周智宇,羅正婭,高 晴,和勁松
(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,云南昆明650201)
米線又名米粉,是我國悠久歷史的傳統(tǒng)食品。其中,云南米線是著名的地方小吃,也是當(dāng)?shù)厝俗钕矏鄣氖澄?。鮮米線在云南通常采用土法生產(chǎn),其制備工藝主要有切粉、榨粉與擠壓等[1]。然而,土法生產(chǎn)的鮮米線水分與蛋白質(zhì)含量高,其在流通期間易受微生物影響,溫度較高時(shí)極易腐敗變質(zhì),使保存期變短,給米線的正常流通帶來嚴(yán)重影響[2]。為延長其貨架期,市場上部分不法分子使用違禁添加劑來延長其保質(zhì)期,但會危害人體健康,帶來食用安全問題。因此,極有必要采用廣譜高效、綠色安全的處理技術(shù)手段,抑制微生物的生長繁殖,保持鮮米線的優(yōu)良品質(zhì),延長其貯藏貨架期。
微酸性電解水(Slightly Acidic Electrolyzed Water,SAEW)是使用特殊電解裝置將稀鹽酸溶液或稀鹽溶液電解,改變其p H、氧化還原電位(Oxidation-reduction potential,ORP)和有效氯濃度(Available chlorine concentration,ACC)等指標(biāo),pH達(dá)到5.0~6.5,氧化還原電位(ORP)為700~900 mV,有效氯濃度(ACC)為10~60 mg/L,殺菌作用高,無色無臭的一種功能性水[3]。微酸性電解水具有高效殺菌、綠色環(huán)保、成本低廉、制取簡便等特點(diǎn),且不會引起食品中氯素(Cl2)殘留等問題,安全性高[4]。已被應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療、食品及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[5-7]。2002年6月10日被日本厚生勞動(dòng)省認(rèn)定為可使用的食品添加物,應(yīng)用于食品殺菌保鮮、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)品等方面[8-9]。微酸性電解水作為消毒劑已廣泛應(yīng)用于研究以及實(shí)際生產(chǎn)中[10],目前在國內(nèi)外應(yīng)用在食品加工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中,發(fā)展前景廣闊[11]。特別是在食品加工領(lǐng)域,已在鮮切果蔬、肉制品等食材的殺菌處理及貯藏中有許多應(yīng)用,均有良好的保鮮作用,Zhang等[12]、趙德錕等[13]、于曉霞等[14]、盛孝維[15]、李南薇等[16]、岑劍偉等[17]分別用微酸性電解水對豌豆芽、鮮切云南紅梨、牛肉、冰鮮鴿、羅非魚等進(jìn)行了殺菌及貯藏研究,表明微酸性電解水的殺菌效果很好。但關(guān)于SAEW處理對米線貯藏品質(zhì)影響的報(bào)道甚少。
綜上,本研究將選取云南鮮米線為原料,采用響應(yīng)面法優(yōu)化了處理工藝條件,進(jìn)一步分析了該處理?xiàng)l件對云南鮮米線貯藏品質(zhì)變化影響,以期為微酸性電解水處理技術(shù)在鮮米線加工中的應(yīng)用提供理論參考。
普通大米 購于沃爾瑪超市,選擇早秈米作為制作米線的原料大米;微酸性電解水 自制;平板計(jì)數(shù)瓊脂粉、孟加拉紅培養(yǎng)基粉 分析純,廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;氯化鈉、氯化鉀、酚酞、甲苯、氯仿、氫氧化鉀 分析純,四川西隴化工有限公司。
MB45鹵素水分測定儀、H3-18K臺式高速離心機(jī) 湖南可成儀器設(shè)備有限公司;PL303電子天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司;HD-240L型“水神”微酸性電解水生成機(jī) 上海旺旺集團(tuán);SPX-150B-Z恒溫生化培養(yǎng)箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;DKS恒溫水浴鍋 嘉興中新醫(yī)療儀器有限公司;JJCJ-CJ-1FD超潔凈工作臺 蘇州市金凈凈化設(shè)備科技有限公司;BCD-256KFB冰箱 青島海爾股份有限公司;TTL-10B超純水機(jī) 北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司;YXQ-SG41-280A高壓蒸汽滅菌鍋 上海生銀醫(yī)療儀器儀表有限公司;FE20/EL20 pH計(jì) 上海梅特勒-托利多儀器有限公司;hr2104打漿機(jī)。
1.2.1 原料加工 原料大米→清洗除雜→浸泡→脫水→磨粉→干燥→點(diǎn)漿(沸水)→蒸漿→壓制成型→冷卻→成品→包裝[19]。鮮米線為課題組按此工序自行加工得到。稱取制作好的鮮米線適量,放置于無菌操作臺中備用。
1.2.2 微酸性電解水制備 參考文獻(xiàn)[18],以9%稀鹽酸溶液為輔液,以自來水作為原水,用“水神”微酸性電解水機(jī)電解制備SAEW,設(shè)備運(yùn)行30 min,待有效氯穩(wěn)定后分別取等量SAEW用于實(shí)驗(yàn),并在制備后1 h內(nèi)使用。
1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 以米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級為指標(biāo),選取處理溫度、處理時(shí)間與料液比三個(gè)因素,分別進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。料液比1∶10 mL/g,處理時(shí)間5 min時(shí),處理溫度分別為10、20、30、40℃;處理溫度為20℃,處理時(shí)間5 min時(shí),處理料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20 mL/g;料液比為1∶15 mL/g,處理溫度20℃時(shí),處理時(shí)間分別為5、10、15、20 min。
菌落總數(shù)死亡數(shù)量級計(jì)算方法如公式(1)所示
式中,N0為處理前樣品表面菌落總數(shù),N為處理后樣品表面菌落總數(shù)。
