甜玉米饅頭貨架期的預測及儲藏品質的分析*

王慧潔 ，白 巖 ，張國治 *,張康逸

(1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001；2.沈陽師范大學糧食學院，沈陽 110034；3.河南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，鄭州 450002；4.河南國德標檢測技術有限公司，鄭州 450000）

饅頭在儲藏過程中，由于含水量較大，會出現(xiàn)腐敗變質以及感官品質下降的現(xiàn)象[1]。這是一個物化、生化以及微生物生長代謝的復雜變化過程。在儲藏過程中，饅頭中的水分含量、水分活度、微生物指標以及質構等指標均對其品質有著很大的影響。此外，饅頭的主要原料以及包裝方式等對其儲藏品質均有一定的影響。

經(jīng)過大量研究表明食品在貯藏過程中的品質變化特性與其生化反應的速率常數(shù)和活化能等動力學特性有關[2]。動力學模型預測食品貨架期具有快速、簡便、投資少等優(yōu)點[3]。目前動力學模型預測食品貨架期是食品保鮮研究的熱點問題，已有學者利用不同的動力學模型對雞蛋[4]、蔬菜[5-7]、水果[8]等的品質和貨架期作過一些研究工作，但對甜玉米饅頭變化的動力學特性和貨架期預測研究尚未見報道。

本文通過選擇25℃、15℃以及4℃條件下探究甜玉米饅頭在儲藏過程中微生物的生長規(guī)律、感官品質的變化、色差的變化、水分變化以及淀粉的變化，并根據(jù)Arrhenius關系式，建立貨架期預測模型，以期為甜玉米饅頭的儲藏保鮮以及貨架期的預測提供一些理論上的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

金龍魚麥芯粉：益海嘉里（鄭州）食品工業(yè)有限公司；甜玉米粉：自制；飲用純凈水；酵母：安琪酵母股份有限公司；平板計數(shù)瓊脂、孟加拉紅培養(yǎng)基：北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.1.2 設備

HVE-50高壓蒸汽滅菌鍋，哈爾濱東聯(lián)電子技術開發(fā)有限公司；BHC-1100無菌工作臺，瑞士梅特勒托利多有限公司；Micro MR-CL-I低場核磁共振儀，蘇州（上海）紐邁電子科技有限司；HD-3A水分活度測量儀，無錫市華科儀器儀表有限公司；ColorFlex EZ 色差儀，HunterLab。

1.2 試驗方法

甜玉米粉制作、饅頭制作工藝及感官評價方法見參考文獻[9]。

1.3 微生物檢測

菌落總數(shù)檢測：依據(jù)GB/T 4789.2-2016進行測定；霉菌和酵母菌檢測：依據(jù) GB 4789.15-2016進行測定。

1.4 甜玉米饅頭貯藏條件

將甜玉米饅頭用保鮮袋進行密封包裝多份，分別放置于 4℃、15℃、25℃條件下貯藏，定期記錄菌落總數(shù)（TPC）及霉菌的變化。

2 貨架期預測及儲藏品質實驗

2.1 貨架期預測模型

2.1.1 一級動力模型

由于化學反應動力學模型能較好地反應食品品質的變化，現(xiàn)如今已經(jīng)得到了廣泛應用，方程式為：

式中：InA0為甜玉米饅頭菌落的初始值；kA為甜玉米饅頭的菌落總數(shù)指標變化速率常數(shù)；t為甜玉米饅頭的儲藏時間（單位h）；lnA為甜玉米饅頭儲藏t h的菌落總數(shù)值。

2.1.2 Arrhenius方程

通過實驗測定不同儲藏溫度下甜玉米饅頭的菌落總數(shù)值隨儲藏時間的變化曲線，經(jīng)過一級反應動力學模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合分析，得到不同溫度下甜玉米饅頭的菌落總數(shù)的變化速率常數(shù)（kT）。然后對儲藏溫度和其對應的kT值進行擬合得到Ar-rhenius方程。

對式（2）取對數(shù)：

式中：k0為頻率因子；Ea為反應的表觀活化能(J/mol)；R 為摩爾氣體常量 （R=8.3144 J/(mol·K)）；T為絕對溫度（K）。根據(jù)式（3）求得不同溫度條件下的速率常數(shù)kA后，用lnkA對溫度的倒數(shù)（1/T）作圖可得到方程式為:

2.1.3 甜玉米饅頭貨架期模型的建立

甜玉米饅頭在不同儲藏溫度條件下品質指標的貨架期 t（h）可根據(jù)方程（4）求解：

2.2 色差值、饅頭水分、水分活度及水分狀態(tài)分布測定

2.2.1 色差值測定

利用色差儀測定樣品的色差。

2.2.2 甜玉米饅頭水分及水分活度的測定

水分含量：根據(jù) GB/T 5009.5-2016測定；水分活度：樣品剪碎至2 cm，使用水分活度計測定樣品水分活度（Aw）。

2.2.3 甜玉米饅頭水分狀態(tài)分布的測定

取甜玉米饅頭樣品0.5 g放入核磁管內(nèi)，每次放置樣品均放在核磁管的2 cm處，然后將核磁管放入設線圈的固定位置。采用核磁共振波普（NMR）技術分析甜玉米饅頭橫向弛豫時間T2。

測定條件：采用點數(shù)TD=40 000；回撥個數(shù)：2000；回撥時間：0.100 ms；采樣頻率 Sw=200；樣品間隔時間：Tw=1 500；累加次數(shù)：NS=8[10]。

3 結果與討論

3.1 不同儲藏溫度下甜玉米饅頭感官評價

蒸煮好的甜玉米饅頭在常溫下冷卻1 h后，用 保鮮袋密閉儲藏在不同溫度下，通過感官評分，對甜玉米饅頭的口感、風味、表面狀態(tài)以及整體的可接受程度等指標進行分析。結果如圖1(a，b，c)所示：隨著儲藏時間的增加，3個溫度饅頭的感官評分降低，這主要是因為甜玉米饅頭的水分在不斷散失，硬度不斷增大，導致饅頭的口感不再柔軟。在儲藏后期微生物迅速增長，饅頭表面出現(xiàn)白色的霉斑，品質惡化，無法繼續(xù)食用。在4℃儲藏過程中，儲藏至第14天時，饅頭表面出現(xiàn)較少的霉菌，質地較硬，建議停止食用。當儲藏至第16天時，饅頭的品質極其惡劣，表面的霉菌呈爆發(fā)性增長，饅頭內(nèi)部出現(xiàn)粘連的白色霉菌。在15℃儲藏過程中，當儲藏至第6天時，觀察其表面出現(xiàn)幾個較小的霉點，饅頭內(nèi)部色澤變暗。在25℃儲藏過程中，甜玉米饅頭的儲藏時間最短，當儲藏至第48小時的時候，饅頭表面出現(xiàn)一兩個霉點，儲藏至第3天時，饅頭表面已經(jīng)長滿霉菌，品質惡劣。

圖1 不同儲藏溫度條件下的感官評分

3.2 不同儲藏溫度下甜玉米饅頭中微生物的變化

食品中微生物的種類及數(shù)量主要取決于食品的原料以及初始帶入食品中的微生物[11]。甜玉米饅頭經(jīng)過水蒸氣加熱后才可以食用，在這個過程中，高溫可以殺死大部分的微生物，從而使得在饅頭剛開始儲藏時的微生物較少。由圖 2（a，b，c）可以看出：菌落總數(shù)呈指數(shù)型增長，且儲藏溫度對菌落總數(shù)的生長有著十分明顯的關系。當儲藏溫度在25℃時，菌落總數(shù)的增長速度非常之快，儲藏至第2天時便超出了6 lg（CFU/g）；在15℃儲藏條件下，儲藏至第6天菌落總數(shù)超出6 lg（CFU/g）；在4℃儲藏條件下，儲藏至第13天菌落總數(shù)超出6 lg（CFU/g）。

圖2 儲藏過程中甜玉米饅頭菌落總數(shù)的變化

由表1可以看出，由于甜玉米饅頭經(jīng)過高溫殺菌，在儲藏初期細菌菌落總數(shù)繁殖較為迅速，成為優(yōu)勢菌，霉菌在儲藏初期變化相對不明顯，這主要是因為在儲藏初期，細菌與霉菌爭奪營養(yǎng)物質，且細菌會產(chǎn)生抑制霉菌生長的物質，使得霉菌基本上無法生長。當儲藏至中后期，有適合霉菌生長的環(huán)境時，霉菌呈爆發(fā)性增長，導致饅頭的品質變化惡劣，并伴隨有發(fā)霉的味道和饅頭內(nèi)部有粘連的菌落物質產(chǎn)生。

