高 玲，劉運(yùn)鋒，李 聰，熊 佳，陳麗華，申新剛，朱衛(wèi)豐，劉紅寧，董歡歡

（江西中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330004）

瓜拉納Paullinia cupana 又名巴西香可可，為無患子科常綠木質(zhì)藤狀灌木植物［1］，起源于南美洲，國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，它富含咖啡因、茶堿、皂苷、微量物質(zhì)，具有抗疲勞、減肥、抗炎等多種藥理作用，主要藥用部位為果實(shí)和種子，被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、制藥工業(yè)、化妝品等行業(yè)［2-4］，但我國(guó)對(duì)其開發(fā)利用較少，目前市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品有黑卡維生素果味飲料、瓜拉納滋潤(rùn)精油。巴西人參Pfaffia paniculata 又稱琺菲亞，屬莧科多年生草本植物［5］，原產(chǎn)于南美洲，近年來已在我國(guó)廣西、浙江等地引種栽培成功［6］，國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道，它主要含有三萜、三萜皂苷、甾體等多種化學(xué)成分，主要藥用部位為根部，具有壯陽(yáng)、鎮(zhèn)靜、抗腫瘤等活性［5，7］，目前國(guó)際市場(chǎng)上其相關(guān)產(chǎn)品大多為植物原粉或粗提取物的單方和復(fù)方制劑，主要用做滋補(bǔ)藥及生理功能調(diào)節(jié)劑［8］。

隨著現(xiàn)代社會(huì)疲勞人群的比例不斷擴(kuò)大，抗疲勞成為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、保健醫(yī)學(xué)中的熱點(diǎn)問題［9］。目前，保健品越來越被消費(fèi)者關(guān)注，尤其是具有抗疲勞作用的功能飲料［10-11］，故本實(shí)驗(yàn)通過模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)合Box-Behnken 響應(yīng)面法優(yōu)化瓜拉納-巴西人參復(fù)合飲料處方，以期為其他抗疲勞復(fù)合飲料的開發(fā)提供參考。

1 材料

1.1 試劑與藥物 瓜拉納、巴西人參于2017 年8月購(gòu)自巴西藥材市場(chǎng)，經(jīng)安徽中醫(yī)藥大學(xué)彭華勝教授鑒定為無患子科植物瓜拉納Paullinia cupana 的果實(shí)和種子、莧科植物巴西人參Pfaffia paniculata的根。白砂糖為食品級(jí)（江西振冉生物科技有限公司）；檸檬酸為食品級(jí)（鄭州食美食品添加劑有限公司）；水為純凈水（杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司）。

1.2 儀器 WF-20B 型萬(wàn)能粉碎機(jī)，購(gòu)自江蘇江陰市順達(dá)藥化機(jī)械有限公司；HH-8 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，購(gòu)自常州國(guó)華電器有限公司；SIGMA3-18K型高速冷凍離心機(jī)，購(gòu)自美國(guó)Sigma 公司；85-2A 型恒溫?cái)?shù)顯磁力攪拌器，購(gòu)自上海力辰科技有限公司；SHB-111 型循環(huán)水式多用真空泵，購(gòu)自武漢德力祥儀器設(shè)備有限公司；LDZM-80KCS 型立式蒸汽滅菌器，購(gòu)自上海申安醫(yī)療器械廠；AH110D 型高壓均質(zhì)機(jī)，購(gòu)自加拿大ATS 公司；BSA124S 型電子天平，購(gòu)自賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

2 方法

2.1 提取液制備 精選干燥的瓜拉納果、巴西人參塊根，粉碎成粗粉，8 倍量純凈水煎煮1.5 h，濾過，取濾液，濾渣再加入5 倍量純凈水煎煮1 h，合并2 次濾液，10 000 r／min 離心10 min，棄去沉淀物，即得。

2.2 制備工藝

2.2.1 原輔料稱量、溶解 按照配方用量準(zhǔn)確稱取白砂糖，適量純水?dāng)嚢枞芙?，濾過，備用。再按照配方用量準(zhǔn)確稱取瓜拉納、巴西人參提取液。

2.2.2 調(diào)配 將“2.2.1”項(xiàng)下白砂糖溶液、藥材提取液充分混合，加入檸檬酸，再加水至滿，攪拌均勻。

2.2.3 過濾 將調(diào)配好的飲料用硅藻土過濾紙真空抽濾。

2.2.4 脫氣、均質(zhì) 將調(diào)配好的飲料在溫度60 ℃左右、壓力18～20 MPa 下用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)，在溫度40～50 ℃、真空度0.007 8～0.010 5 MPa 下脫氣，以去除空氣對(duì)飲料的影響。

