黑芝麻復合蜜丸貨架期預測及包裝方式對其貯藏品質的影響

游 靜，孫 強?，麻 琳，宋國輝，黃紀念，魏松麗

（1. 河南省農業科學院 農副產品加工中心，河南 鄭州 450000；2. 河南省農科院 農副產品加工所，河南 鄭州 450000）

近年來，隨著“藥食同源”概念的提出和“預防為主”觀念的深入人心，人們對健康食品的需求日益增加[1-2]。黑芝麻為胡麻科脂麻的黑色種子，含有大量的脂肪和蛋白質，營養價值豐富[3]，食療作用廣泛。黑芝麻蜜丸是黑芝麻產品中備受關注的健康食品之一，是以黑芝麻為主要原料，經研細末等制成的蜜丸，具有烏發、潤發[4]、補氣養血[5]等功效，深受群眾喜愛。隨著消費者養生意識的增強，近年來發展迅速，在健康食品的市場上掀起熱潮。

盡管黑芝麻蜜丸營養豐富，但其容易酸敗，使品質受到影響。這是由于富含油脂的食品，在加工或儲存過程中因高溫、微生物或酶的作用，油脂中不飽和脂肪酸被氧化形成不穩定的氫過氧化物，從而對產品品質及營養價值產生影響[6-7]。了解產品的貨架期對維護產品品質具有重大意義，而目前關于蜜丸貨架期的研究鮮有報道，如何快速準確地預測蜜丸的貨架期變得尤為重要。貨架期預測食品加工中大多遵循零級或者一級反應模型，其中一級反應模型應用最為廣泛及精準[8]。因此本實驗以黑芝麻蜜丸為實驗對象，采用加速實驗，分析溫度與其酸價和過氧化值的關系，建立相關Arrhenius貨架期預測模型。

此外，產品包裝對產品品質也有較大影響。食品的包裝以產品為基礎，其新穎、獨特的設計不僅可以帶給消費者美味、衛生、安全等一系列直觀感受，其最大的作用是作為保護食品的載體，防止食品在運輸、銷售等過程中受到外部環境如光照、氧氣、溫濕度、微生物等影響，保護食品質量的穩定，延長其貨架期[9]。前期研究表明：蜜丸在儲藏期間易發生失水、變硬、氧化、變質等情況，選用適宜的包裝和儲藏條件可有效延長產品的貨架期。因此，我們以黑芝麻復合蜜丸為研究對象，在明確不同貯藏溫度對品質影響的基礎上，通過構建模型對其貨架期預測；并選用常見的包裝形式，于常溫下探索黑芝麻復合蜜丸貯藏過程中水分、硬度、酸價和過氧化值的變化規律，以期篩選出可顯著延長蜜丸儲存時間、保護產品品質的包裝形式，為蜜丸類產品的生產、儲藏提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑芝麻（實驗室自制，其中黃精粉、茯苓粉、百合粉：上海今良食品有限公司；酸棗仁：神農金康原生態茶業有限責任公司；槐花蜂蜜：久創科技有限公司）；

冰乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉、石油醚（沸程為 30～60 ℃）、無水硫酸鈉、重鉻酸鉀、95%乙醇、無水硫酸鈉、無水乙醚：天津市富宇精細化工有限公司，所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

ACS型電子天平：廣州廣衡電子衡量器有限公司；GTJ型滾筒炒鍋：青島德維機械制造有限公司滾筒炒鍋；全自動大蜜丸機：山東精誠醫藥裝備制造有限公司大蜜丸機；DXF-060型手提式中藥粉碎機：廣州市大祥電子機械設備有限公司；TMS-Pro型質構儀：美國FTC公司；XMTD-8222型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海佳勝實驗設備有限公司；DHP-9012型恒溫培養箱：上海一恒科學儀器有限公司恒溫培養箱；酸、堿式滴定管：江蘇三愛思科學儀器有限公司；HH-4型恒溫水浴鍋：常州市億能實驗儀器廠恒溫水浴鍋；500 mL索氏脂肪提取裝置：蜀牛玻璃儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 黑芝麻復合蜜丸制備工藝

