紫薯（Solanum tuberdsm）属于旋花科一年生草本植物，薯肉呈紫色至深紫色，紫薯中富含硒元素、花青素[1]，研究证实紫薯花青素具有消炎[2]、抗氧化[3]、抗突变[4]、抗动脉粥样硬化[5]等作用；同时，硒元素在人体内发挥着重要的生理调节功能[6-7]，有延缓衰老、增强机体免疫功能、预防癌症、预防心血管疾病、增强生殖功能等功效。紫薯成为当前无公害、绿色、有机食品中首推的食品[8]。
三七[Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen]为五加科植物，三七花中皂苷含量高，一级三七花中总皂苷含量可以达到28.48%[9]；三七花性甘凉，具有清热解毒、生津止渴、降压等功效[10]；在云南地区，人们常以三七花水作为饭后饮品[11]；2016 年5 月13 日，云南省卫生计生委正式批复同意将三七花、茎叶作为普通地方特色食品[12]。
国内有诸多关于浓汁型紫薯复合饮料、三七花复合饮料的研究，如紫薯燕麦复合饮料[13]、紫薯发芽糙米复合饮料[14]、三七花玫瑰复合饮料[15]、三七花菊花玫瑰茄复合饮料[16]等。然而，利用新鲜紫薯难以制备澄清的紫薯饮料[17]，因此，紫薯清汁和三七花滤汁复配所研制的饮料鲜见。本试验采用α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶双酶酶解紫薯汁，并结合三七花滤液制得色泽美观稳定、风味独特的紫薯三七花非发酵型澄清型复合饮料，拟为紫薯类复合饮料多元化的应用提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫薯、三七花：市售；α-淀粉酶（100 000 U/g）：河南万邦实业有限公司；葡萄糖淀粉酶（100 000 U/g）：江苏博立生物制品有限公司；黄原胶：健隆生物科技股份有限公司；海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、柠檬酸：上海申光食用化学品有限公司。
1.2 仪器与设备
数显电子恒温水浴锅（HH-8）：常州国华电器有限公司；榨汁机（HR2104）：飞利浦家庭电器有限公司；高速冷冻离心机（TGL80M）：湖南湘立科学仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 紫薯汁制备
1）护色
切片后的紫薯在2% NaHCO3、1% NaCl 和0.5%柠檬酸的复合护色溶液中进行护色处理[18]。
2）双酶水解
在经过糊化后的紫薯原浆中加入α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶，50 ℃水浴酶解25 min[18]。
3）灭酶
紫薯酶解液90 ℃水浴处理10 min[18]。
4）过滤
将灭酶后的紫薯汁用200 目纱布过滤。
1.3.3 三七花水制备
选择绿色、花梗短、花朵紧凑的干制三七花，用清水冲洗，清洗后的三七花按照1∶80（g/mL）的比例加入纯净水80 ℃浸提40 min，40 目过滤网过滤。
1.3.4 单因素试验
通过预试验确定基础配方后，对料液比、双酶质量比、酶解温度、酶解时间、三七花水添加量5 个因素进行单因素试验，以感官评价作为考察指标。
料液比指的是蒸煮好的紫薯切片与纯净水进行混合打浆时的比例。按照1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6（g/mL）进行打浆，确定最佳料液比，得到紫薯汁后，以1%的酶添加总量，按照双酶质量比（α-淀粉酶∶葡萄糖淀粉酶）1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5，酶解温度45、55、65、75、85 ℃，酶解时间20、30、40、50、60 min 进行酶解。紫薯汁的添加量一定，三七花水的添加量按照50、60、70、80、90 mL 5 个水平添加，确定紫薯三七花复合饮料最优制备工艺。
1.3.5 稳定剂的选择试验
向调配好的紫薯三七花复合饮料中添加两两复配或三者同时复配的稳定剂，采用离心（3 000 r/min、离心10 min）沉降的方法，研究稳定剂对紫薯三七花复合饮料的稳定效果[19]；采用以下公式[20]计算分层率。
1.3.6 均匀试验设计
确定紫薯三七花复合饮料的基本配方后，在单因素试验的基础上确定6 个对紫薯三七花复合饮料品质影响较大的因素进行均匀试验设计，根据方开泰均匀设计表U10×（1010）及使用表得出均匀试验设计具体实施方案[21]。
1.4 数据分析方法
1.4.1 模糊数学模型的建立
1）建立评判集
因素集U={外形U1，色泽U2，香气U3，口感U4}；评语论域为V，V={优V1，良V2，中V3，差V4}，并分别赋予90、80、70、60 分。
2）确定权重
根据紫薯三七花复合饮料的感官评定标准，确定模糊数学权重系数A={0.2，0.3，0.2，0.3}，即在产品品质特性中外观占20 分，风味占30 分，气味占20 分，组织形态占30 分，合计100 分[22]，权重总和为1。评价标准如表1 所示。
表1 模糊数学评分标准
Table 1 Fuzzy mathematics scoring standards
?
