基于質構評價的糖醋白姜貯藏時間預測

楊劍婷，王孫焰，胡金朋，翟立公，劉 顏

（安徽科技學院食品工程學院，安徽滁州 233100）

姜（Zingiber officinaleRosc）亦稱生姜，為姜科、姜屬的多年生草本植物的根莖，適宜在溫暖、濕潤的地區生長，是我國傳統的調味品，也是世界上應用廣泛的香辛類蔬菜[1]。生姜具有良好的抗氧化、抑菌、降血糖、降血脂、預防心腦血管疾病、抗疲勞、改善肥胖、抗腫瘤、抗大腦缺血等功能[2]。白姜是生姜家族中最適合深加工的品種之一，其中以銅陵白姜尤為典型。銅陵白姜是安徽省著名的地方特色產品，因其“塊大皮薄，汁多渣少，肉質細嫩、香味濃郁”而被歷代列為朝廷貢品[3]，白姜最適宜糖醋或干煸，是當地逢年過節傳統的待客小食。糖醋生姜的抗氧化活性更強，還具有改善睡眠、減肥、護胃養肝、治療感冒等功效[4]，作為銅陵白姜的傳統加工產品之一，糖醋白姜酸甜適口，質地脆嫩且具有一定的咀嚼感，咀嚼無渣，這種良好的質地是銅陵白姜有別于其他生姜的重要特性[5]。

糖醋類腌菜一般以食糖和食醋為腌制液，將生鮮原料直接浸漬或經燙漂后浸漬而成，可即食，也可腌制一段時間再食用[6]，糖醋等調味品進入蔬菜組織，同時伴隨著微弱的生物發酵，形成獨特的質地和風味，并維持產品一定的保質期[7]。按銅陵傳統的生產方式，糖醋白姜腌制液中的食鹽在一定程度上抑制了微生物的生命活動，白糖和食醋提高了白姜的貯藏性能，添加鈣有助于保持白姜的脆度，因沒有經過熱殺菌，糖醋白姜的市場銷售時間較短。貯藏期間，糖醋白姜質地的可接受度最先下降，然后失去特有的脆嫩性，從而失去商品價值。關于糖醋白姜在市場流通過程中發生的品質變化方面研究比較缺乏，為確保糖醋白姜在運輸和銷售期間良好的質地，必須明確其質地的變化規律。

利用食品的一個或者多個品質指標的動態模型預測食品的保質期在近年來取得了較好的成果，食品的品質變化可由其內在指標反映，該指標受到外在環境因素的影響，在這二者之間可以通過動態的觀測得到品質衰變的動力學方程，從而進行終端品質的預測[8-9]。通過不同貯藏溫度下腌制蔬菜[10]、鹽漬榨菜[11]脆度的變化發現，隨著貯藏時間的延長或環境的改變，產品的脆度逐漸下降，直至完全變軟失去脆性，但不足以支持產品的全部質構品質，可應用質構儀測定的多項指標綜合評價[12]。脆度、硬度、彈性等均是判斷食品在口腔咀嚼過程中的質地特性，脆度表示探頭下壓姜片的過程中，硬度出現之前的較小力度峰值，最大力度峰值就是姜片的硬度，反映的是白姜對牙齒切斷的抵抗，彈性表示兩次切斷時間的比值[13]，由脆度、硬度、彈性的乘積得到咀嚼指數，可以更綜合、全面地衡量糖醋白姜的品質變化。

本研究設置不同的貯藏溫度，通過感官評價和質構指標測定，分析糖醋白姜的質地變化，建立糖醋白姜品質變化的動力學模型，預測其貯藏時間，為糖醋白姜的品質控制提供指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銅陵白姜 由銅陵富饒綠園有限責任公司提供；氯化鈣 食品級，廊坊亞太龍興化工有限公司；食用鹽 中國鹽業總公司；白米醋 海天集團股份有限公司；白砂糖 太古糖業（中國）有限公司。

