马蹄糕杀菌条件优化及贮存期的品质变化

王晨祥，罗文珊，傅曼琴，周晓君，曾劲，周晓愉，黄健恒，徐玉娟*

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业农村部功能食品重点实验室,广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610）（2.广州市洲星食品有限公司，广东广州 510450)

马蹄（Eleocharis qinghaiensis）又称为荸荠、地梨，是莎草科植物荸荠属的一种水生草本植物，主要分布于我国长江流域及其以南地区[1]。马蹄中含有荸荠英、多酚、多糖、黄酮类、甾醇等多种功能活性成分[2-4]。据《本草纲目》记载，马蹄具有清热生津、利咽化痰、预防便秘、明目醒酒、滋阴消肿的功效，可用于治疗胃肠炎和呼吸道疾病，是一种深受消费者喜爱的食物[5-7]。鲜马蹄中水分含量较高，易引发微生物生长而导致马蹄腐败变质[8]。研究表明，不同加工方式对于马蹄的活性成分影响较大，鲜切处理后的马蹄活性成分损失迅速，而适当的预处理可以更好地保留其活性成分[9]。食品工业中常以马蹄为原料，生产不同类型的马蹄产品，如马蹄汁、发酵饮料、果酒果醋、马蹄淀粉等，在保留其活性成分的同时可延长马蹄产业链和增加马蹄产品的附加值。

马蹄糕作为马蹄淀粉类主要加工产品[10]，一直是备受人们喜爱的传统中国特色甜食，尤其是在广东、福建、广西等地，作为当地茶点文化的代表性美食之一，马蹄糕几乎红遍大街小巷[11-13]。由于马蹄糕营养丰富、水分含量高，导致微生物生长速度快，因此成品马蹄糕极易出现水样、胀气、白斑等现象，一般保质期不超过2周[14]，极大地限制了马蹄糕市场流通能力，使其市场竞争力下降。因此，探究如何延长马蹄糕保质期是促进马蹄糕产业进一步发展的必要举措。本研究以现有马蹄糕生产工艺为基础，通过研究不同杀菌温度、时间及食品防腐剂种类和添加含量对于马蹄糕微生生物生长的影响，进一步采用正交实验设计获得最佳抑菌工艺，并在此基础探究了不同贮藏时间对马蹄糕品质的影响，以期为现有马蹄糕生产企业提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 原料

马蹄粉由采用广州市州星食品有限公司提供（原大田马蹄粉厂）；蔗糖（市售）、双乙酸钠、山梨酸钾、丙酸钙、脱氢乙酸钠、乳酸链球菌素均为食品级，河南清源食品配料有限公司。

1.2 仪器

电磁炉，浙江苏泊尔股份有限公司；60目网筛，浙江上虞市道墟五四仪器纱筛厂；Ultra Scan VISX型全自动色差仪，美国Hunter Lab公司；TA-XT.PLUS物性分析仪，英国SMS公司；立式压力蒸汽灭菌锅，上海博讯实业有限公司；MJX-250B-Z型培养箱，上海博讯视野有限公司。

1.3 马蹄糕制作方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 工艺操作要点

（1）制备生浆所用马蹄粉使用前过60目筛，避免因存在小颗粒等杂质而影响产品整体外观；

（2）糖水完全煮沸后关火，将全部生浆加入至沸腾糖液中，反复搅拌至均匀粘稠状；

（3）混合后的粘稠浆倒入模具后放入蒸锅，置于电磁炉上以1600 kW的功率蒸煮45 min，直至马蹄糕呈透明状；

（4）冷却至室温后进行切块包装、杀菌。

1.4 实验方法

1.4.1 单因素实验

通过考察杀菌温度、杀菌时间和不同食品防腐剂种类及添加量对马蹄糕中微生物含量的影响，进行单因素实验。

1.4.1.1 杀菌温度

将制备的马蹄糕用真空袋包装，置于高温灭菌锅中，分别以90、100和110 ℃杀菌30 min，随后将马蹄糕放置在28 ℃条件下贮藏15 d，测定样品微生物生长情况。

