以糌粑為原料的華夫餅干貨架期研究

徐婧婷,臧思寧,張菀坤,陳 辰,郭順堂,*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,植物蛋白與谷物加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083; 2.北京康得利智能科技有限公司,北京 100074)

青稞糌粑是以青稞全籽粒為原料,經(jīng)除雜、清洗、炒制、磨粉等主要工藝制成的全谷物粉狀食品[1]。其香味濃郁,口感綿長,特色鮮明,是藏族牧民傳統(tǒng)主食之一,更是“西藏四寶”之首,深受藏民們喜愛,在當(dāng)?shù)鼐哂泻軓V闊的市場[2-4]。近年來,隨著健康、營養(yǎng)飲食需求的增加,青稞營養(yǎng)價(jià)值特別是青稞中的高β-葡聚糖功能特性越來越被認(rèn)可,以青稞為原料的產(chǎn)品類型逐步豐富[5-6]。但糌粑作為青稞的重要加工品類之一,卻仍然以傳統(tǒng)的食用方式為主,輔以酥油茶沖飲或輔以酥油、曲拉、糖等攪拌均勻后捏團(tuán)食用,食用方式和產(chǎn)品形式十分單一[1]。因此,為豐富糌粑的食用形式,擴(kuò)大消費(fèi)市場,提升糌粑的附加值,將糌粑作為主原料加工成休閑化的餅干等焙烤食品是一個(gè)很有效的途徑。

然而,在食品的加工、貯藏過程中原料中含有的不飽和脂肪酸和活性酶易發(fā)生氧化反應(yīng),從而引起食品品質(zhì)下降甚至變質(zhì)[7]。糌粑粉是將青稞全籽粒直接炒制后磨粉而成,其中的胚芽和麩皮組分中含有不飽和脂肪酸、高活性酶、內(nèi)源性酶等,尤其是青稞中亞油酸、棕櫚酸、油酸占總脂肪酸含量的90%以上,不飽和脂肪酸含量超過75%[8],這些不飽和脂肪酸在熱作用下極易發(fā)生氧化。因此,當(dāng)以糌粑粉為原料加工成焙烤食品時(shí),其氧化哈敗是影響這類產(chǎn)品貨架期的重要因素。

為探究以糌粑為原料加工的薄式華夫餅干的貯藏期品質(zhì)變化情況,本研究選擇將糌粑華夫餅干用自封袋進(jìn)行普通包裝后,通過加速貨架期測試法(Acceleerated shelf-life testing,ASLT)[9]分別在50和70 ℃條件下進(jìn)行進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn),明確貯藏糌粑華夫餅的品質(zhì)變化規(guī)律,以預(yù)測其產(chǎn)品貨架期，并進(jìn)一步對控制這類全谷物深加工產(chǎn)品的貨架期提出了延長方法,以期為實(shí)現(xiàn)糌粑華夫餅干的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糌粑全粉、米粉、白砂糖、植物油、純凈水、聚乙烯塑料袋 市售;抗氧化劑(TBHQ) 浙江一諾生物科技有限公司。

薄式華夫餅烘烤機(jī) 佛山南海泊菲機(jī)電設(shè)備有限公司;JYL-350型打漿機(jī) 山東九陽小家電有限公司;上海雷磁·創(chuàng)益儀器儀表有限公司;CT3型質(zhì)構(gòu)儀 美國Broohfield 公司;ME3002E/02 型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司;XSZ-G型光學(xué)顯微鏡 重慶光電儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 糌粑華夫餅干的制作工藝

1.2.1.1 工藝流程 原料→篩理→稱量→打漿→澆料→烘烤→冷卻→切割→包裝

1.2.1.2 操作要點(diǎn) 原料:糌粑粉選取均勻結(jié)凈的市售產(chǎn)品,過60目篩,并與米粉按1∶1比例混合。

打漿:將復(fù)配粉(質(zhì)量以100%計(jì))、植物油、碳酸氫鈉、白砂糖、大豆磷脂等依次加入,其中植物油加量2%(w/w)、碳酸氫鈉添加量0.02%(w/w)、白砂糖添加量8%(w/w)、大豆磷脂添加量3%(w/w)。按原料粉∶水=1∶2.2比例打漿,水溫約30 ℃,打漿時(shí)間約為8 min。

