包装材料结合活性包装对荞麦半干面常温货架期及品质的影响

白艺朋 郭晓娜 朱科学 周惠明

(江南大学食品学院，无锡 214122)

包装材料结合活性包装对荞麦半干面常温货架期及品质的影响

白艺朋 郭晓娜 朱科学 周惠明

(江南大学食品学院，无锡 214122)

为了延长荞麦半干面的常温货架期，以聚偏二氯乙烯(PVDC)和聚乙烯(PE)为包装材料，采用不同活性包装方式(脱氧包装和脱氧结合酒精缓释包装)对其进行包装处理。考察脱氧剂、酒精缓释剂和不同包装材料对荞麦半干面货架期和储藏期间品质的影响。测定荞麦半干面在储藏期间菌落总数、酸度值、pH值、质构特性、感官品质和包装袋内顶空氧气含量、顶空酒精浓度的变化。结果表明：储藏期间菌落总数整体呈现上升趋势，脱氧结合酒精缓释包装协同抑制微生物生长。储藏9 d后，脱氧结合酒精缓释包装的面条菌落总数均未超过106cfu/g,同时显著抑制了理化品质的劣变(P<0.05)；脱氧剂的吸氧量越大，24 h内除氧速率越快，抑菌效果越显著；相同活性包装方式下，与PE包装材料相比，PVDC包装材料能增强其延长荞麦半干面常温货架期的作用效果。与其他包装方式相比，脱氧(200 mL)结合酒精缓释PVDC包装将荞麦半干面货架期延长至16 d，并且维持了面条储藏期间的品质。

活性包装 脱氧剂 酒精缓释剂 包装材料 货架期

荞麦因其具有降血糖、控制体重，降低人体患心血管疾病、结肠癌等疾病概率的功效，被用作“药食同源”的食品加工辅料，常以部分替代小麦粉的方式用于开发功能性面制品[1]。目前市场上商业化的荞麦面制品主要有荞麦挂面、荞麦馒头等[2]。荞麦半干面作为功能性杂粮主食的一种，口感较荞麦挂面劲道，荞麦香味浓郁，煮食方便。荞麦半干面含水量一般在20%～25%，属于中等水分面制品，水分活度大，在室温下，特别是夏天高温的环境下放置，极易引起腐败微生物的生长繁殖，导致面条腐败变酸减短货架期[3]，而国内外关于延长其保质期的研究较少，且技术手段较传统[4]。

目前，由于消费者对“绿色天然”食品消费趋势的增加，传统的添加防腐剂来延长食品保质期的技术手段被消费者所抵触[5]。因此，绿色新型食品包装技术，在延长食品保质期、保证食品食用品质方面的应用成为近些年来研究的热点。活性包装技术是指不添加任何化学防腐剂，只通过改变食品的包装环境来抑制微生物生长以及其他导致食品品质劣变的生化反应的进行，主要包括真空包装、充气包装、气调包装、脱氧包装和酒精缓释包装[6]。活性包装技术在烘焙类食品[7]、肉制品[8]、果蔬[9]保鲜方面的研究较多，但关于影响活性包装保鲜效果的关键因素的讨论鲜见报道。因此本研究将活性包装技术应用于功能性杂粮面条保鲜，替代化学防腐剂来延长荞麦半干面常温保质期，并重点研究讨论脱氧剂吸氧量、酒精缓释剂和包装材料阻隔性对活性包装在延长荞麦半干面常温保质期方面的作用效果。

1 材料与方法

1.1 主要材料

荞麦粉：蛋白质质量分数12.87%，含水量13.54%，荞麦籽粒经磨碎过80目筛，产地为内蒙古赤峰。金龙鱼麦芯粉：蛋白质质量分数11.83%，含水量13.92%，益海嘉里粮油有限公司。PA/PE包装袋(80 μm；21 cm×26 cm)，PE/TIE/PVDC/TIE/PE(100 μm；23 cm×25 cm)五层共挤收缩袋：郑州博利达塑料包装有限公司；酒精缓释剂(30型)、脱氧剂(吸氧量为50和200 mL)：广益科技实业有限公司；氧气指示剂：三菱瓦斯化学株式会社；平板计数琼脂培养基：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器与设备