2.2.5 殺菌 料液在121 ℃滅菌鍋中滅菌30 min。

2.2.6 灌裝、封口及冷卻 將料液冷卻至90 ℃左右后灌裝封口、冷卻。

2.3 單因素試驗(yàn)

2.3.1 瓜拉納與巴西人參比例 固定主藥用量40%，白砂糖用量10%，檸檬酸用量0.15%，考察瓜拉納與巴西人參比例4 ∶1、3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4 對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響。

2.3.2 主藥用量 固定瓜拉納與巴西人參比例1 ∶1，白砂糖用量10%，檸檬酸用量0.15%，考察主藥用量10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響。

2.3.3 白砂糖用量 固定瓜拉納與巴西人參比例1 ∶1，主藥用量40%，檸檬酸用量0.15%，考察白砂糖用量4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響。

2.3.4 檸檬酸用量 固定瓜拉納與巴西人參比例1 ∶1，主藥用量40%，白砂糖用量10%，考察檸檬酸用量0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響。

2.4 感官評(píng)價(jià) 以飲料色澤、氣味、口感、組織形態(tài)為指標(biāo)。參加評(píng)定的食品專業(yè)人員共10 名，男、女各5 名，身體健康，無任何感官方面缺陷，檢測(cè)前12 h 內(nèi)不抽煙，不喝酒，不吃辛辣、刺激性食物，不使用有氣味的化妝品，在有明亮自然光、25 ℃的房間內(nèi)進(jìn)行，評(píng)價(jià)過程中禁止互相討論，每次評(píng)價(jià)間隔10 min，評(píng)價(jià)完每個(gè)樣品后以清水漱口。按照表1，對(duì)上述4 個(gè)指標(biāo)從優(yōu)、良、差3 個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Standards for sensory evaluation

2.5 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)建立 參考文獻(xiàn)［12-13］報(bào)道。

2.5.1 感官評(píng)定論域確定 感官評(píng)定論域是指最能反映該食品感官質(zhì)量的一組評(píng)價(jià)指標(biāo)的集合，表示為U ＝ ｛u1，u2，…，un｝。本實(shí)驗(yàn)選擇色澤、氣味、口感、組織形態(tài)作為感官評(píng)定指標(biāo)，分別以u(píng)1～u4表示，即U＝ ｛u1，u2，u3，u4｝。

2.5.2 感官評(píng)定語(yǔ)言論域確定 評(píng)語(yǔ)等級(jí)m 的取值要根據(jù)具體情況確定，由于過多的評(píng)語(yǔ)等級(jí)難于描述，同時(shí)考慮到等級(jí)劃分太細(xì)會(huì)混淆品評(píng)者短時(shí)間內(nèi)的主觀判斷，故本實(shí)驗(yàn)取m ＝3。設(shè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域?yàn)閂＝ ｛v1，v2，v3｝，其中v1為優(yōu)，v2為良，v3為差。

2.5.3 權(quán)重域確定 權(quán)重集A 是各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重系數(shù)組成的集合。本實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)［13］報(bào)道，規(guī)定色澤、氣味、口感、組織形態(tài)的權(quán)重系數(shù)分別為0.2、0.25、0.4、0.15，即權(quán)重集A ＝（a1，a2，a3，a4）＝（0.2，0.25，0.4，0.15），并且a1+a2+a3+a4＝1。

2.5.4 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià) 模糊評(píng)定矩陣根據(jù)評(píng)價(jià)人員的評(píng)定結(jié)果確定，將評(píng)價(jià)結(jié)果除以總?cè)藬?shù)得到模糊矩陣R。感官指標(biāo)綜合評(píng)判結(jié)果用Y 表示，它是權(quán)重A 和模糊矩陣R 的合成，即Y ＝A×R。再計(jì)算綜合得分H，公式為H ＝Y(jié)×bj，其中bj在v1、v2、 v3時(shí)分別對(duì)應(yīng)3、2、1。

2.6 Box-Behnken 響應(yīng)面法 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定瓜拉納與巴西人參比例、白砂糖用量、檸檬酸用量作為影響因素，設(shè)計(jì)3 因素3 水平試驗(yàn)，以色澤、氣味、口感、組織形態(tài)的模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)得分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，Box-Behnken 響應(yīng)面法優(yōu)化處方，因素水平見表2。

