山葵醬的制備及貨架期預(yù)測(cè)研究

張勇，盧云浩，何強(qiáng)

(四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065)

山葵(WasabijaponicaMatsum.)，又名山崳菜，系十字花科山崳菜屬多年生草本植物[1]，是一種珍貴的藥食同源植物，近年來(lái)在我國(guó)的產(chǎn)量逐年增加，得到廣泛關(guān)注。山葵植株中，以根莖的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多樣，并且含有豐富的硫代葡萄糖苷。硫代葡萄糖苷是一種含硫的親水性次級(jí)代謝產(chǎn)物，在植物中通常以鉀鹽的形式作為陰離子存在。組織破碎后在黑芥子酶的作用下易水解生成異硫氰酸酯，賦予了山葵殺蟲(chóng)抗菌、抗氧化和抗癌等多重藥理功效兼獨(dú)特濃烈的辛辣風(fēng)味[2-5]，使得山葵在日本料理、生食海鮮等方面得到廣泛的應(yīng)用。但目前山葵根莖普遍以“現(xiàn)磨即食”的方式銷售，存在原料受限、食用不便、價(jià)格昂貴、推廣范圍窄等問(wèn)題[6]；而市面上的芥末醬則主要以具有類似辛辣風(fēng)味的廉價(jià)植物辣根或芥菜籽替代，風(fēng)味不夠純正、協(xié)調(diào)；此外，山葵植株中根莖價(jià)格昂貴，若僅以全根莖作為原料制備調(diào)味醬難以迎合所有消費(fèi)者的需求。另外，異硫氰酸酯具有廣譜抑菌性，使得山葵自身具有一定的殺菌能力，但異硫氰酸酯不穩(wěn)定，其抑菌效果受pH、溫度等多種因素影響，導(dǎo)致山葵醬產(chǎn)品自身防腐效果受加工條件影響較大[7,8]。因此，本文以山葵根莖或葉柄作為原料，針對(duì)山葵的品質(zhì)特性制得了具有良好風(fēng)味且可滿足不同消費(fèi)階層的山葵醬；著重探討了山葵醬在不同貯藏條件下的品質(zhì)特性變化，運(yùn)用Arrhenius方程預(yù)測(cè)山葵醬以菌落總數(shù)為指標(biāo)的貨架期，進(jìn)而指導(dǎo)并制備出品質(zhì)優(yōu)良的山葵醬產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮山葵：購(gòu)自四川某農(nóng)業(yè)科技有限公司；烯丙基異硫氰酸酯(AITC)：純度≥98%：購(gòu)自Matrix Scientific公司；添加劑：均為食品級(jí)，購(gòu)自河南千志商貿(mào)有限公司；培養(yǎng)基：購(gòu)自北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；其他試劑：均為分析純，購(gòu)自成都科龍?jiān)噭S。

1.2 儀器設(shè)備

AISITE型高速粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；CM-5型分光測(cè)色儀 Konica Minolta投資有限公司；SPD-M20A型高效液相色譜儀 日本島津公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 山葵醬的制備

工藝流程：山葵根莖或/和葉柄→選料→清洗→去皮→磨醬(轉(zhuǎn)速24000 r/min，時(shí)間3 min)→調(diào)料→均質(zhì)→裝袋(20 g/袋)→封口(真空時(shí)間10 s，封口時(shí)間2 s)→殺菌→抽檢→成品貯存。

本實(shí)驗(yàn)依據(jù)相關(guān)添加劑的使用標(biāo)準(zhǔn)，以模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型為指標(biāo)[9]，得出常溫醬的配方：根莖與葉柄比例1∶1，大豆油3%、白醋2%、白砂糖1%、淀粉3%、食鹽1.5%、味精0.4%、檸檬酸0.2%、羧甲基纖維素鈉(CMC)0.2%、芥末香精0.1%、檸檬黃0.009%、亮藍(lán)0.001%。低溫醬的配方：以全根莖為原料，大豆油3%、白醋2%、山梨糖醇2%、淀粉3%、食鹽1.5%、味精0.4%、檸檬酸0.2%(以根莖或/和葉柄的質(zhì)量百分比計(jì))。

1.3.2 山葵醬的品質(zhì)特性研究

1.3.2.1 加工工藝對(duì)山葵醬色澤的影響

將1.3.1工藝步驟制備的山葵醬隨機(jī)平均分組，分別考察熱處理溫度、抗氧化劑及貯存溫度對(duì)山葵醬顏色的影響。其中4組分別置于70，80，90，100 ℃水浴中滅菌30 min后迅速冷卻至室溫，以不進(jìn)行熱處理的樣品作為對(duì)照組；其中2組分別添加0.075‰(W/W)乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)和添加0.2%(W/W)抗壞血酸后置于室溫(22±2) ℃條件下避光貯存，以不添加抗氧化劑的樣品作為對(duì)照組；其中4組分別置于-18 ℃，4 ℃，室溫(22±2) ℃，37 ℃條件下避光貯存。