1.4.2 感官评分的计算
食品感官指标综合评判的结果用Y 表示，Y 是权重A 和模糊矩阵R 的合成，即Y=A×R。
综合考虑Y 中各分量的影响后，确立结果值S 为紫薯三七花复合饮料总体感官品质的判定依据。采用普通矩阵乘法计算综合隶属度Y，隶属度Y 的各个量分别乘以优、良、中、差的赋值90、80、70、60 分，综合评判结果的每一个量分别与其对应的分值相乘后相加，得出各样品的感官评价总得分。
1.5 数据处理
单因素试验均设5 个平行样；稳定剂试验设3 个平行样，计算平均值及标准差。采用Origin 2018 制图，SPSS Statistics 26 对数据的差异性进行分析。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果分析
2.1.1 料液比对复合饮料感官品质的影响
料液比对饮料感官品质的影响如图1 所示。
图1 料液比对复合饮料感官品质和可溶性固形物含量的影响
Fig.1 Effects of solid-to-liquid ratio on sensory quality and soluble solid content of the compound beverage
紫薯是一种富含花青素的保健食品，营养丰富。料液比对可溶性固形物含量影响较大，是决定口感的重要因素之一[13]。饮料中可溶性固形物的含量随溶剂量的增加而逐渐减少，感官评分在料液比为1∶3（g/mL）～1∶5（g/mL）时较好，结合两组数据，选择料液比1∶3（g/mL）用于后续试验。
2.1.2 双酶质量比对复合饮料感官品质的影响
双酶质量比对饮料感官品质的影响如图2 所示。
图2 双酶质量比对复合饮料感官品质的影响
Fig.2 Effect of double enzyme mass ratio on sensory quality of the compound beverage
酶解是制作紫薯三七花复合饮料的关键工艺，随着葡萄糖淀粉酶添加量的增加，感官品质先上升后下降，当双酶质量比为3∶7 时，感官评分达到最佳，选择双酶质量比3∶7 用于后续试验。
2.1.3 酶解温度对复合饮料感官品质的影响
酶解温度对饮料感官品质的影响如图3 所示。
图3 酶解温度对复合饮料感官品质的影响
Fig.3 Effect of enzymolysis temperature on sensory quality of the compound beverage
酶解温度是决定饮料酶解效果和口感的重要因素，随着酶解温度的升高，感官评分先上升后下降，在65 ℃时，感官评分达到最佳，选择65 ℃开展后续试验。
2.1.4 酶解时间对复合饮料感官品质的影响
酶解时间对饮料感官品质的影响见图4。
图4 酶解时间对复合饮料感官品质的影响
Fig.4 Effect of enzymatic hydrolysis time on sensory quality of the compound beverage
酶解时间的长短决定了酶解程度和饮料的口感。在温度一定的情况下，随着时间增加，感官评分先升高后降低，在40 min 时，感官评分达到最佳，选择酶解时间为40 min 用于后续试验。
2.1.5 三七花水添加量对复合饮料感官品质的影响
三七花水添加量对饮料感官品质的影响如图5所示。
图5 三七花水添加量对复合饮料感官品质的影响
Fig.5 Effect of adding amount of Panax notoginseng flower water on sensory quality of the compound beverage
三七花水添加量是决定饮料口感和色泽的重要因素。感官评分随着三七花水添加量的增加先降低后稍稍升高。在添加量为50 mL 时感官评分最佳，选择三七花水添加量50 mL 开展后续试验。
2.1.6 稳定剂的选择试验
稳定剂对饮料稳定效果的影响如表2 所示。
表2 不同稳定剂的稳定效果
Table 2 Stabilization performance of stabilizers
注：不同小写字母表示存在极显著差异，P＜0.01。
稳定剂种类 序号 质量比 分层率/%黄原胶∶羧甲基纤维素钠 1 0.10∶0.08 0.56b 2 0.15∶0.12 0.56b 3 0.20∶0.16 0.49d海藻酸钠∶羧甲基纤维素钠 1 0.10∶0.08 0.53c 2 0.15∶0.12 0.53c 3 0.20∶0.16 0.60a黄原胶∶海藻酸钠 1 0.10∶0.10 0.56b 2 0.15∶0.15 0.56b 3 0.20∶0.20 0.47d黄原胶∶海藻酸钠∶羧甲基纤维素钠 1 0.10∶0.10∶0.08 0.53c 2 0.15∶0.15∶0.12 0.53c 3 0.20∶0.20∶0.16 0.56b
合适的稳定剂混合，可以更好地提升饮料的口感，黄原胶∶羧甲基纤维素钠和黄原胶∶海藻酸钠质量比分别为0.20∶0.16、0.20∶0.20 时，饮料分层率分别为0.49%、0.47%，极显著（P≤0.01）低于其他组的分层率，同时，这两组质量比的分层率之间无显著性（P≥0.05）差异。故选择黄原胶∶羧甲基纤维素钠质量比0.20∶0.16或黄原胶∶海藻酸钠质量比为0.20∶0.20 为最优。
