基于質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)的糖醋白姜貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)

楊劍婷，王孫焰，胡金朋，翟立公，劉 顏

（安徽科技學(xué)院食品工程學(xué)院，安徽滁州 233100）

姜（Zingiber officinaleRosc）亦稱生姜，為姜科、姜屬的多年生草本植物的根莖，適宜在溫暖、濕潤(rùn)的地區(qū)生長(zhǎng)，是我國(guó)傳統(tǒng)的調(diào)味品，也是世界上應(yīng)用廣泛的香辛類蔬菜[1]。生姜具有良好的抗氧化、抑菌、降血糖、降血脂、預(yù)防心腦血管疾病、抗疲勞、改善肥胖、抗腫瘤、抗大腦缺血等功能[2]。白姜是生姜家族中最適合深加工的品種之一，其中以銅陵白姜尤為典型。銅陵白姜是安徽省著名的地方特色產(chǎn)品，因其“塊大皮薄，汁多渣少，肉質(zhì)細(xì)嫩、香味濃郁”而被歷代列為朝廷貢品[3]，白姜最適宜糖醋或干煸，是當(dāng)?shù)胤昴赀^(guò)節(jié)傳統(tǒng)的待客小食。糖醋生姜的抗氧化活性更強(qiáng)，還具有改善睡眠、減肥、護(hù)胃養(yǎng)肝、治療感冒等功效[4]，作為銅陵白姜的傳統(tǒng)加工產(chǎn)品之一，糖醋白姜酸甜適口，質(zhì)地脆嫩且具有一定的咀嚼感，咀嚼無(wú)渣，這種良好的質(zhì)地是銅陵白姜有別于其他生姜的重要特性[5]。

糖醋類腌菜一般以食糖和食醋為腌制液，將生鮮原料直接浸漬或經(jīng)燙漂后浸漬而成，可即食，也可腌制一段時(shí)間再食用[6]，糖醋等調(diào)味品進(jìn)入蔬菜組織，同時(shí)伴隨著微弱的生物發(fā)酵，形成獨(dú)特的質(zhì)地和風(fēng)味，并維持產(chǎn)品一定的保質(zhì)期[7]。按銅陵傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，糖醋白姜腌制液中的食鹽在一定程度上抑制了微生物的生命活動(dòng)，白糖和食醋提高了白姜的貯藏性能，添加鈣有助于保持白姜的脆度，因沒有經(jīng)過(guò)熱殺菌，糖醋白姜的市場(chǎng)銷售時(shí)間較短。貯藏期間，糖醋白姜質(zhì)地的可接受度最先下降，然后失去特有的脆嫩性，從而失去商品價(jià)值。關(guān)于糖醋白姜在市場(chǎng)流通過(guò)程中發(fā)生的品質(zhì)變化方面研究比較缺乏，為確保糖醋白姜在運(yùn)輸和銷售期間良好的質(zhì)地，必須明確其質(zhì)地的變化規(guī)律。

利用食品的一個(gè)或者多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)食品的保質(zhì)期在近年來(lái)取得了較好的成果，食品的品質(zhì)變化可由其內(nèi)在指標(biāo)反映，該指標(biāo)受到外在環(huán)境因素的影響，在這二者之間可以通過(guò)動(dòng)態(tài)的觀測(cè)得到品質(zhì)衰變的動(dòng)力學(xué)方程，從而進(jìn)行終端品質(zhì)的預(yù)測(cè)[8-9]。通過(guò)不同貯藏溫度下腌制蔬菜[10]、鹽漬榨菜[11]脆度的變化發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)或環(huán)境的改變，產(chǎn)品的脆度逐漸下降，直至完全變軟失去脆性，但不足以支持產(chǎn)品的全部質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，可應(yīng)用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的多項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)[12]。脆度、硬度、彈性等均是判斷食品在口腔咀嚼過(guò)程中的質(zhì)地特性，脆度表示探頭下壓姜片的過(guò)程中，硬度出現(xiàn)之前的較小力度峰值，最大力度峰值就是姜片的硬度，反映的是白姜對(duì)牙齒切斷的抵抗，彈性表示兩次切斷時(shí)間的比值[13]，由脆度、硬度、彈性的乘積得到咀嚼指數(shù)，可以更綜合、全面地衡量糖醋白姜的品質(zhì)變化。

