降低水分活度延長蕎麥半干面保質期的研究

白藝朋　郭曉娜　朱科學　周惠明

(江南大學食品學院，無錫　214122)

蕎麥作為一種雜糧作物，具有降血壓血脂、防止心血管疾病和治療便秘的功效[1]。以蕎麥為原料，部分替代小麥粉制作的蕎麥半干面，是一種新型方便面制品，煮食方便、蕎麥風味濃郁[2]，可以滿足當前消費者對面條制品營養、功能化的消費需求。然而，蕎麥半干面含水量一般在20%～28%，屬于中等水分面制品，水分活度大、常溫儲藏過程中微生物易生長繁殖、貨架期較短[3]。目前，常采用添加酒精、化學防腐劑和加酸酸化等方法，來延長半干面條制品貨架期。但是，面條開袋時強烈的酒精味以及防腐劑的添加，造成消費者的購買欲望不高[4]。

水分是影響食品貨架期的關鍵因素，人們常采用干燥或添加水分活度降低劑的方法增加食品穩定性和安全性，以達到長期保藏食品的目的，如掛面、醬料、腌制品[5]。降低水分含量有利于食品的長期保藏，但是過度的脫水會導致食品色香味、營養價值和感官品質的損失。近年來，大量研究認為水分活度比水分含量更能反映食品的儲藏穩定性，卞科等[6]認為食品中微生物的生長代謝，以及生化反應都與水分活度密切相關。Baker等[7]公布了一種意大利半干面加工及保鮮方法的專利，通過適度脫水方法將含水量控制在15%～28%，并結合其他保鮮手段將面條保質期延長至1年。吳克剛等[8]通過添加6%的海藻糖和山梨糖醇復配液，有效降低了面條的水分活度，抑制了面條儲藏過程中微生物的生長。屠振華等[9]研究了丙二醇對面制品貨架期內水分含量的影響，結果表明丙二醇能顯著減緩水分的遷移速率、降低水分的流動性，從而維持面制品良好的貨架期品質。蕎麥半干面屬于新型雜糧面制品，微生物菌落構成更為復雜、營養物質更加豐富，關于降低水分活度對蕎麥半干面保質期的影響鮮見報道。因此，本實驗研究了水分活度對蕎麥半干面中微生物的影響，多元醇和鹽類降低蕎麥半干面水分活度的效果，探討了使用復合水分活度降低劑對延長蕎麥半干面保質期的影響。

1　材料與方法

1.1　主要材料

蕎麥粉：蛋白質質量分數12.87%，含水量13.54%，蕎麥籽粒經磨碎過80目篩，產地為內蒙古赤峰。高筋小麥粉：蛋白質質量分數11.83%，含水量13.92%：益海嘉里糧油有限公司。丙二醇、山梨糖醇、乳酸鈉：鄭州博研生物科技有限公司；焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉：國藥集團化學試劑有限公司；食鹽：市售。脫氧劑(吸氧量為200 mL)：東莞市欣榮天麗科技實業有限公司。

1.2　主要設備與儀器

谷物雜糧磨粉機：CLF-150，浙江省溫嶺市創立藥材器械廠；5K5SS型和面機：美國Kitchen Aid公司；JMTD-168/140型實驗面條機：北京東孚久恒儀器技術有限公司；GZX-9246 MEB型數顯電熱干燥箱：上海博迅實業有限公司醫療設備廠；DZ-300/5SA微電腦自動真空包裝機：東莞市益健包裝機械有限公司；PE/TIE/PVDC/TIE/PE(100 μm；23 cm×25 cm)五層共擠收縮袋，透氧量與透濕量分別為(6.89±0.03) cm3/m2·24 h·0.1 MPa和(7.71±0.01)g/m2·24 h：鄭州博利達塑料包裝有限公司；LabSwift-aw型水分活度儀：瑞士NOVASINA公司；MesoMR23-060V-I型低場核磁共振分析儀：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；TA-XT2i型物性測試儀：英國Stable Microsystems公司。

1.3　方法

1.3.1蕎麥半干面的制作與儲藏

蕎麥粉、小麥粉(3∶7)→混粉(15 min)→加水(32%)和面→面團→靜置(25 ℃、20 min)→延壓→切條→適度脫水(25 ℃自然脫水不同時間或105 ℃脫水處理3.5 min)→緩蘇(25 ℃、3 h)→包裝(400 g/袋；內置200 mL的脫氧劑)→25 ℃儲藏。