2.2 依据模糊数学原理的感官评价
以样品1 为例，7 人选择优（V1），2 人选择良（V2），1人选择差（V4），由此得R 外观=（0.6，0.3，0.1，0.0）；同上可得R 风味=（0.6，0.2，0.1，0.1）；R 气味=（0.6，0.3，0.1，0.1）；R 组织形态=（0.5，0.4，0.1，0.0）。所以样品1 的评价模糊矩阵
。同理，按照以上的计算方法对2～10 组样品进行综合模糊评定可得到相对应的模糊矩阵。同时结合综合评判结果集用Y 表示，计算公式如下。
由此可求得Y1～Y10 的评定结果。Y1～Y10 各组数值加和均为1，所以无需进行归一化。综合考虑Y 中各分量的影响后，确定结果S 为紫薯三七花复合饮料总体感官品质的判定依据，均匀设计综合评分见表3。
表3 紫薯三七花复合饮料的均匀设计综合评分
Table 3 Overall score of uniform design for preparation of the compound beverage of purple sweet potato and Panax notoginseng flower
因素 综合得分试验号 料液比 双酶质量比 酶解温度/℃ 酶解时间/min 三七花水添加量/mL 护色时间/min 1 1（1∶2） 2（0.2∶0.8） 3（60） 5（45） 7（60） 10（25） 83.5 2 2（1∶3） 4（0.4∶0.6） 6（50） 10（45） 3（70） 9（20） 84.3 3 3（1∶4） 6（0.1∶0.9） 9（65） 4（40） 10（90） 8（15） 81.4 4 4（1∶5） 8（0.3∶0.7） 1（50） 9（40） 6（50） 7（10） 83.1 5 5（1∶6） 10（0.5∶0.5） 4（65） 3（35） 2（60） 6（5） 83.6 6 6（1∶2） 1（0.1∶0.9） 7（55） 8（35） 9（80） 5（25） 83.0 7 7（1∶3） 3（0.3∶0.7） 10（70） 2（30） 5（90） 4（20） 86.1 8 8（1∶4） 5（0.5∶0.5） 2（55） 7（30） 1（50） 3（15） 78.4 9 9（1∶5） 7（0.2∶0.8） 5（70） 1（25） 8（70） 2（10） 83.6 10 10（1∶6） 9（0.4∶0.6） 8（60） 6（25） 4（80） 1（5） 82.5
2.3 多元回归分析
多元线性回归方差分析见表4。
表4 多元线性回归方差分析
Table 4 Multivariate linear regression analysis of variance
模型 平方和 自由度 均方 F 显著性回归 11.288 6 1.881 0.226 0.942残差 24.937 3 8.312总计 36.225 9
复相关系数R=0.833，决定系数R2=0.312[23]，从表4 可知，使用多元线性回归模型不能显著性地解释自变量与因变量之间的变化。因此，需考虑使用多元非线性回归模型进行配方优化研究[21]。
多元多项式回归模型偏相关系数如表5 所示，通过回归分析后，从得到的回归方程可知X1、X6 只有二次项，并且两者的偏回归系数均为负数，则在试验范围内X1，X6 都取最低水平为好，即X1=0.03、X6=25。即可得到回归方程如下：Y=-22.628+27.607X2+0.178X3-2.918X4-1.165X5-25.396X32-0.040X42-0.008X52。
表5 多元多项式回归模型偏相关系数
Table 5 Partial correlation coefficients of multivariate polynomial regression models
模型 未标准化系数 标准化系数系数B 系数β常量 -22.628 X2 27.607 4.578 X3 0.178 0.663 X4 2.918 10.843 X5 1.165 8.658 X12 -6.223 -0.265 X32 -25.396 -4.833 X42 -0.040 -10.532 X52 -0.008 -8.734 X62 0.004 0.409标准误差0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
通过Excel 规划求解可得紫薯三七花复合饮料加工的理论最优配方为料液比1∶3（g/mL）、护色时间5 min、双酶质量比0.3∶0.7，酶解温度50 ℃、酶解时间25 min、三七花水添加量50 mL；其他因素和操作均保持不变。
2.4 验证试验