本研究設(shè)置不同的貯藏溫度，通過(guò)感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測(cè)定，分析糖醋白姜的質(zhì)地變化，建立糖醋白姜品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)其貯藏時(shí)間，為糖醋白姜的品質(zhì)控制提供指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銅陵白姜 由銅陵富饒綠園有限責(zé)任公司提供；氯化鈣 食品級(jí)，廊坊亞太龍興化工有限公司；食用鹽 中國(guó)鹽業(yè)總公司；白米醋 海天集團(tuán)股份有限公司；白砂糖 太古糖業(yè)（中國(guó)）有限公司。

CT3 質(zhì)構(gòu)分析儀 美國(guó)Brookfield 公司；GSP-9080MBE 隔水式恒溫培養(yǎng)箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 糖醋白姜的制作 選擇顏色、大小、氣味合適、無(wú)腐壞變質(zhì)的鮮嫩銅陵白姜，去皮后清洗干凈，切成2～3 mm 厚的薄片，按姜重量的6%加入食用鹽，攪拌均勻后腌制12 h，中間翻拌一次，腌制結(jié)束后將白姜瀝干水分，于50～60 ℃將白姜烘至水分含量70%左右，裝入滅菌后的玻璃罐中。配制腌制液，白砂糖與白米醋按質(zhì)量比1:1 混合，再加入0.02%的氯化鈣，攪拌均勻后，按姜液質(zhì)量比1:1.2 的比例，倒入裝有白姜的罐中，將白姜全部浸沒在腌制液中，螺旋金屬冠蓋封口，室溫腌制5 d，即得所需的樣品，貯藏備用。

1.2.2 加速試驗(yàn) 將腌制好的白姜分別放置于25、35、45、55 ℃的溫度中，每個(gè)溫度設(shè)置相同的3 組樣品，每組含100 g 大小、厚度基本均勻的姜片，測(cè)定感官評(píng)分和咀嚼指數(shù)，0～15 d 每3 d 測(cè)定一次，15～25 d 每2 d 測(cè)定一次，測(cè)定結(jié)果取平均值。

1.2.3 感官評(píng)價(jià)方法 感官評(píng)價(jià)小組由12 名年齡在18～30 歲之間（男女各占一半），具備一定的食品專業(yè)知識(shí)及經(jīng)過(guò)食品感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)的成員組成。評(píng)價(jià)小組所有成員對(duì)在不同溫度（分別為25、35、45、55 ℃）下貯藏的糖醋白姜進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，感官指標(biāo)主要包括質(zhì)地、色澤、形態(tài)、氣味、滋味，分別將各項(xiàng)指標(biāo)得分相加，即得到綜合感官評(píng)分。感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用百分權(quán)重制，若綜合評(píng)分低于60 分即認(rèn)為樣品到達(dá)商品期限[14]，該時(shí)間即為糖醋白姜的貯藏期。評(píng)定項(xiàng)目和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 糖醋白姜的感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of sweet and sour white ginger

1.2.4 質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的測(cè)定 CT3 質(zhì)構(gòu)分析儀，TA44 探頭，測(cè)前速度2 mm/s，測(cè)試速度3 mm/s，返回速度3 mm/s，樣品變形0.8%，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5 g，循環(huán)次數(shù)2 次，數(shù)據(jù)采集速度100 pps。對(duì)不同溫度下貯藏的糖醋白姜測(cè)定脆度、硬度、彈性。每組樣品隨機(jī)選取3 個(gè)姜片，在同一姜片上均勻選取3 個(gè)接觸點(diǎn)測(cè)試，結(jié)果取平均值。根據(jù)脆度、硬度和彈性計(jì)算咀嚼指數(shù)[15]，計(jì)算如式（1）所示。

