王慧潔 ，白 巖 ，張國(guó)治 *,張康逸

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

饅頭在儲(chǔ)藏過程中，由于含水量較大，會(huì)出現(xiàn)腐敗變質(zhì)以及感官品質(zhì)下降的現(xiàn)象[1]。這是一個(gè)物化、生化以及微生物生長(zhǎng)代謝的復(fù)雜變化過程。在儲(chǔ)藏過程中，饅頭中的水分含量、水分活度、微生物指標(biāo)以及質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)均對(duì)其品質(zhì)有著很大的影響。此外，饅頭的主要原料以及包裝方式等對(duì)其儲(chǔ)藏品質(zhì)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(zhì)變化特性與其生化反應(yīng)的速率常數(shù)和活化能等動(dòng)力學(xué)特性有關(guān)[2]。動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)食品貨架期具有快速、簡(jiǎn)便、投資少等優(yōu)點(diǎn)[3]。目前動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)食品貨架期是食品保鮮研究的熱點(diǎn)問題，已有學(xué)者利用不同的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)雞蛋[4]、蔬菜[5-7]、水果[8]等的品質(zhì)和貨架期作過一些研究工作，但對(duì)甜玉米饅頭變化的動(dòng)力學(xué)特性和貨架期預(yù)測(cè)研究尚未見報(bào)道。

本文通過選擇25℃、15℃以及4℃條件下探究甜玉米饅頭在儲(chǔ)藏過程中微生物的生長(zhǎng)規(guī)律、感官品質(zhì)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(guān)系式，建立貨架期預(yù)測(cè)模型，以期為甜玉米饅頭的儲(chǔ)藏保鮮以及貨架期的預(yù)測(cè)提供一些理論上的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)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(jì)數(shù)瓊脂、孟加拉紅培養(yǎng)基：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.1.2 設(shè)備

HVE-50高壓蒸汽滅菌鍋，哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；BHC-1100無菌工作臺(tái)，瑞士梅特勒托利多有限公司；Micro MR-CL-I低場(chǎng)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(cè)量?jī)x，無錫市華科儀器儀表有限公司；ColorFlex EZ 色差儀，HunterLab。

1.2 試驗(yàn)方法

甜玉米粉制作、饅頭制作工藝及感官評(píng)價(jià)方法見參考文獻(xiàn)[9]。

1.3 微生物檢測(cè)

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

1.4 甜玉米饅頭貯藏條件

將甜玉米饅頭用保鮮袋進(jìn)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(yù)測(cè)及儲(chǔ)藏品質(zhì)實(shí)驗(yàn)

2.1 貨架期預(yù)測(cè)模型

2.1.1 一級(jí)動(dòng)力模型

由于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型能較好地反應(yīng)食品品質(zhì)的變化，現(xiàn)如今已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)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(biāo)變化速率常數(shù)；t為甜玉米饅頭的儲(chǔ)藏時(shí)間（單位h）；lnA為甜玉米饅頭儲(chǔ)藏t h的菌落總數(shù)值。

2.1.2 Arrhenius方程

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同儲(chǔ)藏溫度下甜玉米饅頭的菌落總數(shù)值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化曲線，經(jīng)過一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)儲(chǔ)藏溫度和其對(duì)應(yīng)的kT值進(jìn)行擬合得到Ar-rhenius方程。

對(duì)式（2）取對(duì)數(shù)：

式中：k0為頻率因子；Ea為反應(yīng)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(duì)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(duì)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(chǔ)藏溫度條件下品質(zhì)指標(biāo)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(cè)定

2.2.1 色差值測(cè)定

利用色差儀測(cè)定樣品的色差。

2.2.2 甜玉米饅頭水分及水分活度的測(cè)定

水分含量：根據(jù) GB/T 5009.5-2016測(cè)定；水分活度：樣品剪碎至2 cm，使用水分活度計(jì)測(cè)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(cè)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(shè)線圈的固定位置。采用核磁共振波普（NMR）技術(shù)分析甜玉米饅頭橫向弛豫時(shí)間T2。