CT3 質構分析儀 美國Brookfield 公司；GSP-9080MBE 隔水式恒溫培養箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 糖醋白姜的制作 選擇顏色、大小、氣味合適、無腐壞變質的鮮嫩銅陵白姜，去皮后清洗干凈，切成2～3 mm 厚的薄片，按姜重量的6%加入食用鹽，攪拌均勻后腌制12 h，中間翻拌一次，腌制結束后將白姜瀝干水分，于50～60 ℃將白姜烘至水分含量70%左右，裝入滅菌后的玻璃罐中。配制腌制液，白砂糖與白米醋按質量比1:1 混合，再加入0.02%的氯化鈣，攪拌均勻后，按姜液質量比1:1.2 的比例，倒入裝有白姜的罐中，將白姜全部浸沒在腌制液中，螺旋金屬冠蓋封口，室溫腌制5 d，即得所需的樣品，貯藏備用。

1.2.2 加速試驗 將腌制好的白姜分別放置于25、35、45、55 ℃的溫度中，每個溫度設置相同的3 組樣品，每組含100 g 大小、厚度基本均勻的姜片，測定感官評分和咀嚼指數，0～15 d 每3 d 測定一次，15～25 d 每2 d 測定一次，測定結果取平均值。

1.2.3 感官評價方法 感官評價小組由12 名年齡在18～30 歲之間（男女各占一半），具備一定的食品專業知識及經過食品感官評價培訓的成員組成。評價小組所有成員對在不同溫度（分別為25、35、45、55 ℃）下貯藏的糖醋白姜進行感官評價，感官指標主要包括質地、色澤、形態、氣味、滋味，分別將各項指標得分相加，即得到綜合感官評分。感官品質評分標準采用百分權重制，若綜合評分低于60 分即認為樣品到達商品期限[14]，該時間即為糖醋白姜的貯藏期。評定項目和評分標準見表1。

表1 糖醋白姜的感官品質評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of sweet and sour white ginger

1.2.4 質構指標的測定 CT3 質構分析儀，TA44 探頭，測前速度2 mm/s，測試速度3 mm/s，返回速度3 mm/s，樣品變形0.8%，觸發點負載5 g，循環次數2 次，數據采集速度100 pps。對不同溫度下貯藏的糖醋白姜測定脆度、硬度、彈性。每組樣品隨機選取3 個姜片，在同一姜片上均勻選取3 個接觸點測試，結果取平均值。根據脆度、硬度和彈性計算咀嚼指數[15]，計算如式（1）所示。

糖醋白姜在不同溫度貯藏一段時間至感官評價得分降至60 分時，計算其平均咀嚼指數即為其達到質地品質終點的數值。

1.3 數據處理

每個指標平行測定三次，取平均值，結果用平均值±標準差表示。使用SPSS20.0 對數據進行差異與顯著性分析，P＜0.05 表示顯著差異。

2 結果與分析

2.1 不同貯藏溫度下感官評價和咀嚼指數變化

糖醋白姜的總體感官評分隨著貯藏時間的延長逐漸下降（圖1）。在貯藏初期，糖醋液逐漸滲透到白姜組織中，并伴隨著一定程度的乳酸發酵[16]，糖醋白姜的風味逐漸增強；在貯藏0～9 d 內，顏色逐漸變深，呈現出誘人的色澤，但之后顏色繼續變深且光澤度降低，可接受度開始下降。對于白姜，質地是構成其品質的重要因素，在貯藏過程中糖醋白姜的脆嫩度下降，咀嚼中的韌勁感提高，糖醋類蔬菜特有的脆嫩感降低。因而使得白姜在牙齒切斷中變得困難，需要多次咀嚼才便于下咽。這種變化受貯藏溫度的影響，溫度越高，咀嚼的脆嫩感降低得越快。

圖1 不同貯藏溫度下糖醋白姜的感官評分Fig.1 Sensory evaluation of sweet and sour white gingers at different storage temperatures

