脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果及風(fēng)味品質(zhì)的影響

唐明禮，王 勃，劉 賀，何余堂，惠麗娟，馬 濤*

（渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，渤海大學(xué)糧油科學(xué)與技術(shù)研究所，遼寧 錦州 121013）

脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果及風(fēng)味品質(zhì)的影響

唐明禮，王 勃，劉 賀，何余堂，惠麗娟，馬 濤*

（渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，渤海大學(xué)糧油科學(xué)與技術(shù)研究所，遼寧 錦州 121013）

研究了脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌的殺菌效果，利用響應(yīng)面法優(yōu)化脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌條件以及電子鼻比較脈沖處理前后煎餅的風(fēng)味差異。結(jié)果表明：脈沖強(qiáng)光可有效殺死煎餅表面的霉菌，脈沖能量500 J、脈沖27 次、脈沖距離10.9 cm的優(yōu)化條件下，煎餅表面霉菌數(shù)量降低可達(dá)1.65 個(gè)對(duì)數(shù)值（lgS），將近97.7%的菌體失活。電子鼻不能很好區(qū)分脈沖組和對(duì)照組間的差異，脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅風(fēng)味影響較小，適用于對(duì)煎餅的殺菌。

脈沖強(qiáng)光；煎餅；霉菌；殺菌條件；風(fēng)味評(píng)價(jià)

煎餅是中國(guó)傳統(tǒng)的谷物發(fā)酵食品之一，由五谷雜糧磨成面糊經(jīng)發(fā)酵或不發(fā)酵攤烙而成。由于制作煎餅的谷物原料大多保留了籽粒的糊粉層、胚和胚乳等天然成分，故煎餅是全谷物制品，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1-3]。但煎餅在熟制回軟的過(guò)程中易受二次污染，造成產(chǎn)品貯藏過(guò)程滋生霉菌，縮短產(chǎn)品貨架期，嚴(yán)重時(shí)可引起各種慢性、急性中毒，甚至具有致癌性[4-5]，影響其食用安全性。因此，有效控制和殺滅煎餅中的霉菌，提高煎餅的衛(wèi)生質(zhì)量、保障安全是當(dāng)務(wù)之急。

熱加工在食品加工過(guò)程可作為一種有效的方法來(lái)殺滅食品中的致病菌及腐敗菌。然而，高溫可能引起營(yíng)養(yǎng)、感官等方面的不良變化[6]。脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)是美國(guó)食品與藥品監(jiān)督管理局允許使用的一種新型冷殺菌技術(shù)，它利用瞬時(shí)、高強(qiáng)度、廣波譜來(lái)滅活食品或包裝材料中的微生物，在非常短的處理時(shí)間內(nèi)食品中致病菌和腐敗菌的數(shù)量顯著減少[7-9]。具有能源消耗少、無(wú)有毒化合物殘留、極大靈敏性等優(yōu)點(diǎn)[10]，脈沖強(qiáng)光在食品中應(yīng)用廣泛，可用于雞蛋、果汁、火腿和香料等的殺菌[11-14]，但對(duì)煎餅卻鮮有報(bào)道。

本研究采用脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)，以脈沖能量、脈沖次數(shù)和脈沖距離為影響因素，以霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值（lgS）為響應(yīng)值，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析優(yōu)化脈沖強(qiáng)光殺滅霉菌的條件，并結(jié)合電子鼻技術(shù)對(duì)脈沖處理前后煎餅的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè)，為延長(zhǎng)煎餅的貨架期、提高食用安全性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

煎餅（糙米、大米、大豆為主要原料，產(chǎn)品水分含量小于14%） 本溪寨香生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司；孟加拉紅培養(yǎng)基 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ZWB-I-01（LA50-800H）脈沖強(qiáng)光殺菌實(shí)驗(yàn)柜 寧波中物光電殺菌技術(shù)有限公司；PEN3型電子鼻 德國(guó)Airsense公司；GMSX-280手提式壓力蒸汽滅菌器 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；DHP-9082電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市鑫鑫試驗(yàn)儀器廠；AR224CN電子天平 奧豪斯儀器（上海）有限公司；THZ臺(tái)式恒溫振蕩器 太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 脈沖強(qiáng)光處理