采用滾筒炒鍋對黑芝麻進行炒制（炒至黑芝麻的溫度達到160 ℃），后將黑芝麻打粉過40目篩網，稱取適量黑芝麻粉（占比 47.9%）與中藥粉（酸棗仁3%、黃精3%、茯苓2%、百合2%）采用粉碎機進行預先混合，而后加入已煉制好的蜂蜜（占比42.1%，煉制至蜂蜜溫度達到110 ℃左右）中進行總混制團后，投入全自動大蜜丸機中進行制丸，得到每丸約6 g（直徑為22 mm）的黑芝麻復合蜜丸，包裝后即可得到成品。

1.3.2 預測模型的建立

1.3.2.1 加速實驗設計 按照圖1制取相同批次黑芝麻復合蜜丸產品，采用食用裸包裝形式（蠟紙+聚乙烯塑料袋）統一包裝（100 g/袋）后，同時置于恒溫箱中，分別設置破壞溫度為40、50、60 ℃，每隔3 d檢測酸價和過氧化值。

圖1 黑芝麻復合蜜丸制備工藝流程圖Fig.1 Process flow chart for preparing black sesame compound honey pills

1.3.2.2 酸價和過氧化值 按照 GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》、GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》檢測酸價和過氧化值。

1.3.2.3 貨架期預測模型的建立 食品貯藏過程中，大多數遵循一級動力學模型（公式（1））[10]，Arrhenius方程（公式（2））可用于描述反應速率常數與溫度之間的關系[11]，將1.3.2.2中得到的不同溫度下黑芝麻復合蜜丸隨儲藏時間變化的酸價，與一級反應動力學方程進行擬合，建立隨時間變化的反應動力學模型，最后結合 Arrhenius方程構建酸價的貨架期預測模型（公式（3））。

式中：A為油脂酸價或過氧化值指標；A0為品質指標初始值；t為儲藏時間/d；k為反應速率；n為反應級數（n=1）。

式中：k為反應速率常數，k0為方程指前因子，Ea為活化能，kJ/mol，R為氣體常數，8.314 44 J/(mol·K)，T為熱力學溫度/K。

式中：S為貨架期模型的預測值，d；A為貨架期終點時的過氧化值或者酸價值；A0為初期過氧化值或者酸價值。

1.3.3 包裝方式對蜜丸品質的影響

1.3.3.1 不同包裝方式設置

表1 不同包裝設置Table 1 Different packaging settings

1.3.3.2 水分 水分含量參照 GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中恒溫烘干法進行測定。

1.3.3.3 硬度 通過全質構分析儀測定，測定參數如下：直徑5 cm的圓柱形平板探頭，壓縮程度為50%，測試速率為60 nm/min，觸發力為5 N，暫停時間1 s。每個樣品測定5次，結果以平均值表示。根據前期預實驗，黑芝麻復合蜜丸的硬度保持在30～45 N之間接受度最高。

1.3.3.4 實驗方法 室溫（25 ℃）貯藏期間，每隔一個月檢測不同包裝的黑芝麻復合蜜丸的酸價和過氧化值，每隔兩周檢測不同包裝的蜜丸的水分及硬度。

1.4 數據分析

使用 Excel、SPSS軟件對數據進行處理，采用Orgin軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 黑芝麻復合蜜丸裸包裝條件下貨架期預測

2.1.1 不同儲藏溫度下黑芝麻復合蜜丸品質變化結果

酸價和過氧化值是評判高油脂食物氧化酸敗程度的重要指標[12-13]，從圖2結果可看出：在不同儲藏溫度條件下，酸價隨儲藏時間延長而快速增加，儲藏溫度越高，上升速率越快。這可能是因為蜜丸本身含8%～9%水分，儲藏過程中油脂在水分、微生物和熱的作用下，會有利于產生脂肪酸，高溫使得脂肪酶活性不斷提高，加速脂肪分解，進而酸價快速升高[14]。

圖2 溫度對黑芝麻復合蜜丸酸價的影響Fig.2 The influence of temperature on the acid value of black sesame compound honey pills

從圖3結果可看出：過氧化值的整體變化趨勢呈現“V”型，在40、50、60 ℃條件下放置第3 d時，過氧化值降至最低，而后隨著放置時間延長，不同溫度條件下的過氧化值逐步緩慢上升，直至第12 d，在50、60 ℃條件下樣品的過氧化值超過初始過氧化值。這可能是由于高溫下過氧化物形成的速率高于分解速率，其平衡傾向于過氧化物的積累，超過一定時間后過氧化物分解速率加快導致過氧化值的降低[15]。

