錢奕含，盧立新,2*，潘嘹,2，盧莉璟

1(江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫，214122)2(江蘇省食品先進制造裝備技術重點實驗室，江蘇 無錫，214122)

威化餅干是一種以小麥粉為主要原料，在餅皮之間添加糖、油脂等夾心料的多層餅干[1]。威化餅干一直深受廣大消費者喜愛，然而傳統(tǒng)威化餅干含有高油高糖，對于人體健康不利。因此開發(fā)了一種新型米威化餅干，此產(chǎn)品中添加了一定比例米粉，并且減少了餅干夾心厚度。米威化餅干不僅具有獨特的烘焙米制品的香味，而且含油量更少，營養(yǎng)豐富，無論從口感和健康角度都有很大程度上的優(yōu)化，是一種非常具有市場前景的產(chǎn)品。

但是，米威化極易氧化，這是由于米中含有的亞油酸占總脂比例很高，盡管米中只有不到1%的油脂，但亞油酸卻超過了其中的40%[2]，而亞油酸被氧化的速率是油酸的數(shù)十倍[3]。此外，由于米威化中添加植物油比普通威化餅干要少，而食品抗氧化劑一般添加在油脂中，因此產(chǎn)品中抗氧化劑的添加量較少。同時，米威化餅干的餅皮具有疏松多孔的結構[4]，與氧氣的接觸面積大。因此米威化比普通威化更易氧化，研究其貨架期對其包裝的設計有重要意義。

通常研究人員會通過建立存儲試驗，來獲得食品的貨架期預測模型[5]。近年來，國內外對瑪咖餅干、杏仁餅干、蕎麥餅干等新型餅干產(chǎn)品不斷有相關研究[6-9]，然而關于米制品的貨架期研究很少，更鮮有人針對其抗氧化問題進行研究。

基于以上幾點原因，有必要針對米威化進行測試并建立其貨架期預測模型。為此，本文通過對米威化餅干在4種氧氣濃度(真空、低氧、中低氧、大氣)和3種溫度條件(23，40，50 ℃)下，進行儲藏實驗，測定其 POV、色差及感官指標的變化，并以 POV 為關鍵指標建立其貨架期預測模型，為米威化的包裝選材和設計提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

米威化餅干, 由蘇州某食品公司生產(chǎn)提供，廠房包裝好的餅干直接運送實驗室，常溫遮光存放。試樣包裝規(guī)格：10.3 g/包。包裝材料：PET/VMBOPP。油脂種類與含量：食用植物油，42%。生產(chǎn)日期：2019年9月20日。

鋁箔袋，上海易諾包裝材料有限公司

石油醚(30～60 ℃沸程)、冰醋酸、三氯甲烷、硫代硫酸鈉等，均為分析純。

1.2 儀器與設備

騰通牌真空包裝機，騰通包裝機械有限公司；MA-35氣體自動混合機，森瑞保鮮設備有限公司；THS-AOC-100AS 恒溫恒濕試驗機，慶聲科技有限公司；梅特勒-托利多電位滴定儀，梅特勒-托利多國際有限公司；CR-400色彩色差計，柯尼卡美能達(中國)投資有限公司。

1.3 方法設計

為避免測試過程中包裝內外的氣體交換影響測試結果，將米威化餅干用高阻隔鋁塑復合包裝袋重新包裝。

(1)包裝內氧氣濃度梯度設計

為了探究包裝中初始氧濃度對米威化餅干油脂氧化速率的影響規(guī)律，本試驗選定了4個氧氣濃度水平，在50 ℃、50%RH的溫濕度條件下進行加速試驗，4種氧氣濃度水平分別為：

A：包裝中氧氣濃度=1.8 %(真空包裝)；

B：包裝中氧氣濃度≈5 %(低氧環(huán)境)；

C：包裝中氧氣濃度≈10 %(中低氧環(huán)境)；

D：包裝中氧氣濃度=20.9 %(大氣組分)；

將以上4組充入不同氧氣濃度的餅干放入恒溫恒濕試驗機內進行避光的加速試驗，每7 d取出1包(100 g)測定其所包裹的餅干過氧化值，每組測3次，取平均值，同時測定包裝內氧氣濃度的變化值。