脈沖強(qiáng)光表面殺菌實(shí)驗(yàn)柜由動(dòng)力單元、惰性氣體燈單元、處理室和自動(dòng)控制單元組成，工作電壓為2 800 V，脈沖能量為100～500 J，脈沖次數(shù)為0～100 次，脈沖距離為10.9～15.4 cm。在無(wú)菌條件下，將25.00 g的樣品均勻地放置在無(wú)菌的石英板上，通過(guò)調(diào)整石英板來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品與脈沖氙燈之間的距離變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件改變操作界面上脈沖能量和脈沖次數(shù)，對(duì)樣品進(jìn)行殺菌處理。脈沖強(qiáng)光處理后，處理組和未處理組直接進(jìn)行霉菌計(jì)數(shù)。

1.3.2 霉菌數(shù)量的測(cè)定

表面霉菌數(shù)為煎餅表面生長(zhǎng)的霉菌數(shù)量，采用GB 4789.15—2010《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)：霉菌測(cè)定》[15]方法計(jì)數(shù)。

對(duì)煎餅采用多點(diǎn)取樣，用無(wú)菌剪刀從煎餅不同部位進(jìn)行割取后準(zhǔn)確稱(chēng)量樣品25.00g，按照1.3.1節(jié)方法進(jìn)行脈沖強(qiáng)光處理，脈沖處理后放入250mL的無(wú)菌蒸餾水中并搖勻，制成1∶10的樣品勻液。用無(wú)菌槍頭吸取上述樣品勻液1 mL，加入9 mL無(wú)菌蒸餾水的試管中，制成1∶100的樣品勻液。按上述操作制備10 倍系列稀釋液，選擇3 個(gè)適宜稀釋度的樣品勻液，各取1 mL分別加入無(wú)菌培養(yǎng)皿內(nèi)，加15～20 mL的孟加拉紅培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)5 d。同時(shí)，分別吸取1mL無(wú)菌蒸餾水加入無(wú)菌培養(yǎng)平皿內(nèi)作空白對(duì)照。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

選取脈沖能量為100、200、300、400、500 J，脈沖次數(shù)為30 次，脈沖距離為11.8 cm，研究脈沖能量對(duì)煎餅殺菌效果的影響；選取脈沖次數(shù)為15、20、25、30、35 次，脈沖能量為300 J，脈沖距離為11.8 cm，研究脈沖次數(shù)對(duì)煎餅殺菌效果的影響；選取脈沖距離為10.9、 11.8、12.7、13.6，14.5、15.4 cm，脈沖能量為300 J，脈沖次數(shù)為30次，研究脈沖距離對(duì)煎餅殺菌效果的影響。

1.3.4 響應(yīng)面法優(yōu)化脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果的影響

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以脈沖能量、脈沖次數(shù)、脈沖距離為考察變量，以霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值為響應(yīng)值，以1、0、－1分別代表自變量的高、中、低水平，按方程Xi=（Xi－X0）/X對(duì)自變量進(jìn)行編碼（xi為自變量的編碼值，Xi為自變量的真實(shí)值，X0為試驗(yàn)中心點(diǎn)處自變量的真實(shí)值，X為自變量的變化步長(zhǎng)[16-19]）。因子編碼及各自變量水平見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因素水平及編碼Table1 Codes and levels of factors chosen for the trials

1.3.5 電子鼻檢測(cè)煎餅風(fēng)味參數(shù)

將2 g的煎餅經(jīng)脈沖能量100、200、300、400、500 J處理后，進(jìn)行電子鼻檢測(cè)，參數(shù)為清洗時(shí)間110 s、測(cè)樣時(shí)間80 s、樣品間隔1 s、自動(dòng)調(diào)零時(shí)間5 s、傳感器室流量300 mL/min、測(cè)量樣品流量300 mL/min。打開(kāi)儀器預(yù)熱，連接設(shè)備清洗傳感器后進(jìn)樣。

1.3.6 殺菌效果的計(jì)算

微生物的檢測(cè)采用平板計(jì)數(shù)，殺菌效果采用霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值（lgS）表示[20-22]。

式中：N0為脈沖前煎餅表面霉菌數(shù)/（CFU/g）；N為脈沖后煎餅表面霉菌數(shù)/（CFU/g）；lgS為處理前后霉菌總數(shù)降低的對(duì)數(shù)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 19.0軟件和Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)分析采用方差分析，多重比較采用差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 脈沖能量、次數(shù)和距離對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果的影響