1.3.2蕎麥半干面水分活度的測定

參考Schebor等[10]的方法，取一定量的蕎麥半干面條于研磨杯中粉碎，迅速將面條粉裝入自封袋封口，防止水分蒸發，室溫下靜置10 min以保證測定水分活度時樣品溫度為室溫。每次測試取3.0 g左右的樣品于水分活度測試盒中，置于水分活度儀測試腔體中進行測定。

1.3.3蕎麥半干面吸濕等溫曲線的制作

按照Li等[11]的方法，剪開蕎麥半干面包裝，將樣品于研磨杯中粉碎，平均分裝于多個鋁盒中，置于烘箱中，每隔一定時間取出一個鋁盒，將面條轉移至自封袋中于25 ℃環境下均濕后，同時測定其水分含量及水分活度，得到一系列不同水分含量的蕎麥半干面所對應的水分活度，以蕎麥半干面的水分活度為橫坐，水分含量為縱坐標，利用Excel繪制其吸濕等溫線。

1.3.4蕎麥半干面T2測試

稱取(1.00±0.01) g蕎麥半干面條，放入10 mL氣相測試瓶中，用生料帶封好瓶口，以防止測試過程中水分揮發，再將裝有樣品的氣相瓶輕輕置于直徑為25 mm的測試管中，最后一起置于低場核磁共振測試腔體中進行測試。測試程序為多層-回波(CPMG)序列參數設置如下：采樣點數(TD)為40 004，回波時間Echo Time=0.100 ms，采樣間隔時間TW=3 000 ms，頻率SF=100 kHz，回波個數Echo Count=4 000，累加次數NS=12，利用儀器自帶的程序T2-InvfitGeneral進行數據擬合反演得到T2弛豫圖譜。

1.3.5蕎麥半干面中菌落總數的測定

菌落總數參照GB 4789.2—2010測定。

1.3.6蕎麥半干面酸度值測定

參考Ren等[12]的方法稱取適量蕎麥半干面樣品，用粉碎機粉碎過100目篩備用。取面條粉15 g，放入250 mL具塞錐形瓶，加水150 mL浸提，立刻加入5滴三氯甲烷，加塞并搖勻，置于搖床上(100r/min)室溫下提取80 min。提取結束后用濾紙將其過濾，收集濾液10 mL于100 mL錐形瓶中，分別加水20 mL和酚酞指示劑3滴，用氫氧化鈉標準液滴定至紅色，30 s內不褪色為止，記錄所消耗標準液的體積，并做空白實驗，記錄消耗標準液體積，蕎麥半干面中酸度值的計算公式：

式中：AV為蕎麥半干面酸度值/mL/10 g；V1為浸提樣品加水體積/mL；V2為用于滴定的樣品濾液體積/mL；V3為樣品消耗氫氧化鈉標準溶液體積/mL；V4為空白消耗氫氧化鈉標準溶液體積/mL；c為氫氧化鈉標準溶液濃度/mol/L；M為蕎麥半干面質量/g。

1.3.7蕎麥半干面感官評價

感官評價小組成員由8名女性與4名男性組成，均已進行感官評價培訓，對儲藏期間蕎麥半干面生面條的總體可接受度(依據色澤、氣味和表面狀態綜合評價)指標進行評價。采用9點數字標度為評分標尺，1代表極不喜歡，9代表極喜歡，5為可接受的最低限值。

1.3.8蕎麥半干面質構特性測定

取長度為22 cm的蕎麥半干面25根，放入450 mL的沸水中煮至最佳蒸煮時間(330 s)后用漏網撈出，瀝水15 s后迅速用5片濾紙吸干面條表面殘余的水分，將面條用保鮮膜雙層覆蓋，15 min內完成同批次樣品的測試。測試探頭選HDP/PFS，測前速度設為2 mm/s，測試中、后速度均設為0.8 mm/s，形變量為75%，感應力為5 g，兩次壓縮的時間間隔為1 s。拉斷力的測試探頭選擇A/SPR型，初始距離和感應力分別設為50.0 mm、5 g，測前和測中速度均設置為2 mm/s，測后速度為10 mm/s，拉伸距離為90.0 mm。每個樣品做5次平行，取其平均值。

1.3.9蕎麥半干面T2-加權成像測試

將樣品置于內徑為15 mm測試管中，用生料膠帶封口。測試程序為多層-自旋-回波(MSME)脈沖序列，測試條件為：回波時間為15.0 ms，單層掃描厚度為5.0 mm，重復采樣間隔時間為3 000 ms，單次實驗掃描次數為32，視野為FOV X=FOV Y=100 mm，測試溫度為32 ℃，圖像矩陣為128×64，得到蕎麥半干面的T2-加權灰度圖。