表2 因素水平Tab.2 Factors and levels

3 結(jié)果

3.1 感官評(píng)價(jià) 對(duì)28 批樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。

表3 各樣品感官評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Results of sensory evaluation of various samples

3.2 模糊矩陣 將表3 中各樣品感官評(píng)價(jià)的等級(jí)得分除以10 折算成比率，結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果得到模糊矩陣Rj。其中，j＝1，2，…，8，為樣品編號(hào)；i ＝1，2，3，為質(zhì)量評(píng)價(jià)因素；ri1、 ri2、 ri3為第i 個(gè)評(píng)價(jià)因素各評(píng)價(jià)等級(jí)所得票數(shù)折算的比率。

由表3 可知，評(píng)價(jià)樣品1 色澤時(shí)有7 人認(rèn)為優(yōu)，3 人認(rèn)為良，0 人認(rèn)為差，則其色澤＝ ［0.7 0.3 0］，同理氣味＝ ［0.7 0.2 0.1］，口感＝［0 0.3 0.7］，組織形態(tài)＝ ［0.9 0.1 0］，將上述4 個(gè)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果寫成評(píng)判矩陣R1，同法得到其他27 批樣品的矩陣R2～R28。

將權(quán)重A 乘以評(píng)判矩陣R 進(jìn)行模糊變換，即Yj＝A×Rj（j ＝1，2，…，28），以樣品1 為例，Y11＝0.2×0.7+0.25×0.7+0.4×0+0.15×0.9 ＝0.45，Y12＝0.2×0.3+0.25×0.2+0.4×0.3+0.15×0.1 ＝0.245，Y13＝0.2×0+0.25×0.1+0.4×0.7+0.15×0 ＝0.305，即其模糊變換綜合評(píng)判Y1＝（0.45，0.245，0.305），評(píng)價(jià)為優(yōu)、良、差的比率分別為0.45、0.245、0.305，同法得到其他27 批樣品的模糊變換綜合評(píng)判Y2～Y28。

再計(jì)算各樣品綜合得分，其中樣品1 為H1＝0.45×3+0.245×2+0.305×1 ＝2.145，同法得到其他27 批樣品的綜合得分H2～H28。

3.3 單因素試驗(yàn)

3.3.1 瓜拉納與巴西人參比例 圖1 顯示，瓜拉納與巴西人參比例在4 ∶1～1 ∶1 時(shí)，隨著前者用量降低感官評(píng)分逐漸增加，在1 ∶1 時(shí)最高，為2.605 分；隨著后者比例進(jìn)一步增加，感官評(píng)分逐漸降低。另外，當(dāng)瓜拉納或巴西人參比例過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致口感偏苦或偏澀，從而影響感官評(píng)分，故本實(shí)驗(yàn)選擇兩者比例為2 ∶1～1 ∶2 進(jìn)行后續(xù)研究。

圖1 瓜拉納與巴西人參比例對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of P.cupana-P.paniculata ratio on sensory score

3.3.2 主藥用量 圖2 顯示，主藥用量在10%～40%時(shí)感官評(píng)分逐漸升高，在40% 時(shí)最高，為2.725 分；隨著其用量進(jìn)一步增加，感官評(píng)分反而顯著降低，可能是由于加入量越多，其色澤越深，口感越苦，從而影響感官評(píng)價(jià)。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇主藥用量為40%，并不再進(jìn)行后續(xù)研究。

圖2 主藥用量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of main drug consumption on sensory score

3.3.3 白砂糖用量 圖3 顯示，白砂糖用量在4%～12%時(shí)感官評(píng)分逐漸升高，在12% 時(shí)最高，為2.72 分；隨著其用量進(jìn)一步增加，感官評(píng)分反而顯著降低，可能是由于加入量越多，口感越甜，既不能掩蓋瓜拉納、巴西人參苦味，也使飲料口感不協(xié)調(diào)，并且顏色也較渾濁，不澄清。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇白砂糖用量為10%～14%進(jìn)行后續(xù)研究。

3.3.4 檸檬酸用量 圖4 顯示，檸檬酸用量在0.01%～0.15%時(shí)感官評(píng)分顯著降低，在0.01%最高，為2.775 分；隨著其用量進(jìn)一步增加，感官評(píng)分降低程度逐漸趨于平緩。另外，檸檬酸用量過高時(shí)會(huì)因過酸而出現(xiàn)口感分層，從而影響感官評(píng)分，故本實(shí)驗(yàn)選擇其用量為0.01%～0.10% 進(jìn)行后續(xù)研究。

