李天一，孫波，解雙瑜，柳凱，李智

(東北農業(yè)大學 食品學院，黑龍江 哈爾濱，150030)

東北農家醬是以大豆為原料利用環(huán)境中微生物經發(fā)酵形成的一種調味品[1-3]，因其風味獨特、味道鮮美、營養(yǎng)豐富[4]、具有功效[5-8]而被廣泛制作和食用。東北農家醬在貯藏過程中品質容易受到外界環(huán)境影響，其中溫度就會對該產品中微生物的增殖代謝產生影響，使其中如氨基酸態(tài)氮、蛋白質、還原糖等多種營養(yǎng)物質會被雜菌無意義消耗降解[9]，導致該產品的品質降低，也縮短了貨架期[10]。多數(shù)食品在貯藏過程中品質的變化可以通過動力學模型進行表達，通過動力學模型與Arrhenius方程擬合構建數(shù)學模型[11-13]并對貨架期進行預測。目前對于構建東北農家醬貨架期預測模型的研究很少，因此如何對東北農家醬貨架期進行快速精準預測意義重大。

本文探究在4、 25、 37 ℃貯藏條件下東北農家醬感官評分、氨基酸態(tài)氮、總酸、總酯、菌落總數(shù)指標的變化，分析各指標之間的Pearson相關性。在此基礎上，通過Arrhenius方程構建品質與貯藏溫度和貯藏時間之間的動力學模型對不同貯藏條件下東北農家醬的貨架期進行預測，為東北農家醬在今后物流和市場銷售過程中其品質變化規(guī)律的控制及貨架期的精準預測提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北農家醬，黑龍江省哈爾濱市順彩食品有限公司提供；牛肉膏、酵母膏、蛋白胨，北京奧博星生物科技有限公司；甲醛、HCl、乙醇、NaOH、葡萄糖，天津市凱通化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

PHS-3E酸度計，上海雷磁儀器有限公司；FA2004分析天平，上海衡平儀器儀表廠；DHP-9162電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津市泰斯泰斯儀器有限公司；超凈工作臺，蘇凈集團安泰公司；CJJ-843磁力攪拌器，江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；XZG-3-A旋轉蒸鍋，溫州市博泰機械科技有限公司

1.3 實驗方法

1.3.1 東北農家醬的生產工藝流程

東北農家醬的生產工藝流程如下：

大豆→除雜→浸泡→蒸料→制醬曲→加鹽水→發(fā)酵→灌裝→封袋→滅菌→成品

工藝要點分為以下5點:

(1)浸泡：選擇品質優(yōu)良的大豆，置于泡豆池中加清水進行為8～12 h的室溫浸泡，當大豆達到充分膨脹且豆粒無明顯硬芯時，浸泡結束。

(2)蒸料：將浸泡好的大豆放入旋轉蒸鍋內，在121 ℃、30～40 min條件下進行蒸煮，獲得熟料。

(3)制醬曲：將蒸煮好的大豆制成曲塊置于18～20 ℃、相對濕度60%的曲室內，進行90 d的制醬曲，當曲塊表面長出淡黃色或嫩黃綠色的孢子，并具有醬曲特殊的香氣，則醬曲已成熟。

(4)發(fā)酵：將醬曲與食鹽按4∶1的質量比投放到發(fā)酵池中進行發(fā)酵。定期用打耙器對醬醪進行打耙，發(fā)酵時間約為90 d，待醬醪呈紅褐色，有光澤，具有獨特的醬香和酯香即發(fā)酵完成。

(5)滅菌：將發(fā)酵好的醬醪灌裝密封，進行巴氏殺菌，則為成品。

1.3.2 樣品采集

選擇5個不同批次東北農家醬成品，平均分為3份，分別在4、 25、 37 ℃條件下進行貯藏。每25 d進行取樣，直到感官不能接受時停止取樣。對樣品進行氨基酸態(tài)氮、總酸、總酯、菌落總數(shù)的測定并進行感官評分。取樣過程在哈爾濱市順彩食品責任有限公司完成。

1.3.3 理化指標的測定

氨基酸態(tài)氮測定參照GB/T 5009.235—2016食品安全國家標準食品中氨基酸態(tài)氮的測定；總酸測定：參照GB/T 5009.239—2016食品安全國家標準食品酸度的測定；總酯測定：參照GB/T 10345—2007白酒分析方法中總酯測定。

1.3.4 菌落總數(shù)的測定

菌落總數(shù)測定參照GB/T 4789.2—2016食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定。