对获得的配方进行验证，从验证试验结果可看出，用该配方得到的紫薯三七花复合饮料颜色呈鲜艳的紫红色、口感细腻、风味适中、紫薯三七花味道协调宜人、无沉淀，把在均匀设计直观分析中所得结果（X1、X2、X3、X4、X5、X6=1∶3、0.3∶0.7、70、30、90、20）代入到回归方程中，可得因变量Y=86.1，低于Excel 规划求解所得的预测值94.97，则可表明利用Excel 规划求解方法能够得到最优方案（X1、X2、X3、X4、X5、X6=0.33、10、50、25、50、5），该方案下取得的感官评定结果最佳。
3 结论
通过单因素试验、均匀试验设计方法对紫薯三七花复合饮料的配方进行优化，再结合模糊数学对所得数据用多元线性回归分析方法进行全面分析，并对所得配方进行验证，得紫薯汁处理的加工条件为护色时间5 min、料液比1∶3（g/mL）、双酶（α-淀粉酶∶葡萄糖淀粉酶）质量比3∶7、酶解温度50 ℃、酶解时间25 min。获得紫薯与三七花复合饮料的最优配方为紫薯汁添加量200 mL、三七花水添加量50 mL、白砂糖5%、柠檬酸0.05%、黄原胶0.2%、海藻酸钠0.2%；通过该配方所得到的紫薯三七花复合饮料口感细腻，紫薯和三七花复合风味突出、口感独特、色泽美观、组织形态稳定。双酶酶解可以提高饮料口感和感官品质，具有良好的应用前景。
[1] 范振宇,程浩华,樊迎,等.紫薯醋酿造工艺优化[J].中国调味品,2019,44(5):80-85.FAN Zhenyu, CHENG Haohua, FAN Ying, et al. Optimization of fermentation process for purple sweet potato vinegar[J].China Condiment,2019,44(5):80-85.
[2] KARLSEN A,RETTERSTØL L,LAAKE P,et al.Anthocyanins inhibit nuclear factor-κB activation in monocytes and reduce plasma concentrations of pro-inflammatory mediators in healthy adults, 3[J].The Journal of Nutrition,2007,137(8):1951-1954.
[3] FURUTA S,SUDA I,NISHIBA Y,et al.High tert-butylperoxyl radical scavenging activities of sweet potato cultivars with purple flesh[J].Food Science and Technology International,1998,4(1):33-35.
[4] YOSHIMOTO M,OKUNO S,YOSHINAGA M,et al.Antimutagenicity of sweet potato(Ipomoea batatas)roots[J].Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,1999,63(3):537-541.
[5] KANO M, TAKAYANAGI T, HARADA K, et al. Antioxidative activity of anthocyanins from purple sweet potato, ipomoera batatas cultivar ayamurasaki [J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry,2005,69(5):979-988.
[6] 陈析羽,张浩,汤虎,等.富硒食品的研究进展与展望[J].中国食物与营养,2018,24(6):11-14.CHEN Xiyu,ZHANG Hao, TANG Hu, et al. Research progress and prospect of selenium-enriched food[J].Food and Nutrition in China,2018,24(6):11-14.
[7] 刘晶晶,康升云.硒元素生物作用机理及富硒农产品开发利用[J].基层农技推广,2021,9(8):102-105.LIU Jingjing, KANG Shengyun. Biological mechanism of selenium and development and utilization of selenium-enriched agricultural products[J].Primary Agricultural Technology Extension,2021,9(8):102-105.
[8] 崔雯景,顾丽英,潘丽娜.紫薯山药三七花糕的研制[J]. 农产品加工,2020(6):18-20.CUI Wenjing, GU Liying, PAN Lina. Development of purple potato yam Panax notoginseng cake[J].Farm Products Processing,2020(6):18-20.
