王晨祥，羅文珊，傅曼琴，周曉君，曾勁，周曉愉，黃健恒，徐玉娟*

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610）（2.廣州市洲星食品有限公司，廣東廣州 510450)

馬蹄（Eleocharis qinghaiensis）又稱為荸薺、地梨，是莎草科植物荸薺屬的一種水生草本植物，主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)[1]。馬蹄中含有荸薺英、多酚、多糖、黃酮類、甾醇等多種功能活性成分[2-4]。據(jù)《本草綱目》記載，馬蹄具有清熱生津、利咽化痰、預(yù)防便秘、明目醒酒、滋陰消腫的功效，可用于治療胃腸炎和呼吸道疾病，是一種深受消費(fèi)者喜愛(ài)的食物[5-7]。鮮馬蹄中水分含量較高，易引發(fā)微生物生長(zhǎng)而導(dǎo)致馬蹄腐敗變質(zhì)[8]。研究表明，不同加工方式對(duì)于馬蹄的活性成分影響較大，鮮切處理后的馬蹄活性成分損失迅速，而適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可以更好地保留其活性成分[9]。食品工業(yè)中常以馬蹄為原料，生產(chǎn)不同類型的馬蹄產(chǎn)品，如馬蹄汁、發(fā)酵飲料、果酒果醋、馬蹄淀粉等，在保留其活性成分的同時(shí)可延長(zhǎng)馬蹄產(chǎn)業(yè)鏈和增加馬蹄產(chǎn)品的附加值。

馬蹄糕作為馬蹄淀粉類主要加工產(chǎn)品[10]，一直是備受人們喜愛(ài)的傳統(tǒng)中國(guó)特色甜食，尤其是在廣東、福建、廣西等地，作為當(dāng)?shù)夭椟c(diǎn)文化的代表性美食之一，馬蹄糕幾乎紅遍大街小巷[11-13]。由于馬蹄糕營(yíng)養(yǎng)豐富、水分含量高，導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)速度快，因此成品馬蹄糕極易出現(xiàn)水樣、脹氣、白斑等現(xiàn)象，一般保質(zhì)期不超過(guò)2周[14]，極大地限制了馬蹄糕市場(chǎng)流通能力，使其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降。因此，探究如何延長(zhǎng)馬蹄糕保質(zhì)期是促進(jìn)馬蹄糕產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必要舉措。本研究以現(xiàn)有馬蹄糕生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，通過(guò)研究不同殺菌溫度、時(shí)間及食品防腐劑種類和添加含量對(duì)于馬蹄糕微生生物生長(zhǎng)的影響，進(jìn)一步采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得最佳抑菌工藝，并在此基礎(chǔ)探究了不同貯藏時(shí)間對(duì)馬蹄糕品質(zhì)的影響，以期為現(xiàn)有馬蹄糕生產(chǎn)企業(yè)提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原料

馬蹄粉由采用廣州市州星食品有限公司提供（原大田馬蹄粉廠）；蔗糖（市售）、雙乙酸鈉、山梨酸鉀、丙酸鈣、脫氫乙酸鈉、乳酸鏈球菌素均為食品級(jí)，河南清源食品配料有限公司。

1.2 儀器

電磁爐，浙江蘇泊爾股份有限公司；60目網(wǎng)篩，浙江上虞市道墟五四儀器紗篩廠；Ultra Scan VISX型全自動(dòng)色差儀，美國(guó)Hunter Lab公司；TA-XT.PLUS物性分析儀，英國(guó)SMS公司；立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；MJX-250B-Z型培養(yǎng)箱，上海博訊視野有限公司。

1.3 馬蹄糕制作方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 工藝操作要點(diǎn)

（1）制備生漿所用馬蹄粉使用前過(guò)60目篩，避免因存在小顆粒等雜質(zhì)而影響產(chǎn)品整體外觀；

（2）糖水完全煮沸后關(guān)火，將全部生漿加入至沸騰糖液中，反復(fù)攪拌至均勻粘稠狀；

（3）混合后的粘稠漿倒入模具后放入蒸鍋，置于電磁爐上以1600 kW的功率蒸煮45 min，直至馬蹄糕呈透明狀；

（4）冷卻至室溫后進(jìn)行切塊包裝、殺菌。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 單因素實(shí)驗(yàn)

