甜玉米馒头货架期的预测及储藏品质的分析*

王慧洁 ，白 岩 ，张国治 *,张康逸

(1.河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001；2.沈阳师范大学粮食学院，沈阳 110034；3.河南省农业科学院农副产品加工研究中心，郑州 450002；4.河南国德标检测技术有限公司，郑州 450000）

馒头在储藏过程中，由于含水量较大，会出现腐败变质以及感官品质下降的现象[1]。这是一个物化、生化以及微生物生长代谢的复杂变化过程。在储藏过程中，馒头中的水分含量、水分活度、微生物指标以及质构等指标均对其品质有着很大的影响。此外，馒头的主要原料以及包装方式等对其储藏品质均有一定的影响。

经过大量研究表明食品在贮藏过程中的品质变化特性与其生化反应的速率常数和活化能等动力学特性有关[2]。动力学模型预测食品货架期具有快速、简便、投资少等优点[3]。目前动力学模型预测食品货架期是食品保鲜研究的热点问题，已有学者利用不同的动力学模型对鸡蛋[4]、蔬菜[5-7]、水果[8]等的品质和货架期作过一些研究工作，但对甜玉米馒头变化的动力学特性和货架期预测研究尚未见报道。

本文通过选择25℃、15℃以及4℃条件下探究甜玉米馒头在储藏过程中微生物的生长规律、感官品质的变化、色差的变化、水分变化以及淀粉的变化，并根据Arrhenius关系式，建立货架期预测模型，以期为甜玉米馒头的储藏保鲜以及货架期的预测提供一些理论上的依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

金龙鱼麦芯粉：益海嘉里（郑州）食品工业有限公司；甜玉米粉：自制；饮用纯净水；酵母：安琪酵母股份有限公司；平板计数琼脂、孟加拉红培养基：北京奥博星生物技术有限责任公司。

1.1.2 设备

HVE-50高压蒸汽灭菌锅，哈尔滨东联电子技术开发有限公司；BHC-1100无菌工作台，瑞士梅特勒托利多有限公司；Micro MR-CL-I低场核磁共振仪，苏州（上海）纽迈电子科技有限司；HD-3A水分活度测量仪，无锡市华科仪器仪表有限公司；ColorFlex EZ 色差仪，HunterLab。

1.2 试验方法

甜玉米粉制作、馒头制作工艺及感官评价方法见参考文献[9]。

1.3 微生物检测

菌落总数检测：依据GB/T 4789.2-2016进行测定；霉菌和酵母菌检测：依据 GB 4789.15-2016进行测定。

1.4 甜玉米馒头贮藏条件

将甜玉米馒头用保鲜袋进行密封包装多份，分别放置于 4℃、15℃、25℃条件下贮藏，定期记录菌落总数（TPC）及霉菌的变化。

2 货架期预测及储藏品质实验

2.1 货架期预测模型

2.1.1 一级动力模型

由于化学反应动力学模型能较好地反应食品品质的变化，现如今已经得到了广泛应用，方程式为：

式中：InA0为甜玉米馒头菌落的初始值；kA为甜玉米馒头的菌落总数指标变化速率常数；t为甜玉米馒头的储藏时间（单位h）；lnA为甜玉米馒头储藏t h的菌落总数值。

2.1.2 Arrhenius方程

通过实验测定不同储藏温度下甜玉米馒头的菌落总数值随储藏时间的变化曲线，经过一级反应动力学模型对实验数据进行拟合分析，得到不同温度下甜玉米馒头的菌落总数的变化速率常数（kT）。然后对储藏温度和其对应的kT值进行拟合得到Ar-rhenius方程。

对式（2）取对数：

式中：k0为频率因子；Ea为反应的表观活化能(J/mol)；R 为摩尔气体常量 （R=8.3144 J/(mol·K)）；T为绝对温度（K）。根据式（3）求得不同温度条件下的速率常数kA后，用lnkA对温度的倒数（1/T）作图可得到方程式为:

2.1.3 甜玉米馒头货架期模型的建立

甜玉米馒头在不同储藏温度条件下品质指标的货架期 t（h）可根据方程（4）求解：

2.2 色差值、馒头水分、水分活度及水分状态分布测定

2.2.1 色差值测定

利用色差仪测定样品的色差。

2.2.2 甜玉米馒头水分及水分活度的测定

水分含量：根据 GB/T 5009.5-2016测定；水分活度：样品剪碎至2 cm，使用水分活度计测定样品水分活度（Aw）。

2.2.3 甜玉米馒头水分状态分布的测定

取甜玉米馒头样品0.5 g放入核磁管内，每次放置样品均放在核磁管的2 cm处，然后将核磁管放入设线圈的固定位置。采用核磁共振波普（NMR）技术分析甜玉米馒头横向弛豫时间T2。

测定条件：采用点数TD=40 000；回拨个数：2000；回拨时间：0.100 ms；采样频率 Sw=200；样品间隔时间：Tw=1 500；累加次数：NS=8[10]。