烘烤:將華夫餅烘烤機(jī)預(yù)熱至170 ℃,然后在烘片表面刷少量植物油,再澆上10～15 g料液進(jìn)行烘烤1～2 min,直至成熟。

1.2.2 抗氧化劑添加效果研究 根據(jù)GB 2760-2014食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,TBHQ的最大添加量為0.2 g/kg。因此為明確TBHQ在糌粑華夫餅的貨架期影響效果,按最大添加量添加TBHQ,并以上述工藝為基礎(chǔ),分別制作添加TBHQ(TBHQ組,添加量為0.02%(w/w),在打漿時(shí)加入料液中)和未添加TBHQ(空白組)的兩組樣品,通過加速氧化的方法判斷TBHQ的抗氧化效果。

1.2.3 糌粑華夫餅干貯藏實(shí)驗(yàn) 采用普通聚乙烯塑料袋將餅干封裝,每袋約20 g,分為TBHQ組和空白組兩組,分別50和70 ℃的恒溫箱(空氣濕度<10%)中存儲,每隔2 d取樣,進(jìn)行感官評價(jià)質(zhì)構(gòu)和過氧化值等分析。

1.2.4 感官評價(jià)建立 經(jīng)過培訓(xùn)的10人感官評價(jià)小組,圍繞色澤、風(fēng)味、口感、組織四個(gè)方面對餅干樣品進(jìn)行感官評價(jià)。評價(jià)實(shí)驗(yàn)在安靜、光線充足且無異味的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行,樣品采用隨機(jī)數(shù)字編號,由評價(jià)人員分別品嘗后打分,感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 糌粑華夫餅干感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring standard of zanba waffle

1.2.5 質(zhì)構(gòu)特性的測定 使用CT3型質(zhì)構(gòu)儀測定餅干質(zhì)構(gòu)特性。參照王小平等[10]的方法,選用P50探頭,在TPA壓縮模式下進(jìn)行測試,測試速度設(shè)為1.0 mm/s,測試距離為1.2 mm,觸發(fā)感應(yīng)力為5.0 g。將餅干切割成10 mm×10 mm×0.3 mm的片狀進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定。硬度和脆度是評價(jià)餅干質(zhì)量的主要指標(biāo),重點(diǎn)觀察這兩個(gè)指標(biāo)的變化。

1.2.6 過氧化值(POV)的測定 參照GB 5009.227-2016中的方法進(jìn)行測定。

1.2.7 糌粑華夫餅干氧化動(dòng)力學(xué)模型的建立 通過將食品置于高于正常水平的一個(gè)或多個(gè)因素環(huán)境中,加快食品品質(zhì)變化的速度,縮短產(chǎn)品變質(zhì)周期,可以在短期內(nèi)對貨架期進(jìn)行預(yù)測[11-12]。根據(jù) Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式,對于常規(guī)化學(xué)反應(yīng),在一定溫度范圍內(nèi),反應(yīng)溫度升高 10 ℃,反應(yīng)速率常數(shù)提高 1 倍,而反應(yīng)速率常數(shù)(K)與食品貨架壽命(t)成反比,即 K 值越大,食品貨架壽命越短。由此可知,若在70 ℃條件下儲藏 1 d,則相當(dāng)于在20 ℃條件下貯藏32 d;在50 ℃條件下儲藏 1 d相當(dāng)于 20 ℃條件下貯藏 8 d[13]。為明確糌粑華夫餅干在貯藏過程中的品質(zhì)變化,本研究選擇分別在50和70 ℃條件下通過加速實(shí)驗(yàn)對餅干的品質(zhì)變化進(jìn)行監(jiān)測。

在食品的貯藏過程中,大多數(shù)食品在貯藏過程中的品質(zhì)變化都符合零級或一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律[14]。其中油脂的氧化屬于一級反應(yīng)[15],其動(dòng)力學(xué)模型為:

A=A0ekt

式(1)

式中:A為食品貯藏第t d時(shí)的品質(zhì)指標(biāo);A0為食品的初始品質(zhì)指標(biāo);t為食品的貯藏時(shí)間(d);k為食品品質(zhì)變化速率常數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)以過氧化值作為評價(jià)油脂氧化程度的指標(biāo),同時(shí)對式(1)式取對數(shù),即過氧化值的一級動(dòng)力學(xué)方程為[16]:

ln(POV)=KTt+ln(POV0)

式(2)

式中:POV表示華夫餅干的過氧化值(g/100 g);POV0表示實(shí)驗(yàn)初始過氧化值(g/100 g);KT表示華夫餅干中油脂在溫度T(℃)條件下的氧化速率(g/100 g·d);t為華夫餅干的貯存時(shí)間(d)。