1.4.1.2 杀菌时间

将制备的马蹄糕用真空袋包装，置于高温灭菌锅中，110 ℃分别杀菌15、30和45 min，测定杀菌后28 ℃条件下贮藏15 d后马蹄糕样品微生物生长情况。

1.4.1.3 不同防腐剂

筛选了5种可以用于马蹄糕中添加的食品防腐剂，根据GB 8957-2016《糕点面包卫生规范》和GB 2760-2014《食品添加剂使用标准》最大添加量要求，分别添加丙酸钙2.5 g/kg、双乙酸钠4.0 g/kg、山梨酸钾1.0 g/kg、脱氢乙酸钠0.5 g/kg、乳酸链球菌素0.3 g/kg至马蹄糕中，真空包装后，于110 ℃条件下杀菌30 min，测定杀菌后28 ℃条件下贮藏15 d后马蹄糕样品微生物生长情况。

1.4.1.4 防腐剂含量

制备脱氢乙酸钠添加量不同的马蹄糕，真空包装后于110 ℃杀菌30 min，测定杀菌后28 ℃条件下贮藏15 d后马蹄糕样品微生物生长情况，筛选出符合标准的添加剂含量。

1.4.2 正交实验优化

在单因素优化的基础上，通过正交实验进行优化，从不同杀菌时间、不同杀菌温度、不同食品防腐剂添加量3个方面进行L9(33)的正交实验，以菌落总数为评价指标，确定马蹄糕抑制微生物生长的最优实验方案，并在此基础上研究不同贮藏时间马蹄糕品质变化。

1.4.3 指标测定

1.4.3.1 微生物测定

参考GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》和GB 4789.15-2016《食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》的平板计数法，在无菌条件下取10 g贮藏15 d的马蹄糕1 g置于0.9%生理盐水中，震荡培养2 h，采用平板倾注法，选取1 mL样液倾注至培养基中，选择3个连续稀释度，取1 mL样液至于9 mL生理盐水中，进行梯度稀释，培养基在37 ℃培养箱中培养24±2 h，然后进行菌落总数和霉菌测定，根据GB 7099-2015微生物限量的要求，菌落总数限量应＜104cfu/g，霉菌限量应＜150 cfu/g，大肠菌群限量应＜10 cfu/g。

1.4.3.2 质构测定

使用物性分析仪，选择TPA模式测定，在吴宗帅[15]的方法基础上略作修改，探头选择P36/R，测试条件：前探头速度2.0 mm/s，测定时1.0 mm/s，测定结束2.0 mm/s，应变：30%，触发点负载5.0 g。

1.4.3.3 色泽测定

取2×2×5 cm小块的马蹄糕，置于比色皿中，使用Ultra Scan VISX型全自动色差仪进行测定，以L*、a*、b*值为评价指标，L*值表示（明/暗）、a*值表示（红/绿）、b*值表示（黄/蓝）。

在李依娜[16]的方法上略作修改，计算总的色泽变化（ΔE*）。每组样品测试五次，取平均值，ΔE*的大小表示试验样品的色泽变化程度（ΔE*值越小，表示颜色变化越小），ΔE*按下式计算。

1.4.4 数据处理

每组实验3个平行，数据用Excel 2015进行整理，采用SPSS软件进行数据显著性分析和正交实验设计，并用Origin 2017软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同杀菌温度对马蹄糕微生物的影响

分别检测了马蹄糕中细菌、霉菌及大肠菌群，在未杀菌组和杀菌组均未检测到霉菌与大肠菌群，未杀菌组的菌落总数达1260 cfu/g（结果未列出），因此后续实验仅以菌落总数作为实验结果参考。不同温度杀菌结果如图1所示，100 ℃和110 ℃处理组均能有效控制马蹄糕中细菌生长，菌落总数在贮藏期间内显著增长，可能是由于高温处理的亚致死的微生物的活性复苏和繁殖[17]。经110 ℃处理的马蹄糕中未检测到任何微生物生长，且在贮藏15 d后其菌落总数为6781 cfu/g，低于GB 8957-2016中微生物限量＜104cfu/g要求，故选择110 ℃作为杀菌温度。

2.2 不同杀菌时间对马蹄糕微生物的影响

对经不同杀菌时间处理的马蹄糕细菌总数进行分析，结果如图2所示，马蹄糕经110 ℃杀菌30和45 min均能有效控制马蹄糕中的微生物含量；在经过15 d贮藏后，110 ℃杀菌15 min组的菌落总数超标，而110 ℃杀菌30 min和110 ℃杀菌45 min均未超标，综合考虑选择110 ℃杀菌30 min作为马蹄糕杀菌条件。