[9] 高明菊, 崔秀明, 曾江, 等. 三七花的研究进展[J]. 人参研究,2009,21(2):5-7.GAO Mingju,CUI Xiuming,ZENG Jiang,et al.Research progress of Panax notoginseng flower[J].Ginseng Research,2009,21(2):5-7.
[10] 曹洁,刘俊.三七花菠萝夹心软糖的研制[J].农产品加工,2019(1):20-22,26.CAO Jie, LIU Jun. Development of bonbon of Sanchi flowers and pineapple[J].Farm Products Processing,2019(1):20-22,26.
[11] 刘英.三七地上部分新食品原料开发研究[D].昆明:昆明理工大学,2015.LIU Ying.Research and development of the aerial part of Panax notoginseng as new resource food[D].Kunming:Kunming University of Science and Technology,2015.
[12] 朱卓,朱虹江.三七花啤酒的研制[J].云南中医学院学报,2018,41(6):19-21.ZHU Zhuo,ZHU Hongjiang.The development of notoginseng flower beer[J].Journal of Yunnan University of Traditional Chinese Medicine,2018,41(6):19-21.
[13] 杜巧玲,顾晶晶,陈悦,等.紫薯—燕麦复合饮料的研制[J].农业科技与装备,2020(1):37-38,42.DU Qiaoling, GU Jingjing, CHEN Yue, et al. Study on compound beverage of purple sweet potato-oats[J].Agricultural Science&Technology and Equipment,2020(1):37-38,42.
[14] 陈思睿,高路.紫薯-发芽糙米复合饮料的研制[J].粮食与油脂,2017,30(8):61-64.CHEN Sirui,GAO Lu.Study on compound beverage of purple sweet potato and germinated brown rice[J]. Cereals & Oils, 2017, 30(8):61-64.
[15] 梁应忠,崔秀明,向巧,等.三七花玫瑰复合饮料的研制[J].食品与发酵工业,2021,47(15):228-233.LIANG Yingzhong,CUI Xiuming,XIANG Qiao,et al.Study on processing technology of Panax notoginseng flower-rose beverage[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(15):228-233.
[16] 孙军涛.三七花菊花玫瑰茄复合饮料的研制[J]. 食品研究与开发,2015,36(16):78-81.SUN Juntao. Development of a composite beverage of Sanchi flower Chrysanthemum and Roselle[J]. Food Research and Development,2015,36(16):78-81.
[17] 王强毅.酶法制备紫甘薯饮料工艺研究[D].厦门:集美大学,2015.WANG Qiangyi. Study on enzymatic hydrolysis for production of purple sweet potato beverage[D].Xiamen:Jimei University,2015.
[18] 陈亚利.紫薯花色苷分离及紫薯饮料加工工艺研究[D].绵阳:西南科技大学,2019.CHEN Yali. Study on separation of purple potato anthocyanins and processing technology of purple potato beverage[D].Mianyang:Southwest University of Science and Technology,2019.
[19] 朱克永,方燕.紫薯猕猴桃复合饮料生产工艺优化及抗氧化性研究[J].食品研究与开发,2018,39(7):100-106.ZHU Keyong,FANG Yan. Study on optimization of production process and anti-oxidative activity of purple potato-kiwifruit beverage[J].Food Research and Development,2018,39(7):100-106.
[20] 龚吉军,李忠海,钟海雁,等.山药枸杞复合饮料的研制[J].中南林业科技大学学报,2008,28(5):93-96,107.GONG Jijun, LI Zhonghai, ZHONG Haiyan, et al. A study of compound nectar beverage from Chinese yam and Lycium[J]. Journal of Central South University of Forestry&Technology,2008,28(5):93-96,107.
[21] 刘宇锋,苏天明,苏利荣,等.均匀设计试验多元回归分析方法在新型生物农药研制中的应用[J].农药,2018,57(2):105-110.LIU Yufeng, SU Tianming, SU Lirong, et al. Multiple-regression analysis method of uniform design experiment applied to the development of new biological pesticide[J]. Agrochemicals, 2018, 57(2):105-110.
[22] LI Yuzhen,XIAO Huaiqiu.Application of fuzzy mathematics evaluation method in food sensory evaluation[J].China Brewing,2016,35(5):16-19.
[23] 方开泰.均匀设计——数论方法在试验设计的应用[J]. 应用数学学报,1980,3(4):363-372.FANG Kaitai.Application of uniform design-number theory method in experimental design[J]. Acta Mathematicae Applicatae Sinica,1980,3(4):363-372.