糖醋白姜在不同溫度貯藏一段時(shí)間至感官評(píng)價(jià)得分降至60 分時(shí)，計(jì)算其平均咀嚼指數(shù)即為其達(dá)到質(zhì)地品質(zhì)終點(diǎn)的數(shù)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)指標(biāo)平行測(cè)定三次，取平均值，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用SPSS20.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異與顯著性分析，P＜0.05 表示顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同貯藏溫度下感官評(píng)價(jià)和咀嚼指數(shù)變化

糖醋白姜的總體感官評(píng)分隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降（圖1）。在貯藏初期，糖醋液逐漸滲透到白姜組織中，并伴隨著一定程度的乳酸發(fā)酵[16]，糖醋白姜的風(fēng)味逐漸增強(qiáng)；在貯藏0～9 d 內(nèi)，顏色逐漸變深，呈現(xiàn)出誘人的色澤，但之后顏色繼續(xù)變深且光澤度降低，可接受度開始下降。對(duì)于白姜，質(zhì)地是構(gòu)成其品質(zhì)的重要因素，在貯藏過(guò)程中糖醋白姜的脆嫩度下降，咀嚼中的韌勁感提高，糖醋類蔬菜特有的脆嫩感降低。因而使得白姜在牙齒切斷中變得困難，需要多次咀嚼才便于下咽。這種變化受貯藏溫度的影響，溫度越高，咀嚼的脆嫩感降低得越快。

圖1 不同貯藏溫度下糖醋白姜的感官評(píng)分Fig.1 Sensory evaluation of sweet and sour white gingers at different storage temperatures

糖醋白姜的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)結(jié)果如表2 所示，在貯藏0～12 d，測(cè)定中表現(xiàn)出明顯的兩次斷裂，即產(chǎn)品具有較好的脆度和硬度；之后隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的脆性減小。整個(gè)貯藏期中，白姜的脆度減小，而硬度和彈性增大。這是由于糖醋液中的糖和醋酸滲透到白姜組織中，提高了產(chǎn)品的滲透壓[17]，白姜細(xì)胞中水分流失，細(xì)胞內(nèi)膨壓就減小，細(xì)胞壁變得柔軟，對(duì)應(yīng)力做出反應(yīng)的彈性就越大[18]，李曉等[19]的研究也認(rèn)為復(fù)合腌制劑在維持腌漬生姜的彈性和咀嚼度上起到了一定的作用。白姜在口腔中的咀嚼品質(zhì)是綜合的，為了更好地表達(dá)其脆嫩性，將脆性、彈性和咀嚼性綜合起來(lái)，應(yīng)用咀嚼指數(shù)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]。根據(jù)表3 結(jié)果，糖醋白姜在貯藏期內(nèi)，咀嚼指數(shù)下降，相同貯藏時(shí)間，溫度在55 ℃時(shí)，感官評(píng)分和咀嚼指數(shù)均為最低；而溫度在25 ℃時(shí)，評(píng)分和咀嚼指數(shù)均為最高。溫度越高，其感官評(píng)分和咀嚼指數(shù)下降越大。

表2 不同貯藏溫度糖醋白姜的脆度、硬度和彈性Table 2 Brittleness,hardness and elasticity of sweet and sour white gingers at different temperatures

表3 不同貯藏溫度糖醋白姜在貯藏期間的咀嚼指數(shù)Table 3 Mastication indices of sweet and sour white gingers at different storage temperatures

根據(jù)糖醋白姜的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)其評(píng)分為60 分時(shí)，在25 ℃時(shí)貯藏了23 d，此時(shí)測(cè)得咀嚼指數(shù)為100.5；在35 ℃時(shí)貯藏了19 d，此時(shí)測(cè)得咀嚼指數(shù)為99.9；在45 ℃時(shí)貯藏15 d，此時(shí)測(cè)得咀嚼指數(shù)為101.7；在55 ℃時(shí)貯藏了12 d，此時(shí)測(cè)得咀嚼指數(shù)為101.5。