(2)加速試驗設計

餅干類產(chǎn)品的保質期通常較長，為了快速得到其變化規(guī)律，通常會進行高溫加速試驗。但是在60 ℃以上餅干中的蛋白質會變性或褐變，影響測試結果[10]。因此，經(jīng)過測試，除了常溫23 ℃之外，本試驗選用30，40和50 ℃三個溫度水平進行加速試驗。

1.4 指標測定

1.4.1 過氧化值測定

根據(jù)GB 5009.227—2016提取米威化樣品中油脂，并完成對過氧化值的測定[11]。

1.4.2 色差測定

用色彩色差計測量米威化餅干餅皮的L*、a*、b*值，色差ΔE計算公式如下：

(1)

式中：L*，亮度值；a*，紅綠值；b*，黃藍值。

1.4.3 感官指標測定

參考已有研究的感官測試方法[12]，邀請6名經(jīng)過感官評價方法培訓的相關人員(男女各3人)組成感官評定小組，對不同包裝內氧氣濃度保存下的米威化餅干樣品的口感質地、風味、外觀結構進行評價。評價標準見表1。

表1 感官評定標準Table 1 Standards of sensory evaluation

1.5 數(shù)據(jù)處理

每組試驗至少重復3次，并用Origin9.1軟件處理數(shù)據(jù)，結果采用平均值，并標明標準差。

2 結果與分析

2.1 包裝內氧氣濃度對米威化餅干 POV 變化的影響

食品在氧化過程的初期會產(chǎn)生一些不穩(wěn)定的過氧化物，這個過程可以通過測定產(chǎn)品的過氧化值來表征。過氧化值越高表明產(chǎn)品的氧化程度越嚴重，GB 7100—2015中規(guī)定，合格餅干的過氧化值不得超過0.25 g/100g[13]。

將4組包裝內充入不同氧氣濃度氣體的米威化餅干試樣經(jīng)過42 d的50 ℃加速試驗后，其平均過氧化值變化如圖1所示。

圖1 不同氧氣濃度下過氧化值的變化Fig.1 Changes in peroxide values (POV) at different oxygen concentrations

由圖1可以看出，氧氣濃度對米威化 POV 的影響十分明顯，隨著包裝內氧氣濃度升高，POV 上升明顯加快。在真空和低氧環(huán)境下，POV 變化較為接近，在儲藏過程中試樣的 POV 緩慢上升，但始終保持在較低水平。而中低氧和大氣環(huán)境的兩組 POV 上升較快，其中大氣組在37 d的時候就已經(jīng)超出了國標的限定值。中低氧和大氣環(huán)境組前15 d的氧化速率較慢，15～35 d明顯逐漸加劇。這有可能是因為油脂的自動氧化是一種分級自動催化的鏈反應[14]，在氧化初期的誘導期，碳原子團與氧經(jīng)過一系列反應，生成一些小分子物質，這些小分子氧化能力極強，使得氧化原子團的鏈反應加劇，更快地產(chǎn)生有機過氧化物[15-16]?？偟膩碚f，控制包裝內的氧氣濃度對米威化餅干的保存有重要意義。

2.2 包裝內氧氣濃度對米威化餅干色差變化的影響

餅干在氧化過程中顏色通常會產(chǎn)生變化，隨著氧化程度的加深，米威化餅干的餅皮會逐漸由米白色轉變成米黃色。但是這個顏色的變化肉眼難以量化地表征，可以通過色彩色差計從L*、a*、b*值3個方面綜合地評定試樣的顏色變化。

圖2 不同氧氣濃度下色差的變化Fig.2 Changes in chromatic aberration at different oxygen concentrations