測(cè)定條件：采用點(diǎn)數(shù)TD=40 000；回?fù)軅€(gè)數(shù)：2000；回?fù)軙r(shí)間：0.100 ms；采樣頻率 Sw=200；樣品間隔時(shí)間：Tw=1 500；累加次數(shù)：NS=8[10]。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同儲(chǔ)藏溫度下甜玉米饅頭感官評(píng)價(jià)

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(chǔ)藏在不同溫度下，通過感官評(píng)分，對(duì)甜玉米饅頭的口感、風(fēng)味、表面狀態(tài)以及整體的可接受程度等指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果如圖1(a，b，c)所示：隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，3個(gè)溫度饅頭的感官評(píng)分降低，這主要是因?yàn)樘鹩衩尊z頭的水分在不斷散失，硬度不斷增大，導(dǎo)致饅頭的口感不再柔軟。在儲(chǔ)藏后期微生物迅速增長(zhǎng)，饅頭表面出現(xiàn)白色的霉斑，品質(zhì)惡化，無法繼續(xù)食用。在4℃儲(chǔ)藏過程中，儲(chǔ)藏至第14天時(shí)，饅頭表面出現(xiàn)較少的霉菌，質(zhì)地較硬，建議停止食用。當(dāng)儲(chǔ)藏至第16天時(shí)，饅頭的品質(zhì)極其惡劣，表面的霉菌呈爆發(fā)性增長(zhǎng)，饅頭內(nèi)部出現(xiàn)粘連的白色霉菌。在15℃儲(chǔ)藏過程中，當(dāng)儲(chǔ)藏至第6天時(shí)，觀察其表面出現(xiàn)幾個(gè)較小的霉點(diǎn)，饅頭內(nèi)部色澤變暗。在25℃儲(chǔ)藏過程中，甜玉米饅頭的儲(chǔ)藏時(shí)間最短，當(dāng)儲(chǔ)藏至第48小時(shí)的時(shí)候，饅頭表面出現(xiàn)一兩個(gè)霉點(diǎn)，儲(chǔ)藏至第3天時(shí)，饅頭表面已經(jīng)長(zhǎng)滿霉菌，品質(zhì)惡劣。

圖1 不同儲(chǔ)藏溫度條件下的感官評(píng)分

3.2 不同儲(chǔ)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(gè)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(chǔ)藏時(shí)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(zhǎng)，且儲(chǔ)藏溫度對(duì)菌落總數(shù)的生長(zhǎng)有著十分明顯的關(guān)系。當(dāng)儲(chǔ)藏溫度在25℃時(shí)，菌落總數(shù)的增長(zhǎng)速度非常之快，儲(chǔ)藏至第2天時(shí)便超出了6 lg（CFU/g）；在15℃儲(chǔ)藏條件下，儲(chǔ)藏至第6天菌落總數(shù)超出6 lg（CFU/g）；在4℃儲(chǔ)藏條件下，儲(chǔ)藏至第13天菌落總數(shù)超出6 lg（CFU/g）。

圖2 儲(chǔ)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(chǔ)藏初期細(xì)菌菌落總數(shù)繁殖較為迅速，成為優(yōu)勢(shì)菌，霉菌在儲(chǔ)藏初期變化相對(duì)不明顯，這主要是因?yàn)樵趦?chǔ)藏初期，細(xì)菌與霉菌爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生抑制霉菌生長(zhǎng)的物質(zhì)，使得霉菌基本上無法生長(zhǎng)。當(dāng)儲(chǔ)藏至中后期，有適合霉菌生長(zhǎng)的環(huán)境時(shí)，霉菌呈爆發(fā)性增長(zhǎng)，導(dǎo)致饅頭的品質(zhì)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(zhì)產(chǎn)生。