山葵醬色澤以CIE-Lab(即L*、a*、b*色空間)色空間系統(tǒng)表達(dá)。色差ΔE*表示顏色變化的程度，其值越大，越容易被肉眼識(shí)別[10,11]。ΔE*由下列方程式確定：

1.3.2.2 貯存溫度對(duì)山葵醬異硫氰酸酯的影響

山葵中烯丙基異硫氰酸酯(AITC)含量最為豐富，可占總異硫氰酸酯含量的80%～90%[12,13]。因此本文以AITC作為標(biāo)準(zhǔn)品評(píng)價(jià)山葵醬中異硫氰酸酯的含量。準(zhǔn)確稱取15.0 g不同貯存溫度下的山葵醬，加入0.03 g的抗壞血酸，在料液比1∶20 (g/mL，二氯甲烷∶水為1∶2)，40 ℃的條件下水解2 h后過(guò)濾，濾渣用二氯甲烷淋洗數(shù)次，濾液部分用二氯甲烷萃取4次，合并二氯甲烷，濃縮至干，然后用50%丙酮溶液定容至10 mL，再過(guò)0.22 μm濾膜，濾液供HPLC測(cè)定。將樣品測(cè)得的峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線得出山葵醬異硫氰酸酯的含量[14]。

1.3.3 常溫醬的品質(zhì)特性研究

1.3.3.1 加工工藝對(duì)常溫醬菌落總數(shù)的影響

菌落總數(shù)計(jì)數(shù)依據(jù)GB 4789.2-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。將按1.3.1工藝步驟制備的常溫醬隨機(jī)平均分組，分別考察防腐劑、熱處理溫度及熱處理時(shí)間對(duì)常溫醬菌落總數(shù)的影響。其中3組分別添加0.025%(W/W)、0.05%(W/W)或0.1%(W/W)山梨酸鉀，以不添加防腐劑的產(chǎn)品作為對(duì)照；其中4組分別置于70，80，90，100 ℃水浴中滅菌30 min后迅速冷卻至室溫，以不進(jìn)行熱處理的樣品作為對(duì)照組；另外，取4組固定熱處理溫度為90 ℃，熱處理時(shí)間分別為10，20，30，40 min，以不進(jìn)行熱處理的產(chǎn)品作為對(duì)照組。所有樣品均置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行加速試驗(yàn)，定期測(cè)定產(chǎn)品的菌落總數(shù)。

1.3.3.2 常溫醬防腐殺菌的正交試驗(yàn)

表1 常溫醬殺菌工藝正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of sterilization technology orthogonal test for room-temperature sauce

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。以菌落總數(shù)和感官評(píng)價(jià)結(jié)果做指標(biāo)，優(yōu)化常溫醬的殺菌工藝。

1.3.4 貯藏期內(nèi)山葵醬菌落總數(shù)測(cè)定

將按1.3.1工藝步驟制備的常溫醬和低溫醬隨機(jī)分組，低溫醬分別置于-18，4，22，37 ℃條件下避光貯存；常溫醬分別置于4，22，37 ℃條件下避光貯存。定期測(cè)定產(chǎn)品的菌落總數(shù)，每個(gè)樣品做3次平行試驗(yàn)，取其平均值。

1.3.5 貨架期預(yù)測(cè)模型

山葵醬菌落總數(shù)符合Arrhenius動(dòng)力學(xué)方程[15]，將動(dòng)力學(xué)公式K=K0e-Ea/RT進(jìn)行對(duì)數(shù)處理后得到ln K=ln K0-Ea/RT，可得知ln K與1/T具有線性關(guān)系，通過(guò)設(shè)定3個(gè)不同的溫度，利用3個(gè)不同的K值擬合一條直線，計(jì)算Ea和K0并將其代入到動(dòng)力學(xué)公式K=K0e-Ea/RT和B=B0eKt中，從而預(yù)測(cè)樣品的貨架期。參照DB51/T 394-2006，本文選擇山葵醬菌落總數(shù)的試驗(yàn)終點(diǎn)為30000 CFU/g。

2 結(jié)果與討論

2.1 山葵醬品質(zhì)特性研究結(jié)果

在山葵醬的生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品一般會(huì)進(jìn)行加熱處理，并添加抗氧化劑，同時(shí)，貯存溫度也是影響山葵醬品質(zhì)的重要因素。因此，本實(shí)驗(yàn)探究了熱處理溫度、抗氧化劑和貯存溫度對(duì)山葵醬色澤以及貯存溫度對(duì)異硫氰酸酯含量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 山葵醬品質(zhì)特性在不同條件下的變化Fig.1 Changes of quality characteristics of wasabi sauce under different conditions