由圖2可以看出，在不同包裝內氧氣濃度保存下的米威化餅干試樣的色差整體都是隨時間上升的，但是氧氣濃度對色差的影響不是很明顯，且數(shù)據(jù)波動性較大。這可能是因為米威化在烘焙過程中餅皮會產(chǎn)生一定程度的顏色不均勻?？偟膩碚f，4組試樣的色差變化都比較細微，肉眼分辨區(qū)別不明顯，直至加速試驗結束色差變化仍在可接受范圍內。

2.3 包裝內氧氣濃度對米威化餅干感官變化的影響

除了 POV 和色差，米威化的品質變化同時還體現(xiàn)在口感質地、風味和外觀結構的變劣上，雖然這些指標難以用儀器進行測定，但是這些變化對于消費者來說是極容易感受到的[17-18]。因此有必要對試樣進行感官測試，以評定消費者對餅干變質的接受程度。

如表2所示，在42 d的50 ℃存儲藏試驗中，米威化的綜合評分整體呈下降趨勢。其中，口感質地的下降最為明顯，隨著氧氣濃度的升高和時間的推移，米威化的口感出現(xiàn)了明顯的下降。除了氧化酸敗導致的口感變差，在高溫加速試驗過程中，餡料會有一部分熔化的現(xiàn)象，恢復常溫后又重新凝固，這一過程會導致餅干粉感明顯，極大影響餅干的口感。餅干風味的變化主要表現(xiàn)在米香味變淡，隨著氧氣濃度升高，米威化的風味更快地喪失，但這種區(qū)別在真空和低氧兩組中表現(xiàn)的不是很明顯。值得注意的是，即使大氣條件下保存的試樣在37 d時 POV 已經(jīng)超出了國標規(guī)定值，試樣仍然沒有十分明顯的油脂變質氣味。產(chǎn)品的外觀結構除真空組外均保持完好，由于米威化本身疏松多孔的結構，抽真空后餅皮破碎脫落現(xiàn)象較為明顯，部分餅干餡料溢出，餅干整體結構破壞較為嚴重，因此評分下降明顯。

表2 不同氧氣濃度下感官評價的變化 單位：分Table 2 Changes in sensory evaluation at different oxygen concentrations

2.3 溫度對米威化餅干過氧化值的影響

為了探究米威化的貨架期，建立在大氣氧濃度保存條件下產(chǎn)品基于儲藏溫度的貨架期預測模型，選擇了23，30，40和50 ℃四個溫度條件，在大氣環(huán)境條件下對米威化進行存儲試驗，每隔7 d測試其過氧化值。

圖3 不同溫度下過氧化值的變化Fig.3 Changes in peroxide values at different temperatures

結果表明，溫度對米威化 POV 變化的影響顯著，溫度越高，產(chǎn)品的 POV 增長越快。如圖3所示，在23 ℃和30 ℃條件下， POV 增長較為緩慢，在測試期內始終保持在較低的水平。而在40 ℃和50 ℃條件下 POV 的增長明顯加快，且分別在第48天和37天超出了國標規(guī)定值。

2.5 米威化貨架期預測模型的建立及貨架壽命預測

在預測食品貨架期的研究中，一級反應動力學模型得到了廣泛應用[19]，一級反應方程表達如公式(2)所示：

y=y0ekTt

(2)

式中：y，食品儲藏過程中某一時刻的品質特征指標值；y0，食品品質特征值的初始值；kT，食品品質變化速率，與食品儲藏溫度T有關；t，食品儲藏時間，d。

根據(jù)米威化品質指標的測試結果，選擇 POV 作為建立其貨架期預測模型的關鍵指標。將一級動力學方程(公式2)兩邊取對數(shù)可得產(chǎn)品指標與儲藏時間的線性關系如公(3)所示：

lny=lny0+kTt

(3)

將各因素條件下測得的 POV 取對數(shù)，并進行回歸擬合，得到表3，將國標規(guī)定的最大值0.25 g/100g代入各方程，計算得出各因素條件下依據(jù)一級動力學模型的預測貨架期。

表3 不同因素下品質變化的動力學模型及預測貨架期Table 3 Dynamic model of quality change under different factors and prediction of shelf life