表1 甜玉米饅頭中不同儲(chǔ)藏溫度下霉菌/酵母菌的變化

3.3 甜玉米饅頭品質(zhì)動(dòng)力學(xué)

實(shí)驗(yàn)對(duì)甜玉米饅頭在4℃、15℃、25℃三個(gè)儲(chǔ)藏溫度下進(jìn)行菌落總數(shù)的一級(jí)動(dòng)力學(xué)回歸分析，即菌落總數(shù)值與時(shí)間的變化關(guān)系式滿足于：

式中：lnA是儲(chǔ)藏t時(shí)間菌落總數(shù)值，lnA0是初始時(shí)的菌落總數(shù)值。

甜玉米饅頭儲(chǔ)藏在4℃、15℃、25℃下，得到菌落總數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)模型回歸方程，結(jié)果見表2：由于甜玉米饅頭儲(chǔ)藏在不同溫度條件下，擬合所得的失重率的動(dòng)力學(xué)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(guān)系式，得到lnk與1/T呈現(xiàn)總關(guān)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(guān)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(chǔ)藏t h的菌落總數(shù)值；A0為甜玉米饅頭儲(chǔ)藏0 h的菌落總數(shù)值。

根據(jù)甜玉米饅頭貨架期預(yù)測(cè)模型，一旦確定了甜玉米饅頭的初始品質(zhì)值、終點(diǎn)品質(zhì)值及儲(chǔ)藏溫度，可推斷出確定的儲(chǔ)藏溫度下甜玉米饅頭儲(chǔ)藏時(shí)間。

3.4 甜玉米饅頭品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)

饅頭的保質(zhì)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(chǔ)藏在不同溫度下，至饅頭出現(xiàn)霉點(diǎn)或者異常氣味所需時(shí)間為饅頭的保質(zhì)期。在不同溫度下儲(chǔ)藏的饅頭，通過感官評(píng)分發(fā)現(xiàn)，當(dāng)饅頭出現(xiàn)霉點(diǎn)或者異味時(shí)，此時(shí)測(cè)量的菌落總數(shù)均為106CFU/g左右。這與劉長(zhǎng)虹[12]的研究結(jié)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(fù)熱后認(rèn)為是可食用的。趙笑笑等[14]同樣驗(yàn)證了此定論。表4分別為儲(chǔ)藏277 K、288 K、298 K的條件下，甜玉米饅頭貨架期的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值。由此得出饅頭在儲(chǔ)藏4℃時(shí)，建議在13 d內(nèi)食用完畢，在儲(chǔ)藏15℃時(shí)，建議在5.5 d內(nèi)食用完畢，在儲(chǔ)藏25℃時(shí)，建議在2 d內(nèi)食用完畢。

表4 甜玉米饅頭在不同儲(chǔ)藏溫度下貨架期預(yù)測(cè)值及實(shí)測(cè)值

3.5 甜玉米饅頭在4℃儲(chǔ)藏過程中理化指標(biāo)的變化

3.5.1 4℃儲(chǔ)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(chǔ)藏過程中由于水分含量的散失、水分的遷移、活性物質(zhì)的氧化、蛋白及脂肪的變化等原因，均會(huì)影響甜玉米饅頭的色澤[15]。甜玉米饅頭在儲(chǔ)藏過程中色澤的變化如表5所示，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，L*值（明暗度）緩慢降低。甜玉米饅頭的L*值隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加緩慢降低，當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間達(dá)到16 d時(shí)，L*值略微升高。劉長(zhǎng)虹[16]曾指出，微生物的生長(zhǎng)是導(dǎo)致饅頭色澤變化的主要原因之一。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加b*值（黃藍(lán)色度）呈增加的趨勢(shì)（向偏黃方向轉(zhuǎn)變）。這可能是因?yàn)樘鹩衩追壑谢钚晕镔|(zhì)含量相對(duì)較多，在儲(chǔ)藏初期甜玉米饅頭中受活性物質(zhì)的影響使得甜玉米饅頭的黃色變深。

