吉林省乾安县土地肥沃，谷物种植历史悠久，主产的黄小米是国家地理标志保护产品。乾安黄小米颜色鲜黄，颗粒饱满，煮制后黏度适口，米香四溢。小米中含有蛋白质、脂肪、糖类、膳食纤维、维生素及多种微量元素，营养价值高且热量低；小米蛋白能够维持人体血浆胶体渗透压恒定；小米油中富含亚油酸、亚麻酸等多种不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸含量＞80%[1]。长期食用小米具有益肾和胃，提高人体抵抗力的功效，尤其适合于“三高”、年老、体弱以及孕妇等人群食用[2-3]。
红茶是新鲜茶叶经过萎凋、揉捻、发酵、干燥等工艺制成，其茶汤色泽红亮，香味浓郁。有研究表明，红茶中香气物质达400余种，形成多样香型，并且包含茶多酚、生物碱、氨基酸、可溶性糖以及茶色素等多种功能性成分，具有清除人体自由基、抗酸化等作用，对预防心肌梗塞、抗菌、抗辐射、助消化、延缓衰老等有良好功效[4-5]。
发酵乳是承载益生菌的理想饮品，其具有调节人体肠道功能、抗衰老、增强免疫力等功效，对人体饮食具有重要意义，已经成为百姓餐桌不可替代的乳制品[6-8]。目前，市面上的发酵乳的种类繁多，其中最具代表性的产品为酸乳，酸乳按口味可分为纯酸乳、调味酸乳、果料酸乳和复合型酸乳等，其中复合型酸乳是先由乳酸菌发酵制成纯酸乳，再将纯酸乳与其他物质调配制成复合型酸乳[9]。复合型酸乳品种众多，然而，利用谷物和植物等原料与牛乳进行混合发酵，制成复合型固态发酵乳产品营养调和互补，却还鲜见于市。本研究将小米和红茶应用于发酵乳的加工中，以酸度值和感官评价为评价指标，通过正交试验结合模糊数学评价法对产品小米浆添加量、红茶添加量、糖粉添加量和羟丙基甲基纤维素（hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC）添加量进行配方优化，利用混合发酵工艺，制备红茶小米复合型发酵乳，既满足消费者对乳品多种营养的需求，又适应新型功能性发酵乳制品的开发。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 原料与菌种
小米：吉林省乾安县；红茶（碎白毫）、红茶包（茶粉，80目）：武夷山一品红茶叶有限公司；鲜牛乳（蛋白质3g/100mL、脂肪3.7g/100mL、碳水化合物4.8g/100mL、Na0.62g/100mL、Ca 1 g/100 mL）：内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司；糖粉（白砂糖92%、玉米淀粉8%，150目）：上海敬松实业有限公司巢湖分公司；保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）：安琪酵母股份有限公司。
1.1.2 化学试剂
羟丙基甲基纤维素（分析纯）：山东通升食品配料有限公司；琼脂粉（生化试剂）：国药集团化学试剂（北京）有限公司；牛肉粉、蛋白胨（均为生化试剂）：北京奥博星生物技术有限公司。
1.1.3 培养基
MRS培养基、MC培养基、七叶苷培养基：广东环凯微生物科技有限公司；月桂基硫酸盐胰蛋白胨肉汤培养基、煌绿乳糖胆盐肉汤培养基、结晶紫中性红胆盐琼脂培养基：北京陆桥技术股份有限公司。
1.2 仪器与设备
CRS300实验室乳化机：上海驰翔新能源设备科技有限公司；BJ-500A型高速多功能粉碎机：上海拜杰实业有限公司；JJ2B组织捣碎匀浆机：常州荣华仪器制造有限公司；GNP9080恒温培养箱：常州菲普实验仪器厂；HH-W600电热恒温水浴箱：金坛市医疗仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 红茶小米发酵乳的制作工艺及操作要点[10-12]
红茶小米浆的制备：选择无虫蛀、坏粒小米，清洗干净，置于清水中浸泡40 min，小米与水的料液比为1∶3（g∶mL），放入红茶包（添加量5 g/100 g），然后加热至水沸腾，持续加热30 min，取出红茶包，保温15 min，制成红茶小米浆[13]。
混合：在鲜牛乳中添加小米浆12%～24%，红茶叶5%～15%，糖粉9%～15%，羟丙基甲基纤维素0.5%～1.5%并搅拌均匀。
均质和杀菌：将混合液置于60 ℃水浴中，使用乳化机1 200 r/min进行乳化处理15 min，然后将混合液加热至85 ℃保温5 min杀菌。
