不同贮藏条件下东北农家酱品质变化及其货架期预测

李天一，孙波，解双瑜，柳凯，李智

(东北农业大学 食品学院，黑龙江 哈尔滨，150030)

东北农家酱是以大豆为原料利用环境中微生物经发酵形成的一种调味品[1-3]，因其风味独特、味道鲜美、营养丰富[4]、具有功效[5-8]而被广泛制作和食用。东北农家酱在贮藏过程中品质容易受到外界环境影响，其中温度就会对该产品中微生物的增殖代谢产生影响，使其中如氨基酸态氮、蛋白质、还原糖等多种营养物质会被杂菌无意义消耗降解[9]，导致该产品的品质降低，也缩短了货架期[10]。多数食品在贮藏过程中品质的变化可以通过动力学模型进行表达，通过动力学模型与Arrhenius方程拟合构建数学模型[11-13]并对货架期进行预测。目前对于构建东北农家酱货架期预测模型的研究很少，因此如何对东北农家酱货架期进行快速精准预测意义重大。

本文探究在4、 25、 37 ℃贮藏条件下东北农家酱感官评分、氨基酸态氮、总酸、总酯、菌落总数指标的变化，分析各指标之间的Pearson相关性。在此基础上，通过Arrhenius方程构建品质与贮藏温度和贮藏时间之间的动力学模型对不同贮藏条件下东北农家酱的货架期进行预测，为东北农家酱在今后物流和市场销售过程中其品质变化规律的控制及货架期的精准预测提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

东北农家酱，黑龙江省哈尔滨市顺彩食品有限公司提供；牛肉膏、酵母膏、蛋白胨，北京奥博星生物科技有限公司；甲醛、HCl、乙醇、NaOH、葡萄糖，天津市凯通化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

PHS-3E酸度计，上海雷磁仪器有限公司；FA2004分析天平，上海衡平仪器仪表厂；DHP-9162电热恒温培养箱，天津市泰斯泰斯仪器有限公司；超净工作台，苏净集团安泰公司；CJJ-843磁力搅拌器，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；XZG-3-A旋转蒸锅，温州市博泰机械科技有限公司

1.3 实验方法

1.3.1 东北农家酱的生产工艺流程

东北农家酱的生产工艺流程如下：

大豆→除杂→浸泡→蒸料→制酱曲→加盐水→发酵→灌装→封袋→灭菌→成品

工艺要点分为以下5点:

(1)浸泡：选择品质优良的大豆，置于泡豆池中加清水进行为8～12 h的室温浸泡，当大豆达到充分膨胀且豆粒无明显硬芯时，浸泡结束。

(2)蒸料：将浸泡好的大豆放入旋转蒸锅内，在121 ℃、30～40 min条件下进行蒸煮，获得熟料。

(3)制酱曲：将蒸煮好的大豆制成曲块置于18～20 ℃、相对湿度60%的曲室内，进行90 d的制酱曲，当曲块表面长出淡黄色或嫩黄绿色的孢子，并具有酱曲特殊的香气，则酱曲已成熟。

(4)发酵：将酱曲与食盐按4∶1的质量比投放到发酵池中进行发酵。定期用打耙器对酱醪进行打耙，发酵时间约为90 d，待酱醪呈红褐色，有光泽，具有独特的酱香和酯香即发酵完成。

(5)灭菌：将发酵好的酱醪灌装密封，进行巴氏杀菌，则为成品。

1.3.2 样品采集

选择5个不同批次东北农家酱成品，平均分为3份，分别在4、 25、 37 ℃条件下进行贮藏。每25 d进行取样，直到感官不能接受时停止取样。对样品进行氨基酸态氮、总酸、总酯、菌落总数的测定并进行感官评分。取样过程在哈尔滨市顺彩食品责任有限公司完成。

1.3.3 理化指标的测定

氨基酸态氮测定参照GB/T 5009.235—2016食品安全国家标准食品中氨基酸态氮的测定；总酸测定：参照GB/T 5009.239—2016食品安全国家标准食品酸度的测定；总酯测定：参照GB/T 10345—2007白酒分析方法中总酯测定。