不同氧氣濃度條件下米威化 POV 對數(shù)隨時間變化的擬合結果如圖4所示。各組回歸系數(shù)均大于0.95，表明擬合度好。品質變化速率kT隨氧氣濃度增加而變大，氧氣濃度對產(chǎn)品氧化影響顯著。

圖4 不同氧氣濃度下氧化速率擬合線Fig.4 The fitting line of the oxidation rate at different oxygen concentrations

不同溫度條件下米威化POV對數(shù)隨時間變化的擬合結果如圖5所示。各組回歸系數(shù)均大于0.9，表明擬合度較好。品質變化速率kT隨溫度升高而變大，溫度對產(chǎn)品氧化影響明顯。

圖5 不同溫度下氧化速率擬合線Fig.5 The fitting line of the oxidation rate at different temperatures

將不同溫度下擬合得到的品質變化速率kT取對數(shù)并代入公式(5)，再以1/T為橫軸，對lnkT作圖，并對數(shù)據(jù)進行線性回歸(圖6)，得到關于溫度T的線性回歸方程lnkT=-1.429 58-187.105 17(1/T)，回歸系數(shù)R2=0.976 88，表明擬合度好。

Arrhenius方程作為溫度對食品中化學反應速率和生物過程影響的模型被廣泛應用[20]，其表達如公式(4)所示：

(4)

式中：k0，頻率因子；EA，活化能，J/mol；T，食品儲藏溫度，K；R，氣體常數(shù)，值為8.314 J/(mol·K)。

將式(4)代入式(2)，再通過變形可得米威化餅干關于溫度T的貨架期預測方程(5)為：

(5)

將公式(4)兩邊取對數(shù)可得公式(6)：

(6)

即lnkT與1/T呈線性關系，將試驗所得米威化餅干在23、30、40、50 ℃下保存的品質特征指標值進行擬合，即可求出EA=1 538.98 kJ/mol，k0=0.23。

圖6 線性回歸擬合Fig.6 Linear regression fitting

將國標規(guī)定的過氧化值y和測試所得的初始過氧化值y0代入公式(5)，化簡可得米威化在常氧條件下的貨架期預測模型，如公式(7)所示：

(7)

將不同溫度條件代入公式(7)，得到各儲藏溫度條件下的預測貨架期(表4)，將它們與實際測試所得貨架期比較，求得預測的相對誤差在±10%之內，表明此模型在23～50 ℃能夠較為準確地預測米威化貨架期。計算可得到米威化在常溫常氧儲存條件下的預測貨架期為107 d。

表4 大氣環(huán)境條件下米威化貨架期預測值與實測值Table 4 The predicted and measured value of shelf life of rice wafer under atmospheric environment

注：—表示未測

3 結論

(1)在不同包裝內氧氣濃度條件下儲藏的米威化的 POV 隨儲藏時間增加而升高，且氧氣濃度越高，指標增長越快。50 ℃下，常氧包裝的產(chǎn)品37 d超過國標規(guī)定 POV(0.25 g/100g)，而真空包裝的產(chǎn)品42 d的 POV 僅為0.088 g/100g，根據(jù)國標規(guī)定值預測貨架期為83 d，氧氣濃度對產(chǎn)品貨架期影響顯著。色差隨儲藏時間整體呈波動上升，但所有組色差變化在5以內，變化不顯著。感官指標隨儲藏時間增加而不斷降低，抽真空和高溫處理對產(chǎn)品的感官指標影響最為明顯。經(jīng)過42 d后，除大氣組綜合評分在4分以下，其余組別均在4～6分。

(2)在大氣氧濃度儲藏環(huán)境下，不同溫度儲藏的米威化 POV 隨時間增加而升高，且溫度越高，指標增長越快。常氧下，米威化在40 ℃下保存的實測貨架期為48 d，而50 ℃僅為37 d，溫度對產(chǎn)品貨架期影響顯著。

(3)根據(jù)米威化的POV測試結果，建立了產(chǎn)品的貨架期預測模型，在23～50 ℃預測值相對誤差在±10%之內，計算得米威化在23 ℃大氣氧含量保存條件下，貨架期為107 d。