1.3.10數據統計與分析

每批次蕎麥半干面重復制作5個平行樣品，每項指標均采取隨機測試3個平行樣品，取3次測試結果的平均值做統計分析；采用SPSS 17.0對所得數據進行方差分析和顯著性分析；采用Excel和Origin 8.5制圖。

2　結果與分析

2.1　水分活度對蕎麥半干面中微生物生長速率的影響

用紫外燈殺菌的方式控制無菌室的環境，按1.3.1中的配方，剛制作的蕎麥面條懸掛于無菌室環境中自然脫水(T=25 ℃，H=65%)，得到不同水分活度的蕎麥半干面(水分活度分別為0.899、0.912、0.928、0.940、0.946、0.952、0.968、0.983、0.987、0.989、0.994)，初始菌落總數為3.2 lgCFU/g，儲藏24 h后分別為3.8、3.9、4.4、5.0、5.9、6.7、7.6、7.8、7.9、8.0、8.1 lgCFU/g，以24 h內蕎麥半干面中菌落總數的增加量表示微生物的生長速率，結果如圖1所示。隨著水分活度的增大，蕎麥半干面中微生物的生長速率呈現整體增加的變化趨勢。其中，水分活度在0.912～0.968之間變化時，微生物生長速率呈線性增加(R2=0.953 2)，當水分活度超過0.983時微生物速率增加的趨勢變得緩慢。Beauchat等[13]研究認為水分活度是決定微生物生長所需要水的下限值，大部分腐敗細菌在水分活度0.91以下時停止生長，霉菌生長所需要的水分活度較低(>0.80)，當水分活度降到0.70以下時絕大多數微生物已不能生長。含水量為22.50%左右的蕎麥半干面的水分活度仍高達0.940左右，微生物增殖迅速，貨架期較短。為了抑制微生物的生長繁殖，可采取添加水分保持劑的方法，降低蕎麥半干面的水分活度，以達到延長蕎麥半干面貨架期的目的。

圖1　水分活度對蕎麥半干面中微生物生長速率的影響

2.2　多元醇和鹽類對蕎麥半干面水分活度的影響

參考GB 2760—2014的規定，選取丙二醇、山梨糖醇、乳酸鈉、食鹽和復合磷酸鹽(焦磷酸鈉∶三聚磷酸鈉∶六偏磷酸鈉=27∶45∶28)水分活度降低劑添加到蕎麥半干面中，其水分活度的變化如圖2所示。所有樣品的含水量均在22.50%～22.80%之間，由圖2可知，不添加任何水分活度降低劑的蕎麥半干面水分活度為0.938，其含水量為22.50%，多元醇和鹽類均具有顯著降低蕎麥半干面水分活度的作用。鹽類具有極佳的親水性，能牢牢的鎖住水分，降低食品表面的水分蒸汽壓，而常常被用于醬料、肉制品的保藏[14]，但是由于鹽類的種類不一樣，其保水的作用效果也有所差別。對比圖2可知，食鹽的作用效果最好，可以將其從0.941降至0.900。多元醇屬于多羥基物質，大分子類親水物質，亦能結合水分子，使其移動性變差。Cui等[15]研究也發現復合磷酸鹽、甘油和山梨糖醇具有協同降低水分活度的作用。然而，單獨添加一種水分活度降低劑不能將水分活度控制在安全范圍內，因此實驗選擇0.15%丙二醇、3%山梨糖醇、0.24%乳酸鈉、0.7%復合磷酸鹽和2.4%食鹽進行復合添加(添加量為占面粉總質量的百分比)，考察其協同效果。

圖2　不同水分活度降低劑對蕎麥半干面水分活度的影響

2.3　復合水分活度降低劑對蕎麥半干面中水分活度及狀態的影響

復合水分活度降低劑由丙二醇、山梨糖醇、乳酸鈉、復合磷酸鹽和食鹽按照上述百分比含量組合而成，各水分活度降低劑的添加量均不超過GB 2760—2014中所允許的最大添加量，并符合食品安全法規的要求。食品的儲藏穩定性取決于食品中水分的結合狀態和水分活度的大小，水分與非水分組分的結合越緊密，水分活度越低，食品就越容易保藏；反之，食品就容易腐敗變質。吸濕等溫線是描述食品中水分含量與水分活度關系的曲線，通過繪制空白組和實驗組蕎麥半干面各自的吸濕等溫線，可以反映水分活度降低劑對蕎麥半干面水分活度的影響[16]。

