貴州三穗特色干豆豉保藏過程中品質變化及貨架期預測

劉林新，王修俊*，張芹，馮廷萃

(1.貴州大學發酵工程與生物制藥省級重點實驗室，貴陽 550025；2.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽 550025；3.鎮遠縣名城食品廠，貴州 鎮遠 557700)

豆豉，中國自古以來的重要傳統發酵豆制品，在漢代以前被用作食品調味品[1]。豆豉是我國西南地區人們日常的調味品之一，長期食用具有助消化、增強肝臟排毒、預防癌癥等生理功能[2]。貴州三穗等地區以細菌型豆豉為代表的發酵豆豉主要以小作坊或家庭式生產較多，應用于工業規模化生產的較少，以及不同包裝的差異性導致保質期無法精準確定[3,4]，造成了一定的食品衛生安全隱患，導致相關食品企業經濟受損。

隨著人們飲食結構的改變，對食品質量安全要求更高，食品的包裝和保藏性研究也刻不容緩[5]，因此為了提高貴州三穗特色豆豉在保藏過程中的食品安全性以及減輕當地企業的經濟損失，對豆豉保藏過程中的品質變化規律研究以及貨架期預測變得尤為重要。本文以貴州三穗特色干豆豉為原料(復合發酵劑發酵豆豉，發酵成熟后裝入滅菌保鮮袋中，25 ℃室溫儲存，豆豉的初始含水率約為66%)，應用Arrhenius方程、零級化學動力學模型、加速破壞性實驗(ASLT，Accelerated Shelf-life Testing)等[6-8]建立動力學模型，對真空包裝的干豆豉貨架期進行預測，研究其在保藏過程中的品質變化規律。

1 材料與設備

1.1 材料與試劑

試驗材料：豆豉，貴州三穗老張家土特食品有限公司。

試驗試劑：平板計數培養基(PCA)、馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂(VRBP)、生理鹽水。

1.2 主要試驗儀器及設備

DZKW-4型電子恒溫水浴鍋 上海科析試驗儀器廠；LS-1F型超凈工作臺 上海索譜儀器有限公司；XHF-D型高速分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司；PHS-3C型pH酸度計 上海鴻蓋儀器有限公司；XFS-280A型手提式蒸汽滅菌器 浙江新豐醫療器械有限公司；XK97-A型菌落計數器 姜堰市新康醫療器械有限公司；SPX-250B-G型光照培養箱 上海博訊實業有限公司；9 cm×13 cm真空包裝袋 浙江微利豪包裝有限公司；FA2002B型電子精密天平 上海越平科學儀器有限公司；NH350型色差儀 深圳市三恩馳科技有限公司。

2 試驗方法

2.1 樣品及預處理

用包裝袋盛裝(80±0.5)g干豆豉，在0.08 MPa進行真空包裝，然后分別放在288.15，298.15，308.15 K不同條件下貯藏，在288.15 K和298.15 K條件下每隔10 d測一次相應指標，308.15 K條件下每隔8 d測定一次相應指標。

2.2 指標測定

2.2.1 豆豉中菌落總數的測定

根據GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》中的平板計數法進行測定，菌落總數以CFU/g表示[9]。

2.2.2 豆豉色差的測定

豆豉在貯藏過程中受溫度和時間的影響，使得豆豉的色澤發生變化。為了解豆豉在保藏過程中色澤的變化情況，測量豆豉在干燥前后的L*、a*、b*，每個樣品平行測定7次，去除最大值與最小值，使用剩余5組數據，結果取平均值。

2.2.3 豆豉的感官評定

由10名從事食品研究人員組成的評價小組對豆豉進行感官評價，最終結果以其感官評價平均值為標準，干豆豉的感官評定標準見表1。

表1 感官評定標準Table 1 The sensory evaluation criteria

2.3 豆豉貨架期預測模型建立

2.3.1 貨架期模型的建立

食品在貯藏過程中發生變質主要是由物理、化學及微生物造成，其品質變化遵循化學反應動力學，多數是以零級或一級反應，公式如下：

零級反應：C=kt+C0；

(1)

一級反應：C=C0e-kt。

(2)