3 结果与讨论

3.1 不同储藏温度下甜玉米馒头感官评价

蒸煮好的甜玉米馒头在常温下冷却1 h后，用 保鲜袋密闭储藏在不同温度下，通过感官评分，对甜玉米馒头的口感、风味、表面状态以及整体的可接受程度等指标进行分析。结果如图1(a，b，c)所示：随着储藏时间的增加，3个温度馒头的感官评分降低，这主要是因为甜玉米馒头的水分在不断散失，硬度不断增大，导致馒头的口感不再柔软。在储藏后期微生物迅速增长，馒头表面出现白色的霉斑，品质恶化，无法继续食用。在4℃储藏过程中，储藏至第14天时，馒头表面出现较少的霉菌，质地较硬，建议停止食用。当储藏至第16天时，馒头的品质极其恶劣，表面的霉菌呈爆发性增长，馒头内部出现粘连的白色霉菌。在15℃储藏过程中，当储藏至第6天时，观察其表面出现几个较小的霉点，馒头内部色泽变暗。在25℃储藏过程中，甜玉米馒头的储藏时间最短，当储藏至第48小时的时候，馒头表面出现一两个霉点，储藏至第3天时，馒头表面已经长满霉菌，品质恶劣。

图1 不同储藏温度条件下的感官评分

3.2 不同储藏温度下甜玉米馒头中微生物的变化

食品中微生物的种类及数量主要取决于食品的原料以及初始带入食品中的微生物[11]。甜玉米馒头经过水蒸气加热后才可以食用，在这个过程中，高温可以杀死大部分的微生物，从而使得在馒头刚开始储藏时的微生物较少。由图 2（a，b，c）可以看出：菌落总数呈指数型增长，且储藏温度对菌落总数的生长有着十分明显的关系。当储藏温度在25℃时，菌落总数的增长速度非常之快，储藏至第2天时便超出了6 lg（CFU/g）；在15℃储藏条件下，储藏至第6天菌落总数超出6 lg（CFU/g）；在4℃储藏条件下，储藏至第13天菌落总数超出6 lg（CFU/g）。

图2 储藏过程中甜玉米馒头菌落总数的变化

由表1可以看出，由于甜玉米馒头经过高温杀菌，在储藏初期细菌菌落总数繁殖较为迅速，成为优势菌，霉菌在储藏初期变化相对不明显，这主要是因为在储藏初期，细菌与霉菌争夺营养物质，且细菌会产生抑制霉菌生长的物质，使得霉菌基本上无法生长。当储藏至中后期，有适合霉菌生长的环境时，霉菌呈爆发性增长，导致馒头的品质变化恶劣，并伴随有发霉的味道和馒头内部有粘连的菌落物质产生。

表1 甜玉米馒头中不同储藏温度下霉菌/酵母菌的变化

3.3 甜玉米馒头品质动力学

实验对甜玉米馒头在4℃、15℃、25℃三个储藏温度下进行菌落总数的一级动力学回归分析，即菌落总数值与时间的变化关系式满足于：

式中：lnA是储藏t时间菌落总数值，lnA0是初始时的菌落总数值。

甜玉米馒头储藏在4℃、15℃、25℃下，得到菌落总数变化的动力学模型回归方程，结果见表2：由于甜玉米馒头储藏在不同温度条件下，拟合所得的失重率的动力学回归模型的决定系数均大于0.95，所以。此模型是可行的。

表2 各温度下的回归方程及k值

根据Arrhenius关系式，得到lnk与1/T呈现总关系为：lnk=－6 905.9/T+19.289。

表3 甜玉米馒头的Arrhenius方程曲线模型及相关参数

最后得出甜玉米馒头菌落总数的货架期模型：

式中：A为甜玉米馒头储藏t h的菌落总数值；A0为甜玉米馒头储藏0 h的菌落总数值。

根据甜玉米馒头货架期预测模型，一旦确定了甜玉米馒头的初始品质值、终点品质值及储藏温度，可推断出确定的储藏温度下甜玉米馒头储藏时间。

3.4 甜玉米馒头品质预测模型的验证与评价

馒头的保质期判断如下：馒头蒸制后在室温放置1 h后用保鲜袋密封储藏在不同温度下，至馒头出现霉点或者异常气味所需时间为馒头的保质期。在不同温度下储藏的馒头，通过感官评分发现，当馒头出现霉点或者异味时，此时测量的菌落总数均为106CFU/g左右。这与刘长虹[12]的研究结果一致。盛琪[13]研究冷馒头在无致病菌的情况下菌落总数在106CFU/g内，馒头复热后认为是可食用的。赵笑笑等[14]同样验证了此定论。表4分别为储藏277 K、288 K、298 K的条件下，甜玉米馒头货架期的实测值与预测值。由此得出馒头在储藏4℃时，建议在13 d内食用完毕，在储藏15℃时，建议在5.5 d内食用完毕，在储藏25℃时，建议在2 d内食用完毕。

