一个评价因素的评价结果。对每种橄榄果渣酒饮料样品可得到矩阵，并进行归一化。依据模糊变换原理：Y=XU，则对第 j 号样品的综合评价结果为 Yj=XUj。11121314212223243132333441424344juuuuuuuuUuuuuuuuu=（5）模糊评价综合得分。分别赋予优秀、良好、中等和较差4个等级得分为90分、80分、70分和60分。将 2.4.6 中得到的 Yj中的各个量乘以对应的分数再相加，便可以得到对应样品的感官得分。3 结果与分析3.1 单因素试验结果与分析3.1.1 发酵时间对油橄榄果渣饮料的影响如图2所示，随着发酵时间的延长，糖度逐渐减小，3 6 d 下降明显，但第 6 天开始糖度下降趋势平缓。随着发酵时间的延长，酒精等代谢产物累计含量升高，导致酵母的生物活性受到抑制而降低，所以糖度降低开始放缓，在降低到一定程度后趋于平稳。随着发酵时间的增加，感官评分先增大后减小，在 5 d 时发酵的油橄榄果渣饮料口感舒适，透明度良好，符合油橄榄果渣饮料的基本要求，感官评分最高。3456722242628303234 糖度 感官评分发酵时间/d糖度/%74767880828486感官评分/分图 2 发酵时间对油橄榄果渣饮料糖度和感官评分的影响图 3.1.2 发酵温度对油橄榄果渣饮料的影响由图 3 可知，在初始糖度为 30%的情况下，温度对发酵起着重要的作用。从糖的消耗量上来看，15 20 时，糖的消耗量随着发酵温度的升高出现降低的趋势，在 25 时糖度最低，糖的消耗量最大。可能因为此时酵母的活性最强，进行大量的生理活动，所以糖的消耗量最大。随着发酵温度的升高，感官评分也呈现先上升后下降的趋势，25 时油橄榄果渣饮料所得感官评分最高，风味最佳，无异味，具有特有的油橄榄风味。由此可确定酵母的最佳发酵温度范围为 20 30。152025303523.023.524.024.525.025.526.0 糖度 感官评分发酵温度/糖度/%77787980818283848586感官评分/分图 3 发酵温度对油橄榄果渣饮料糖度和感官评分的影响图3.1.3 酵母添加量对糖度和感官品质的影响由图 4 可知，随着酵母添加量的增加，发酵强度增大，糖度逐渐减小，可知酵母添加量对糖度影响较大，酵母添加量越多，代谢所需能量越多，消耗糖分越多。对于感官分析可知，酵母添加量为 1.0 g 时，口感舒适，味道最佳，减少或者增加酵母含量都会导致口感降低。0.51.01.52.02.5202224262830 糖度 感官评分酵母添加量/g糖度/%79808182838485感官评分/分图 4 酵母添加量对油橄榄果渣饮料糖度和感官评分的影响图3.1.4 初始糖度对油橄榄果渣饮料感官评分的影响初始糖度为 35%时，油橄榄果渣饮料口感协调柔和，初始糖度 35%时，糖度过高，会影响酵母的发酵作用，致使油橄榄果渣饮料感官品质下降。由图 5可知，初始糖度为 35%时口味最佳。由此可知，初始现代食品XIANDAISHIPIN87/工艺技术ProcessTechnology糖度的最佳范围在 30%40%。25303540456080100感官评分/分初始糖度/%图 5 初始糖度对油橄榄果渣饮料感官评分的影响图3.2 模糊评价根据响应面试验方案设计的要求，对实验组的产品的色泽、香气、口味、风格 4 个方面进行评价。以第 1 组的感官评价结果为例，评定结果见表 4。表 4 组合 1 的评定结果表等级色泽香气口味风格优4343良4534中2233差0000由表 4 可知，10 个人对组合 1 的色泽评价结果：4 人认为优、4 人认为良、2 人认为中、0 人认为差。对香气的评价结果：3 人认为优、5 人认为良、2 人认为中、0 人认为差。对口味的评价结果：4 人认为优、3 人认为良、3 人认为中、0 人认为差。对风格的评价结果：3人认为优、4人认为良、3人认为中、0人认为差。因此可得 V色泽=(0.4,0.4,0.2,0)，V香气=(0.3,0.5,0.2,0)，V口味=(0.4,0.3,0.3,0)，V风格=(0.3,0.4,0.3,0)，将以上 4 个因素转化为矩阵可得10.40.40.200.30.50.200.40.30.300.30.40.30U=根据模糊变换原理：Y=UR，对组合 j 号样品的综合评价结果为 Yj=XUj，因此 1 号产品的综合评价结果为 110.40.40.200.30.50.20(0.2 0.3 0.4 0.1)0.40.30.300.30.40.30YX U=Y1=XU1=(0.36 0.39 0.25 0)感官评分计算：Z1=0.3690+0.3980+0.2570+0 60=81.1。同理可得其余实验组合的感官得分，见表 5。3.3 发酵工艺响应面试验结果分析在单因素实验结果分析的基础上，采用了 Box-Behnken 实验设计，得到回归方程为Y=84.62-0.36A+0B+1.72C+0.33D+0.22AB+0.8AC+0.5AD-0.05BC+0.22BD+0.55CD-0.46A2-0.97B2-1.92C2-1.63D2由表 6 的回归分析可知，回归模型 P 0.01，极显著，而失拟项 P 0.05，不显著，说明该二次回归模型显著，油橄榄果渣饮料配方优化试验的结果可以用该模型预测。由该方程的一次项系数可知，4 个因素对感官评分影响的顺序是 C A D B。