5K5SS型和面机：美国Kitchen Aid公司； JMTD-168/140型实验面条机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；GZX-9246 MEB型数显电热干燥箱：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；DZ-300/5SA微电脑自动真空包装机：东莞市益健包装机械有限公司；W3/060型水蒸气透过率测定仪：济南兰光机电技术有限公司；OX-TRAN2/21MD型氧气透过率测定仪：美国MOCON公司；6600型O2/CO2顶部空间分析仪：美国Illinois公司；YXQ-LS-5011立式高压蒸汽灭菌锅：上海博迅实业有限公司医疗设备厂； SW-CJ-1FD 型超净工作台：苏净集团苏州安泰空气技术有限公司；SPX-250B-Z型生化培养箱：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；ZQTY-50型台式全温振荡培养箱：上海知楚仪器有限公司；TA-XT2i型物性测试仪：英国Stable Microsystems公司；GC-2014型气相色谱仪(FID)：日本津岛公司。

1.3 试验方法

1.3.1 荞麦半干面的制作

荞麦粉、小麦粉(3∶7)→混粉(15 min)→加水(32%)和面→面团→静置(25 ℃、20 min)→延压→切条→干燥脱水(105 ℃ 3.5 min)→缓苏(25 ℃、3 h)→按表1试验组设计进行分样包装(150 g/袋)。

和面用水为新煮沸冷却至室温的水；包装袋均提前用75%酒精擦拭后再经紫外照射30 min，防止二次染菌；所有制面设备均经75%酒精擦拭。

表1 试验组设计

1.3.2 包装袋参数的测定

包装袋透氧量参照GB/T 1037—1988；包装袋透湿量参照GB/T 1038—2000；包装袋内顶空氧气含量参照文献[10]的方法。

包装袋内顶空酒精浓度的测定参照Sheng等[11]的方法，稍做修改：GC-2014气相色谱仪(FID检测器)：采用Rtx-©1色谱柱(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm)。色谱分析条件为：柱温：200 ℃，柱流量：恒流(1.38 mL/min)，进样口温度：150 ℃，检测器温度：250 ℃，进样量：2.5 mL，不分流进样。

1.3.4 面条微生物与理化指标的测定

菌落总数参照GB 4789.2—2010；pH参照Ghaffar等[12]的方法；酸度值参照GB/T 5517—2010。

1.3.5 面条质构特性的测定

参考魏晓明等[13]方法，并做部分修改。取长度为20 cm的荞麦半干面20根，放入450 mL的沸水中煮至最佳蒸煮时间(330 s)后用漏网捞出，沥干水分，面条表面残余的水分用滤纸吸干，用质构仪测定其质构特性。全质构试验(TPA)：采用HDP/PFS型号探头，测试前速度为2 mm/s，测试中、后速度均为0.8 mm/s，形变量为75%，感应力为5 g，2次压缩的时间间隔为1 s；拉伸试验：采用A/SPR型号探头，测试前、中速度均为2 mm/s，测试后速度为10 mm/s，感应力为5 g，起始距离为50.0 mm，拉伸距离为90.0 mm。每个样品做6次平行，取其平均值。

1.3.6 感官评价

参考Costa等[10]的方法，并做部分修改。感官评价小组成员由8名女性与4名男性组成，均已进行感官评价培训，对储藏期间荞麦半干面的颜色、气味、表面状态和总体接受度4个指标进行评价。采用9点数字标度为评分标尺，1代表极不喜欢，9代表极喜欢，5为可接受的最低限值。

1.3.7 数据处理

试验测试除特殊说明外均重复3次。采用Origin 8.5制图，SPSS 17.0进行数据分析。结果表示为平均值±标准差；采用Duncan测试，在P<0.05和P<0.01检验水平下进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 包装袋的渗透性

