青花椒醬的開發(fā)及其貨架期預測

袁乙平，何雨婕，肖含磊，陳金輝，代業(yè)梅，蘇 凡，馬 嫄

(西華大學 食品與生物工程學院，四川 成都 610039)

青花椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb.et Zucc.)為木蘭綱(Magnoliopsida)無患子目(Sapindales)蕓香科(Rutaceae)花椒屬(Zanthoxylum)崖椒亞屬(ZanthoxylumSubgen)植物的果實，是我國最常用的“八大調(diào)料”之一。在我國，花椒分為很多品種，而青花椒就屬于其中的一個品種[1-2]。青花椒以其果實清香、麻味純正而著稱，是花椒品系中最具競爭力的早熟品種，含有人體所需的維生素C、銅、鐵、鋅、錳、硒等多種微量元素，同時青花椒還含有豐富的生物堿、香豆素、脂肪酸以及黃酮等[3-4]。此外，青花椒還富含揮發(fā)油和酰胺類物質(zhì)，也是其主要麻味物質(zhì)，其花椒和花椒籽的含油量分別達到10.73%和27.6%[5]。許多研究表明花椒對慢性胃炎、風濕關節(jié)炎、糖尿病、抗腫瘤等有顯著療效，因此，長期以來深受人們的喜愛[4-6]。青花椒每年3月開花，7月開始采收，其采收具有季節(jié)性，目前青花椒加工大多采用將其干燥后保存以備后期加工，對鮮青花椒的深加工較為少見[7-8]。由于青花椒的季節(jié)性和不耐貯藏，采摘后的青花椒如果不做及時處理極易發(fā)生褐變，造成青花椒色澤和品質(zhì)的下降[2-3]，因此，研究鮮青花椒的精深加工方法顯得十分必要。

本研究以青花椒為主要原料，與大蒜、新鮮青辣椒等進行調(diào)配，首先探究青花椒的護色工藝、花椒醬的超高壓滅菌工藝[9-10]，然后對花椒醬的風味類型進行分析并進行感官評價，最后對花椒醬的貨架期進行預測。通過響應面法優(yōu)化護色工藝得到較佳的護色處理方案，通過超高壓方式滅菌，延長產(chǎn)品貨架期，通過電子鼻評價分析花椒醬的主要特征風味。通過Q10貨架期預測模型對花椒醬的貨架期進行預測，得到較佳的貯藏時間。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

研究用青花椒，由四川省巴中市平昌縣土興花椒加工廠提供，采摘后冰鮮保鮮運輸至實驗室冷藏保存；青辣椒、大蒜、鹽等購于當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場；亞硫酸鈉、抗壞血酸、硫酸鋅、檸檬酸、硫酸銅等均為食品級添加劑。

1.2 儀器和設備

MesoMR23-040V-1型低場核磁共振儀(low field nuclear magnetic，LF-NMR)，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；HPP600MPa/3-5L型超高壓滅菌設備，包頭科發(fā)高壓科技有限責任公司；G154DWS型高溫滅菌鍋，上海賽海洋生物科技實業(yè)有限公司；PX-82型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海博迅實業(yè)有限公司；PEN3型電子鼻，德國Airsense公司；AIRTECH型超凈工作臺，紹興上虞艾科儀器設備有限公司；TW-BZJ-2-4型真空包裝機，上海沃迪智能裝備股份有限公司；WF32-16mm型色差儀，深圳市威福光電科技有限公司；ZN-200V型高速粉碎機，長沙市岳麓區(qū)中南制藥機械廠；10 cm×15 cm真空包裝袋，北國包裝商用真空袋。