由圖1A可知，殺菌效果隨著脈沖能量的增加而增強(qiáng)。煎餅表面霉菌原始數(shù)量為1.8×105CFU/g，脈沖能量400 J處理后，數(shù)量達(dá)6.7×103CFU/g，霉菌的數(shù)量可減少1.43 個(gè)對(duì)數(shù)值，經(jīng)過(guò)方差分析，400 J與300、200、100 J處理對(duì)霉菌數(shù)量降低的對(duì)數(shù)值差異顯著（P＜0.05），但與500 J處理差異不顯著，根據(jù)對(duì)霉菌的殺菌效果與滅菌成本，脈沖能量400 J殺菌效果最佳。脈沖強(qiáng)光造成菌體失活是復(fù)合作用，180～280nm波長(zhǎng)范圍紫外線(xiàn)光化學(xué)效應(yīng)、紅外熱效應(yīng)使光修復(fù)機(jī)能失活，以及水分的蒸發(fā)對(duì)膜結(jié)構(gòu)的破壞等因素共同引起菌體死亡[10′23-24]。不同微生物對(duì)脈沖強(qiáng)光的敏感性也不同，Aderson等[25]認(rèn)為不同微生物對(duì)脈沖強(qiáng)光的敏感性為革蘭氏陰性菌＞革蘭氏陽(yáng)性菌＞真菌的孢子。

由圖1B可以看出，脈沖次數(shù)對(duì)霉菌殺菌效果影響與脈沖能量的影響有類(lèi)似的規(guī)律，整體趨勢(shì)上殺菌效果隨脈沖次數(shù)的增加而增強(qiáng)。當(dāng)脈沖次數(shù)30 次時(shí)，霉菌數(shù)量可減少1.38 個(gè)對(duì)數(shù)值，圖形趨于平緩，且30 次與15、20、25 次處理差異顯著（P＜0.05）。故在30 次可顯著減低食品中霉菌的數(shù)量，能夠最大程度抑制霉菌的生長(zhǎng)。

如圖1C所示，殺菌效果隨脈沖距離的增加而降低。在脈沖距離12.7、13.6、14.5、15.4 cm間差異顯著（P＜0.05），11.8 cm與10.9 cm、11.8 cm與12.7 cm間差異不顯著，同時(shí)考慮儀器本身參數(shù)設(shè)置，選取11.8 cm為響應(yīng)面試驗(yàn)的中心試驗(yàn)點(diǎn)。

圖1 脈沖能量（A）、脈沖次數(shù)（B）、脈沖距離（C）對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果的影響Fig.1 Effect of pulsed energy (A)′number (B and distance (C on sterilization of molds on pancakes

2.2 模型建立及顯著性檢驗(yàn)

利用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)并優(yōu)化得到17組試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果Table2 Experimental design and results for response surface analysis

利用Design-Expert軟件對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到二次回歸方程為：Y=1.54＋0.27X1＋0.091X2－表2列出了該方程對(duì)脈沖強(qiáng)光殺滅煎餅表面霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值的預(yù)測(cè)值。對(duì)該模型進(jìn)行方差分析，見(jiàn)表3。模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，見(jiàn)表4。

表3 脈沖強(qiáng)光對(duì)霉菌殺菌效果回歸模型的方差分析結(jié)果Table3 Analysis of variance for regression equation of mold sterilization by pulsed lliigghhtt

表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table4 Significance test for regression coefficients of mold sterilization by pulsed light on panccaakkeess

由表3可得：F=28.2＞F0.01（9′4）=14.66，P值為0.000 1，表明模型方程極顯著。F失擬=1.39＜F0.05（9′3）= 8.81，失擬項(xiàng)P=0.366 4＞0.05，模型失擬度不顯著。模型調(diào)整的校正決定系數(shù)（）為0.938 7，說(shuō)明該模型能解釋93.87%響應(yīng)值的變化，因此該模型擬合度良好，試驗(yàn)誤差較小，能有效反應(yīng)脈沖強(qiáng)光殺菌效果與脈沖能量、脈沖次數(shù)、脈沖距離之間的關(guān)系，所得方程能對(duì)脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)。