通過(guò)考察殺菌溫度、殺菌時(shí)間和不同食品防腐劑種類及添加量對(duì)馬蹄糕中微生物含量的影響，進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.4.1.1 殺菌溫度

將制備的馬蹄糕用真空袋包裝，置于高溫滅菌鍋中，分別以90、100和110 ℃殺菌30 min，隨后將馬蹄糕放置在28 ℃條件下貯藏15 d，測(cè)定樣品微生物生長(zhǎng)情況。

1.4.1.2 殺菌時(shí)間

將制備的馬蹄糕用真空袋包裝，置于高溫滅菌鍋中，110 ℃分別殺菌15、30和45 min，測(cè)定殺菌后28 ℃條件下貯藏15 d后馬蹄糕樣品微生物生長(zhǎng)情況。

1.4.1.3 不同防腐劑

篩選了5種可以用于馬蹄糕中添加的食品防腐劑，根據(jù)GB 8957-2016《糕點(diǎn)面包衛(wèi)生規(guī)范》和GB 2760-2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》最大添加量要求，分別添加丙酸鈣2.5 g/kg、雙乙酸鈉4.0 g/kg、山梨酸鉀1.0 g/kg、脫氫乙酸鈉0.5 g/kg、乳酸鏈球菌素0.3 g/kg至馬蹄糕中，真空包裝后，于110 ℃條件下殺菌30 min，測(cè)定殺菌后28 ℃條件下貯藏15 d后馬蹄糕樣品微生物生長(zhǎng)情況。

1.4.1.4 防腐劑含量

制備脫氫乙酸鈉添加量不同的馬蹄糕，真空包裝后于110 ℃殺菌30 min，測(cè)定殺菌后28 ℃條件下貯藏15 d后馬蹄糕樣品微生物生長(zhǎng)情況，篩選出符合標(biāo)準(zhǔn)的添加劑含量。

1.4.2 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

在單因素優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，從不同殺菌時(shí)間、不同殺菌溫度、不同食品防腐劑添加量3個(gè)方面進(jìn)行L9(33)的正交實(shí)驗(yàn)，以菌落總數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定馬蹄糕抑制微生物生長(zhǎng)的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案，并在此基礎(chǔ)上研究不同貯藏時(shí)間馬蹄糕品質(zhì)變化。

1.4.3 指標(biāo)測(cè)定

1.4.3.1 微生物測(cè)定

參考GB 4789.2-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》和GB 4789.15-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 霉菌和酵母計(jì)數(shù)》的平板計(jì)數(shù)法，在無(wú)菌條件下取10 g貯藏15 d的馬蹄糕1 g置于0.9%生理鹽水中，震蕩培養(yǎng)2 h，采用平板傾注法，選取1 mL樣液傾注至培養(yǎng)基中，選擇3個(gè)連續(xù)稀釋度，取1 mL樣液至于9 mL生理鹽水中，進(jìn)行梯度稀釋，培養(yǎng)基在37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24±2 h，然后進(jìn)行菌落總數(shù)和霉菌測(cè)定，根據(jù)GB 7099-2015微生物限量的要求，菌落總數(shù)限量應(yīng)＜104cfu/g，霉菌限量應(yīng)＜150 cfu/g，大腸菌群限量應(yīng)＜10 cfu/g。

1.4.3.2 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

使用物性分析儀，選擇TPA模式測(cè)定，在吳宗帥[15]的方法基礎(chǔ)上略作修改，探頭選擇P36/R，測(cè)試條件：前探頭速度2.0 mm/s，測(cè)定時(shí)1.0 mm/s，測(cè)定結(jié)束2.0 mm/s，應(yīng)變：30%，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5.0 g。

1.4.3.3 色澤測(cè)定

取2×2×5 cm小塊的馬蹄糕，置于比色皿中，使用Ultra Scan VISX型全自動(dòng)色差儀進(jìn)行測(cè)定，以L*、a*、b*值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，L*值表示（明/暗）、a*值表示（紅/綠）、b*值表示（黃/藍(lán)）。