由表2可知，本试验选择的2种包装袋的渗透性(透氧量与透湿量)差异显著(P<0.05)，分别属于典型的高阻隔性和低阻隔性包装材料。

表2 包装材料的透氧量和透湿量

注：数据均为平均值±标准差；同一列的不同字母表示在P<0.05水平上差异显著；n=3，余同。

2.2 荞麦半干面常温储藏期间顶空氧气含量变化

由图1a和图1b可知，所有活性包装袋内的氧气体积分数在24 h内急剧下降，之后缓慢降低，并在84 h内降到0.1%以下。其他包装条件相同的情况下，随着脱氧剂吸氧量的增大，氧气含量降低的越快且差异显著(P<0.05)。对活性包装组24 h内氧气含量的变化趋势进行方程拟合，所得拟合曲线的拟合度较好，R2在0.934 8～0.999 4之间。氧气清除时间可以表征脱氧剂清除氧的能力，时间越短，脱氧剂除氧能力越强，而氧气清除能力的大小是影响脱氧剂保鲜效果的重要因素[14]。由表3可知，吸氧量为200 mL的脱氧剂将氧气体积分数减小到0.1%仅需要28 h，而吸氧量为100和50 mL的脱氧剂则需要更长的时间(48、80 h)。吸氧量为200 mL的试验组，PVDC包装袋内的氧气清除速率大于PE袋，说明包装材料的阻隔性显著(P<0.05)影响脱氧剂清除氧的时间，高阻隔包装材料更利于脱氧剂清除氧，而酒精蒸汽的释放并不影响脱氧剂的除氧效果。

图1 荞麦半干面常温储藏期间顶空氧气含量的变化

2.3 荞麦半干面常温储藏期间菌落总数的变化

根据Li等[15]研究结果，以菌落总数106cfu/g为荞麦半干面常温货架期的检测限值，当菌落总数达到或超过此检测限值，即不再检测。由图2可知，对照组在室温储藏2 d后，菌落总数已达1.1×106cfu/g，3 d时高达7.6×106cfu/g，而所有不同组合方式的活性包装均不同程度地抑制面条中微生物的生长繁殖，延长荞麦半干面的货架期。其中，OS100+EE30+PE、OS200+EE30+PE、OS100+EE30+PVDC和OS200+EE30+PVDC的组合包装方式可将面条的常温货架期延长至12 d以上，OS200+EE30+PVDC的包装最长可将货架期延长至16 d。OS50+EE30+PVDC、OS50+EE30+PE和OS100+PVDC的组合包装方式不同程度地将其货架期延长至8～10 d，其他组合方式的包装可将货架期延长至6～7 d。

表3 试验组24 h内除氧速率的方程拟合

注：氧气清除时间是指氧气体积分数降到0.1%时所需要的时间。

试验组包装袋均内置氧气指示剂，其变色范围为无氧状态(O2<0.1%)：浅紫色到粉红色；有氧状态(O2>0.5%)：淡蓝色到深蓝色，以此来指示包装袋内氧气含量的变化。由试验观察可知，包装袋内氧气指示剂均在24～84 h内由紫色变成粉红色，且在整个储藏期间始终为粉色，说明在储藏期间包装袋内氧气体积分数均维持在0.1%以下[11]。结合表3，由图2可知，相同包装方式下，包装袋内脱氧剂吸氧量越大，抑菌效果越显著，面条货架期越长，是因为吸氧量大的脱氧剂快速清除包装袋内的氧气，短时间内创造一种无氧环境，延长经高温脱水杀菌后的面条中的残留微生物的适应期，控制储藏前期需氧微生物的生长速度，从而减缓储藏后期微生物菌落的繁殖。OS200+PVDC与OS200+PE包装方式相比，前者的微生物生长更为缓慢，货架期更长，说明高阻隔性的PVDC包装材料可以有效保证脱氧剂的除氧能力以及延长面条货架期的作用效果，与前述氧气含量变化的试验结果相一致。在其他包装条件相同的前提下，脱氧结合酒精缓释包装与脱氧包装相比，前者抑制微生物生长、延长面条货架期的作用效果更明显，说明储藏期间包装袋内酒精蒸汽与无氧环境协同抑制微生物的生长。根据Salminen 等[16]研究结果，当酒精浓度超过2%时会产生明显的酒精味，损害食品的食用风味，试验选择30型酒精缓释片与脱氧剂协同作用，采用高阻隔性PVDC包装材料可将面条的货架期最长延长至16 d，并且储藏过程中不会产生明显的酒精味。