注：A為熱處理溫度對(duì)山葵醬色澤的影響；B為抗氧化劑對(duì)山葵醬色澤的影響，室溫條件；C為貯存溫度對(duì)山葵醬色澤的影響；D為熱處理溫度對(duì)山葵醬異硫氰酸酯含量的影響。

由圖1中A可知，經(jīng)過(guò)不同溫度處理30 min后，山葵醬色差值△E*整體上隨著處理溫度的升高而逐漸增大，即色澤越來(lái)越深[16]。由圖1中B可知，添加抗壞血酸或EDTA-2Na的樣品和不經(jīng)抗氧化劑處理的對(duì)照組樣品在放置過(guò)程中△E*值都隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，并且在貯藏前期(15 d之前)樣品的△E*值快速上升至約13.0～15.0，表明在貯藏初期醬體色澤會(huì)迅速變深。由圖1中C可知，在整個(gè)儲(chǔ)藏過(guò)程中，37 ℃和室溫環(huán)境下樣品的總色度差△E*變化較大，并且同樣在貯藏前期(15 d之前)樣品的色澤劣變迅速；而在-18 ℃條件下，樣品在貯存期內(nèi)色澤變化程度非常小，儲(chǔ)藏30 d總色差為1.1，色度變化在肉眼不能察覺(jué)的范圍內(nèi)。由圖1中D可知，在-18 ℃保藏試驗(yàn)期內(nèi)，產(chǎn)品異硫氰酸酯含量基本維持穩(wěn)定，表明冷凍條件下貯存能有效保證產(chǎn)品的辛辣風(fēng)味品質(zhì)，隨著貯存溫度的升高，產(chǎn)品的異硫氰酸酯含量大幅下降。

由上述研究可知，熱處理會(huì)造成產(chǎn)品的色澤劣變；常溫貯存條件下產(chǎn)品的色澤迅速劣變，且抗氧化劑不能達(dá)到護(hù)色效果；而冷凍貯存能有效抑制樣品的色變和異硫氰酸酯的損失。考慮到異硫氰酸酯的自身抑殺菌能力，本文擬生產(chǎn)兩種類型的調(diào)味醬：以全根莖為原料，不添加色素及防腐劑，在低溫條件下生產(chǎn)、冷凍貯存的低溫醬，以滿足高端市場(chǎng)；以根莖和葉柄為原料，在常溫條件下生產(chǎn)，添加色素及防腐劑，經(jīng)高溫滅菌處理，室溫貯存的常溫醬，以滿足低端市場(chǎng)。

2.2 常溫醬防腐殺菌工藝

因常溫醬的生產(chǎn)環(huán)境及貯藏條件均為室溫，因此需要進(jìn)行防腐殺菌處理，本實(shí)驗(yàn)探究了山梨酸鉀添加量、熱處理溫度及熱處理時(shí)間對(duì)其菌落總數(shù)的影響。以感官品質(zhì)和菌落總數(shù)為指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)首先確定了山梨酸鉀的最佳添加量范圍為0.05%～0.1%；熱處理溫度為80～100 ℃；熱處理時(shí)間為20～40 min，見(jiàn)表1。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按表1的參數(shù)對(duì)常溫醬的防腐殺菌試驗(yàn)進(jìn)行正交優(yōu)化，最終確定最佳因素組合：山梨酸鉀添加量為0.05%，熱處理溫度為90 ℃，熱處理時(shí)間為30 min。

2.3 貯存溫度對(duì)山葵醬菌落總數(shù)的影響

貯藏期內(nèi)低溫醬和常溫醬菌落總數(shù)的變化情況見(jiàn)圖2。

圖2 不同貯存溫度下山葵醬菌落總數(shù)的變化情況Fig.2 Changes of the total bacterial count in wasabi sauce under different storage temperatures

注：A為低溫醬菌落總數(shù)的變化情況；B為常溫醬菌落總數(shù)的變化情況。

由圖2可知，貯存溫度越低，菌落總數(shù)增長(zhǎng)越緩慢。

由圖2中A可知，在-18 ℃和4 ℃條件下，低溫醬的菌落總數(shù)含量基本維持穩(wěn)定，在貯藏期內(nèi)菌落總數(shù)含量對(duì)數(shù)值分別約為0.6 CFU/g和1.2 CFU/g。隨著貯存溫度的升高，菌落總數(shù)顯著增大，在22 ℃貯藏條件下，樣品的微生物繁殖迅速，貯藏末期樣品菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值約為2.7 CFU/g。由圖2中B可知，在4 ℃冷藏條件下，常溫醬樣品中微生物在貯存期內(nèi)幾乎不增長(zhǎng)繁殖，菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值一直維持在1.0 CFU/g以下；隨著貯存溫度的升高，微生物繁殖速率加快，在22 ℃條件下貯存120 d菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值約為1.89 CFU/g，在37 ℃加速試驗(yàn)條件下貯存120 d菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值約為2.94 CFU/g。