1.3 青花椒醬的制備方法

1.3.1制備工藝流程

青花椒醬的制作工藝流程見圖1。

圖1 青花椒醬的制備流程

操作要點：1)原料預處理：將青花椒和青辣椒去蒂清洗，將大蒜去皮清洗備用；2)護色、漂燙：在對青花椒及青辣椒進行破碎之前，先將青花椒放置于復合護色劑中浸泡半小時，將青辣椒放于80 ℃的水中漂燙5 min；3)原材料的破碎：將青花椒放置于粉碎機中進行超微粉碎，將大蒜去皮后放于搗臼中搗碎，將漂燙護色后的青辣椒切細后用搗臼搗碎；4)調(diào)配：將粉碎的青花椒(質(zhì)量分數(shù)為46%)、搗碎的大蒜(質(zhì)量分數(shù)為20%)和青辣椒(質(zhì)量分數(shù)為30%)按比例混合，加入鹽(質(zhì)量分數(shù)為2.5%)進行混合，得到最終產(chǎn)品；5)包裝：將混合好的花椒醬100 g裝入真空袋中，用真空包裝機抽真空保存；6)滅菌：將包裝好的復合調(diào)味花椒醬進行超高壓滅菌處理，得到最終產(chǎn)品。

1.3.2花椒的護色工藝

研究選取亞硫酸鈉、抗壞血酸、硫酸鋅、檸檬酸、硫酸銅作為護色劑分別配置成不同濃度的溶液進行單因素實驗，探索各單因素對青花椒色差的影響，確定各護色劑的較優(yōu)作用范圍[11]。在單因素實驗基礎上，選取抗壞血酸、硫酸鋅、檸檬酸3種因素進行響應面優(yōu)化。根據(jù)響應面實驗表設計出3因素3水平實驗表，將青花椒使用復合護色劑進行浸泡，以總色差作為響應值，采用Box-Behnken的中心組合設計見表1。

表1 響應面試驗的因素水平

1.3.3花椒醬的滅菌工藝

在室溫條件下(25 ℃)，分別選用300、350、400、450、500 MPa處理8 min，5個壓力處理；同時，在400 MPa下，分別設2、5、8、11、14 min 5個時間處理，以不做超高壓處理(0.1 MPa)為對照，進行壓力和時間單因素對花椒醬貯藏品質(zhì)的影響實驗[12-13]。貯藏15 d后，測定花椒醬中的菌落總數(shù)及色差。

1.3.4貨架期預測方法

研究采用Q10法進行預測，設置溫度差值為10 ℃的兩個溫度進行貯藏，則兩個溫度下的貨架壽命比率Q10的計算公式見式(1)，再根據(jù)式(2)即可得到花椒醬在4 ℃、25 ℃下貯藏的貨架期[14]。

(1)

(2)

式(2)中，Qs(t)為所求t下的貨架期；Qs(t0)為t0下的貨架期。

將封裝滅菌后的花椒醬分別放置于35 ℃和45 ℃溫度下的恒溫箱內(nèi)。每隔3 d取45 ℃恒溫箱內(nèi)的花椒醬檢測其各項指標；每隔6 d取35 ℃恒溫箱內(nèi)的花椒醬檢測其各項指標。通過測定花椒醬在貯藏過程中色差、風味、水分、感官品質(zhì)、總菌落數(shù)，直至貨架期終點(貨架期終點由同一批樣品放置后，感官上已不可接受的樣品確定)，從而預測花椒醬的貨架期。

1.4 青花椒醬的品質(zhì)分析方法

1.4.1菌落總數(shù)的測定

采用GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》的方法進行測定。

1.4.2色差的測定

使用色差儀進行測定，樣品進行3次平行實驗的測定。ΔE的測定方法通過式(3)計算：

ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2。

(3)

式(3)中，ΔL為實驗后和實驗前L*值的差；Δa為實驗后和實驗前a*值的差；Δb為實驗后和實驗前b*值的差；其中L*、a*、b*值的測定均由精密色差儀測得。

1.4.3水分的測定

LF-NMR測定自旋-自旋弛豫時間(t2)：準確稱取3 g花椒醬，置于核磁樣品管中，放入磁體腔內(nèi)，進行核磁共振測定樣品中水分含量。首先在Q-FID序列下進行儀器的校正，放入樣品，尋找樣品最佳的等待時間和重復次數(shù)參數(shù)值，最后選擇Q-CPMG序列進行樣品的弛豫數(shù)據(jù)采集。測試條件為氫質(zhì)子共振頻率23 MHz，測定溫度32 ℃，采樣頻率100 kHz，重復次數(shù)2，等待時間1 500 ms，NMR測得的圖為自由誘導指數(shù)衰減曲線，通過儀器自帶的反演軟件進行數(shù)據(jù)反演，得到樣品中不同組分水分的弛豫時間與峰面積[15]。