1.3.5 感官評分

隨機選擇10人經過專業(yè)培訓組成評分小組，參照GB/T 24399—2009黃豆醬的感官評分方法，對東北農家醬進行感官評分。感官評分中各指標及評分標準如表1所示，對東北農家醬中滋味、氣味、色澤、體態(tài)4個方面分別打分，按4個方面的權重計算東北農家醬整體感官評分[14-15]，具體計算方法為感官整體評分=滋味評分×30%+氣味評分×30%+色澤評分×30%+體態(tài)評分×10%。

1.3.6 東北農家醬貨架期預測方法

將各指標進行Pearson相關性分析，選擇與感官整體評分相關系數(shù)最大的指標分別進行零級、一級動力學模型[公式(1)、公式(2)]擬合。選擇擬合度較高的動力學模型，與Arrhenius方程[公式(3)]結合，構建東北農家醬貨架期預測模型。

表1 東北農家醬感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria for northeast farmhouse sauce

B=B0-kt

(1)

B=B0ekt

(2)

式中：t，貯藏時間，d；B，貯藏t時指標水平；B0，指標初始水平；k，指標反應速率常數(shù)。

(3)

式中：k，反應速率常數(shù)；Ea，反應活化能，kJ/mol；T，貯藏的絕對溫度，K；k0，指前因子；R，氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)。

分別將零級、一級動力學模型與Arrhenius方程結合，構建東北農家醬貨架期預測模型，分別如公式(4)和公式(5)所示：

(4)

(5)

1.4 數(shù)據處理

主要采用SPSS 22.0和Excel 2016軟件對數(shù)據進行Pearson相關性分析、各組數(shù)據的差異性分析，趨勢圖分析。采用Origin.9軟件作圖，實驗結果用平均值±標準差表示，實驗重復3次。

應用統(tǒng)計學軟件即SPSS18.0實施綜合處理，分析文本資料后，計數(shù)資料采用卡方檢驗，計量資料則是用（±s）進行表示，行t檢驗后若P＜0.05，就說明臨床結果的比較差異明顯，具備統(tǒng)計學意義。

2 結果與分析

2.1 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下品質變化

2.1.1 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下感官評分變化

表2為4、 25、 37 ℃貯藏條件下東北農家醬感官整體評分結果，圖1為滋味、氣味、色澤、體態(tài)4個方面感官評分結果。在0～75 d貯藏期，通過4個方面分析可知,該產品持續(xù)保持著味鮮醇厚、具有濃郁的醬香和酯香等良好的品質，說明該產品一直處于貨架期之內。在貯藏75 d后，與4、 25 ℃貯藏條件相比，37 ℃貯藏條件下品質明顯降低，在貯藏100 d左右時，出現(xiàn)了色澤變暗、口感苦澀，個別產品有微弱的惡臭氣味等現(xiàn)象，超過可接受的范圍，所以37 ℃貯藏條件下該產品到達了貨架期終點。感官品質可作為消費者購買的重要因素，所以感官評分可作為一項重要指標，通過分析與其他指標間的相關性，選擇出適宜構建貨架期預測模型的關鍵指標[16]。

a-滋味;b-氣味;c-色澤;d-體態(tài)圖1 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下感官評分變化Fig.1 Change in sensory score of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

表2 東北農家醬在4、 25、 37 ℃ 貯藏條件下感官整體評分Table 2 Overall sensory score of northeast farmhouse sauce stored at 4、 25、 37 ℃

2.1.2 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下氨基酸態(tài)氮變化

由圖2可知，在4、 25、 37 ℃貯藏條件下東北農家醬中氨基酸態(tài)氮含量由初始值1.09 g /100g在貯藏100 d后分別減少至1.00、0.97、0.95 g/100g。在0～50 d貯藏期，不同貯藏條件下氨基酸態(tài)氮含量均有降低。在50～100 d貯藏期，其含量均持續(xù)降低，但速度略微緩慢。氨基酸態(tài)氮對東北農家醬的風味起到非常重要的作用，一定程度反映了該產品的品質[17-18]。

圖2 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下氨基酸態(tài)氮變化Fig.2 Change in amino acid nitrogen of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.1.3 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下總酸變化

由圖3可知，在4、 25、 37 ℃貯藏條件下東北農家醬總酸含量由初始值1.07 g /100g在貯藏100 d后分別增加至1.37、1.43、1.60 g/100g。在0～75 d貯藏期，不同貯藏條件下總酸含量有所增加，增加速度逐漸變快，其中37 ℃條件下增加最快，在75～100 d貯藏期，總酸含量雖然依舊增加，但增加速度緩慢，有逐漸趨于平穩(wěn)的趨勢。在東北農家醬貯藏前期，微生物增殖代謝速率較快產生多種有機酸[19]，隨著貯藏時間的延長及溫度的影響，微生物的生長代謝速度逐漸緩慢，總酸的含量可能受到影響[20]。