1.2.8 糌粑華夫餅貨架期預(yù)測模型的建立 Arrhenius方程模型可以很好的預(yù)測基于溫度變化的食品保質(zhì)期,目前已在食品中得到廣泛應(yīng)用[17],在本實(shí)驗(yàn)中它可以準(zhǔn)確地描述油脂氧化速度和溫度的關(guān)系。

式(3)

式中:KT為不同溫度下反應(yīng)速率常數(shù);K0為指前因子(又稱頻率因子);Ea為活化能(J/mol);T為絕對溫度(K);R為氣體常數(shù),8.3144(J/mol·K)。將式(3)取對數(shù):

ln(KT)=ln(K0)-E0/RT

式(4)

式(4)中的Arrhenius公式還可進(jìn)一步簡化為:

式(5)

式中:a=-Ea/R,b=ln(K0)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均進(jìn)行重復(fù),結(jié)果取其平均值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016、SPSS 7.0和Origin 8.0軟軟件進(jìn)行分析處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 未添加抗氧化劑的糌粑華夫餅干在貯存過程中品質(zhì)的變化

2.1.1 糌粑華夫餅干在貯存過程中感官品質(zhì)變化 如圖1所示,糌粑華夫餅干產(chǎn)品的感官評分隨貯存時(shí)間的增加而逐漸下降。具體表現(xiàn)為感官口感的脆度和硬度降低,失去原有的松脆口感;而且到了貯存后期,兩種溫度下的糌粑華夫餅開始出現(xiàn)哈敗味,50 ℃時(shí)第12 d開始出現(xiàn)較為明顯的哈敗味,而70 ℃時(shí)第8 d開始出現(xiàn)明顯哈敗味(表1)。因此70 ℃,貯藏后期感官評分下降程度更明顯。溫度越高,脂肪酸敗越明顯,產(chǎn)生更多的不良風(fēng)味,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的貯藏品質(zhì)。

圖1 糌粑華夫餅貯存過程中的感官評分Fig.1 Sensory scores of zanba walffes during storage

表1 糌粑華夫餅的哈敗味感官評價(jià)Table 1 Rancidity sensory evalution of zanba walffes

2.1.2 糌粑華夫餅干在貯存過程中質(zhì)構(gòu)的變化 對華夫餅的硬度和脆度進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)隨貯藏時(shí)間增加,產(chǎn)品的硬度和脆度都呈逐漸下降的趨勢(圖2)。50 ℃加速條件下存放12 d后,產(chǎn)品硬度從2349.2 g下降至1163.5 g,下降49.53%;脆度從2008 g降至843 g,下降58.02%;70 ℃加速條件下存放12 d后,產(chǎn)品硬度下降62.29%,脆度下降71.43%,結(jié)果與感官評分表現(xiàn)出一致的規(guī)律性。本產(chǎn)品糌粑華夫餅為薄脆型餅干,在空氣環(huán)境中極易發(fā)生吸潮,引起樣品內(nèi)部吸水,餅干逐漸變軟;在高溫貯藏條件下,油脂發(fā)生氧化,除了會產(chǎn)生多種次極氧化物、小分子醛酮、脂肪酸等物質(zhì)外,還會因?yàn)檠趸饔卯a(chǎn)生少量水分子;此外,油脂在貯藏過程中也可能會出現(xiàn)油滴遷移、匯集聚合,從而引起華夫餅硬度和脆度質(zhì)構(gòu)下降的現(xiàn)象[18-19]。

圖2 糌粑華夫餅干貯存過程中質(zhì)構(gòu)變化Fig.2 Texture change during storage of zanba walffes

2.1.3 糌粑華夫餅干在貯存過程中過氧化值的變化 高溫貯藏除了餅干的松脆口感下降外,引起華夫餅品質(zhì)下降的另一重要因素是貯藏后期的脂肪哈敗問題。油脂氧化反應(yīng)所生成的脂肪酸、氫過氧化物是油脂氧化酸敗的關(guān)鍵產(chǎn)物,因此可以通過檢測過氧化值的高低來判定產(chǎn)品的氧化變質(zhì)程度[20-21]。如圖3所示,隨著溫度升高,華夫餅的過氧化值逐漸增加。在70 ℃條件貯存時(shí),過氧化值從初始的0.045 g/100 g升至第12 d的0.12 g/100 g,增加了1.67倍,特別是當(dāng)貯存天數(shù)在4 d以后,過氧化值增加速率明顯加快。當(dāng)貯存條件為50 ℃時(shí),在第12 d時(shí)其過氧化值為0.083 g/100 g,與初始值相比增加了0.84倍。這說明高溫對脂肪的氧化具有明顯的加速作用。植物油脂中的不飽和脂肪酸含量高,雙鍵受熱易斷裂,形成自由基從而引發(fā)脂肪氧化;與此同時(shí),高溫加速酶類對脂肪的水解,從而產(chǎn)生更多的游離脂肪酸[22-23]。因此,高溫十分不利于糌粑華夫餅的儲存。結(jié)合感官評價(jià)出現(xiàn)明顯哈敗味的貯藏時(shí)間,綜合過氧化值在第8和第12 d分別對應(yīng)的值,平均計(jì)算可得當(dāng)過氧化值達(dá)0.086 g/100 g時(shí),華夫餅干開始出現(xiàn)明顯哈敗味。