1.4.4感官評價

1.4.4.1 主觀評價

分析評審組成員由10人組成，小組成員身體健康，感官靈敏，可以很好的區(qū)分產(chǎn)品色、香、味、形的不同，語言描述能力好。在標準感官實驗室進行感官評鑒，將所有樣品隨機排號，且所有試樣的溫度保持一致。感官評分表見表2。

表2 花椒醬的感官評分

1.4.4.2 電子鼻評價

采用PEN3型電子鼻傳感器對花椒醬的風味物質(zhì)進行測定。準確稱取1 g花椒醬放置于頂空瓶內(nèi)，密封室溫平衡2 h，插入電子鼻探頭吸取頂端空氣，測定揮發(fā)性物質(zhì)。電子鼻參數(shù)設置：檢測時間200 s，預進樣5 s，清洗時間90 s，進樣流量300 mL/min，載氣流速300 mL/min。測定時傳感器響應值逐漸增大，第175秒后趨于平緩，取177秒處信號作為傳感器信號分析的時間點。每種樣品重復測定6次[16]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

響應面實驗用Design-expert軟件中的Box-Behnken進行設計；實驗數(shù)據(jù)用SPSS 22.0處理并進行Dunacans差異顯著性分析，Origin8.6進行繪圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 青花椒醬的制備工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素實驗結(jié)果的分析，選取護色劑中的檸檬酸濃度、抗壞血酸濃度、硫酸鋅濃度為護色實驗的考察因素，利用Design-expert軟件中的Box-Behnken實驗設計方案，對青花椒的護色方案進行優(yōu)化，以總色差值為響應值[17]，用Design-expert響應面分析軟件對實驗所得的結(jié)果進行回歸分析及方差分析，得到二次多項式回歸模型如下，總色差(ΔE)：ΔE=3.16+0.19A+0.085B-0.015C+0.22AB+0.25AC+0.23BC+0.54A2+0.57B2+0.18C2。該回歸方程對實驗擬合情況好。由顯著性分析可知，對總色差影響的因素由大到小順序依次為抗壞血酸、硫酸鋅、檸檬酸。

根據(jù)回歸方程及響應面分析，抗壞血酸的濃度、硫酸鋅的濃度、檸檬酸的濃度對青花椒的色澤都有一定的影響，這與類似文獻報道結(jié)果一致[17]。在考察的變量范圍內(nèi)，隨著抗壞血酸溶液濃度的升高，色差逐漸減小；當抗壞血酸質(zhì)量濃度超過1.0 g/L后，色差開始增大。通過回歸模型的預測，可以得到青花椒的較佳護色條件為抗壞血酸0.89 g/L、硫酸鋅0.1 g/L、檸檬酸2.62 g/L，預測在此條件下青花椒的總色差為3.10。在此條件下依照上面配比進行3次平行實驗對青花椒進行護色，測定總色差為3.15，與預測值相差0.05，實驗值和模型預測值相近，充分驗證了模型的準確性，表明響應面法適用于青花椒護色配方的優(yōu)化。

2.2 青花椒醬貨架期的預測結(jié)果分析

2.2.1滅菌工藝優(yōu)化

綜合超高壓滅菌壓力和時間對花椒醬色差值和滅菌效果的影響，單因素實驗結(jié)果表明超高壓處理條件為8 min、400 MPa時，既能達到良好的滅菌效果，又能最大限度地保持花椒醬青翠的顏色不被破壞。因此，采用超高壓滅菌工藝對花椒醬進行非熱加工，綜合考慮滅菌效果和對醬體色澤的影響，其最佳處理壓力為400 MPa，最佳處理時間為8 min。