表1 甜玉米饅頭中不同儲藏溫度下霉菌/酵母菌的變化

3.3 甜玉米饅頭品質動力學

實驗對甜玉米饅頭在4℃、15℃、25℃三個儲藏溫度下進行菌落總數(shù)的一級動力學回歸分析，即菌落總數(shù)值與時間的變化關系式滿足于：

式中：lnA是儲藏t時間菌落總數(shù)值，lnA0是初始時的菌落總數(shù)值。

甜玉米饅頭儲藏在4℃、15℃、25℃下，得到菌落總數(shù)變化的動力學模型回歸方程，結果見表2：由于甜玉米饅頭儲藏在不同溫度條件下，擬合所得的失重率的動力學回歸模型的決定系數(shù)均大于0.95，所以。此模型是可行的。

表2 各溫度下的回歸方程及k值

根據(jù)Arrhenius關系式，得到lnk與1/T呈現(xiàn)總關系為：lnk=－6 905.9/T+19.289。

表3 甜玉米饅頭的Arrhenius方程曲線模型及相關參數(shù)

最后得出甜玉米饅頭菌落總數(shù)的貨架期模型：

式中：A為甜玉米饅頭儲藏t h的菌落總數(shù)值；A0為甜玉米饅頭儲藏0 h的菌落總數(shù)值。

根據(jù)甜玉米饅頭貨架期預測模型，一旦確定了甜玉米饅頭的初始品質值、終點品質值及儲藏溫度，可推斷出確定的儲藏溫度下甜玉米饅頭儲藏時間。

3.4 甜玉米饅頭品質預測模型的驗證與評價

饅頭的保質期判斷如下：饅頭蒸制后在室溫放置1 h后用保鮮袋密封儲藏在不同溫度下，至饅頭出現(xiàn)霉點或者異常氣味所需時間為饅頭的保質期。在不同溫度下儲藏的饅頭，通過感官評分發(fā)現(xiàn)，當饅頭出現(xiàn)霉點或者異味時，此時測量的菌落總數(shù)均為106CFU/g左右。這與劉長虹[12]的研究結果一致。盛琪[13]研究冷饅頭在無致病菌的情況下菌落總數(shù)在106CFU/g內(nèi)，饅頭復熱后認為是可食用的。趙笑笑等[14]同樣驗證了此定論。表4分別為儲藏277 K、288 K、298 K的條件下，甜玉米饅頭貨架期的實測值與預測值。由此得出饅頭在儲藏4℃時，建議在13 d內(nèi)食用完畢，在儲藏15℃時，建議在5.5 d內(nèi)食用完畢，在儲藏25℃時，建議在2 d內(nèi)食用完畢。

表4 甜玉米饅頭在不同儲藏溫度下貨架期預測值及實測值

3.5 甜玉米饅頭在4℃儲藏過程中理化指標的變化

3.5.1 4℃儲藏過程中甜玉米饅頭色差的變化

如今人們常常通過觀察饅頭的外觀以及色澤來判斷產(chǎn)品的好壞。在儲藏過程中由于水分含量的散失、水分的遷移、活性物質的氧化、蛋白及脂肪的變化等原因，均會影響甜玉米饅頭的色澤[15]。甜玉米饅頭在儲藏過程中色澤的變化如表5所示，隨著儲藏時間的增加，L*值（明暗度）緩慢降低。甜玉米饅頭的L*值隨著儲藏時間的增加緩慢降低，當儲藏時間達到16 d時，L*值略微升高。劉長虹[16]曾指出，微生物的生長是導致饅頭色澤變化的主要原因之一。隨著儲藏時間的增加b*值（黃藍色度）呈增加的趨勢（向偏黃方向轉變）。這可能是因為甜玉米粉中活性物質含量相對較多，在儲藏初期甜玉米饅頭中受活性物質的影響使得甜玉米饅頭的黃色變深。