在李依娜[16]的方法上略作修改，計(jì)算總的色澤變化（ΔE*）。每組樣品測(cè)試五次，取平均值，ΔE*的大小表示試驗(yàn)樣品的色澤變化程度（ΔE*值越小，表示顏色變化越?。*按下式計(jì)算。

1.4.4 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)3個(gè)平行，數(shù)據(jù)用Excel 2015進(jìn)行整理，采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并用Origin 2017軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同殺菌溫度對(duì)馬蹄糕微生物的影響

分別檢測(cè)了馬蹄糕中細(xì)菌、霉菌及大腸菌群，在未殺菌組和殺菌組均未檢測(cè)到霉菌與大腸菌群，未殺菌組的菌落總數(shù)達(dá)1260 cfu/g（結(jié)果未列出），因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)僅以菌落總數(shù)作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果參考。不同溫度殺菌結(jié)果如圖1所示，100 ℃和110 ℃處理組均能有效控制馬蹄糕中細(xì)菌生長(zhǎng)，菌落總數(shù)在貯藏期間內(nèi)顯著增長(zhǎng)，可能是由于高溫處理的亞致死的微生物的活性復(fù)蘇和繁殖[17]。經(jīng)110 ℃處理的馬蹄糕中未檢測(cè)到任何微生物生長(zhǎng)，且在貯藏15 d后其菌落總數(shù)為6781 cfu/g，低于GB 8957-2016中微生物限量＜104cfu/g要求，故選擇110 ℃作為殺菌溫度。

2.2 不同殺菌時(shí)間對(duì)馬蹄糕微生物的影響

對(duì)經(jīng)不同殺菌時(shí)間處理的馬蹄糕細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示，馬蹄糕經(jīng)110 ℃殺菌30和45 min均能有效控制馬蹄糕中的微生物含量；在經(jīng)過(guò)15 d貯藏后，110 ℃殺菌15 min組的菌落總數(shù)超標(biāo)，而110 ℃殺菌30 min和110 ℃殺菌45 min均未超標(biāo)，綜合考慮選擇110 ℃殺菌30 min作為馬蹄糕殺菌條件。

2.3 不同防腐劑添加對(duì)馬蹄糕微生物的影響

微生物添加不同種類添加劑馬蹄糕菌落總數(shù)結(jié)果如圖3所示，經(jīng)殺菌后，所有樣品中菌落總數(shù)均未檢出，28 ℃儲(chǔ)藏15 d后，不同處理組的馬蹄糕中菌落總數(shù)較未儲(chǔ)藏前均有不同程度的增加，其中雙乙酸鈉組儲(chǔ)藏15 d菌落總數(shù)最少（＜200 cfu/g），但其使馬蹄糕失去原有色澤，呈現(xiàn)漂白色，其L*值明顯高于其余組別（數(shù)據(jù)未展示）；剩余組別中，脫氫乙酸鈉組的菌落總數(shù)最少，保存效果相對(duì)較好。綜合考慮到防腐劑用量與經(jīng)濟(jì)成本，且脫氫乙酸鈉為一種糕點(diǎn)中常用的防腐劑[18]，故選擇脫氫乙酸鈉作為馬蹄糕抑菌添加劑。

2.4 不同添加量的脫氫乙酸鈉對(duì)馬蹄糕微生物的影響

選擇脫氫乙酸鈉作為食品防腐劑添加到馬蹄糕中，選擇了0.2、0.3、0.4 g/kg等3個(gè)濃度作為3組實(shí)驗(yàn)對(duì)象，結(jié)果如圖4所示，3個(gè)不同組別的馬蹄糕在貯藏15 d后，0.4 g/kg組和0.3 g/kg組馬蹄糕中菌落總數(shù)均未超標(biāo)，而0.2 g/kg組菌落總數(shù)超標(biāo)，綜合考慮成本，選擇添加濃度為0.3 g/kg的脫氫乙酸鈉作為下一步優(yōu)化條件。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.5.1 極差分析結(jié)果

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表 Table 1 Orthogonal experimental design table