表 5 油橄榄果渣饮料配方优化响应面法实验设计与结果表编号ABCD感官评分/分1100-181.12000083.53010-181.54-1-10085.15-101082.861-10083.070-10-181.180-1-1080.19110083.21010-1078.811001184.2120-10180.813-100182.614000083.515-110084.416010182.117001-182.318000086.719101084.22000-1180.221-100-182.622000083.5230-11083.824011083.12501-1079.62600-1-180.527-10-1080.628100180.329000085.9现代食品XIANDAISHIPIN88/工艺技术Process Technology图6结果显示，发酵时间、发酵温度、酵母添加量、初始糖度之间的交互作用对橄榄渣饮料的感官评分都有一定的影响。在这 4 个因素中，酵母添加量与初始糖度之间的相互作用对复合饮料的感官评分影响最大，先上升后下降。这主要是由于低剂量时，饮料的口感、色泽和风格都随着代谢产物的增加而提升，但超过最佳剂量时也会由于代谢产物的累积而变差。经过软件计算分析得出油橄榄果渣饮料的最佳配方和工艺为发酵时间 5.198 7 d，发酵温度 25.17，酵母添加量 1.259 g，初始糖度 36.088%。在此配方下，制得的饮料感官评分为 85.066 分。结合实际情况，对数值进行修约，并在发酵时间 5 d、发酵温度 25、酵母添加量 1.3 g、初始糖度 36%发酵条件下进行 3 次验证性实验，得该饮料的平均感官评分为 86.82 分。表 6 响应面法对配方优化的 ANVOA 分析表项目平方和自由度均方F 值P 值显著性模型79.36145.673.840.008 5显著A1.5411.541.040.324 3B01000C35.36135.3623.950.000 2D1.2711.270.860.369 9AB0.2010.200.140.761 7AC2.5612.561.730.209 1AD1.0011.000.680.424 3BC0.01010.0100.006 720.935 6BD0.2010.200.140.761 7CD1.2111.210.820.380 7A21.3511.350.910.355 6B26.0816.084.120.061 9C223.87123.8716.170.001 3D217.25117.2511.680.004 2残差20.67141.48失拟项10.94101.090.450.860 6不显著纯误差9.7342.43总和100.0328 88 88 86 86 84 84 82 82 80 80感官评分/分感官评分/分 78 78 30 28 26 24 22B 发酵温度/A 发酵时间/dA 发酵时间/dC 酵母添加量/g204.04.04.54.51.51.31.10.90.70.55.05.05.55.56.06.0（a）发酵温度与发酵时间 的交互作用对感官评分的影响 （b）酵母添加量与发酵时间的交互作用对感官评分的影响现代食品XIANDAISHIPIN89/工艺技术ProcessTechnology4 结论本文采用模糊感官评价法替代传统的感官评价方法，提高了测试结果的准确性，使其结果更加客观可靠。采用响应面法结合模糊感官评价结果对橄榄渣饮料的配方进行优化，得到最佳配方为发酵时间 5 d、发酵温度 25、酵母添加量 1.3 g、初始糖度 36%，此配方下制得的油橄榄果渣饮料感官评分为 86.82 分，其具有油橄榄果渣独有的淡黄色，外观透明发亮，酒香偏淡，口感丰富味道协调，风格良好。参考文献1GIOVANNELLI L.Beneficial effects of olive oil phenols on the aging process：experimental evidence and possible mechanisms of actionJ.Nutrition and Aging，2012，1（3/4）：207-223.2 苏瑶，于倩，刘宜睿，等.不同酒曲酿制的 3 种油橄榄果渣米酒的特性比较 J.食品科技，2022，47（2）：130-134.3古小露，阮梅蘭，王锴，等.油橄榄果渣酥性饼干的研制J.食品研究与开发，2022，43（3）：110-116.4 李蜜月.罗汉果发酵饮品的制备与罗汉果甜苷风味研究 D.无锡：江南大学，2021.5 巩卫琪，薛娇.响应面法优化铁皮石斛叶发酵饮料工艺 J.饮料工业，2022，25（6）：28-32.6 衡洋洋，周志磊，陈超，等.黑果枸杞乳酸菌发酵饮料生产工艺研究 J.食品与发酵工业：1-102023-05-11.https:/ 全江龙，朱雨蓓，吴正云，等.微生物发酵油橄榄果渣制醋及酱油前处理初步探究 J.中国调味品，2019，44（9）：72-76.88 86 84 82 80感官评分/分 784038363432D 初始糖度/%A 发酵时间/d30 4.04.55.05.56.0 88 86 84 82 80感官评分/分 78B 发酵温度/C 酵母添加量/g20221.51.31.10.90.70.530242628 （c）初始糖度与发酵时间的交互作用对感官评分的影响 （d）酵母添加量与发酵温度的交互作用对感官评分的影响 88 86 84 82 80感官评分/分 784038363432D 初始糖度/%B 发酵温度/30202224263028 88 86 84 82 80感官评分/分 78C酵母添加量/gD 初始糖度/%0.50.74038363432301.50.91.11.3（e）初始糖度与发酵温度的交互作用对感官评分的影响 （f）初始糖度与酵母添加量的交互作用对感官评分的影响图 6 油橄榄果渣饮料感官评分的响应面和等高线图