一種復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙貨架期預測研究

張雪路，阮長青，章采東，劉文靜，孫記濤，李芳

（黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319）

一種復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙貨架期預測研究

張雪路，阮長青，章采東，劉文靜，孫記濤，李芳

（黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319）

為探明復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙在不同貯藏溫度條件下的貯藏特性和貨架期。采用不同溫度下進行貯藏，定期測定其菌落總數(shù)，建立不同溫度下生長動力學模型，同時利用10℃和20℃的實際貨架期對建立的模型進行驗證，得到4℃～25℃條件下貨架期預測模型。結果表明：4～25℃條件下貨架期預測模型為SL=λ-[（5.016 4-N0）/（μmax×2.718）]×{ln[ln（4-N0）/（5.016 4-N0）]-1}，結合常溫下儲藏感官分析和大腸桿菌測定得到25℃保質期為60 d左右。該模型可以為豆沙類產(chǎn)品貨架期預測提供參考。

豆沙；貨架期；感官分析

豆沙，中式甜點常用原材料，將豆子蒸煮熟制，去皮或帶皮制成沙狀加糖而成。優(yōu)質豆沙香甜適口、細膩潤滑、入口即化，因而深受廣大人民的喜愛，且豆子中含有黃酮[1]類和花色苷[2]物質，具有抗氧化作用。但豆沙在運輸、貯藏及銷售過程中由于溫度的變化易發(fā)生腐敗變質，導致食品腐敗變質主要是由于理化變化、微生物超標、感官難以接受的原因[3]，而多數(shù)食品的腐敗是細菌增殖造成的。目前關于豆沙的研究多集中于配方、添加劑和工藝，解蕊等[4-6]對傳統(tǒng)紅豆沙加工工藝及其新配方進行了改良和創(chuàng)新。Baik B K等人對蒸煮時間和糖的添加量對豆沙顆粒大小、顏色、硬度的關系進行了研究[7-8]，姚麗麗等[9-10]對豆沙中乳化劑的添加進行了研究，乳化劑的添加可以改善豆沙的品質、延緩老化。質構分析可用于評價濕熱處理、微波干燥等處理工藝條件[11-12]，尚未見黑小豆沙貨架期預測的報道。

描述微生物生長的初級模型有Gompertz函數(shù)、Logistic方程、Richard方程、Schnute方程、Baranyi模型、Monod模型、Stannard方程等[13-14]。其中Gompertz方程和Logistic方程最為常用。

研究擬建立真空包裝的帶皮黑小豆黑米黑芝麻豆沙在不同貯藏溫度下的微生物生長模型動力學模型，并結合感官指標預測常溫下帶皮黑小豆黑米黑芝麻豆沙的貨架期。

1 材料與設備

1.1 主要實驗材料

平板計數(shù)瓊脂（PCA）；煌綠乳糖膽鹽肉湯（BGLB）；結晶紫中性紅膽鹽瓊脂（VRBA）；均購于青島高科園海博生物技術有限公司；DRP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱生產(chǎn)廠家為上海森信實驗室儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌落總數(shù)測定

按照GB 4789.2-2010（菌落總數(shù)測定）中的方法，對豆沙菌落總數(shù)進行檢測。規(guī)定菌落總數(shù)≤104cfu·g-1。

1.2.2 大腸桿菌測定

按照GB/4789.3-2010（大腸菌群計數(shù)）中大腸菌群MPN計數(shù)法。規(guī)定大腸菌群≤230 MPN·100 g-1。

1.2.3 感官品質評定

由6位有經(jīng)驗的品評員根據(jù)樣品的氣味、口感、色澤、組織狀態(tài)進行綜合評定，并給出打分取平均值作為評分分數(shù)，感官評分標準表見下表1。

表1 感官評分標準Table 1Sensory score standard

1.2.4 樣品制備

將黑小豆在40℃浸泡150 min，蒸煮40 min，制沙，加入處理好的黑米12%、黑芝麻5%、白砂糖26%、大豆油14%、黃原膠0.4%、分子蒸餾單甘酯0.6%，炒制至水分含量約20%～25%。將制好的帶皮黑小豆黑米黑芝麻豆沙真空包裝并進行121℃、20 min高壓蒸汽滅菌[3，8]，大約每5 g真空包裝一袋。分別放置在4、15、25、35℃，常壓，無光照，濕度為43%條件下貯藏，4℃每隔20 d，15℃、25℃每隔15 d，35℃每隔7 d從恒溫培養(yǎng)箱中取出一袋樣品，在無菌條件下取樣2 g加生理鹽水進行梯度稀釋，按照國標GB 4789.2-2010（菌落總數(shù)測定）中的方法，進行菌落總數(shù)的測定。

1.2.5 不同溫度下微生物生長模型建立（一級模型）

將4、15、25、35℃條件下得到的菌落總數(shù)數(shù)據(jù)，用修正的Gompertz[14]方程進行擬合。Gompertz方程如下。

式中：Nt—t時細菌總數(shù)，Log10 cfu·g-1；N0—初始菌數(shù)，Log10 cfu·g-1；Nmax—穩(wěn)定期最大菌數(shù)，Log10 cfu·g-1；λ—延滯時間，d；μmax—最大生長速率，d-1；t—儲藏時間，d。