正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表2所示，通過(guò)極差分析可知，影響馬蹄糕菌落總數(shù)的因素排序?yàn)椋悍栏瘎┨砑恿浚練⒕鷾囟龋練⒕鷷r(shí)間，在28 ℃的儲(chǔ)藏條件下貯藏15 d，防腐劑添加量是影響馬蹄糕菌落總數(shù)的主要因素。菌落總數(shù)最少的條件為殺菌溫度110 ℃，殺菌時(shí)間30 min，脫氫乙酸鈉的添加量0.32 g/kg，此時(shí)的微生物生長(zhǎng)情況可以得到較好的抑制。

表2 正交實(shí)驗(yàn)極差結(jié)果 Table 2 Extremely poor results of orthogonal experiment

2.5.2 方差分析結(jié)果

通過(guò)SPSS軟件對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，分析的結(jié)果如表3所示，由表可知，影響因素排序?yàn)椋悍栏瘎┨砑恿浚練⒕鷾囟龋練⒕鷷r(shí)間，菌落總數(shù)最少的優(yōu)化項(xiàng)為：殺菌溫度110 ℃，殺菌時(shí)間30 min，防腐劑添加量為0.32 g/kg，這與極差分析結(jié)果一致。

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果 Table 3 ANOVA results of orthogonal experiment

2.6 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證分析

2.6.1 馬蹄糕微生物變化

對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析，分別測(cè)定最優(yōu)條件制備馬蹄糕在0、5、10、15、20 d的菌落總數(shù)，結(jié)果如圖5所示，由圖5可知，菌落總數(shù)在5～20 d之間呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，這可能與馬蹄糕中微生物生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)期有關(guān)[19]。馬蹄糕貯藏過(guò)程中，其0、5、10、15 d中霉菌均未檢測(cè)出霉菌與大腸菌群，0 d未檢測(cè)出細(xì)菌菌落，5 d檢測(cè)出其菌落總數(shù)為300 cfu/g，15 d菌落總數(shù)為6363 cfu/g，而20 d其菌落總數(shù)＞104cfu/g，超過(guò)GB 7099-2015中微生物限量要求。根據(jù)其規(guī)定，15 d馬蹄糕微生物指標(biāo)符合要求，后面馬蹄糕品質(zhì)分析選取0～15 d作為貯藏期。

2.6.2 馬蹄糕色澤變化

測(cè)定最優(yōu)條件制備馬蹄糕在貯藏0、5、10、15 d的色澤變化，結(jié)果如表4所示，貯藏10 d的馬蹄糕的L*值較未貯藏馬蹄糕無(wú)顯著（p＞0.05）變化，而貯藏15 d后L*值顯著性降低（p＜0.05），表明隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，馬蹄糕亮度下降，其中10 d后L*值下降幅度顯著（p＜0.05）高于10 d之前；總的色澤變化ΔE*方面，隨著貯藏天數(shù)的增加，ΔE*值在5和10 d無(wú)顯著（p＞0.05）變化，而10 d后ΔE*值明顯提升（p＜0.05），而15 d后ΔE*值大于2，表明其較未貯藏馬蹄糕已有視覺(jué)上的顏色差異[20]，其感官接受程度大幅度降低，該研究結(jié)果與楊君等[21]研究結(jié)果相近。通過(guò)對(duì)貯藏期顏色變化分析，Craig等[22]研究表明淀粉透光率隨貯存期的增加而降低。馬蹄糕在貯藏過(guò)程中色澤發(fā)生變化，這可能是其淀粉顆粒在高溫下破裂，釋放出直鏈淀粉的短鏈，在貯藏過(guò)程中這些鏈重新結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò)并導(dǎo)致馬蹄糕色澤變得混濁，透光率降低，從而使其色澤改變[23]。

表4 不同貯藏天數(shù)對(duì)馬蹄糕色澤的影響 Table 4 Effect of different storage days on color of water chesternut cake