綜上可得，糖醋白姜在不同溫度下貯藏至感官評(píng)價(jià)得分降至60 分時(shí)，其平均咀嚼指數(shù)為100.9，則認(rèn)為不同貯藏溫度下糖醋生姜的咀嚼指數(shù)低于100.9 時(shí)為不可接受值。溫度越高，食品的儲(chǔ)存時(shí)間越短，在糖醋腌制過(guò)程中，一方面由于白姜內(nèi)酶的活性，果膠、纖維素等物質(zhì)降解，導(dǎo)致質(zhì)地變軟，另一方面，微生物生長(zhǎng)活躍，也會(huì)促進(jìn)白姜風(fēng)味和質(zhì)地變化[21-22]。假設(shè)樣品菌落總數(shù)測(cè)得目標(biāo)值時(shí)，往往樣品已經(jīng)腐敗至無(wú)法觀察以及無(wú)法對(duì)其質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試[23]，故可以運(yùn)用質(zhì)構(gòu)分析，對(duì)糖醋白姜的品質(zhì)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2 糖醋白姜咀嚼指數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)分析

對(duì)糖醋白姜等腌制菜來(lái)說(shuō)，保持其脆嫩的口感是判斷其品質(zhì)的重要因素。糖醋白姜的貯藏溫度越高，感官評(píng)分和咀嚼指數(shù)的變化越劇烈，可知白姜質(zhì)地的變化與溫度相關(guān)，可對(duì)貯藏過(guò)程中的糖醋白姜的咀嚼指數(shù)變化進(jìn)行回歸分析。大多數(shù)與食品質(zhì)量相關(guān)的品質(zhì)變化遵循零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，其中一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用更廣泛[24]。分別將4 個(gè)不同貯藏溫度下的糖醋白姜咀嚼指數(shù)變化用零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合，x 表示貯藏時(shí)間，y 表示咀嚼指數(shù)，結(jié)果如表4 所示。

表4 不同貯藏溫度下糖醋白姜咀嚼指數(shù)動(dòng)力學(xué)模型Table 4 Kinetic models for mastication indices of sweet and sour white gingers at different temperatures

4 個(gè)溫度條件下，零級(jí)和一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的擬合系數(shù)均大于0.95，說(shuō)明有較好的擬合度[25]，但綜合分析一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的回歸系數(shù)均比零級(jí)的擬合度高，故本研究采用一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)描述糖醋白姜貯藏過(guò)程中咀嚼指數(shù)的變化規(guī)律，回歸方程見式（2）。

式中：C 為貯藏t天時(shí)的咀嚼指數(shù)；C0為初始咀嚼指數(shù)值；Kt為反應(yīng)速率常數(shù)；t為貯藏時(shí)間，d。據(jù)此得到糖醋白姜的咀嚼指數(shù)變化動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)見表5。

表5 不同貯藏溫度下糖醋白姜咀嚼指數(shù)變化動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Table 5 Parameters of kinetic models for mastication indices of sweet and sour white gingers at different temperatures

2.3 反應(yīng)速率常數(shù)分析

糖醋白姜咀嚼指數(shù)的速率常數(shù)Kt是一個(gè)關(guān)于溫度的函數(shù)，可以利用Arrhenius 方程來(lái)計(jì)算溫度與Kt的關(guān)系，得到的結(jié)果如公式如式（3）。

式中：K0為回歸系數(shù)；Ea 為活化能，J/mol；R為氣體常數(shù)，R=8.314 J/mol；T 為開氏溫度，K。

式（3）兩邊取對(duì)數(shù)，可得：

Kt取對(duì)數(shù)對(duì)1/T 作圖可得到良好的線性關(guān)系（R2=0.9951），如圖2 所示。

圖2 糖醋白姜咀嚼指數(shù)變化的Arrhenius 曲線Fig.2 Arrhenius curve for mastication indices of sweet and sour white gingers

由此可得其Arrhenius 方程為公式（5）。

結(jié)合式（4）和式（5），通過(guò)直線的斜率可以計(jì)算出其反應(yīng)的活化能Ea 為18314.2122 J/mol，通過(guò)截距計(jì)算出回歸系數(shù)K0為17.8499，代入式（3）可得糖醋白姜咀嚼指數(shù)變化的Arrhenius 方程（6），可用于對(duì)不同貯藏溫度下的糖醋白姜的貯藏時(shí)間在理論上的預(yù)測(cè)。