图2 荞麦半干面常温储藏期间菌落总数(TPC)的变化

2.4 荞麦半干面常温储藏期间顶空酒精浓度的变化

由图3可知，所有活性包装袋内顶空酒精浓度在储藏1 d时达到最大值1.38%左右，此后在储藏期间浓度缓慢下降，整个储藏期间酒精浓度维持在2%以下。根据文献报道，酒精挥发到顶空中主要有3个去向：滞留在包装袋内，被样品吸收和穿过聚合物膜渗透到包装袋外面[17]。阻隔性较差的PE包装组在储藏1 d后，酒精浓度下降的趋势较PVDC包装快，说明酒精蒸汽较容易穿透阻隔性差的包装材料，扩散到包装袋以外。Yam等[18]的研究结果发现PVDC包装袋(<1 g/m2·d 40 ℃)具有比尼龙包装袋(15～30 g/m2·d 40 ℃)更低的酒精蒸汽透过率，与本试验的研究结果相一致。

图3 荞麦半干面常温储藏期间顶空酒精浓度的变化

2.5 荞麦半干面常温储藏期间酸度值和pH值的变化

酸度主要是指面条中存在的磷酸、酸性磷酸盐、乳酸和乙酸等水溶性酸的总和[19]。面条在储藏期间酸度的增大，主要由微生物的生长代谢产酸与面条中大分子物质的分解造成。由图4可知，随着储藏时间的延长，对照组荞麦面条酸度值增加的最快，结合图2，当对照组荞麦面条储藏至2 d后，微生物已超标(>106cfu/g)，此时酸度值为2.5，说明对照组面条中微生物的生长代谢迅速，不断积累酸性物质，使面条酸化；脱氧包装不同程度地抑制荞麦面条酸度值的升高，吸氧量越大，其抑制效果越显著；脱氧结合酒精缓释减缓荞麦面条酸化的作用效果更加显著，说明无氧环境与酒精蒸汽具有协同保鲜的作用效果；相同活性包装条件下，PVDC包装材料面条酸化的趋势较PE组缓慢，这说明PVDC具更好的保鲜作用。DB31/442—2009中规定半干面产品在货架期内其酸度的限值为4，可知当菌落总数达到检测限值时，所有试验组的酸度值升高至2.5，并没有超标，说明只有当微生物生长繁殖到一定数量和阶段时，大量积累酸性物质，才可能会导致酸度值的超标[20]。

图4 荞麦半干面常温储藏期间酸度值的变化

由图4和图5可知，pH的变化与酸度值的变化呈极显著负相关(P<0.01)，说明酸性物质的积累导致了面条pH的降低[21]。与对照组相比，活性包装组pH降低的速率受到显著(P<0.05)抑制，结合同时期面条中微生物的生长情况可知，pH值的变化与微生物的生长速率呈显著负相关(P<0.05)，在菌落总数达到检测限值106cfu/g时，其pH值在6.30左右，说明pH值的变化，可以作为预测荞麦半干面腐败程度的一项指标。

图5 荞麦半干面常温储藏期间pH值的变化

2.6 荞麦半干面常温储藏期间质构特性的变化

面条的硬度和拉断力与面条中蛋白[22]、淀粉[23]的存在状态密切相关。荞麦半干面属于中高水分、蛋白质和碳水化合物等营养物质丰富的面制品，易于微生物的滋生繁殖。微生物的生长繁殖会分解蛋白质与碳水化合物，其代谢产物中的酶类会破坏面条内部形成的蛋白网络结构，降解淀粉等大分子物质，使面条品质劣变。由图6和图7可知，随着储藏时间的延长，荞麦半干面的硬度与拉断力均不断减小，与对照组相比，活性包装在一定程度上减缓了面条品质劣变的趋势，脱氧剂和酒精蒸汽均可通过抑制微生物的生长繁殖来减缓面条品质劣变的发生，两者具有协同作用。

