不同貯藏條件下東北農(nóng)家醬品質(zhì)變化及其貨架期預(yù)測

李天一，孫波，解雙瑜，柳凱，李智

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱，150030)

東北農(nóng)家醬是以大豆為原料利用環(huán)境中微生物經(jīng)發(fā)酵形成的一種調(diào)味品[1-3]，因其風(fēng)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(nóng)家醬在貯藏過程中品質(zhì)容易受到外界環(huán)境影響，其中溫度就會對該產(chǎn)品中微生物的增殖代謝產(chǎn)生影響，使其中如氨基酸態(tài)氮、蛋白質(zhì)、還原糖等多種營養(yǎng)物質(zhì)會被雜菌無意義消耗降解[9]，導(dǎo)致該產(chǎn)品的品質(zhì)降低，也縮短了貨架期[10]。多數(shù)食品在貯藏過程中品質(zhì)的變化可以通過動力學(xué)模型進行表達，通過動力學(xué)模型與Arrhenius方程擬合構(gòu)建數(shù)學(xué)模型[11-13]并對貨架期進行預(yù)測。目前對于構(gòu)建東北農(nóng)家醬貨架期預(yù)測模型的研究很少，因此如何對東北農(nóng)家醬貨架期進行快速精準預(yù)測意義重大。

本文探究在4、 25、 37 ℃貯藏條件下東北農(nóng)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(guān)性。在此基礎(chǔ)上，通過Arrhenius方程構(gòu)建品質(zhì)與貯藏溫度和貯藏時間之間的動力學(xué)模型對不同貯藏條件下東北農(nóng)家醬的貨架期進行預(yù)測，為東北農(nóng)家醬在今后物流和市場銷售過程中其品質(zhì)變化規(guī)律的控制及貨架期的精準預(yù)測提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北農(nóng)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(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)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(zhuǎn)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(nóng)家醬的生產(chǎn)工藝流程

東北農(nóng)家醬的生產(chǎn)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(zhì)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(jié)束。

(2)蒸料：將浸泡好的大豆放入旋轉(zhuǎn)蒸鍋內(nèi)，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(nèi)，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(zhì)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(nóng)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(zé)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(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定。

1.3.5 感官評分

隨機選擇10人經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)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(nóng)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(nóng)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(quán)重計算東北農(nóng)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(nóng)家醬貨架期預(yù)測方法

將各指標進行Pearson相關(guān)性分析，選擇與感官整體評分相關(guān)系數(shù)最大的指標分別進行零級、一級動力學(xué)模型[公式(1)、公式(2)]擬合。選擇擬合度較高的動力學(xué)模型，與Arrhenius方程[公式(3)]結(jié)合，構(gòu)建東北農(nóng)家醬貨架期預(yù)測模型。

表1 東北農(nóng)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(yīng)速率常數(shù)。

(3)

式中：k，反應(yīng)速率常數(shù)；Ea，反應(yīng)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(xué)模型與Arrhenius方程結(jié)合，構(gòu)建東北農(nóng)家醬貨架期預(yù)測模型，分別如公式(4)和公式(5)所示：

(4)

(5)

1.4 數(shù)據(jù)處理

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

應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)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(jié)果的比較差異明顯，具備統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 東北農(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下品質(zhì)變化

2.1.1 東北農(nóng)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(nóng)家醬感官整體評分結(jié)果，圖1為滋味、氣味、色澤、體態(tài)4個方面感官評分結(jié)果。在0～75 d貯藏期，通過4個方面分析可知,該產(chǎn)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(zhì)，說明該產(chǎn)品一直處于貨架期之內(nèi)。在貯藏75 d后，與4、 25 ℃貯藏條件相比，37 ℃貯藏條件下品質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)品到達了貨架期終點。感官品質(zhì)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(guān)性，選擇出適宜構(gòu)建貨架期預(yù)測模型的關(guān)鍵指標[16]。

a-滋味;b-氣味;c-色澤;d-體態(tài)圖1 東北農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)家醬的風(fēng)味起到非常重要的作用，一定程度反映了該產(chǎn)品的品質(zhì)[17-18]。

圖2 東北農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(nóng)家醬貯藏前期，微生物增殖代謝速率較快產(chǎn)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(nóng)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(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其總酯變化

圖4 東北農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(yīng)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(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響[23]并縮短了東北農(nóng)家醬的貨架期，不利于保存。

圖5 東北農(nóng)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(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其貨架期預(yù)測模型的建立

2.2.1 東北農(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其指標Pearson相關(guān)性分析

表3～表5為東北農(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下各指標間的Pearson相關(guān)性分析。相關(guān)系數(shù)越大，說明兩者相關(guān)性越強。在不同貯藏條件下，該產(chǎn)品的感官整體評分與多指標間的相關(guān)系數(shù)均>0.80，相關(guān)性較好。其中均與菌落總數(shù)相關(guān)系數(shù)最高，在4、 25、 37 ℃貯藏條件下相關(guān)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(chǎn)品貨架期預(yù)測模型的關(guān)鍵指標。在37 ℃條件下貯藏100 d時，感官評分達到最低，該產(chǎn)品品質(zhì)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(nóng)家醬的貨架期終點。

表3 東北農(nóng)家醬在4 ℃貯藏條件下其指標間Pearson相關(guān)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(nóng)家醬在25℃貯藏條件下其指標間Pearson相關(guān)系數(shù)Table 4 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce storage at 25℃

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

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

表6為東北農(nóng)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(yīng)速率常數(shù)及決定系數(shù)R2及∑R2。R2和∑R2越大說明線性關(guān)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(xué)模型。

表6 東北農(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其菌落總數(shù)的動力學(xué)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(nóng)家醬在4、25、37 ℃貯藏條件下其貨架期預(yù)測模型建立

根據(jù)1.3.6方程算出東北農(nóng)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(yù)測模型如公式(6)所示：

(6)

根據(jù)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(nóng)家醬的貨架期。

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

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

表7 東北農(nóng)家醬在4、 25、 37 ℃貯藏條件下其菌落總數(shù)指標的貨架期預(yù)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(jié)論

通過對東北農(nóng)家醬在不同貯藏條件下各指標的變化結(jié)果分析可知，貯藏溫度對該產(chǎn)品的品質(zhì)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(chǎn)品的品質(zhì)與營養(yǎng)。將菌落總數(shù)擬合度較高的零級動力學(xué)模型與Arrhenius方程結(jié)合構(gòu)建貨架期預(yù)測模型，其預(yù)測值與實測值的相對誤差在10%以內(nèi)，表明該模型的可信度高，可作為東北農(nóng)家醬貨架期預(yù)測的一種有效途徑，并對該產(chǎn)品在物流運輸、市場銷售過程中品質(zhì)的把控提供理論參考依據(jù)。