1.3.4 菌落总数的测定

菌落总数测定参照GB/T 4789.2—2016食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定。

1.3.5 感官评分

随机选择10人经过专业培训组成评分小组，参照GB/T 24399—2009黄豆酱的感官评分方法，对东北农家酱进行感官评分。感官评分中各指标及评分标准如表1所示，对东北农家酱中滋味、气味、色泽、体态4个方面分别打分，按4个方面的权重计算东北农家酱整体感官评分[14-15]，具体计算方法为感官整体评分=滋味评分×30%+气味评分×30%+色泽评分×30%+体态评分×10%。

1.3.6 东北农家酱货架期预测方法

将各指标进行Pearson相关性分析，选择与感官整体评分相关系数最大的指标分别进行零级、一级动力学模型[公式(1)、公式(2)]拟合。选择拟合度较高的动力学模型，与Arrhenius方程[公式(3)]结合，构建东北农家酱货架期预测模型。

表1 东北农家酱感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria for northeast farmhouse sauce

B=B0-kt

(1)

B=B0ekt

(2)

式中：t，贮藏时间，d；B，贮藏t时指标水平；B0，指标初始水平；k，指标反应速率常数。

(3)

式中：k，反应速率常数；Ea，反应活化能，kJ/mol；T，贮藏的绝对温度，K；k0，指前因子；R，气体常数，8.314 J/(mol·K)。

分别将零级、一级动力学模型与Arrhenius方程结合，构建东北农家酱货架期预测模型，分别如公式(4)和公式(5)所示：

(4)

(5)

1.4 数据处理

主要采用SPSS 22.0和Excel 2016软件对数据进行Pearson相关性分析、各组数据的差异性分析，趋势图分析。采用Origin.9软件作图，实验结果用平均值±标准差表示，实验重复3次。

应用统计学软件即SPSS18.0实施综合处理，分析文本资料后，计数资料采用卡方检验，计量资料则是用（±s）进行表示，行t检验后若P＜0.05，就说明临床结果的比较差异明显，具备统计学意义。

2 结果与分析

2.1 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下品质变化

2.1.1 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下感官评分变化

表2为4、 25、 37 ℃贮藏条件下东北农家酱感官整体评分结果，图1为滋味、气味、色泽、体态4个方面感官评分结果。在0～75 d贮藏期，通过4个方面分析可知,该产品持续保持着味鲜醇厚、具有浓郁的酱香和酯香等良好的品质，说明该产品一直处于货架期之内。在贮藏75 d后，与4、 25 ℃贮藏条件相比，37 ℃贮藏条件下品质明显降低，在贮藏100 d左右时，出现了色泽变暗、口感苦涩，个别产品有微弱的恶臭气味等现象，超过可接受的范围，所以37 ℃贮藏条件下该产品到达了货架期终点。感官品质可作为消费者购买的重要因素，所以感官评分可作为一项重要指标，通过分析与其他指标间的相关性，选择出适宜构建货架期预测模型的关键指标[16]。

a-滋味;b-气味;c-色泽;d-体态图1 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下感官评分变化Fig.1 Change in sensory score of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

表2 东北农家酱在4、 25、 37 ℃ 贮藏条件下感官整体评分Table 2 Overall sensory score of northeast farmhouse sauce stored at 4、 25、 37 ℃

2.1.2 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下氨基酸态氮变化

由图2可知，在4、 25、 37 ℃贮藏条件下东北农家酱中氨基酸态氮含量由初始值1.09 g /100g在贮藏100 d后分别减少至1.00、0.97、0.95 g/100g。在0～50 d贮藏期，不同贮藏条件下氨基酸态氮含量均有降低。在50～100 d贮藏期，其含量均持续降低，但速度略微缓慢。氨基酸态氮对东北农家酱的风味起到非常重要的作用，一定程度反映了该产品的品质[17-18]。

图2 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下氨基酸态氮变化Fig.2 Change in amino acid nitrogen of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.1.3 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下总酸变化

由图3可知，在4、 25、 37 ℃贮藏条件下东北农家酱总酸含量由初始值1.07 g /100g在贮藏100 d后分别增加至1.37、1.43、1.60 g/100g。在0～75 d贮藏期，不同贮藏条件下总酸含量有所增加，增加速度逐渐变快，其中37 ℃条件下增加最快，在75～100 d贮藏期，总酸含量虽然依旧增加，但增加速度缓慢，有逐渐趋于平稳的趋势。在东北农家酱贮藏前期，微生物增殖代谢速率较快产生多种有机酸[19]，随着贮藏时间的延长及温度的影响，微生物的生长代谢速度逐渐缓慢，总酸的含量可能受到影响[20]。