加发酵剂：杀菌后，将混合液冷却至42 ℃，加入混合发酵剂（保加利亚乳杆菌∶嗜热链球菌=2∶1）0.1%，搅拌均匀。
发酵：将混合液置于42 ℃恒温条件下，发酵9 h，待混合液由液态变为固态凝乳，滴定酸度达到70°T[14]即为发酵完成。
后熟：将发酵完成的发酵乳置于4 ℃冰箱中冷藏14 h进行后熟，即得红茶小米发酵乳。
1.3.2 红茶小米发酵乳配方的确定[15-16]
在前期单因素试验的基础上，以酸度值（R1）和感官评价（R2）为考察指标，采用正交试验结合模糊数学评价法对小米浆添加量（A）、红茶添加量（B）、糖粉添加量（C）和HPMC添加量（D）4个因素进行4因素3水平设计L9（34），确定红茶小米发酵乳的最优配方。正交试验因素与水平见表1。
表1 红茶小米发酵乳配方优化正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for formula optimization of black tea-millet fermented milk
1.3.3 红茶小米发酵乳感官质量评价方法[17-18]
随机选择经专业感官评定训练师生20人组成感官评价小组，分别从凝乳外观、凝乳状态、凝乳口味3方面对红茶小米发酵乳进行感官评价，取所有评分的平均值作为最终得分，满分100分，具体评价标准见表2。
表2 红茶小米发酵乳感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standard of black tea-millet fermented milk
1.3.4 红茶小米发酵乳模糊数学评价法
本研究以红茶小米发酵乳的凝乳外观、凝乳状态、凝乳口味为因素集，以优、中、差为评语集，依据红茶小米发酵乳感官得分结果，构造3个因素矩阵模型，并依据模糊数学原理对模型进行综合分析[19]。
因素集F=｛凝乳外观f1，凝乳状态f2，凝乳口味f3｝；评语集E=｛优e1，中e2，差e3｝。三个评价因素（凝乳外观、凝乳状态、凝乳口味）的权重系数W=｛w1，w2，w3｝。权重系数W依据表2红茶小米发酵乳感官评价标准确定，感官评价项目凝乳外观、凝乳状态、凝乳口味的分值分别为30分、40分、30分，因此，将凝乳外观、凝乳状态和凝乳口味的权重系数分别设计为0.3、0.4、0.3，总和为1。
模糊数学评价模型M=W×N，其中M为模糊数学评价集，W为权重系数，N为模糊矩阵。根据正交试验设计制成的九个红茶小米发酵乳样品，感官品评小组依据表2感官评价标准对红茶小米发酵乳各样品进行评价，并确定每项评分归属等级，然后采用归一化方法处理各样品所有评价结果，构建九个四阶模糊数学矩阵Ni（其中i为样品编号）。
1.3.5 红茶小米发酵乳理化指标及微生物指标测定
参照GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》[14]对红茶小米发酵乳的蛋白质、脂肪、酸度以及微生物限量进行检测；参照GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》[22]对红茶小米发酵乳进行乳酸菌活菌数的检测。
2 结果与分析
2.1 红茶小米发酵乳配方正交试验优化结果分析
以小米浆添加量（A）、红茶添加量（B）、糖粉添加量（C）和HPMC添加量（D）为研究因素，以酸度值（R1）和感官评分（R2）为考察指标，进行正交设计，每项试验重复3次，计算试验结果平均值，具体试验设计及结果见表3。
表3 红茶小米发酵乳配方优化正交试验结果与分析
Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for formula optimization of black tea-millet fermented milk
根据表3所示，由极差值R1数据可以得出，影响红茶小米发酵乳酸度的因素主次顺序：A＞C＞D＞B，其中小米浆添加量对发酵乳成品酸度影响最大；由极差值R2数据可以得出，影响红茶小米发酵乳感官评分的因素主次顺序：B＞A＞D＞C，其中红茶添加量对发酵乳成品感官评分影响最大。以酸度（R1）作为评价指标，根据均值k1～k3数据，最优配方组合为A3B1C1D2，对优化结果进行验证试验，得到红茶小米发酵乳酸度值为83.5°T，感官评分为86.3分。以感官评分（R2）作为评价指标，根据均值k'1～k'3数据，最优配方组合为A2B1C2D3，红茶小米发酵乳的酸度值为78.8°T，感官评分为93.6分。综合分析正交试验优化结果，以感官评分（R2）为评价指标的优化配方组合，制成的发酵乳成品酸度适宜，感官得分最高，因此，选择以感官评分（R2）为评价指标的正交试验设计优化配方组合A2B1C2D3，即小米浆添加量18%、红茶添加量5%、糖粉添加量12%、HPMC添加量1.5%。在此最佳配方下，进行3次验证试验，红茶小米发酵乳的酸度值为78.8°T，感官评分为93.6分。