圖3 溫度對黑芝麻復合蜜丸過氧化值的影響Fig.3 Effect of temperature on peroxide value of black sesame compound honey pills

2.1.2 架期模型的建立

由于過氧化值的變化并不符合一級動力學模型，酸價的變化符合一級動力學模型，故選取酸價的變化作為黑芝麻復合蜜丸貨架期預測的關鍵因子。我們以指數函數將酸價做回歸方程分析，如表2，隨著溫度的升高，酸價變化速率常數 k值逐漸增大，表明溫度與酸價變化速率密切相關，符合一級動力學模型。以 lnk和熱力學溫度的倒數1/T作圖，得到一條以為斜率的直線方程，y=–3 776.2X+9.162 9（R2=0.992 7），回歸方程R2>0.9，表明建立的Arrhenius方程相關性好，能夠準確描述 lnk和 1/T之間的關系，最后根據一級動力學模型Arrhenius方程，得到黑芝麻復合蜜丸的酸價架期預測公式：

表2 不同溫度下黑芝麻復合蜜丸的酸價動力學模型Table 2 Kinetic model of acid value of black sesame compound honey pills at different temperatures

2.1.3 貨架期確定

采用酸價來預測黑芝麻復合蜜丸在裸包裝條件下的理論貨架期，根據芝麻油標準GB/T 8233—2008中規定芝麻油酸價 4 mg/g為蜜丸貨架期的終點。在常溫（25 ℃）、40、50、60 ℃溫度下，黑芝麻復合蜜丸（初始酸價1.7 mg/g）在裸包裝條件下的理論貨架期分別是28.6、15.6、10.7、7.5 d。可看出，裸包裝條件下，黑芝麻復合蜜丸存在保質期較短的問題。

2.2 包裝形式對黑芝麻復合蜜丸品質的影響

由于在裸包裝條件下，黑芝麻復合蜜丸的保質期較短，故考慮通過改良包裝的形式來改善產品貯藏期間的品質，以期延長其產品貨架期至六個月以上。目前市面上，蜜丸最常見的包裝形式是蠟紙+塑料盒包裝或者蠟紙+藥丸殼+錫箔紙包裝；中藥蜜丸蠟封技術也為常見技術，蠟封技術目前較廣泛的應用于保護植物活體材料，提高種子發芽率方面[16]；充氮包裝是目前食品保鮮包裝中較為常見的一種包裝形式[17]。我們采取常見的包裝材料，設置四種不同的包裝形式（表1），研究黑芝麻復合蜜丸貯藏期間的品質變化。

2.2.1 包裝形式對儲藏過程中黑芝麻復合蜜丸水分含量的影響

水分含量是影響蜜丸口感品質的關鍵內在因素，水分含量越高，越有利于蜜丸口感品質的保持。食品的水分含量與外部溫度、濕度、自身水分含量等都有關系[18]。從表3可知，室溫下不同包材處理的黑芝麻復合蜜丸的水分含量隨著貯藏時間延長而降低，黑芝麻復合蜜丸初始水分含量為8.47%，放置至第 6個月結束時，對照組水分含量降低至5.62%，包殼組水分含量降至5.87%，充氮組降低至 5.98%，蠟封組水分含量降低至6.83%。通過SPSS軟件分析，在6個月的貯藏期限內，與對照組相比，蠟封組能顯著抑制黑芝麻復合蜜丸的水分流失情況（P<0.05），包殼組與充氮組未能顯著抑制黑芝麻復合蜜丸水分流失的情況（P>0.05）。

表3 不同包裝對黑芝麻復合蜜丸水分變化的影響Table 3 Effect of different packaging on the moisture change of black sesame compound honey pills %

2.2.2 包裝形式對儲藏過程中黑芝麻復合蜜丸硬度變化的影響

硬度是使蜜丸達到一定程度的形變所需要的力，硬度大小是長期困擾蜜丸的重要問題[19]。由表4可看出，室溫下不同包材處理的黑芝麻復合蜜丸的硬度隨著貯藏時間的增加而呈現增幅，可能在樣品貯藏過程中水分的流失有關[20]。黑芝麻復合蜜丸在第4～5個月時，由于北方天氣寒冷，達到零下，整體硬度都觸及頂峰，而后有所回升。經 SPSS軟件分析，在貯藏期內與對照組相比，③蠟封組可顯著減緩黑芝麻復合蜜丸硬度增加（P<0.05），包殼組與充氮組未能顯著控制黑芝麻復合蜜丸的硬度增加情況（P>0.05）。