图3 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下总酸变化Fig.3 Change in total acid of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.1.4 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其总酯变化

图4 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下总酯变化Fig.4 Change in total ester of northeast farmhouse sauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.1.5 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其菌落总数变化

由图5可知，在4、 25、 37 ℃贮藏条件下东北农家酱菌落总数由初始值5.21 lgCFU/g在贮藏100 d后分别增加至6.40、7.02、7.97 lgCFU/g。在0～75 d贮藏期，不同贮藏条件下菌落总数持续增加，在75～100 d的贮藏期，菌落总数增加速度逐渐缓慢。对于整个反应体系而言，温度的变化对微生物的生长代谢有重要的影响[22]，一些有害微生物的大量繁殖，对该产品的品质产生影响[23]并缩短了东北农家酱的货架期，不利于保存。

图5 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下菌落总数变化Fig.5 Change in colonies number of northeast farmhousesauce stored at 4, 25, 37 ℃

2.2 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其货架期预测模型的建立

2.2.1 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其指标Pearson相关性分析

表3～表5为东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下各指标间的Pearson相关性分析。相关系数越大，说明两者相关性越强。在不同贮藏条件下，该产品的感官整体评分与多指标间的相关系数均>0.80，相关性较好。其中均与菌落总数相关系数最高，在4、 25、 37 ℃贮藏条件下相关系数分别为0.943、0.956、 0.971。因此可以把菌落总数作为该产品货架期预测模型的关键指标。在37 ℃条件下贮藏100 d时，感官评分达到最低，该产品品质降低，货架期达到终点，此时菌落总数为9.3×107CFU/g，因此可将菌落总数数量达到9.3×107CFU/g 时作为东北农家酱的货架期终点。

表3 东北农家酱在4 ℃贮藏条件下其指标间Pearson相关系数Table 3 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce stored at 4 ℃

注：**表示差异具有显著性(P<0.05)(下同)

表4 东北农家酱在25℃贮藏条件下其指标间Pearson相关系数Table 4 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce storage at 25℃

表5 东北农家酱在37 ℃贮藏条件下其指标间Pearson相关系数Table 5 Pearson correlation coefficient among indexes of northeast farmhouse sauce storage at 37℃

2.2.2 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下反应级数的确定

表6为东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其菌落总数的零级和一级反应速率常数及决定系数R2及∑R2。R2和∑R2越大说明线性关系越好，拟合度越高。综合分析，菌落总数指标的变化更符合零级动力学模型。

表6 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其菌落总数的动力学模型参数Table 6 Kinetic model parameters of colonies number of northeast farmhouse sauce storage at 4、 25、 37 ℃

2.2.3 东北农家酱在4、25、37 ℃贮藏条件下其货架期预测模型建立

根据1.3.6方程算出东北农家酱菌落总数的活化能Ea为17 941.612 kJ/mol，指前因子k0为28.619 8，R2=0.977。代入公式(4)中，可得菌落总数的货架期预测模型如公式(6)所示：

(6)

根据上式可知，已知贮藏温度和菌落总数初始值以及贮藏t时数值，即可计算在某一温度下的东北农家酱的货架期。

2.2.4 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其货架期模型的预测及验证

表7为东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其货架期预测值与实测值的比较，两者的相对误差在10%以内，这表明该模型可以用来预测东北农家酱货架期。

表7 东北农家酱在4、 25、 37 ℃贮藏条件下其菌落总数指标的货架期预测值和实测值Table 7 Shelf life predicted and measured value of colonies number of northeast farmhouse sauce storage at 4，25，37 ℃

3 结论

通过对东北农家酱在不同贮藏条件下各指标的变化结果分析可知，贮藏温度对该产品的品质影响较大，在4 ℃贮藏条件下可以有效延缓各指标的变化速度，较好地维持该产品的品质与营养。将菌落总数拟合度较高的零级动力学模型与Arrhenius方程结合构建货架期预测模型，其预测值与实测值的相对误差在10%以内，表明该模型的可信度高，可作为东北农家酱货架期预测的一种有效途径，并对该产品在物流运输、市场销售过程中品质的把控提供理论参考依据。