2.2 模糊数学评价法分析
根据上述发酵乳感官品质评价方法，最终选择10人，以不同配方的红茶小米发酵乳的感官评价结果作为模糊数学评价依据，并确定评分归属等级，具体结果见表4。
表4 红茶小米发酵乳感官评价票数
Table 4 Sensory evaluation votes of black tea-millet fermented milk
在10人对红茶小米发酵乳的评定等级中，以样品1凝乳外观为例，2人评优，5人评中，3人评差，所以得到：n凝乳外观=（0.2，0.5，0.3）；同理，得到：n凝乳状态=（0.3，0.4，0.3）、n凝乳口味=（0.2，0.4，0.4），因此，样品1的模糊数学评价矩阵为N1=
，同理可以得出样品2至样品9的八个评价矩阵：
2.3 建立模糊数学评价集
根据模糊数学评价模型M=W×N，其中红茶小米发酵乳模糊数学评价模型的权重系数W=（0.3，0.4，0.3）。
同理得到：M2=（0.5，0.38，0.12），M3=（0.62，0.32，0.06），M4=（0.87，0.13，0），M5=（0.60，0.23，0.17），M6=（0.30，0.40，0.30），M7=（0.77，0.19，0.04），M8=（0.67，0.30，0.03），M9=（0.40，0.30，0.30）。
为得出模糊数学评价总分，设计感官评价等级分数段：优等70～100分，中等30～70分，差等1～30分，以各分数段中间数值建立评语集E=（85，50，15），则红茶小米发酵乳模糊数学评价总分为Ti=Mi×E（i=1，2，3，…，9），因此，T1=M1×E=（0.24，0.43，0.33）×（85，50，15）=46.85，同理，T2=63.3，T3=69.6，T4=80.45，T5=65.05，T6=50.00，T7=75.55，T8=72.4，T9=53.5。
根据上述模糊数学评价总分得出，样品4、样品7和样品8的感官评定均为优等，其他6种样品均为中等，没有样品为差等。九个样品感官品质优劣排序为样品4＞样品7＞样品8号＞样品3＞样品5＞样品2＞样品9＞样品6＞样品1。样品4配方组合为A2B1C2D3，即小米浆添加量18%、红茶添加量5%、糖粉添加量12%、HPMC添加量1.5%。
采用模糊数学评价法与以感官评分为评价指标进行正交试验设计得到的红茶小米发酵乳最优配方结果相同，与以酸度为评价指标的正交试验法得出的最适宜配方结果不完全一致。模糊综合评价结果不仅反映了发酵乳样品客观的品质，同时也能贴近评价者的实际感官感受，因此，评价结果相对符合客观规律，也说明了本研究感官评价试验结果的准确性。进而从不同角度验证了试验结果的准确性。
2.4 红茶小米发酵乳质量分析
对最优的红茶小米发酵乳进行质量分析结果表明，红茶小米发酵乳成品感官评分为93.6分，其蛋白质含量为2.45 g/100 g、脂肪含量为2.63 g/100 g，酸度为78.8°T，乳酸菌数为1.72×106 CFU/g，未检出大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等致病菌，符合GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》对风味发酵乳的要求。
3 结论
本研究采用正交试验设计结合模糊数学评价法优化红茶小米发酵乳配方，利用数学模型分析和论证感官评价结果，使优化试验结果更具科学性，得出红茶小米发酵乳最优配方为：小米浆添加量18%、红茶添加量5%、糖粉添加量12%、HPMC添加量1.5%。以此优化配方制备的红茶小米发酵乳，感官评分为93.6分，其蛋白质含量为2.45 g/100 g、脂肪含量为2.63 g/100 g，酸度为78.8°T，乳酸菌数为1.72×106 CFU/g，未检出致病菌；发酵乳样品风味清新，口感醇厚，茶香、米香、奶香交融，是一种营养丰富、具有积极开发价值的发酵乳制品。
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