表4 不同包裝對黑芝麻復合蜜丸硬度變化的影響Table 4 The effect of different packaging on the hardness change of black sesame compound honey pills N

2.2.3 包裝形式對儲藏過程中黑芝麻復合蜜丸過氧化值的影響

從表5可看出，不同包材處理的黑芝麻復合蜜丸過氧化值在貯藏第2個月有所上升，而后均開始大幅下降，可能是黑芝麻復合蜜丸中的中藥粉含有的天然抗氧化活性提高了黑芝麻蜜丸的抗氧化活性，且相較于加速實驗，室溫貯藏條件下，溫度較低，對過氧化值的影響相對較小[21-22]。室溫放置樣品3個月后，以蠟封組的過氧化值最低，對照組過氧化值較高，包殼組充氮組居中，4種包裝形式的黑芝麻復合蜜丸的過氧化值在貯藏期內均未超標。但經 SPSS軟件分析，包殼組、蠟封組和充氮組的過氧化值與對照組相比較皆沒有顯著性差異（P>0.05）。

表5 不同包裝對黑芝麻復合蜜丸過氧化值變化的影響Table 5 Effect of different packaging on the peroxide value of black sesame compound honey pills g/100 g

2.2.4 包裝形式對儲藏過程中黑芝麻復合蜜丸酸價的影響

酸價是影響食品品質的重要因素，由表6可知，不同包材的黑芝麻復合蜜丸的酸價隨著貯藏時間增長均呈現上升趨勢。在6個月的貯藏期內，初始酸價1.2 mg/g的情況下，4種包裝形式的黑芝麻復合蜜丸的酸價均未超標，黑芝麻復合蜜丸酸價變化由大到小對應的包材依次為：對照組>充氮組>包殼組>蠟封組。經 SPSS軟件分析，與對照組相比較，蠟封組可顯著抑制酸價的增長（P<0.05），同樣，與對照組相比較，包殼組與充氮組無顯著性差異（P>0.05）。

表6 不同包裝對黑芝麻復合蜜丸酸價變化的影響Table 6 The effect of different packaging on the acid value of black sesame compound honey pills mg/g

3 結論

在高溫儲藏條件下，裸包裝黑芝麻復合蜜丸酸價隨著溫度上升而上升，其過氧化值呈現先升后降的趨勢，通過一級動力學模型結合Arrhenius方程構建的酸價貨架期模型預測結果表明，其在常溫下貨架期預測值為 28.6 d，且溫度越高，貯藏時間越短，表明裸包裝黑芝麻復合蜜丸產品宜在低溫條件下儲存，且存在貨架期較短的問題。

在室溫貯藏條件下，研究 4種不同的包裝形式（①蠟紙+聚乙烯塑料袋、②蠟紙+藥丸殼+錫箔紙+聚乙烯塑料袋、③蠟紙+藥丸殼+蠟封+錫箔紙+聚乙烯塑料袋、④蠟紙+充氮+聚乙烯塑料袋）對黑芝麻復合蜜丸理化指標的影響。6個月的貯藏期實驗表明，4種不同包裝形式的黑芝麻復合蜜丸的水分含量顯著下降，硬度則持續上升直至第4～5個月時觸及頂峰后有所回升，過氧化值只在第2個月稍微上升而后快速下降，酸價整體呈現緩慢上升的趨勢，但4種包裝形式在6個月貯藏期限內的酸價均未超標。與對照組相比，充氮包裝、藥丸殼包裝和蠟封包裝均能在一定程度上抑制黑芝麻復合蜜丸的水分、硬度、酸價和過氧化值的變化情況，其中，以蠟封組的效果最好，與對照組相比具有顯著性（P<0.05），能保持黑芝麻復合蜜丸產品在6個月的儲存期內品質最佳。這對延長黑芝麻復合蜜丸產品的貨架期有重要意義，同時為蜜丸的合理儲存提供了一定的技術支持與理論參考。

備注：本文的彩色圖表可從本刊官網（http://lyspkj.ijournal.cn）、中國知網、萬方、維普、超星等數據庫下載獲取。