設未知參數(shù)A、B、C。A、B、C關系為：最大生長速率μmax=A×B/e，（e=2.718 2）；最大菌數(shù)Nmax=N0+A；λ= C-（1/B）。由此推導出Gompertz進行方程式[15]：

1.2.6 溫度對微生物生長的影響模型建立（二級模型）

二級方程采用Belehradek[16-18]平方根模型，得到溫度對微生物生長的影響，生長速率或延滯期的平方根與溫度呈線性關系，通過幾個固定溫度的參數(shù)用該模型可以推導其他溫度的參數(shù)，從而預測其他溫度下微生物的生長。生長速率或延滯期與溫度的方程關系如下：

式中，Tmin是一個假設的溫度，bλ、bμ是方程的常數(shù)。

1.2.7 微生物生長模型的驗證與可靠性評價

將四種配方黑小豆沙真空包裝并高壓滅菌后，應用建立的模型求得4、15、25、35℃儲藏時的預測值，與各溫度儲藏過程中的實測值進行比較，采用準確度Af和偏差度Bf來進行評價[19]。

式中：N實測—試驗實際測得的細菌總數(shù)，N預測—應用動力學模型得到的細菌總數(shù)，n—試驗次數(shù)。其中Af的絕對值越接近1，其準確度越高。

1.2.8 貨架期預測

復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙在貯藏過程中的剩余貨架期（SL），在微生物的動力學生長模型的基礎上推導[20]：

將復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙在10℃和20℃條件下得到的實際貨架期，和4～25℃條件下建立的SL得到10℃和20℃條件下的預測值相比較，對貨架期模型進行評價。

1.2.9 常溫儲藏實驗

常溫儲藏試驗能更準確的確定復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙在儲藏期間的各項指標變化，將樣品置于25℃下，每隔10 d取樣（同1.2.4方法）一次，測定感官指標和大腸菌群數(shù)。

1.2.10 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)利用Matlab（R2012a），進行Gompertz方程擬合。

2 結果與討論

2.1 不同溫度下菌落總數(shù)生長模型

根據(jù)4℃、15℃、25℃、35℃貯藏條件下，測得不同貯藏天數(shù)時菌落總數(shù)的對數(shù)值，利用Matlab （R2012a）軟件，進行Gompertz方程擬合，得到微生物一級模型，擬合曲線如下圖橫坐標為貯藏天數(shù)（d），縱坐標為菌落總數(shù)對數(shù)值lg cfu·g-1。

圖1 不同溫度下微生物生長擬合曲線Fig.1Gompertz-model fitting of microbial growth at different temperature

得到微生物在4個不同溫度下的生長動力學模型如下：

通過不同溫度下菌落總數(shù)生長曲線的擬合結果，可以得出各溫度下的最大生長比率（μmax）、延滯時間（λ）等常數(shù)，具體數(shù)值見表2。

表2 不同溫度下λ、μmax、R2、SSE值Table 2λ、μmax、R2、SSE value under different temperature

由圖1可以看出，不同溫度的生長速率不同。4℃時，微生物生長緩慢，在貯藏時間140 d時最大菌落數(shù)為2.112 9，說明低溫能有效的抑制黑小豆沙微生物菌群的生長[19]。15℃以上時，微生物增長速度加快，當微生物達到穩(wěn)定期時微生物菌落數(shù)已經(jīng)超過最大限度標準Ns。最大菌數(shù)的對數(shù)值分別為：15℃為5.690 4、25℃為7.245 7、35℃為6.669 6。由表2可看出，最大生長速率隨著貯藏溫度的增加而增加，延滯時間逐漸減小，R2均在0.97以上，SSE在0.3以下，說明該模型能較好的擬合各溫度下黑小豆沙微生物生長。

2.2 溫度對微生物的生長動力學參數(shù)的影響

利用平方根模型，計算出最大生長速率μmax、延滯時間λ與溫度的關系，得到二級模型。

由圖2、3可得出，（μmax）0.5-T和（1/λ）0.5-T的線性關系，R2分別為0.940 1和0.946 7，說明溫度與最大生長速度平方根和延滯時間平方根的線性關系良好[21]，得到方程如下：

圖2 溫度與最大生長速率的關系Fig.2Temperature dependence of（μmax）0.5

圖3 溫度與延滯時間的關系Fig.3Temperature dependence of（1/λ）0.5

表3 溫度與λ和μmax平方根模型的殘差值Table 3Residuals of temperature with（μmax）0.5and（1/λ）0.5

由表3中實測值和預測值可以看出，各個溫度下（μmax）0.5的殘差值絕對值均小于0.02；（1/λ）0.5的殘差值絕對值均小于0.02，因此，得到的數(shù)據(jù)是可信的。