式中：t 為貯藏時間， d；C 為貯藏 t 天時特征指標值；C0為特征指標的初始值；k為化學反應速率。

2.3.2 Arrhenius方程及貨架期預測模型的建立

為了準確預測物料的貨架期，通過改變貯藏溫度，加速物理或化學變化，使得產品的變質速度加快。Arrhenius方程能夠反映食品的腐敗變質速率，可以確定特征指標 C 的反應速率 k 與貯藏溫度 T 之間的關系。Arrhenius方程見式(3)：

(3)

式中：k0為指前因子(又稱頻率因子)；Ea為表觀活化能，J/mol；R為氣體常數，為8.314 J/mol·K；T為絕對溫度，K。

將式(3)兩邊取對數得：

(4)

由式(3)可知lnk與(1/T)間存在線性關系，其中以(1/T)為橫坐標，lnk 為縱坐標，得出截距為 lnk0，斜率為(-Ea/R)的直線。利用Origin 9.1軟件對反應速率 k與絕對溫度 T 之間的關系進行線性擬合即可得出指前因子 k0和表觀活化能 Ea。

假如特征指標C的變化符合零級反應，那么將公式(1)帶入公式(3)轉換可得豆豉零級貨架期SL0(Shelf Life，d)：

(5)

同理，假如特征指標C的變化符合一級反應，那么將公式(1)帶入公式(3)轉換可得豆豉一級貨架期SL1(Shelf Life，d)：

(6)

2.4 干豆豉理化指標測定

根據GB 4789.3—2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》中的MPN計數法對大腸菌群進行測定[10]。

根據GB 4789.15—2016《食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》中的MPN計數法對霉菌和酵母菌進行測定[11]。

根據GB 5009.235—2016《食品中氨基酸態氮的測定》中的酸度計法對氨基酸態氮進行測定[12]。

根據GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》中的直接干燥法對水分進行測定[13]。

根據GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法對蛋白質進行測定[14]。

3 試驗結果與分析

3.1 豆豉保藏過程中品質的變化

3.1.1 豆豉保藏過程中菌落總數的變化

在不同溫度下測定菌落總數，建立貨架期預測模型[15]。在2.2.1的基礎上研究貴州特色豆豉產品保藏過程中菌落總數的變化，試驗結果見圖1。

圖1 保藏過程中豆豉的菌落總數變化Fig.1 The change of total number of bacterial colony during the preservation of dried fermented soya beans

菌落總數表明食品受微生物污染情況并且直接影響食品的產品品質。由圖1可知，在288.15～308.15 K范圍內，隨著溫度的升高，保藏時間延長，菌落總數不斷增加，且溫度越高，增長越快。當溫度為288.15k時，菌落總數隨保藏時間延長增長較緩慢，這是由于溫度低抑制了菌株的生長。在308.15 K條件下，菌落總數是最高的，主要是由于該溫度是細菌的適宜溫度，細菌在該溫度下能快速繁殖。

3.1.2 豆豉保藏過程中色差的變化

在2.2.2的基礎上研究貴州特色豆豉產品保藏過程中色差的變化，試驗結果見圖2。

圖2 保藏過程中豆豉的色差變化Fig.2 The change of chromatic aberration during the preservation of dried fermented soya beans

根據國際標準照明委員會建立的可見光譜的顏色空間標準對物體顏色進行測定，最常用的為Lab色彩空間，采用色差儀測定貯藏過程中豆豉色澤的變化[16]，其中 L*表示亮度。由圖2可知，隨著溫度升高，保藏時間延長，亮度 L*總體呈下降趨勢，且貯藏溫度越高，下降速度越快，主要是在貯藏過程中，干豆豉中的蛋白質、氨基酸、酮類物質和還原糖發生褐變以及脂肪氧化使顏色加深，導致豆豉的亮度下降。

3.2 干豆豉菌落總數動力學預測模型建立

利用Origin 9.1軟件對菌落總數數據進行處理，得到不同溫度下的變化速率常數k和R2，結果見表2。

表2 動力學模型的擬合參數Table 2 Fitting parameters of kinetics model

分別用零級和一級反應對豆豉菌落總數進行線性擬合，得到在不同溫度下的反應速率常數k和決定系數R2，結果見圖3。

圖3 干豆豉在不同貯藏條件下菌落總數變化的Arrhenius曲線Fig.3 The Arrhenius curve of total number of bacterial colony of dried fermented soya beans under different storage conditions