從表4可知，如果模型的檢驗(yàn)項(xiàng)P值小于0.05，該項(xiàng)顯著，反之不顯著。一次項(xiàng)中X1的偏回歸系數(shù)極顯著，說(shuō)明脈沖能量對(duì)脈沖強(qiáng)光殺菌效果有極顯著影響（P＜0.01），X2的偏回歸系數(shù)顯著，說(shuō)明脈沖次數(shù)對(duì)脈沖強(qiáng)光殺菌效果有顯著影響（P＜0.05），X3的偏回歸系數(shù)不顯著，說(shuō)明脈沖距離對(duì)脈沖強(qiáng)光殺菌效果的影響不顯著（P＞0.05）。交互項(xiàng)X1X2、X1X3和X2X3的P值大于0.05，對(duì)殺菌效果影響不顯著。二次項(xiàng)X12和X22的偏回歸系數(shù)極顯著（P＜0.01），X32的偏回歸系數(shù)顯著（P＜0.05）。綜上分析得知，各個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值的影響程度為X1（脈沖能量）＞X2（脈沖次數(shù)）＞X3（脈沖距離）。

2.3 脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌效果的響應(yīng)面分析

模型的響應(yīng)面及等高線(xiàn)見(jiàn)圖2～4。以霉菌數(shù)量降低1.5個(gè)對(duì)數(shù)值左右為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化脈沖強(qiáng)光的殺菌條件。

圖2 脈沖能量和脈沖次數(shù)交互作用對(duì)煎餅表面霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值影響的響應(yīng)面和等高線(xiàn)圖Fig.2 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed energy number and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

圖3 脈沖能量和脈沖距離交互作用對(duì)煎餅表面霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值影響的響應(yīng)面和等高線(xiàn)圖Fig.3 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed energy distance and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

圖4 脈沖次數(shù)和脈沖距離交互作用對(duì)煎餅表面霉菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值影響的響應(yīng)面和等高線(xiàn)圖Fig.4 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed number distance and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

在固定脈沖距離11.8 cm條件下，不同脈沖能量和次數(shù)對(duì)霉菌殺菌效果的影響見(jiàn)圖2，在脈沖次數(shù)20～30 次，脈沖能量300～435 J的等高線(xiàn)中可以看到，固定脈沖次數(shù)，脈沖能量對(duì)霉菌殺菌效果隨能量的增加而增加。在固定脈沖次數(shù)25 次條件下，不同脈沖能量和距離對(duì)霉菌殺菌效果的影響見(jiàn)圖3，脈沖能量438～445 J、脈沖距離10.9～11.5 cm，霉菌數(shù)量降低的對(duì)數(shù)值隨著脈沖距離的增加而增加，在11.6～12.7 cm具有相反的趨勢(shì)。在固定脈沖能量400J條件下，脈沖距離和次數(shù)對(duì)霉菌殺菌效果的影響見(jiàn)圖4，脈沖次數(shù)20～26次、脈沖距離10.9～11.6cm，霉菌數(shù)量降低的對(duì)數(shù)值隨脈沖次數(shù)的增加而增加。利用Design-Expert軟件可得出最佳條件參數(shù)為脈沖能量426.7 J、脈沖次數(shù)26.33 次、脈沖距離11.56 cm，脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌數(shù)量減少1.6 個(gè)對(duì)數(shù)值。根據(jù)脈沖強(qiáng)光的設(shè)備要求以及殺菌效果，將最佳殺菌條件調(diào)整為脈沖能量500J、脈沖次數(shù)27次、脈沖距離10.9 cm。為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，用得到的最佳條件重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次并取平均值，霉菌數(shù)量減少1.65 個(gè)對(duì)數(shù)值，與預(yù)測(cè)值基本一致，說(shuō)明該方程與實(shí)際情況擬合的較好，充分驗(yàn)證了模型的正確性，說(shuō)明響應(yīng)面法適用于脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅殺菌條件的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

2.4 脈沖前后電子鼻對(duì)煎餅的風(fēng)味評(píng)價(jià)