2.3 不同防腐剂添加对马蹄糕微生物的影响

微生物添加不同种类添加剂马蹄糕菌落总数结果如图3所示，经杀菌后，所有样品中菌落总数均未检出，28 ℃储藏15 d后，不同处理组的马蹄糕中菌落总数较未储藏前均有不同程度的增加，其中双乙酸钠组储藏15 d菌落总数最少（＜200 cfu/g），但其使马蹄糕失去原有色泽，呈现漂白色，其L*值明显高于其余组别（数据未展示）；剩余组别中，脱氢乙酸钠组的菌落总数最少，保存效果相对较好。综合考虑到防腐剂用量与经济成本，且脱氢乙酸钠为一种糕点中常用的防腐剂[18]，故选择脱氢乙酸钠作为马蹄糕抑菌添加剂。

2.4 不同添加量的脱氢乙酸钠对马蹄糕微生物的影响

选择脱氢乙酸钠作为食品防腐剂添加到马蹄糕中，选择了0.2、0.3、0.4 g/kg等3个浓度作为3组实验对象，结果如图4所示，3个不同组别的马蹄糕在贮藏15 d后，0.4 g/kg组和0.3 g/kg组马蹄糕中菌落总数均未超标，而0.2 g/kg组菌落总数超标，综合考虑成本，选择添加浓度为0.3 g/kg的脱氢乙酸钠作为下一步优化条件。

2.5 正交实验结果与分析

2.5.1 极差分析结果

表1 正交实验设计表 Table 1 Orthogonal experimental design table

正交实验的结果如表2所示，通过极差分析可知，影响马蹄糕菌落总数的因素排序为：防腐剂添加量＞杀菌温度＞杀菌时间，在28 ℃的储藏条件下贮藏15 d，防腐剂添加量是影响马蹄糕菌落总数的主要因素。菌落总数最少的条件为杀菌温度110 ℃，杀菌时间30 min，脱氢乙酸钠的添加量0.32 g/kg，此时的微生物生长情况可以得到较好的抑制。

表2 正交实验极差结果 Table 2 Extremely poor results of orthogonal experiment

2.5.2 方差分析结果

通过SPSS软件对上述数据进行方差分析，分析的结果如表3所示，由表可知，影响因素排序为：防腐剂添加量＞杀菌温度＞杀菌时间，菌落总数最少的优化项为：杀菌温度110 ℃，杀菌时间30 min，防腐剂添加量为0.32 g/kg，这与极差分析结果一致。

表3 正交实验方差分析结果 Table 3 ANOVA results of orthogonal experiment

2.6 正交实验结果验证分析

2.6.1 马蹄糕微生物变化

对正交实验结果进行验证分析，分别测定最优条件制备马蹄糕在0、5、10、15、20 d的菌落总数，结果如图5所示，由图5可知，菌落总数在5～20 d之间呈现快速上升趋势，这可能与马蹄糕中微生物生长进入对数期有关[19]。马蹄糕贮藏过程中，其0、5、10、15 d中霉菌均未检测出霉菌与大肠菌群，0 d未检测出细菌菌落，5 d检测出其菌落总数为300 cfu/g，15 d菌落总数为6363 cfu/g，而20 d其菌落总数＞104cfu/g，超过GB 7099-2015中微生物限量要求。根据其规定，15 d马蹄糕微生物指标符合要求，后面马蹄糕品质分析选取0～15 d作为贮藏期。

2.6.2 马蹄糕色泽变化

测定最优条件制备马蹄糕在贮藏0、5、10、15 d的色泽变化，结果如表4所示，贮藏10 d的马蹄糕的L*值较未贮藏马蹄糕无显著（p＞0.05）变化，而贮藏15 d后L*值显著性降低（p＜0.05），表明随着贮藏时间的延长，马蹄糕亮度下降，其中10 d后L*值下降幅度显著（p＜0.05）高于10 d之前；总的色泽变化ΔE*方面，随着贮藏天数的增加，ΔE*值在5和10 d无显著（p＞0.05）变化，而10 d后ΔE*值明显提升（p＜0.05），而15 d后ΔE*值大于2，表明其较未贮藏马蹄糕已有视觉上的颜色差异[20]，其感官接受程度大幅度降低，该研究结果与杨君等[21]研究结果相近。通过对贮藏期颜色变化分析，Craig等[22]研究表明淀粉透光率随贮存期的增加而降低。马蹄糕在贮藏过程中色泽发生变化，这可能是其淀粉颗粒在高温下破裂，释放出直链淀粉的短链，在贮藏过程中这些链重新结合形成网络并导致马蹄糕色泽变得混浊，透光率降低，从而使其色泽改变[23]。