由图6和图7可知，高阻隔性PVDC包装，随脱氧剂吸氧量的增加，面条的硬度与拉断力劣变趋势显著(P<0.05)减缓，而低阻隔性的PE包装没有显著差异(P>0.05)，说明除氧能力强的脱氧剂与高阻隔性包装材料，具有协同减缓面条品质劣变速率的作用，与活性包装抑制面条中微生物生长繁殖的趋势一致。

图6 荞麦半干面常温储藏期间熟面硬度的变化

图7 荞麦半干面常温储藏期间熟面拉断力的变化

2.7 感官评价

由表4并结合图2可知，随着储藏时间的延长，OS200+EE30+PVDC包装的荞麦半干面的颜色、气味、表面状态和总体接受度4个指标的感官得分均呈逐渐降低的趋势，并且与菌落总数的变化呈显著负相关(P<0.05)。但是，在储藏16 d时面条各项指标的感官得分依然保持在5分以上，这说明活性包装在延长荞麦半干面货架期的同时，也能较好保持面条储藏期间的感官品质。

表4 OS200+EE30+PVDC包装荞麦半干面常温储藏期间生面的感官评价

3 结论

试验结果表明，高阻隔性包装材料结合活性包装具有协同延长荞麦半干面常温货架期的作用。其中，脱氧剂吸氧量、包装材料阻隔性是影响活性包装保鲜效果的关键因素。吸氧量为200 mL的脱氧剂在28 h内将包装袋内氧气含量降低至0.1%，延长微生物的生长滞后期，显著增强了活性包装的抑菌效果。另外，PVDC包装材料可以更好的防止包装袋内外气体的交换和内部酒精蒸汽的外逸，持续维持良好的无氧、酒精蒸汽环境，增强活性包装的保鲜效果。所有包装组合中，OS200+EE30+PVDC包装将荞麦半干面常温货架期最长延长至16 d，并且维持了面条储藏期间的食用品质。因此，PVDC包装材料结合活性包装是一种可以代替添加化学防腐剂，应用于荞麦半干面保鲜的新型包装技术，但对于酒精缓释剂添加量在荞麦半干面保鲜方面的作用效果有待进一步研究。

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Combined Effect of Packaging Material and Active Packaging on the Shelf Life and Quality of Semi-Dried Buckwheat Noodles at Ambient Temperature

Bai Yipeng Guo Xiaona Zhu Kexue Zhou Huiming
(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122)

In order to extend the shelf life of semi-dried buckwheat noodles at ambient temperature, different active packaging methods [oxygen scavenger (OS) and oxygen scavenger combined with an ethanol emitter (OS+EE)] were applied to pack the semi-dried buckwheat noodles, and polyvinylidene chloride (PVDC) and polyethylene (PE) were used as packaging materials. The effect of oxygen scavenger, ethanol emitter and different packaging materials on the shelf life and quality properties of semi-dried buckwheat noodles was investigated during storage. Changes in total plate count (TPC), acidity value, pH value, texture property, sensory quality of semi-dried buckwheat noodles and in-package headspace oxygen content and headspace ethanol concentration were monitored during storage. Results suggested that the TPC increased for all samples during storage, the combination of OS and EE delayed the growth of microorganism synergistically. The TPC of all the samples packaged with OS+EE did not exceed 106cfu/g after 9 d storage, meanwhile physicochemical deteriorations were retarded significantly (P<0.05). The greater capacity of oxygen scavenger was, the higher O2-scavenging rates will be within 24 h, and the more remarkable antibacterial effect will have. With the same packaging method, PVDC packaging material showed higher ability on enhancing the efficiency of shelf life extension of semi-dried buckwheat noodles by active packaging than PE. OS200+EE30+PVDC prolonged the shelf life of semi-dried buckwheat noodles to 16 d and maintained the quality during storage, when compared with other package methods.

active packaging, oxygen scavenger, ethanol emitter, packaging material, shelf life

TS213.2

A

1003-0174(2017)12-0031-07

国家自然科学基金(31371849)

2016-11-19

白艺朋，男，1990年出生，硕士，食品工程

周惠明，男，1957年出生，教授，粮食、油脂及植物蛋白工程