蕎麥半干面中吸濕等溫線的變化如圖3所示，其中空白組未添加任何水分活度降低劑的蕎麥半干面，實驗組為添加了復合水分活度降低劑的蕎麥半干面。由圖3a可知，與空白組相比，實驗組樣品的吸濕等溫線向上移動，即當實驗組樣品和空白組樣品中含水量均為22.50%時(如圖3a中虛線所示)，前者水分活度為0.849，而后者水分活度為0.945，說明添加了復合水分活度降低劑的蕎麥半干面中水分的結合狀態發生了改變，與非水組分結合的更加牢固，水分蒸汽壓減小。Lilia等[17]研究發現食鹽和山梨糖醇具有降低食品中水分活度的效果，使水分子與大分子物質結合程度增強，水分流動性變差。

注：空白組為未添加水分活度降低劑的蕎麥半干面；實驗組為添加了0.15%丙二醇、3%山梨糖醇、0.24%乳酸鈉、0.7%復合磷酸鹽和2.4%食鹽復合水分活度降低劑的蕎麥半干面，余同。圖3　復合水分活度降低劑對蕎麥半干面水分活度和狀態的影響

吸濕等溫線從宏觀層面表征了復合水分活度劑對蕎麥半干面中水分活度的影響，利用低場核磁共振技術監測水分子橫向弛豫時間的變化可以從分子層面表征蕎麥半干面中水分結合狀態的變化，進一步闡述水分活度降低劑的作用機制。橫向弛豫時間T2越大，說明食品中所含水分子的自由度越大，水分易于流動；T2越短，則說明水分與非水組分結合強度越大，不易流動。蕎麥半干面含水量為22.50%中水分的T2圖譜如圖3b所示，2個樣品均出現3個峰，說明水分活度降低劑的加入并沒有改變蕎麥半干面中水分的3種分布狀態。然而，與空白組相比，實驗組樣品的水分弛豫圖譜整體向左移動，說明蕎麥半干面中水分的自由度降低，流動水向結合水轉化，多元糖醇的羥基基團與水分子之間能形成氫鍵，降低水分子的移動能力[16]。Umbach等[18]研究認為面團中蛋白對水分的結合能力要強于淀粉，對水分子的移動性影響較大，而復合磷酸鹽和食鹽溶于水后均可以電離出Na+，一定濃度的Na+能消除蛋白的疏水性，使水分更好的與蛋白結合，水分子自由度減小[19]，使蕎麥半干面宏觀表現為水分活度的降低。

2.4　降低水分活度對蕎麥半干面菌落總數的影響

據文獻報道將水分活度降低到0.90以下時，能夠有效抑制食品中腐敗細菌的生長繁殖[20]。為了驗證降低水分活度延長蕎麥半干面貨架期的效果，將未添加任何水分活度降低劑的蕎麥半干面(空白組)和添加復合水分活度降低劑的蕎麥半干面(實驗組)均采用脫氧包裝，常溫儲藏期間檢測其菌落總數的變化。結果如圖4所示，與空白組(含水量、水分活度和初始含菌量分別為22.45%、0.940、3.2 lgCFU/g)相比，實驗組蕎麥半干面(含水量、水分活度和初始含菌量分別為22.51%、0.849、3.1 lgCFU/g)在儲藏36 d后菌落總數才超過檢測閾值，說明水分活度降低劑將蕎麥半干面水分活度降低至0.850以下時，能有效抑制腐敗微生物的生長，延長其保質期。

圖4　儲藏期間蕎麥半干面菌落總數的變化

2.5　降低水分活度對蕎麥半干面酸度值的影響

面條在儲藏過程中，由于微生物的生長代謝、碳水化合物的降解以及酶促反應的共同作用，水溶性的磷酸、酸式磷酸鹽、乙酸和乳酸會逐漸積累，引起面條酸化，食味變差。酸度值是表征面條酸化程度的一項重要指標，DB 31/42-2009中以酸度值為指標對半干面制品的貨架期進行了限定，酸度值超過4 mL/10 g時，即認為半干面已不能流通售賣。蕎麥半干面儲藏期間酸度值的變化如圖5所示。空白組(含水量、水分活度和初始酸度值分別為22.42%、0.939、1.27 mL/10 g)在儲藏18 d時超過檢測閾值，而實驗組(含水量、水分活度和初始酸度值分別為22.50%、0.849、1.40 mL/10 g)具有更長的貨架期(48 d)。蕎麥半干面中水溶性酸的積累與微生物代謝產酸，蛋白質、碳水化合物的降解有關，大分子物質的降解需要水解酶的參與，而較低的水分活度會抑制相關水解酶的活性，抑制蕎麥半干面的酸化速率。