表2 加速條件下糌粑華夫餅干的氧化速率擬合方程及保質(zhì)期預(yù)測Table 2 The regression equations of oxidation rate of zanba waffle under accelerated test

圖3 糌粑華夫餅貯存過程中過氧化值變化Fig.3 Change in peroxide value during storage of zanba walffes

2.2 抗氧化劑對糌粑華夫餅品質(zhì)的影響比較

前述研究中已明確,糌粑華夫餅干在普通自封袋包裝下極易發(fā)生氧化哈敗問題,因此為保證產(chǎn)品的貨架期,需對其進(jìn)行貨架期延長處理。而脂肪氧化問題通常是由于光、熱作用引用,而除了采用包裝方式隔絕氧氣和光照以外,還可通過添加抗氧化劑的方式得以控制。添加適量的抗氧化劑有助于延緩其脂肪氧化,延長產(chǎn)品貨架期。其中TBHQ是一種在食品中廣泛使用的食用抗氧化劑,它能對餅干的油脂氧化起到一定的抗氧化作用[24]。

如圖4所示,雖然樣品的過氧化值都隨貯存時(shí)間的延長而增大,但在相同溫度下,添加抗氧化劑樣品的過氧化值增加速率明顯低于空白組。在50 ℃時(shí),添加TBHQ的樣品在貯藏12 d以后,過氧化值為0.057 g/100 g,顯著低于空白組的0.083 g/100 g(P<0.05),樣品未出現(xiàn)明顯的哈敗味,這表明抗氧化劑TBHQ在餅干貯存過程中有著明顯延緩油脂氧化的作用,相比較于空白組延長了產(chǎn)品貨架期。但在70 ℃時(shí),雖然TBHQ組的過氧化值較空白組有所降低,但整體的增長速率還是比較高,在第10 d開始出現(xiàn)明顯哈敗味,此時(shí)過氧化值為0.09 g/100 g。這也進(jìn)一步說明溫度越高,對油脂氧化的影響作用越明顯。

圖4 TBHQ對糌粑華夫餅在貯存過程中過氧化值效果研究Fig.4 Effect of TBHQ in peroxide value during storage of zanba waffles

2.3 TBHQ延長糌粑華夫餅干保質(zhì)期效果的預(yù)測

2.3.1 糌粑華夫餅氧化動(dòng)力學(xué)模型分析 一級動(dòng)力學(xué)模型能夠準(zhǔn)確反應(yīng)餅干在貯藏中油脂氧化過程[23],將圖4中不同條件下的樣品過氧化值分別取對數(shù),表示為ln(POV),與貯存時(shí)間t作圖,根據(jù)公式(2)分別進(jìn)行一級動(dòng)力學(xué)模型線性擬合,得到了表1中的方程。從表1中可發(fā)現(xiàn),溫度越高,k 值越大,TBHQ組的氧化速率均低于空白組。

參照GB 7100-2015餅干衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定,可知餅干允許的最大過氧化值(以脂肪計(jì))為0.25 g/100 g,然而在本研究中,由于糌粑粉極易受氧化,在過氧化值未達(dá)到最大值時(shí)已產(chǎn)生明顯哈敗。如果產(chǎn)品在貯藏過程中產(chǎn)生已產(chǎn)生了哈敗味,說明其已不再適于食用,即已超出了產(chǎn)品貨架期,因此如果根據(jù)餅干國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中過氧化值的臨界值作為糌粑華夫餅的貯藏終點(diǎn)不適合本產(chǎn)品中貨架期的預(yù)測,應(yīng)以國標(biāo)中對產(chǎn)品感官要求的規(guī)定(無異臭、無異味)作為貯藏終點(diǎn)。進(jìn)一步以本產(chǎn)品產(chǎn)生明顯哈敗味時(shí)期所對應(yīng)的過氧化值作為貯藏終點(diǎn)進(jìn)行貨架期的預(yù)測。