糖醋白姜的質構指標結果如表2 所示，在貯藏0～12 d，測定中表現出明顯的兩次斷裂，即產品具有較好的脆度和硬度；之后隨著貯藏時間的延長，質構儀測定的脆性減小。整個貯藏期中，白姜的脆度減小，而硬度和彈性增大。這是由于糖醋液中的糖和醋酸滲透到白姜組織中，提高了產品的滲透壓[17]，白姜細胞中水分流失，細胞內膨壓就減小，細胞壁變得柔軟，對應力做出反應的彈性就越大[18]，李曉等[19]的研究也認為復合腌制劑在維持腌漬生姜的彈性和咀嚼度上起到了一定的作用。白姜在口腔中的咀嚼品質是綜合的，為了更好地表達其脆嫩性，將脆性、彈性和咀嚼性綜合起來，應用咀嚼指數來進行評價[20]。根據表3 結果，糖醋白姜在貯藏期內，咀嚼指數下降，相同貯藏時間，溫度在55 ℃時，感官評分和咀嚼指數均為最低；而溫度在25 ℃時，評分和咀嚼指數均為最高。溫度越高，其感官評分和咀嚼指數下降越大。

表2 不同貯藏溫度糖醋白姜的脆度、硬度和彈性Table 2 Brittleness,hardness and elasticity of sweet and sour white gingers at different temperatures

表3 不同貯藏溫度糖醋白姜在貯藏期間的咀嚼指數Table 3 Mastication indices of sweet and sour white gingers at different storage temperatures

根據糖醋白姜的感官評分標準，當其評分為60 分時，在25 ℃時貯藏了23 d，此時測得咀嚼指數為100.5；在35 ℃時貯藏了19 d，此時測得咀嚼指數為99.9；在45 ℃時貯藏15 d，此時測得咀嚼指數為101.7；在55 ℃時貯藏了12 d，此時測得咀嚼指數為101.5。

綜上可得，糖醋白姜在不同溫度下貯藏至感官評價得分降至60 分時，其平均咀嚼指數為100.9，則認為不同貯藏溫度下糖醋生姜的咀嚼指數低于100.9 時為不可接受值。溫度越高，食品的儲存時間越短，在糖醋腌制過程中，一方面由于白姜內酶的活性，果膠、纖維素等物質降解，導致質地變軟，另一方面，微生物生長活躍，也會促進白姜風味和質地變化[21-22]。假設樣品菌落總數測得目標值時，往往樣品已經腐敗至無法觀察以及無法對其質構進行測試[23]，故可以運用質構分析，對糖醋白姜的品質變化進行預測。

2.2 糖醋白姜咀嚼指數變化的動力學分析

對糖醋白姜等腌制菜來說，保持其脆嫩的口感是判斷其品質的重要因素。糖醋白姜的貯藏溫度越高，感官評分和咀嚼指數的變化越劇烈，可知白姜質地的變化與溫度相關，可對貯藏過程中的糖醋白姜的咀嚼指數變化進行回歸分析。大多數與食品質量相關的品質變化遵循零級動力學模型和一級動力學模型，其中一級動力學模型應用更廣泛[24]。分別將4 個不同貯藏溫度下的糖醋白姜咀嚼指數變化用零級和一級動力學模型進行擬合，x 表示貯藏時間，y 表示咀嚼指數，結果如表4 所示。

表4 不同貯藏溫度下糖醋白姜咀嚼指數動力學模型Table 4 Kinetic models for mastication indices of sweet and sour white gingers at different temperatures

4 個溫度條件下，零級和一級化學反應動力學模型的擬合系數均大于0.95，說明有較好的擬合度[25]，但綜合分析一級化學反應動力學模型的回歸系數均比零級的擬合度高，故本研究采用一級化學反應動力學模型來描述糖醋白姜貯藏過程中咀嚼指數的變化規律，回歸方程見式（2）。

式中：C 為貯藏t天時的咀嚼指數；C0為初始咀嚼指數值；Kt為反應速率常數；t為貯藏時間，d。據此得到糖醋白姜的咀嚼指數變化動力學模型參數見表5。

表5 不同貯藏溫度下糖醋白姜咀嚼指數變化動力學模型參數Table 5 Parameters of kinetic models for mastication indices of sweet and sour white gingers at different temperatures