3.4 Box-Behnken 響應(yīng)面法 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，考察瓜拉納與巴西人參比例（A）、白砂糖用量（B）、檸檬酸用量（C）對(duì)感官評(píng)分（Y）的影響，結(jié)果見表4。

圖3 白砂糖用量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of white granulated sugar consumption on sensory score

圖4 檸檬酸用量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of citric acid consumption on sensory score

表4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Tab.4 Design and results of tests

通過Design-expert 8.06 軟件對(duì)表4 數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸分析，得到方程為Y ＝2.54+0.098A+0.095B-0.096C-0.1AB+0.024AC-0.14BC-0.14A2-0.19B2-0.1C2，方差分析見表5。由此可知，模型P＜0.01，表明其極顯著；R2為0.900 4，RAdj2為0.772 3，表明模型擬合程度高；失擬項(xiàng)F 值為2.15，P＞0.05，表明模型擬合度高，誤差小，可用于預(yù)測(cè)分析；因素A、 B、 C、 BC、 A2、 B2影響顯著（P＜0.05，P＜0.01）。

表5 方差分析Tab.5 Analysis of variance

響應(yīng)面圖是回歸方程的直觀體現(xiàn)，若其曲面坡度陡峭，等高線呈橢圓形，表示2 個(gè)影響因素之間交互作用較大；若其曲面坡度平緩，等高線呈圓形，表明2 個(gè)影響因素之間交互作用較小［14-15］。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)二次多項(xiàng)回歸方程和數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面分析，結(jié)果見圖5。

由此可知，瓜拉納與巴西人參比例、白砂糖用量的三維曲面坡度陡峭，等高線趨于橢圓形，表明兩者對(duì)感官評(píng)分的交互影響大，交互作用顯著；瓜拉納與巴西人參比例和檸檬酸用量的三維曲面坡度平緩，等高線趨于圓形，表明兩者對(duì)感官評(píng)分的交互影響小，交互作用不顯著；同理可知，白砂糖用量和檸檬酸用量對(duì)感官評(píng)分的交互影響大，交互作用顯著，與方差分析一致。

3.5 驗(yàn)證試驗(yàn) 根據(jù)Box-Behnken 響應(yīng)面法結(jié)果，得到最優(yōu)處方為瓜拉納與巴西人參比例1.3 ∶1，主藥用量40.0%，白砂糖用量13.0%，檸檬酸用量0.02%，感官評(píng)分2.607 分。再進(jìn)行3 批驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表6，可知感官評(píng)分平均值為2.603 分與預(yù)測(cè)值2.607 分接近（偏差0.15%），表明模型預(yù)測(cè)性良好。

圖5 各因素響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface plots for various factors

表6 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果（n＝3）Tab.6 Results of verification tests（n＝3）

4 討論

在食品加工過程中，感官評(píng)價(jià)占據(jù)主要地位［16］，但極易受主觀因素的影響，難以獲得一致結(jié)果，而且僅用1 個(gè)平均數(shù)很難準(zhǔn)確地表示某一指標(biāo)應(yīng)得的分?jǐn)?shù)，存在較大誤差［17］。模糊綜合評(píng)價(jià)法是通過精確的數(shù)字手段將相對(duì)復(fù)雜的多因素問題轉(zhuǎn)化為有數(shù)據(jù)依據(jù)的定量評(píng)價(jià)模型，降低了傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)中主觀因素的干擾，大大提高了評(píng)價(jià)的可信度和準(zhǔn)確度，既可有效分析評(píng)定對(duì)象，又能獲得更多的參考信息［18-19］。

單因素試驗(yàn)中影響因素的選擇通常是基于飲料處方的組成及可能影響飲料感官評(píng)價(jià)的物質(zhì)或條件，而瓜拉納-巴西人參比例、主藥用量、白砂糖用量、檸檬酸用量可在色澤、氣味、口感等方面影響復(fù)合飲料的感官評(píng)價(jià)，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，瓜拉納-巴西人參比例、白砂糖用量、檸檬酸用量對(duì)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)的影響較大，并呈現(xiàn)最大值、低于該水平、高于該水平的規(guī)律性變化。

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，瓜拉納-巴西人參復(fù)合飲料最優(yōu)處方為瓜拉納與巴西人參比例1.3 ∶1，主藥用量40.0%，白砂糖用量13.0%，檸檬酸用量0.02%，感官評(píng)分2.603 分，所得制劑色澤明亮，澄清度高，口感細(xì)膩，回味甘苦，可為其他抗疲勞復(fù)合飲料的開發(fā)提供參考。