2.3 微生物生長模型的驗證和評價

利用偏差度和準確度的方法來評價建立模型的可靠性。Bf是用來驗證上下波動的幅度，Af用來衡量預測值與實測值之間的差異。將4、15、25℃將得到的菌落總數(shù)與應用模型計算得到的數(shù)值進行比較，計算偏差度Bf和準確度Af驗證模型的可靠性[19]。

由表4可知，4、15、25℃的預測值與實測值之間的Bf均低于10%；只有在25℃時Af為1.250 2，其他各溫度Af都在20%以內。所以建立的模型能夠很好地預測帶皮黑小豆黑米黑芝麻豆沙微生物的生長規(guī)律。

表4 4、15、25℃的預測值和實測值Table 4Predicted and observed value for black adzuki bean paste stored at 4、15、25℃

2.4 微生物剩余貨架期的預測

根據(jù)已知的豆沙最小腐敗量（Ns）（GB 19295-2003）為104cfu/g，初始菌數(shù)（N0），穩(wěn)定期最大菌數(shù)（Nmax）建立剩余貨架期，已知4、15、25℃下的Nmax分別為2.112 9、5.690 4、7.245 7，因此4～25℃的Nmax取為5.016 4。

剩余貨架期的預測模型：

通過二級模型計算出4～25℃時對應溫度下的μmax、λ和該溫度下的初始菌數(shù)N0，就能推導出時該溫度下的剩余貨架期。

表5 10℃和20℃下貯藏時貨架期的預測值和實測值Table 5Predicted and observed shelf life for black adzuki bean paste stored at 10℃and 20℃

在10℃和20℃貯藏貨架期實測值與預測值相比較，結果表明相對誤差均在10%以內，說明該模型能夠有效地預測復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙在4～25℃的貨架期。預測出25℃時貨架期為66 d。

2.5 常溫貯藏條件下豆沙感官品質和大腸桿菌的變化

將樣品置于25℃下，每隔10 d取樣一次，根據(jù)GB 19295-2003中規(guī)定，豆沙中大腸菌群≤230 MPN·100 g-1。測定感官指標。

表6 豆沙常溫貯藏過程中大腸菌群的變化Table 6Changes of coliform group of black adzuki bean paste stored at room temperature

圖4 常溫下儲藏感官變化Fig.4Changes of sensory stored at room temperature

豆沙常溫貯藏過程中大腸菌群的變化見表6。由圖4可知當儲藏時間超過60 d時感官品質明顯下降，前60 d感官品質維持在87分以上；從70 d開始感官評分在81分以下，產(chǎn)品色澤、香氣變淡，油水略有分離，組織結構開始松散，口感上略有異味。此時產(chǎn)品的感官已難以接受，從感官評分上來看常溫可儲藏60 d。大腸菌群數(shù)在120 d也沒有超標。

綜合復合黑米、黑芝麻的黑小豆沙的感官評價與大腸桿菌檢測，并結合2.4所得的預測貨架期，最終得到25℃保質期為60 d左右。

3 結論

經(jīng)過對復合黑米、黑芝麻的豆沙中菌落總數(shù)生長模型和動力學模型的驗證，得到帶皮黑小豆黑米黑芝麻豆沙在4℃～25℃條件下貨架期預測模型為，SL=λ-[（5.016 4-N0）/（μmax×2.718）]×{ln[-ln（4-N0）/ （5.016 4-N0）]-1}。

經(jīng)驗證該模型能很好地預測帶皮黑小豆黑米黑芝麻豆沙的剩余貨架期，結合常溫下儲藏感觀分析和大腸桿菌測定得到25℃保質期為60 d左右。為其他豆沙類食品的后續(xù)貨架期或保質期的研究提供理論支持和相關數(shù)據(jù)。

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Research on Shelf Life Prediction of a Kind of Small Black Bean Paste Composite Made by Black rice and Black Sesame

Zhang Xuelu，Ruan Changqing，Zhang Caidong，Liu Wenjing，Sun Jitao，Li Fang
（1.College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

In order to investigate black bean paste composite made by black rice and black sesame storage characteristic and shelf life under different storage temperature.The total number of colonies on a regular basis were determined under different temperature storage，and the growth dynamics model was established under different temperature，meanwhile shelf life prediction model was obtained under the condition of 4-25℃through the shelf life model verification of the actual 10℃and 20℃.The results showed that shelf life prediction model of 4-25℃condition was SL=λ-[（5.016 4-N0）/（μmax×2.718）]×{ln[ln（4-N0）/（5.016 4-N0）]-1}.Shelf life was 60 days with sensory analysis and e.coli determination of room temperature storage at 25℃.The model could provide reference for shelf life prediction of the bean paste products.

bean paste；shelf life；sensory analysis

TS214.9

A

1002-2090（2017）03-0039-06

10.3969/j.issn.1002-2090.2017.03.009

2016-04-20

張雪路（1990-），女，黑龍江八一農墾大學食品學院2014級碩士研究生。

阮長青，男，教授，碩士研究生導師，E-mail：cqruan@163.com。