表4 甜玉米馒头在不同储藏温度下货架期预测值及实测值

3.5 甜玉米馒头在4℃储藏过程中理化指标的变化

3.5.1 4℃储藏过程中甜玉米馒头色差的变化

如今人们常常通过观察馒头的外观以及色泽来判断产品的好坏。在储藏过程中由于水分含量的散失、水分的迁移、活性物质的氧化、蛋白及脂肪的变化等原因，均会影响甜玉米馒头的色泽[15]。甜玉米馒头在储藏过程中色泽的变化如表5所示，随着储藏时间的增加，L*值（明暗度）缓慢降低。甜玉米馒头的L*值随着储藏时间的增加缓慢降低，当储藏时间达到16 d时，L*值略微升高。刘长虹[16]曾指出，微生物的生长是导致馒头色泽变化的主要原因之一。随着储藏时间的增加b*值（黄蓝色度）呈增加的趋势（向偏黄方向转变）。这可能是因为甜玉米粉中活性物质含量相对较多，在储藏初期甜玉米馒头中受活性物质的影响使得甜玉米馒头的黄色变深。

表5 4℃储存条件下馒头表皮色差的变化

3.5.2 4℃下储藏过程中甜玉米馒头水分含量及水分活度的变化

水分含量及水分活度的变化会影响馒头的新鲜度、质构及感官品质[17]。因此，对甜玉米馒头在4℃储藏条件下水分含量及水分活度的变化进行分析，结果见图3及图4。

图3 4℃储藏条件下甜玉米馒头水分含量的变化

随着储藏时间的增加，水分的散失与甜玉米馒头自身的水分含量、外界环境的温湿度以及包装膜的透水率等均有密切的联系。在储藏初期，甜玉米馒头水分散失极快，随着储藏时间的增加，甜玉米馒头表皮的水分向外以及向馒头芯蔓延。当储藏至16 d时，甜玉米馒头表皮以及芯的水分含量略微升高，这可能是由于在储藏末期，甜玉米馒头中微生物大量繁殖产生一定的水分[18]。

Aw（水分活度）与食品中水及非水组分的结合程度成负相关，Aw较低时，食品的稳定性较好，食品不易腐败变质。在储藏期间，Aw的变化与水分的散失速度及水分结合状态均有关系。由图4可以看出，甜玉米馒头芯的Aw均大于表皮的Aw。随着储藏时间的增加，Aw均呈下降的趋势，其中，甜玉米馒头芯Aw的变化相对不明显，这可能与水分含量的变化有一定的关系，甜玉米馒头芯的水分散失的速度相对较小。在储藏后期，Aw的降低幅度较大，这对甜玉米馒头的质地特性有一定程度的影响，低Aw的馒头通常有较硬的质地特性。

图4 4℃储藏条件下甜玉米馒头水分活度的变化

3.5.3 4℃储藏过程中甜玉米馒头水分迁移规律的变化

馒头在储藏过程中水分的分布情况以及水分的状态对其都有很大的影响[19]。凭借核磁共振波谱（NMR）技术可以检测食品中水分分布的状态，它主要是通过测定流动性水分子中氢核的横向弛豫时间T2，反应食品中水分的分布以及迁移情况[20]。T2越长，表示样品中水分子的流动性越好。根据馒头中水分的结合状态可划分为三种状态：即 T21(0.01～1 ms)表示流动性最弱的紧密结合水的弛豫时间;T22(1～100 ms)表示流动性居中的弱结合水的弛豫时间；T23（>100）表示流动性最强自由水的弛豫时间[21-22]。

通过图5以及表6可以得出：T21的峰比例（A1）呈下降的趋势，T22的峰比例（A2）呈上升的趋势。甜玉米馒头在储藏过程中，淀粉趋于老化的趋势，且不可逆转，甜玉米馒头的紧密结合水逐渐降低。由于馒头在储藏过程中密封保存，所以水分散失含量较小，导致储藏至后期馒头的水分状态变化不明显。

图5 4℃储藏下甜玉米馒头横向弛豫时间（T2）分布

表6 甜玉米馒头不同储存时间的弛豫时间和峰比例

4 结论

随着储藏时间的增加，甜玉米馒头中的感官评分逐渐降低，菌落总数不断增加，霉菌在储藏初期无明显变化，在储藏中后期呈爆发性增长。根据感官评分及建立的货架期模型可初步确定甜玉米馒头在储藏4℃时，建议在13 d内食用完毕，在储藏15℃时，建议在5.5 d内食用完毕，在储藏25℃时，建议在2 d内食用完毕。

在4℃储藏过程中，甜玉米馒头的L*值缓慢降低，b*值逐渐增加。甜玉米馒头在储藏后期L*值略微增加。通过对4℃储藏的甜玉米馒头中NMR的图谱分析，随着储藏时间的增加，甜玉米馒头水分的结合状态有所改变，水分状态由多分子层结合水向单分子层结合水转化。