2.3 反應速率常數分析

糖醋白姜咀嚼指數的速率常數Kt是一個關于溫度的函數，可以利用Arrhenius 方程來計算溫度與Kt的關系，得到的結果如公式如式（3）。

式中：K0為回歸系數；Ea 為活化能，J/mol；R為氣體常數，R=8.314 J/mol；T 為開氏溫度，K。

式（3）兩邊取對數，可得：

Kt取對數對1/T 作圖可得到良好的線性關系（R2=0.9951），如圖2 所示。

圖2 糖醋白姜咀嚼指數變化的Arrhenius 曲線Fig.2 Arrhenius curve for mastication indices of sweet and sour white gingers

由此可得其Arrhenius 方程為公式（5）。

結合式（4）和式（5），通過直線的斜率可以計算出其反應的活化能Ea 為18314.2122 J/mol，通過截距計算出回歸系數K0為17.8499，代入式（3）可得糖醋白姜咀嚼指數變化的Arrhenius 方程（6），可用于對不同貯藏溫度下的糖醋白姜的貯藏時間在理論上的預測。

2.4 糖醋白姜貯藏時間的預測模型

根據式（2）和式（3）可推出糖醋白姜在不同貯藏溫度下的貯藏時間預測模型如公式（7）所示。

式中：t為貯藏時間，d；C0為初始咀嚼指數值；C 為貯藏t 天時的咀嚼指數；K0為回歸系數；T 為貯藏溫度，K。

本試驗采用糖醋白姜的咀嚼指數作為指標，建立糖醋白姜貯藏時間的動力學模型，根據感官評價為60 分時不同貯藏溫度條件下的平均咀嚼指數100.9 作為其貯藏時間終點的數值，則將咀嚼指數低于100.9 時的貯藏時間視為糖醋白姜的貯藏時間預測值。代入式（7）計算不同貯藏溫度下糖醋白姜質地指標和感官評價的貯藏時間，結果見表6。

表6 不同貯藏溫度下糖醋白姜各指標的貯藏時間Table 6 Storage life of sweet and sour white gingers using some indices at different temperatures

將咀嚼指數得到的貯藏時間建立預測模型見圖3。

圖3 糖醋白姜貯藏時間預測模型Fig.3 Prediction model of storage life for sweet and sour white gingers

由圖3 可知，糖醋白姜貯藏時間預測模型的一級動力學模型回歸方程為：

式中：y 為糖醋白姜的預測貯藏時間，d；x 為糖醋白姜貯藏溫度，℃。

2.5 驗證試驗結果

將糖醋白姜貯藏在25、35、45、55 ℃的恒溫條件下，以咀嚼指數預測其貯藏時間，比較糖醋白姜貯藏時間觀察值和貯藏時間預測模型計算得到的預測值以及兩者的相對誤差，結果如表7。

表7 不同貯藏溫度下糖醋白姜貯藏時間的預測值、實測值Table 7 Predicted and observed storage life of sweet and sour white gingers at different temperatures

糖醋白姜的貯藏時間預測值與實測值之間的相對誤差均小于±6%，準確性較高，可以采用本研究所建立的糖醋白姜貯藏時間模型，通過測定咀嚼指數來預測糖醋白姜在不同貯藏溫度條件下的貯藏時間。

3 結論

糖醋白姜的感官評價評分和咀嚼指數隨著貯藏時間的延長而降低，貯藏溫度越高，二者的變化速率越快。確定了糖醋白姜在不同溫度貯藏至感官評分60 分時的平均咀嚼指數100.9 為咀嚼指數的貯藏臨界值。根據不同貯藏溫度下糖醋白姜的咀嚼指數，明確了白姜質構隨時間的變化符合一級化學反應動力學方程，所得Arrhenius 方程的擬合系數R2均大于0.99，具有極高的擬合精度。驗證了所建立糖醋白姜貯藏時間預測模型為y=41.694e-0.024x，在25、35、45、55 ℃不同溫度下貯藏糖醋白姜，預測時間和實測時間相對誤差均小于 6%，具有較高的準確性。本研究的模型可針對銅陵當地加工方式制備的糖醋白姜，較準確地預測貯藏時間，為銅陵白姜加工的品質控制提供理論指導。