表5 4℃儲存條件下饅頭表皮色差的變化

3.5.2 4℃下儲藏過程中甜玉米饅頭水分含量及水分活度的變化

水分含量及水分活度的變化會影響?zhàn)z頭的新鮮度、質構及感官品質[17]。因此，對甜玉米饅頭在4℃儲藏條件下水分含量及水分活度的變化進行分析，結果見圖3及圖4。

圖3 4℃儲藏條件下甜玉米饅頭水分含量的變化

隨著儲藏時間的增加，水分的散失與甜玉米饅頭自身的水分含量、外界環(huán)境的溫濕度以及包裝膜的透水率等均有密切的聯(lián)系。在儲藏初期，甜玉米饅頭水分散失極快，隨著儲藏時間的增加，甜玉米饅頭表皮的水分向外以及向饅頭芯蔓延。當儲藏至16 d時，甜玉米饅頭表皮以及芯的水分含量略微升高，這可能是由于在儲藏末期，甜玉米饅頭中微生物大量繁殖產(chǎn)生一定的水分[18]。

Aw（水分活度）與食品中水及非水組分的結合程度成負相關，Aw較低時，食品的穩(wěn)定性較好，食品不易腐敗變質。在儲藏期間，Aw的變化與水分的散失速度及水分結合狀態(tài)均有關系。由圖4可以看出，甜玉米饅頭芯的Aw均大于表皮的Aw。隨著儲藏時間的增加，Aw均呈下降的趨勢，其中，甜玉米饅頭芯Aw的變化相對不明顯，這可能與水分含量的變化有一定的關系，甜玉米饅頭芯的水分散失的速度相對較小。在儲藏后期，Aw的降低幅度較大，這對甜玉米饅頭的質地特性有一定程度的影響，低Aw的饅頭通常有較硬的質地特性。

圖4 4℃儲藏條件下甜玉米饅頭水分活度的變化

3.5.3 4℃儲藏過程中甜玉米饅頭水分遷移規(guī)律的變化

饅頭在儲藏過程中水分的分布情況以及水分的狀態(tài)對其都有很大的影響[19]。憑借核磁共振波譜（NMR）技術可以檢測食品中水分分布的狀態(tài)，它主要是通過測定流動性水分子中氫核的橫向弛豫時間T2，反應食品中水分的分布以及遷移情況[20]。T2越長，表示樣品中水分子的流動性越好。根據(jù)饅頭中水分的結合狀態(tài)可劃分為三種狀態(tài)：即 T21(0.01～1 ms)表示流動性最弱的緊密結合水的弛豫時間;T22(1～100 ms)表示流動性居中的弱結合水的弛豫時間；T23（>100）表示流動性最強自由水的弛豫時間[21-22]。

通過圖5以及表6可以得出：T21的峰比例（A1）呈下降的趨勢，T22的峰比例（A2）呈上升的趨勢。甜玉米饅頭在儲藏過程中，淀粉趨于老化的趨勢，且不可逆轉，甜玉米饅頭的緊密結合水逐漸降低。由于饅頭在儲藏過程中密封保存，所以水分散失含量較小，導致儲藏至后期饅頭的水分狀態(tài)變化不明顯。

圖5 4℃儲藏下甜玉米饅頭橫向弛豫時間（T2）分布

表6 甜玉米饅頭不同儲存時間的弛豫時間和峰比例

4 結論

隨著儲藏時間的增加，甜玉米饅頭中的感官評分逐漸降低，菌落總數(shù)不斷增加，霉菌在儲藏初期無明顯變化，在儲藏中后期呈爆發(fā)性增長。根據(jù)感官評分及建立的貨架期模型可初步確定甜玉米饅頭在儲藏4℃時，建議在13 d內(nèi)食用完畢，在儲藏15℃時，建議在5.5 d內(nèi)食用完畢，在儲藏25℃時，建議在2 d內(nèi)食用完畢。

在4℃儲藏過程中，甜玉米饅頭的L*值緩慢降低，b*值逐漸增加。甜玉米饅頭在儲藏后期L*值略微增加。通過對4℃儲藏的甜玉米饅頭中NMR的圖譜分析，隨著儲藏時間的增加，甜玉米饅頭水分的結合狀態(tài)有所改變，水分狀態(tài)由多分子層結合水向單分子層結合水轉化。