表4 不同贮藏天数对马蹄糕色泽的影响 Table 4 Effect of different storage days on color of water chesternut cake

2.6.3 马蹄糕质构品质变化

随后对经不同贮藏时间的马蹄糕质构品质进行分析，分别检测马蹄糕的硬度、粘性、弹性、内聚性和咀嚼性。硬度指使马蹄糕发生断裂时所需最大的力，粘性指马蹄糕对测试探头的吸附能力，内聚性表示马蹄糕内部粘合的强度，而弹性表示马蹄糕受到外力作用后恢复的程度[24,25]。由表5可知，灭菌后，马蹄糕在0、5 d的粘性、弹性、内聚性、咀嚼性等数值均无显著（p＞0.05）变化，而在10 d后其质构数据均发生显著性（p＜0.05）变化，贮藏15 d较未贮藏硬度值下降51%，而弹性数值增加174%，粘性数值增加629%，咀嚼性数值增加621%。这可能与马蹄糕内部水的组分变化导致其吸水溶胀能力变化相关[26]。马蹄淀粉天然结构在各种食品加工条件下会表现出低抗高剪切速率、热分解、高老化和脱水特性[27]。在贮藏过程中，随着贮藏时间的增加，马蹄糕中淀粉老化时间延长，其内部淀粉链形成氢键缔合速度加快，促使水分子与淀粉链之间氢键断裂，淀粉凝胶持水能力下降，水分子由结合状态转化为自由水，导致水分从淀粉中释放，马蹄糕出现脱水、出水等现象[28,29]。Ding等[30]研究表明，淀粉在储藏过程中的变化可以通过硬度、咀嚼性等指标来反应。Zhang[31]则指出储存期间淀粉凝胶硬度的评估显示与淀粉老化存在高度相关关系。Fu等[32]通过添加多糖限制淀粉与面筋网络氢键作用，导致面包咀嚼性降低。随着马蹄糕贮时间延长，淀粉分子链之间的作用，水结合能力下降，内部水分渗析至表面，这可能是马蹄糕硬度数值降低，而弹性、粘性值、咀嚼性值上升的原因[33]。

表5 不同贮藏天数对马蹄糕质构品质的影响 Table 5 The effect of different storage days on the texture and quality of water chesternut cake

3 结论

3.1 以马蹄糕在28 ℃的条件下贮藏15 d后的菌落总数为评价指标，结果表明：灭菌温度110 ℃，灭菌时间30 min，脱氢乙酸钠（食品防腐剂）添加量为0.32 g/kg可达到最佳的抑菌效果，此条件下的马蹄糕在经过15 d贮藏后，菌落总数为6363 cfu/g，内部微生物生长繁殖未超过GB 8957-2016中微生物限量要求，表明15 d可作为马蹄糕有效贮藏期。本研究较赵力超等[34]研究将马蹄糕贮藏期增加5 d。

3.2 进一步对其贮藏过程中品质变化进行探究，在贮藏10 d后ΔE*值明显提升（p＜0.05），而15 d后ΔE*值大于2，表明其已出现视觉上的颜色差异；马蹄糕弹性、黏性、内聚性咀嚼性在0、5 d无显著（p＞0.05）变化，而15 d时候质构数据均出现显著性差异（p＜0.05），贮藏15 d马蹄糕较未贮藏硬度值下降51%，而弹性数值增加174%，粘性数值增加629%，咀嚼性数值增加621%，结合质构数据与色泽变化情况，得出马蹄糕最佳食用期为0～5 d，10 d后其微生物增值速度加快，虽未超过GB 8957-2016微生物限量要求，但其质构品质与色泽发生显著（p＜0.05）变化，使其食用价值大幅度降低。本研究可为相关企业生产与加工马蹄糕产品提供理论依据。