圖3 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下總酸變化Fig.3 Change in total acid of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.1.4 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其總酯變化

圖4 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下總酯變化Fig.4 Change in total ester of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.1.5 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其菌落總數(shù)變化

由圖5可知，在4、 25、 37 ℃貯藏條件下東北農家醬菌落總數(shù)由初始值5.21 lgCFU/g在貯藏100 d后分別增加至6.40、7.02、7.97 lgCFU/g。在0～75 d貯藏期，不同貯藏條件下菌落總數(shù)持續(xù)增加，在75～100 d的貯藏期，菌落總數(shù)增加速度逐漸緩慢。對于整個反應體系而言，溫度的變化對微生物的生長代謝有重要的影響[22]，一些有害微生物的大量繁殖，對該產品的品質產生影響[23]并縮短了東北農家醬的貨架期，不利于保存。

圖5 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下菌落總數(shù)變化Fig.5 Change in colonies number of northeast farmhousesauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.2 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其貨架期預測模型的建立

2.2.1 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其指標Pearson相關性分析

表3～表5為東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下各指標間的Pearson相關性分析。相關系數(shù)越大，說明兩者相關性越強。在不同貯藏條件下，該產品的感官整體評分與多指標間的相關系數(shù)均>0.80，相關性較好。其中均與菌落總數(shù)相關系數(shù)最高，在4、 25、 37 ℃貯藏條件下相關系數(shù)分別為0.943、0.956、 0.971。因此可以把菌落總數(shù)作為該產品貨架期預測模型的關鍵指標。在37 ℃條件下貯藏100 d時，感官評分達到最低，該產品品質降低，貨架期達到終點，此時菌落總數(shù)為9.3×107CFU/g，因此可將菌落總數(shù)數(shù)量達到9.3×107CFU/g 時作為東北農家醬的貨架期終點。

表3 東北農家醬在4 ℃貯藏條件下其指標間Pearson相關系數(shù)Table 3 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce stored at 4 ℃

注：**表示差異具有顯著性(P<0.05)(下同)

表4 東北農家醬在25℃貯藏條件下其指標間Pearson相關系數(shù)Table 4 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce storage at 25℃

表5 東北農家醬在37 ℃貯藏條件下其指標間Pearson相關系數(shù)Table 5 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce storage at 37℃

2.2.2 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下反應級數(shù)的確定

表6為東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其菌落總數(shù)的零級和一級反應速率常數(shù)及決定系數(shù)R2及∑R2。R2和∑R2越大說明線性關系越好，擬合度越高。綜合分析，菌落總數(shù)指標的變化更符合零級動力學模型。

表6 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其菌落總數(shù)的動力學模型參數(shù)Table 6 Kinetic model parameters of colonies number of northeast farmhouse sauce storage at 4、 25、 37 ℃

2.2.3 東北農家醬在4、25、37 ℃貯藏條件下其貨架期預測模型建立

根據1.3.6方程算出東北農家醬菌落總數(shù)的活化能Ea為17 941.612 kJ/mol，指前因子k0為28.619 8，R2=0.977。代入公式(4)中，可得菌落總數(shù)的貨架期預測模型如公式(6)所示：

(6)

根據上式可知，已知貯藏溫度和菌落總數(shù)初始值以及貯藏t時數(shù)值，即可計算在某一溫度下的東北農家醬的貨架期。

2.2.4 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其貨架期模型的預測及驗證

表7為東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其貨架期預測值與實測值的比較，兩者的相對誤差在10%以內，這表明該模型可以用來預測東北農家醬貨架期。

表7 東北農家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其菌落總數(shù)指標的貨架期預測值和實測值Table 7 Shelf life predicted and measured value of colonies number of northeast farmhouse sauce storage at 4，25，37 ℃

3 結論

通過對東北農家醬在不同貯藏條件下各指標的變化結果分析可知，貯藏溫度對該產品的品質影響較大，在4 ℃貯藏條件下可以有效延緩各指標的變化速度，較好地維持該產品的品質與營養(yǎng)。將菌落總數(shù)擬合度較高的零級動力學模型與Arrhenius方程結合構建貨架期預測模型，其預測值與實測值的相對誤差在10%以內，表明該模型的可信度高，可作為東北農家醬貨架期預測的一種有效途徑，并對該產品在物流運輸、市場銷售過程中品質的把控提供理論參考依據。