因此,以產(chǎn)生明顯哈敗味時(shí)的過氧化值0.086 g/100 g作為貯藏終點(diǎn),將其分別代入上述4個(gè)不同條件下的線性方程,可得到分別在50和70 ℃加速實(shí)驗(yàn)中,添加TBHQ的樣品保質(zhì)期分別為24和10 d,未添加抗氧化劑的樣品保質(zhì)期分別為12和8 d。

2.3.2 糌粑華夫餅干貨架期預(yù)測模型的建立 根據(jù)表1獲得了不同溫度下的K值,將K50,空白=0.0505,K70,空白=0.0805,K50,TBHQ=0.0315,K70,TBHQ=0.0611,T50=323K和T70=343K分別代入公式5中,求得a空白=-2582.96,b空白=5.0110,aTBHQ=-3670.02,bTBHQ=7.9045。

進(jìn)一步公式(1)與公式(5)聯(lián)合,可得糌粑華夫餅干的保質(zhì)期預(yù)測公式為:

式(6)

式中:tT為糌粑華夫餅干在溫度T條件下的保質(zhì)期(d);T為華夫餅干貯藏環(huán)境溫度(K)。

將常溫20 ℃(T=293K)、糌粑華夫餅干臨界POV值(0.086 g/100 g)、POV0值(實(shí)驗(yàn)測得初始值為0.045 g/100 g)和不同條件下的a值、b值分別代入上述方程,求出糌粑華夫餅干在常溫條件下的保質(zhì)期分別為空白組30 d,TBHQ組66 d。由此也可以直觀地看出添加抗氧化劑TBHQ對于延長餅干保質(zhì)期有顯著作用。

3 討論與結(jié)論

在加速實(shí)驗(yàn)條件下,糌粑華夫餅干品質(zhì)迅速下降,50 ℃加速條件下存放12 d后,產(chǎn)品感官品質(zhì)下降,出現(xiàn)較明顯的哈敗味。將過氧化值與感官評價(jià)結(jié)合,平均計(jì)算可得當(dāng)過氧化值達(dá)0.086 g/100 g時(shí),華夫餅干開始出現(xiàn)明顯哈敗味。但根據(jù)GB7100-2015餅干衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定,餅干允許的最大過氧化值(以脂肪計(jì))為0.25 g/100 g,然而本研究中的糌粑華夫餅在過氧化值未達(dá)到最大值時(shí)已產(chǎn)生明顯哈敗。這說明對于此類產(chǎn)品的貨架期的預(yù)測檢測除了要關(guān)注過氧化值外,更應(yīng)以感官評價(jià)做為重要的評價(jià)指標(biāo)。通過糌粑華夫餅貨架期預(yù)測模型,確定了糌粑華夫餅干在常溫條件下(20 ℃)的保質(zhì)期僅為30 d,這說明糌粑華夫餅較其它餅干更容易發(fā)生氧化哈敗。除了加工過程中添加的油脂引起的氧化哈敗外,更主要還是由于糌粑為青稞炒制后的制粉產(chǎn)品,青稞本身豐富的不飽和脂肪酸在熱作用下極易發(fā)生氧化,由于本文所用的糌粑粉為市售產(chǎn)品,可能在加工之前便已產(chǎn)生部分氧化哈敗問題,導(dǎo)致本文中餅干的初始過氧化值較其它餅干偏高[19-20,25],從而縮短了產(chǎn)品的貨架期。

為延長該類產(chǎn)品的貨架期,本文進(jìn)一步選擇添加TBHQ后監(jiān)測過氧化值。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)添加TBHQ后,華夫餅過氧化值得到有效控制。當(dāng)添加TBHQ后,糌粑華夫餅干在常溫條件下(20 ℃)的保質(zhì)期可達(dá)66 d,貨架期延長了1.09倍。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn),即使是添加TBHQ后,華夫餅干的貨架期仍遠(yuǎn)低于市場普通餅干的貨架期,這說明僅添加TBHQ延長貨架期的單一處理遠(yuǎn)無法滿足產(chǎn)品的貨架期需求,一方面是由于本實(shí)驗(yàn)中包裝材料僅為普通聚乙烯包裝,與市售產(chǎn)品的錫箔包裝相比,其透氧量高,無法避光導(dǎo)致[26]。另一方面,對于貨架期的控制還需要與其它抗氧化劑協(xié)同作用才可能發(fā)揮最佳效果。這一研究也充分給予我們啟示,以糌粑為原料的系列深加工產(chǎn)品的開發(fā),除了在加工工藝上需要充分考慮其原料的性質(zhì)外,其產(chǎn)品的貨架期也必須進(jìn)行全面綜合的考慮。