2.4 糖醋白姜貯藏時(shí)間的預(yù)測(cè)模型

根據(jù)式（2）和式（3）可推出糖醋白姜在不同貯藏溫度下的貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)模型如公式（7）所示。

式中：t為貯藏時(shí)間，d；C0為初始咀嚼指數(shù)值；C 為貯藏t 天時(shí)的咀嚼指數(shù)；K0為回歸系數(shù)；T 為貯藏溫度，K。

本試驗(yàn)采用糖醋白姜的咀嚼指數(shù)作為指標(biāo)，建立糖醋白姜貯藏時(shí)間的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)感官評(píng)價(jià)為60 分時(shí)不同貯藏溫度條件下的平均咀嚼指數(shù)100.9 作為其貯藏時(shí)間終點(diǎn)的數(shù)值，則將咀嚼指數(shù)低于100.9 時(shí)的貯藏時(shí)間視為糖醋白姜的貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)值。代入式（7）計(jì)算不同貯藏溫度下糖醋白姜質(zhì)地指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)的貯藏時(shí)間，結(jié)果見表6。

表6 不同貯藏溫度下糖醋白姜各指標(biāo)的貯藏時(shí)間Table 6 Storage life of sweet and sour white gingers using some indices at different temperatures

將咀嚼指數(shù)得到的貯藏時(shí)間建立預(yù)測(cè)模型見圖3。

圖3 糖醋白姜貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)模型Fig.3 Prediction model of storage life for sweet and sour white gingers

由圖3 可知，糖醋白姜貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)模型的一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型回歸方程為：

式中：y 為糖醋白姜的預(yù)測(cè)貯藏時(shí)間，d；x 為糖醋白姜貯藏溫度，℃。

2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

將糖醋白姜貯藏在25、35、45、55 ℃的恒溫條件下，以咀嚼指數(shù)預(yù)測(cè)其貯藏時(shí)間，比較糖醋白姜貯藏時(shí)間觀察值和貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)模型計(jì)算得到的預(yù)測(cè)值以及兩者的相對(duì)誤差，結(jié)果如表7。

表7 不同貯藏溫度下糖醋白姜貯藏時(shí)間的預(yù)測(cè)值、實(shí)測(cè)值Table 7 Predicted and observed storage life of sweet and sour white gingers at different temperatures

糖醋白姜的貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差均小于±6%，準(zhǔn)確性較高，可以采用本研究所建立的糖醋白姜貯藏時(shí)間模型，通過(guò)測(cè)定咀嚼指數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)糖醋白姜在不同貯藏溫度條件下的貯藏時(shí)間。

3 結(jié)論

糖醋白姜的感官評(píng)價(jià)評(píng)分和咀嚼指數(shù)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，貯藏溫度越高，二者的變化速率越快。確定了糖醋白姜在不同溫度貯藏至感官評(píng)分60 分時(shí)的平均咀嚼指數(shù)100.9 為咀嚼指數(shù)的貯藏臨界值。根據(jù)不同貯藏溫度下糖醋白姜的咀嚼指數(shù)，明確了白姜質(zhì)構(gòu)隨時(shí)間的變化符合一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，所得Arrhenius 方程的擬合系數(shù)R2均大于0.99，具有極高的擬合精度。驗(yàn)證了所建立糖醋白姜貯藏時(shí)間預(yù)測(cè)模型為y=41.694e-0.024x，在25、35、45、55 ℃不同溫度下貯藏糖醋白姜，預(yù)測(cè)時(shí)間和實(shí)測(cè)時(shí)間相對(duì)誤差均小于 6%，具有較高的準(zhǔn)確性。本研究的模型可針對(duì)銅陵當(dāng)?shù)丶庸し绞街苽涞奶谴装捉?，較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)貯藏時(shí)間，為銅陵白姜加工的品質(zhì)控制提供理論指導(dǎo)。