2.4 山葵醬貨架期預(yù)測(cè)

將圖2中山葵醬在不同貯存溫度下的菌落總數(shù)進(jìn)行一級(jí)動(dòng)力學(xué)回歸分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各溫度下山葵醬的菌落總數(shù)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型擬合Table 2 Kinetics model fitting for the total bacterial count of wasabi sauce at different temperatures

由表2可知，低溫醬在-18，4，室溫(22±2) ℃下的菌落總數(shù)隨時(shí)間變化的反應(yīng)速率常數(shù)K分別是0.0022，0.0042和0.0119，利用方程公式ln K=ln K0-Ea/RT，用ln K對(duì)1000/T做Arrhenius方程，計(jì)算得到低溫醬產(chǎn)品直線擬合R2=0.948。通過(guò)線性回歸可得方程ln K=-3.11×1000/T+5.96，據(jù)此可以計(jì)算出Ea=25.83 kJ/mol，通過(guò)直線的截距l(xiāng)n K0=5.96，可得K0=387.6，從而可以得出低溫醬在貯存時(shí)菌落總數(shù)變化的速率常數(shù)隨溫度變化的Arrhenius方程為：K=387.6e-25834/RT。再將K代入B=B0eKt即可推出低溫醬以菌落總數(shù)為指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)模型，見(jiàn)公式1。

B=B0exp(387.6e-25834/RTt)。

公式1

常溫醬在4，室溫(22±2) ℃，37 ℃下的菌落總數(shù)隨時(shí)間變化的反應(yīng)速率常數(shù)K分別是0.0024，0.0075和0.0109，利用方程公式ln K=ln K0-Ea/RT，用ln K對(duì)1000/T做Arrhenius方程，計(jì)算得到常溫醬產(chǎn)品直線擬合R2=0.965，線性關(guān)系良好。通過(guò)線性回歸可得方程ln K=-4.05×1000/T+8.65，據(jù)此可以計(jì)算出Ea=33.67 kJ/mol，通過(guò)直線的截距l(xiāng)n K0=8.65，可得K0=5.71×103，從而可以得出常溫醬在貯存時(shí)菌落總數(shù)變化的速率常數(shù)隨溫度變化的Arrhenius方程為：K=5.71×103e-33670/RT。再將K代入B=B0eKt即可得到常溫醬以菌落總數(shù)為指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)模型，見(jiàn)公式2。

B=B0exp(5.71×103e-33670/RTt)。

公式2

利用公式1和公式2可以預(yù)測(cè)低溫醬與常溫醬在任何貯存溫度下的貨架期。

表3 山葵醬以菌落總數(shù)為指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)Table 3 The predicted shelf life of wasabi sauce based on the total bacterial count

考慮到低溫醬未添加任何防腐劑和進(jìn)行巴氏殺菌處理，并且在-18 ℃冷凍條件下其異硫氰酸酯含量能得到較好的保持，因此預(yù)測(cè)低溫醬在-18 ℃條件下的貨架期比較有意義。由表3可知，低溫醬以菌落總數(shù)為指標(biāo)在-18 ℃貯存的貨架期預(yù)測(cè)值為944 d，而在22 ℃貯存的貨架期預(yù)測(cè)值僅為137 d，因此低溫醬不適宜貯存于常溫環(huán)境下。由于常溫醬進(jìn)行了防腐殺菌處理，而低溫貯存勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)運(yùn)輸成本，因此預(yù)測(cè)常溫醬在室溫條件下的貨架期比較有意義。常溫醬以菌落總數(shù)為指標(biāo)在22 ℃貯存的貨架期預(yù)測(cè)值為323 d，在30 ℃貯存的貨架期預(yù)測(cè)值為225 d。

3 結(jié)論

本文以山葵根莖或/和葉柄為原料，基于感官品質(zhì)和微生物相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定了“低溫醬”和“常溫醬”的工藝流程和參數(shù)，并利用Arrhenius模型以菌落總數(shù)為指標(biāo)對(duì)兩種調(diào)味醬的貨架期進(jìn)行了預(yù)測(cè)。以全根莖為原料，不添加色素及防腐劑，在低溫(0～4 ℃)條件下生產(chǎn)，在-18 ℃冷凍條件下貯存的“低溫醬”貨架期約為944 d；以根莖和葉柄(1∶1，W/W)為原料，添加0.05%(W/W)山梨酸鉀，經(jīng)90 ℃熱處理30 min的“常溫醬”在室溫(20～24 ℃)環(huán)境下貯存的貨架期約為323 d。研究確定了兩種定位不同、質(zhì)量合格、營(yíng)養(yǎng)豐富的山葵醬的加工工藝，可為山葵醬的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。