由圖3可知，一級反應的擬合度比零級高(一級反應的R2大于零級反應)，說明豆豉中菌落總數的變化更符合一級反應。

由表2確定了菌落總數在不同溫度下變化的動力學模型，然后結合Arrhenius方程，由公式(4)中 lnk對(1/T)間進行線性擬合得圖3。其中lnk0為截距，(-Ea/R)為斜率，可求出活化能Ea為1.0741×104和指前因子k0為2.4022，則干豆豉預測貨架期模型見公式(7)：

(7)

式中：C3為某特征值的終點值，T為貯藏溫度(K)。

3.3 干豆豉貨架期終點的判定

根據T/GZSX 014-2018的微生物指標對非即食豆豉的微生物不限定，故不能用菌落總數來判斷干豆豉的貨架期終點，但干豆豉在貯藏及銷售過程中易出現霉變、發黏等感官變化，故干豆豉的貨架期終點主要根據消費者對于產品的滋味、氣味、狀態、色澤的可接受度來評判。

由表1的評分標準對不同貯藏溫度過程中干豆豉的品質進行評分，見圖4。

圖4 不同溫度下豆豉的感官評價Fig.4 Sensory evaluation of fermented soya beans at different temperatures

由圖4可知，不同溫度下感官評分的變化趨勢與豆豉亮度L*基本一致，與菌落總數相反。從色澤、滋氣味、狀態多方面綜合考察，當感官評分降為60分時，干豆豉達到感官拒絕點的即為貨架期終點。

當感官評分達到60分時，需要測定干豆豉達到貨架期終點時的特征指標值，即菌落總數。干豆豉在288.15，298.15，308.15 K貯藏溫度下菌落總數分別為5.5187×1011，6.5125×1011，6.728×1011CFU/g。

3.4 干豆豉貨架期預測的準確性評估

貨架期預測模型的準確性評估，通過對干豆豉貨架期實測值與模型預測值進行比較分析來判斷模型的準確性。根據圖4分析計算，感官評分達到60分時為貨架期的實測值，可得不同貯藏溫度下的貨架期實測值，見表3。

表3 不同溫度下貨架期的預測值和實測值Table 3 The predicted values and measured values of fermented soya beans within shelf life at different temperatures

注：相對誤差=|預測值-實測值|/實測值×100%。

由表3可知，豆豉在288.15，298.15，308.15 K條件下預測值與實測值的相對誤差分別為8.22%、0.03%和3.33%，預測值和實測值相對誤差均小于10%，說明一級反應貨架期模型在288.15～308.15 K范圍內可準確預測干豆豉的貨架期，且在該范圍內干豆豉的貨架期分別為325，285，248 d。

3.5 干豆豉質量指標測定結果

按照2.4的試驗方法對干豆豉進行檢測，結果見表4。

表4 干豆豉產品測定結果Table 4 The determination results of dried fermented soya beans products

由表4可知，貴州三穗特色豆豉的pH、總酸、氨基酸態氮、蛋白質分別為6.9，0.89 g/kg，1.06 g/100 g，39.00%，均符合T/GZSX 014-2018標準。根據檢測，貴州三穗特色豆豉產品中的致病菌、鉛、砷和黃曲霉毒素均在GB 29921-2013和GB 2761-2017限量范圍內，滿足衛生標準。

4 結論

在288.15～308.15 K范圍內，干豆豉的菌落總數的變化符合一級反應模型，且一級化學反應動力學方程的相關系數均>0.90；結合Arrhenius方程，研究溫度T對干豆豉菌落總數變化速率k的影響，對其進行線性擬合，其菌落總數與溫度之間存在良好的線性關系，R2>0.99；以感官評分為60分時作為貨架期終點，測定菌落總數在288.15，298.15，308.15 K條件下貨架期模型的準確性，計算出預測值與實測值的相對誤差分別為8.22%、0.03%、3.33%，兩者的吻合度較高，說明在288.15～308.15 K范圍內可準確預測干豆豉的貨架期，在該范圍內干豆豉的貨架期分別為325，285，248 d，且所得產品均符合安全標準。