圖5　儲藏期間蕎麥半干面酸度值的變化

2.6　降低水分活度對蕎麥半干面總體可接受度的影響

感官評價能反映一種食品的使用價值與受歡迎程度。蕎麥半干面儲藏期間，微生物的生長繁殖和生化理化反應的進行，均引起蕎麥半干面表觀顏色、氣味、狀態的劣變，儲藏期間的總體可接受度得分變化如圖6所示。空白組的含水量、水分活度和初始感官得分別為22.47%、0.938、8.65，實驗組含水量、水分活度和初始感官得分別為22.47%、0.938、8.77。剛制作的蕎麥半干面總體接受度較高，得分為8.7分左右，具有蕎麥特有的色香味，說明多元醇和鹽類對蕎麥半干面的感官品質無顯著影響。隨著儲藏時間的延長，實驗組感官得分下降的較慢，說明降低水分活度能抑制微生物繁殖和生化理化反應所引起的蕎麥半干面感官品質的劣變。當蕎麥半干面的總體可接受度得分低于5時，不被評價者接受，實驗組蕎麥半干面儲藏54 d時失去商品價值，感官貨架期延長了42 d(與空白組相比)。

圖6　儲藏期間蕎麥半干面總體可接受度的變化

2.7　降低水分活度對蕎麥半干面質構特性的影響

面條的質構特性能客觀地反映面條的食用品質，儲藏期間蕎麥半干面質構品質的變化如圖7所示，硬度與拉斷力均逐漸降低，但實驗組(含水量、水分活度、初始硬度值和拉斷力分別為22.46%、0.846、4 872.811 g和17.43 g)較空白組(含水量、水分活度、初始硬度值和拉斷力分別為22.53%、0.941、4817.704 g和17.00 g)變化緩慢，且儲藏后期與前期相比，蕎麥半干面的硬度與拉斷力只降低了10.4%和7.4%，隋苗苗等[21]研究認為面條在儲藏期間硬度值下降30.0%時，面條可能已經變質。由此可見，較低的水分活度維持了蕎麥半干面良好的貨架期品質。

圖7　儲藏期間蕎麥半干面質構特性的變化

2.8　降低水分活度對蕎麥半干面中水分分布的影響

低場核磁共振成像是一項快速無損的檢測技術，可以檢測食品中水的流動性、內部結構和水分分布等，近年來被廣泛應用于食品的加工和保藏研究。T2-加權灰度圖突出顯示食品中水分分布的具體情形。其中，亮度越大表示質子密度越大，該部分水分較多。由圖8a可知，儲藏期間，空白組蕎麥半干面中水分不斷遷移，水分分布變得不均，蕎麥半干面結構逐漸被破壞。儲藏6 d時內部結構開始出現黑色區域，水分發生了重新分配，微生物的生長代謝，蛋白與淀粉的降解，均會引起水分的重新分配。儲藏時間的進一步增加，黑色區域逐漸增大、數量變多，這與微生物的發酵產氣有關，而蕎麥半干面相對致密的結構對氣體具有良好的截留效果。而由圖8b可知，儲藏前20 d，實驗組蕎麥半干面中水分分布均勻，面條中無明顯水分遷移現象。直到40 d時內部才出現明顯黑色區域，此時蕎麥半干面中微生物才開始大量繁殖，產酸產氣進而引起蕎麥半干面內部出現無水區域。結合儲藏期間微生物的變化可知，水分活度降低劑的添加，不僅降低了水分活度，抑制微生物的生長，還阻礙了蕎麥半干面儲藏期間水分的遷移，這與Baik等[22]的研究相一致。

圖8　儲藏期間蕎麥半干面水分分布的變化

3　結論

水分活度是影響蕎麥半干面保質期的重要因素，其值在0.912～0.968之間時，微生物生長速率呈線性增長(R2=0.953 2)。水分活度降低劑能促進蕎麥半干面中自由水與非水組分的結合，促進游離水分結構化，有效降低蕎麥半干面的水分活度，其中食鹽效果最優。添加復合水分活度降低劑可將蕎麥半干面水分活度降低至0.850，顯著抑制微生物的生長代謝，延緩酸化速率，阻礙水分遷移，延長蕎麥半干面保質期至36 d，且維持了其良好的貨架期品質。

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