2.4.1 電子鼻檢測(cè)數(shù)據(jù)的負(fù)荷加載分析

通過(guò)電子鼻測(cè)定煎餅脈沖前后風(fēng)味變化，可得到圖5所示的電子鼻10 個(gè)傳感器S1（W1C對(duì)芳香成分靈敏）、S2（W5S對(duì)氮氧化合物靈敏）、S3（W3C對(duì)氨類(lèi)靈敏）、S4（W6S對(duì)氫氣靈敏）、S5（W5C對(duì)烷烴、芳香成分靈敏）、S6（W1S對(duì)甲烷靈敏）、S7（W1W對(duì)無(wú)機(jī)硫化合物靈敏）、S8（W2S對(duì)乙醇靈敏）、S9（W2W對(duì)有機(jī)硫化合物靈敏）和S10（W3S對(duì)烷烴靈敏）分別對(duì)樣品的主成分分析（principal component analysis，PCA）貢獻(xiàn)率。S6和S8傳感器對(duì)第1主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率最大，是第1主成分的特征信號(hào)；S2傳感器對(duì)第2主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率最大。綜上W1S和W2S對(duì)煎餅整體風(fēng)味具有主要貢獻(xiàn)。

圖5 電子鼻10 種傳感器負(fù)荷加載分析Fig.5 Loading analysis of ten sensors of electric nose

2.4.2 電子鼻檢測(cè)數(shù)據(jù)的PCA

圖6為電子鼻獲得的數(shù)據(jù)對(duì)脈沖前后煎餅的PCA，其主成分1（PC1，94.65%）和主成分2（PC2，4.70%）的累積方差貢獻(xiàn)率為99.35%，說(shuō)明PC1和PC2包含很大的信息量，基本能夠反映樣品的信息特征。從圖6可看出，不同處理件均有重疊部分且分布在相同的位置，電子鼻不能對(duì)各樣品很容易區(qū)分，說(shuō)明脈沖強(qiáng)光處理組和對(duì)照組風(fēng)味差別不是很大。

圖6 煎餅風(fēng)味PCA圖PCAFig.6 PCA analysis of pancake flavor

3 結(jié) 論

利用響應(yīng)面法建立了脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌實(shí)驗(yàn)的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型，經(jīng)檢驗(yàn)該模型合理有效，可用于實(shí)際預(yù)測(cè)。并得出影響殺菌效果顯著性順序依次為脈沖能量＞脈沖次數(shù)＞脈沖距離，脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅表面霉菌殺菌的優(yōu)化條件為脈沖能量500 J、脈沖次數(shù)27 次、脈沖距離10.9 cm，在此條件下，霉菌數(shù)量可減少1.65個(gè)對(duì)數(shù)值，煎餅的貨架期一般為1.5 個(gè)月，夏季更短，經(jīng)脈沖強(qiáng)光處理后煎餅貨架期可達(dá)3 個(gè)月，并能在保質(zhì)期內(nèi)保持穩(wěn)定。煎餅?zāi)茉诒Ｙ|(zhì)期內(nèi)保持穩(wěn)定。電子鼻不能較好區(qū)分脈沖組和對(duì)照組間揮發(fā)性成分差異，脈沖強(qiáng)光對(duì)煎餅風(fēng)味影響較小，適用于對(duì)煎餅的殺菌。

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Sterilization of Molds on Pancake Surface by Pulsed Light and Its Effect of Pancake Flavor Quality

TANG Mingli WANG Bo LIU He HE Yutang HUI Lijuan MA Tao*
(Grain and Oil Science and Technology Institute of Bohai University College of Chemistry Chemical Engineering and Food Safety Bohai University Jinzhou 121013′China)

The current study was conducted to evaluate the efficacy of pulsed light (PL treatment for inactivating molds on pancakes The experimental conditions were optimized by response surface methodology and the flavor of pancake was compared before and after the treatment using an electronic nose The molds on pancakes was effectively killed by using pulsed light The mold count was reduced by 1.65 (lgS) and approximately 97.7% of the molds were inactivated when 27 pulses were continuously carried out with an energy level of 500 J at a distance of 10.9 cm Electronic nose was not able to distinguish between the experimental and control groups very well indicating that pulsed light had little influence on the flavor of pancake and was suitable for pancake sterilization.

pulsed light pancake mold sterilization conditions flavor evaluation

TS201

A

1002-6630（2015）06-0220-06

10.7506/spkx1002-6630-201506042

2014-05-14

唐明禮（1988—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：707334794@qq.com

*通信作者：馬濤（1962—），男，教授，博士，研究方向?yàn)榧Z油與植物蛋白工程。E-mail：1040732408@qq.com