表5 4℃儲(chǔ)存條件下饅頭表皮色差的變化

3.5.2 4℃下儲(chǔ)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(huì)影響?zhàn)z頭的新鮮度、質(zhì)構(gòu)及感官品質(zhì)[17]。因此，對(duì)甜玉米饅頭在4℃儲(chǔ)藏條件下水分含量及水分活度的變化進(jìn)行分析，結(jié)果見圖3及圖4。

圖3 4℃儲(chǔ)藏條件下甜玉米饅頭水分含量的變化

隨著儲(chǔ)藏時(shí)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(chǔ)藏初期，甜玉米饅頭水分散失極快，隨著儲(chǔ)藏時(shí)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(dāng)儲(chǔ)藏至16 d時(shí)，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(chǔ)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(jié)合程度成負(fù)相關(guān)，Aw較低時(shí)，食品的穩(wěn)定性較好，食品不易腐敗變質(zhì)。在儲(chǔ)藏期間，Aw的變化與水分的散失速度及水分結(jié)合狀態(tài)均有關(guān)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(chǔ)藏時(shí)間的增加，Aw均呈下降的趨勢(shì)，其中，甜玉米饅頭芯Aw的變化相對(duì)不明顯，這可能與水分含量的變化有一定的關(guān)系，甜玉米饅頭芯的水分散失的速度相對(duì)較小。在儲(chǔ)藏后期，Aw的降低幅度較大，這對(duì)甜玉米饅頭的質(zhì)地特性有一定程度的影響，低Aw的饅頭通常有較硬的質(zhì)地特性。

圖4 4℃儲(chǔ)藏條件下甜玉米饅頭水分活度的變化

3.5.3 4℃儲(chǔ)藏過程中甜玉米饅頭水分遷移規(guī)律的變化

饅頭在儲(chǔ)藏過程中水分的分布情況以及水分的狀態(tài)對(duì)其都有很大的影響[19]。憑借核磁共振波譜（NMR）技術(shù)可以檢測(cè)食品中水分分布的狀態(tài)，它主要是通過測(cè)定流動(dòng)性水分子中氫核的橫向弛豫時(shí)間T2，反應(yīng)食品中水分的分布以及遷移情況[20]。T2越長(zhǎng)，表示樣品中水分子的流動(dòng)性越好。根據(jù)饅頭中水分的結(jié)合狀態(tài)可劃分為三種狀態(tài)：即 T21(0.01～1 ms)表示流動(dòng)性最弱的緊密結(jié)合水的弛豫時(shí)間;T22(1～100 ms)表示流動(dòng)性居中的弱結(jié)合水的弛豫時(shí)間；T23（>100）表示流動(dòng)性最強(qiáng)自由水的弛豫時(shí)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(shì)，T22的峰比例（A2）呈上升的趨勢(shì)。甜玉米饅頭在儲(chǔ)藏過程中，淀粉趨于老化的趨勢(shì)，且不可逆轉(zhuǎn)，甜玉米饅頭的緊密結(jié)合水逐漸降低。由于饅頭在儲(chǔ)藏過程中密封保存，所以水分散失含量較小，導(dǎo)致儲(chǔ)藏至后期饅頭的水分狀態(tài)變化不明顯。

圖5 4℃儲(chǔ)藏下甜玉米饅頭橫向弛豫時(shí)間（T2）分布

表6 甜玉米饅頭不同儲(chǔ)存時(shí)間的弛豫時(shí)間和峰比例

4 結(jié)論

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

在4℃儲(chǔ)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(chǔ)藏后期L*值略微增加。通過對(duì)4℃儲(chǔ)藏的甜玉米饅頭中NMR的圖譜分析，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，甜玉米饅頭水分的結(jié)合狀態(tài)有所改變，水分狀態(tài)由多分子層結(jié)合水向單分子層結(jié)合水轉(zhuǎn)化。