2.2.2菌落總數(shù)的變化

對35 ℃和45 ℃貯藏條件下的花椒醬的菌落總數(shù)進行測定，見圖2，貯藏前期無活菌存在，隨著貯藏時間的增加，花椒醬中的微生物數(shù)量逐漸增加，但增速緩慢，在35 ℃下貯藏第37天測得菌落總數(shù)為271 CFU/g，45 ℃下貯藏第19天測得菌落總數(shù)為165 CFU/g，兩個貯藏溫度條件下菌落總數(shù)均遠遠小于國家標準(<5 000 CFU/g)。結(jié)果表明，用超高壓殺菌技術對花椒醬進行滅菌能達到理想的滅菌效果。當超高壓滅菌壓力維持在400 MPa時，大部分微生物都可以被殺死，但芽孢類微生物的芽孢基本不受影響，所以保證了貯藏初期花椒醬中無存活的微生物[18]。但隨著貯藏時間的增加，花椒醬里原本存在的芽孢類桿菌開始萌芽、生長和繁殖，所以花椒醬里的微生物數(shù)量逐漸增加[19]。

圖2 貯藏溫度對花椒醬中菌落總數(shù)的影響

2.2.3色差

對35 ℃和45 ℃貯藏條件下的花椒醬的色差值進行測定，見表3和表4。從表中可以看出花椒醬在35 ℃和45 ℃條件下L*、a*、b*、ΔE的變化趨勢大致相同，其中L*值在花椒醬貯藏前期迅速減小，貯藏后期變化緩慢，表明整個貯藏期花椒醬顏色正逐漸變暗；花椒醬經(jīng)過較高溫度貯藏后，b*值顯著增大(P<0.05)，表明花椒醬顏色正逐漸趨于黃色；ΔE值也隨著貯藏時間的增加而增大。由結(jié)果可知，在溫度較高的條件下，花椒醬極易發(fā)生褐變反應[20-22]，顏色劣變迅速，醬體整體顏色正由翠綠色逐漸偏于黃褐色；當總色差ΔE值超過9時，花椒醬已接近完全褐變狀態(tài)，顏色黯淡無光，無法接受。由表3和表4可知35 ℃條件下花椒醬的總色差ΔE在貯藏25 d后變化不再顯著，45 ℃條件下花椒醬的總色差在貯藏13 d后變化不再顯著，并且從感官上已無法接受。

表3 35 ℃貯藏條件下花椒醬色差的變化

表4 45 ℃貯藏條件下花椒醬色差的變化

2.2.4水分的變化

對35 ℃和45 ℃貯藏條件下的花椒醬的水分進行測定，見圖3，花椒醬在進行NMR反演后的弛豫圖一共有2個峰，區(qū)間分別處于t21(1～10 ms)、t22(10～1 000 ms)。其中弛豫時間t21在0～10 ms的部分被認為是與大分子物質(zhì)緊密結(jié)合的那部分水，含量穩(wěn)定且不受蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或凈電荷變化的影響，也被稱作結(jié)合水；弛豫時間t22在10～1 000 ms的范圍內(nèi)被認為是樣品中的自由水[15]。由圖3可知，花椒醬在35 ℃和45 ℃條件下貯藏，醬體的結(jié)合水t21隨著貯藏時間的增加變化不顯著，而醬體的自由水t22從峰面積的大小可以看出，隨著貯藏時間的增加峰面積不斷減少[23]。因此花椒醬在貯藏過程中其水分變化主要由自由水的含量減小而引起的，自由水減少的主要原因可能是被花椒醬中的微生物利用，花椒醬中一定量的自由水為其提供了生長繁殖的條件[24]。利用低場核磁技術可以快速、有效的測出花椒醬貯藏過程中水分變化情況，有助于對花椒醬的品質(zhì)進行實時監(jiān)控。