2.6.3 馬蹄糕質(zhì)構(gòu)品質(zhì)變化

隨后對(duì)經(jīng)不同貯藏時(shí)間的馬蹄糕質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進(jìn)行分析，分別檢測(cè)馬蹄糕的硬度、粘性、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性。硬度指使馬蹄糕發(fā)生斷裂時(shí)所需最大的力，粘性指馬蹄糕對(duì)測(cè)試探頭的吸附能力，內(nèi)聚性表示馬蹄糕內(nèi)部粘合的強(qiáng)度，而彈性表示馬蹄糕受到外力作用后恢復(fù)的程度[24,25]。由表5可知，滅菌后，馬蹄糕在0、5 d的粘性、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等數(shù)值均無(wú)顯著（p＞0.05）變化，而在10 d后其質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)均發(fā)生顯著性（p＜0.05）變化，貯藏15 d較未貯藏硬度值下降51%，而彈性數(shù)值增加174%，粘性數(shù)值增加629%，咀嚼性數(shù)值增加621%。這可能與馬蹄糕內(nèi)部水的組分變化導(dǎo)致其吸水溶脹能力變化相關(guān)[26]。馬蹄淀粉天然結(jié)構(gòu)在各種食品加工條件下會(huì)表現(xiàn)出低抗高剪切速率、熱分解、高老化和脫水特性[27]。在貯藏過(guò)程中，隨著貯藏時(shí)間的增加，馬蹄糕中淀粉老化時(shí)間延長(zhǎng)，其內(nèi)部淀粉鏈形成氫鍵締合速度加快，促使水分子與淀粉鏈之間氫鍵斷裂，淀粉凝膠持水能力下降，水分子由結(jié)合狀態(tài)轉(zhuǎn)化為自由水，導(dǎo)致水分從淀粉中釋放，馬蹄糕出現(xiàn)脫水、出水等現(xiàn)象[28,29]。Ding等[30]研究表明，淀粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中的變化可以通過(guò)硬度、咀嚼性等指標(biāo)來(lái)反應(yīng)。Zhang[31]則指出儲(chǔ)存期間淀粉凝膠硬度的評(píng)估顯示與淀粉老化存在高度相關(guān)關(guān)系。Fu等[32]通過(guò)添加多糖限制淀粉與面筋網(wǎng)絡(luò)氫鍵作用，導(dǎo)致面包咀嚼性降低。隨著馬蹄糕貯時(shí)間延長(zhǎng)，淀粉分子鏈之間的作用，水結(jié)合能力下降，內(nèi)部水分滲析至表面，這可能是馬蹄糕硬度數(shù)值降低，而彈性、粘性值、咀嚼性值上升的原因[33]。

表5 不同貯藏天數(shù)對(duì)馬蹄糕質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響 Table 5 The effect of different storage days on the texture and quality of water chesternut cake

3 結(jié)論

3.1 以馬蹄糕在28 ℃的條件下貯藏15 d后的菌落總數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果表明：滅菌溫度110 ℃，滅菌時(shí)間30 min，脫氫乙酸鈉（食品防腐劑）添加量為0.32 g/kg可達(dá)到最佳的抑菌效果，此條件下的馬蹄糕在經(jīng)過(guò)15 d貯藏后，菌落總數(shù)為6363 cfu/g，內(nèi)部微生物生長(zhǎng)繁殖未超過(guò)GB 8957-2016中微生物限量要求，表明15 d可作為馬蹄糕有效貯藏期。本研究較趙力超等[34]研究將馬蹄糕貯藏期增加5 d。

3.2 進(jìn)一步對(duì)其貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化進(jìn)行探究，在貯藏10 d后ΔE*值明顯提升（p＜0.05），而15 d后ΔE*值大于2，表明其已出現(xiàn)視覺(jué)上的顏色差異；馬蹄糕彈性、黏性、內(nèi)聚性咀嚼性在0、5 d無(wú)顯著（p＞0.05）變化，而15 d時(shí)候質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)均出現(xiàn)顯著性差異（p＜0.05），貯藏15 d馬蹄糕較未貯藏硬度值下降51%，而彈性數(shù)值增加174%，粘性數(shù)值增加629%，咀嚼性數(shù)值增加621%，結(jié)合質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)與色澤變化情況，得出馬蹄糕最佳食用期為0～5 d，10 d后其微生物增值速度加快，雖未超過(guò)GB 8957-2016微生物限量要求，但其質(zhì)構(gòu)品質(zhì)與色澤發(fā)生顯著（p＜0.05）變化，使其食用價(jià)值大幅度降低。本研究可為相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)與加工馬蹄糕產(chǎn)品提供理論依據(jù)。