圖3 貯藏溫度對花椒醬水分的影響

2.2.5感官評價結(jié)果

2.2.5.1 主觀評價結(jié)果

對35 ℃和45 ℃貯藏條件下的花椒醬進行感官評價，見表5和表6，新鮮的花椒醬在色澤上整體呈現(xiàn)翠綠色；風味上具有花椒特有的清香味且香味濃郁；在組織狀態(tài)上醬體應該呈半固態(tài)狀，質(zhì)地均勻細膩，黏度適中，沒有雜質(zhì)、沉淀和氣泡。由表5可知，隨著貯藏時間的增加，其感官品質(zhì)越來越差，第19天時色澤和風味品質(zhì)下降，整體口感和滋味尚能接受，但在第25天進行感官實驗時口感徹底不能接受，且大蒜味完全掩蓋了花椒香味，出現(xiàn)發(fā)酵的氣味，此時的評分已經(jīng)低于60分。由表6可以看出，45 ℃條件下的花椒醬情況與35 ℃條件下的花椒醬情況類似，在第10天進行感官實驗時出現(xiàn)不良風味，在第13天時整體口感已不能接受。感官評價對于花椒醬的品質(zhì)評定是一項重要的指標，高溫貯藏條件加快了花椒醬的感官品質(zhì)劣變，使花椒醬的口感從最初的清爽、麻香變成了刺鼻、辣口及酸腐味，以至于不能食用。基于感官評價結(jié)果得到花椒醬在35 ℃條件下的保質(zhì)期為25 d，在45 ℃條件下的保質(zhì)期為13 d。

表6 45 ℃貯藏條件下花椒醬感官評價得分

2.2.5.2 電子鼻評價結(jié)果

將花椒醬的電子鼻數(shù)據(jù)作雷達圖，見圖4。由圖4可知，電子鼻中的傳感器對花椒醬有明顯的響應，且響應值均不相同，其中傳感器W1W和傳感器W5S的響應值顯著高于其他傳感器。傳感器W1W對無機硫化物和烯萜類物質(zhì)敏感，傳感器W5S對氮氧化物敏感。由圖4可以看出，W1W和W5S貢獻率分別為97.221%和2.572%，這兩種主成分的累計貢獻率達到99.793%，說明花椒醬的風味物質(zhì)主要由W1W和W5S傳感器所對應的香氣類型組成。從實驗結(jié)果可以看出花椒醬中的主要風味成分是無機硫化物和烯萜類物質(zhì)，其次是氮氧化合物，這與文獻中報道的結(jié)果一致[25-28]，說明花椒醬的獨特風味主要由青花椒和大蒜提供。

圖4 花椒醬電子鼻的評價雷達圖

2.2.6貨架期的預測結(jié)果

本研究采用Q10貨架期預測模型對花椒醬的貨架期進行預測。綜合感官評價、色差、水分變化及菌落總數(shù)在花椒醬35 ℃和45 ℃貯藏條件下的變化情況得出：花椒醬在35 ℃貯藏條件下貨架期為25 d；花椒醬在45 ℃貯藏條件下貨架期為13 d。

3 結(jié) 論

通過響應面法設計得到了青花椒的最佳護色條件為：抗壞血酸質(zhì)量濃度0.89 g/L、硫酸鋅質(zhì)量濃度0.1 g/L、檸檬酸質(zhì)量濃度2.62 g/L，可有效延緩青花椒褐變程度。利用超高壓殺菌技術將花椒醬進行滅菌后，花椒醬中的微生物數(shù)量始終處于較低狀態(tài)；在花椒醬貯藏過程中，花椒醬的顏色逐漸劣變?yōu)辄S褐色，相對色差值逐漸增大，表明貯藏溫度對花椒醬的顏色影響較大，因此最好將其置于低溫貯藏，可延緩醬體發(fā)生褐變反應；在水分測定過程中，可以看出花椒醬內(nèi)大部分水分為自由水，其次是結(jié)合水，且在貯藏過程中自由水在緩慢減少，而結(jié)合水含量變化不大；通過電子鼻分析花椒醬中的風味類型，結(jié)果表明青花椒醬中的風味類型主要由無機硫化物、烯萜類物質(zhì)和氮氧化物風味成分組成。運用貨架期模型預測花椒醬在4 ℃和25 ℃的貨架期分別為189 d和48 d。