1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,使用Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立模型,以處理溫度(A)、處理時(shí)間(B)和處理料液比(C)三種影響因素為主要的影響因素,分別以處理后樣品中細(xì)菌總數(shù)的死亡數(shù)量級Y為響應(yīng)值進(jìn)行條件優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)因子編碼及水平見表1。
1.2.5 貯藏實(shí)驗(yàn) 在優(yōu)化后的最佳處理?xiàng)l件下,使用SAEW浸泡處理鮮米線,并以無菌水樣品作為對照組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),樣品瀝干后使用自封袋包裝并置于27℃恒溫箱中進(jìn)行48 h儲藏實(shí)驗(yàn),定期對樣品表面菌落總數(shù)、含水量、酸度、p H與色澤等指標(biāo)進(jìn)行測定,以確定SAEW處理對鮮米線貯藏期間品質(zhì)變化影響。每組進(jìn)行3次重復(fù)。
表1 試驗(yàn)因素水平及編碼表Table 1 Coded variables and their coded levels in response surface analysis
1.2.5.1 菌落總數(shù) 參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品微生物學(xué)檢驗(yàn)-菌落總數(shù)測定》[20],結(jié)果以lg CFU/g表示。
1.2.5.2 含水量 采用鹵素水分測定儀測定鮮米線水分含量[21]。
1.2.5.3 總酸含量 采用酸堿滴定法(GB 5517-1985),稱取粉末試樣,倒入250 mL錐形瓶中,加水,滴入甲苯和氯仿后搖勻加塞,在室溫下放置后用千燥濾紙過濾,用移液管吸取濾液,注入錐形瓶中,滴加酚酞指示劑,用堿液滴定至微紅色30 s內(nèi)不消失為止[22],根據(jù)堿液的消耗量可計(jì)算出樣品中總酸含量。
1.2.5.4 pH 參照GB.5009 237-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品p H的測定》。取搗碎的樣品,加入浸泡并隨時(shí)振搖,離心,然后用pH計(jì)測定其上清液的pH[23]。
1.2.5.5 色差 用色差儀定期測定鮮米線表面,結(jié)果以亮度L*表示[24]。
應(yīng)用Excel(Ver.2003,Microsoft公司)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表處理及顯著性分析,顯著性水平P=0.05;應(yīng)用Design-Expert(Ver.7.0.0,Statease公司)進(jìn)行優(yōu)化處理,Model Graph程序作響應(yīng)曲面圖,Optimization程序中Numerical分析預(yù)測最優(yōu)值。
2.1.1 不同料液比對表面菌落總數(shù)變化的影響 由圖1得知,鮮米線與SAEW料液比對鮮米線表面微生物殺菌效果有顯著影響,表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級隨著料液比的增加而逐漸增加,當(dāng)料液比達(dá)到1∶15(m∶V)后趨于平緩,菌落總數(shù)死亡數(shù)量級無顯著變化(P>0.05)。這一現(xiàn)象與趙德錕等[17]在用不同料液比處理云南鮮切紅梨時(shí)現(xiàn)象一致,可能是由于米線與SAEW的接觸面積有限造成的。由此可知,最佳料液比為1∶15(m∶V)。
2.1.2 不同處理時(shí)間對表面菌落總數(shù)變化的影響 由圖2得知,處理時(shí)間對鮮米線表面微生物殺菌效果有顯著影響,表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級隨處理時(shí)間延長而呈現(xiàn)先增加后平緩的趨勢,當(dāng)處理時(shí)間
圖1 不同料液比對菌落總數(shù)死亡數(shù)量級變化影響Fig.1 Effect of different material ratio on the total reduction of colonies number
圖2 不同處理時(shí)間對對菌落總數(shù)死亡數(shù)量級變化影響Fig.2 Effect of different treatment time on the order of magnitude of death of total colonies
2.1.3 不同處理溫度對表面菌落總數(shù)變化的影響 如圖3所示,處理溫度對鮮米線表面微生物殺菌效果有顯著影響,表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級隨著處理溫度的升高而逐漸增加,可能是由于溫度升高導(dǎo)致部分微生物失活。當(dāng)處理溫度達(dá)到20℃后變化趨于平緩,菌落總數(shù)死亡數(shù)量級沒有顯著變化(P>0.05)。且考慮到持續(xù)高溫會導(dǎo)致米線部分老化[26]影響其品質(zhì),由此可知,最佳溫度為20℃。
圖3 不同處理溫度對菌落總數(shù)死亡數(shù)量級的影響Fig.3 Effects of different treatment temperatures on the death order of colonies
2.2.1 回歸方程的建立 為確保SAEW有效控制鮮米線表面微生物生長的同時(shí),不破壞其感官品質(zhì),在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,使用Design-Expert 7.0軟件,選擇Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì),得到具體方案與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,見表2。
表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 The experimental design and results
對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到響應(yīng)值Y(菌落總數(shù)死亡的數(shù)量級)對各因素(處理溫度A、處理時(shí)間B和料液比C)的二次多項(xiàng)回歸模型方程為:
Y=3.09+0.50A+0.15B+0.29C-0.18AB-0.025AC+0.033BC-0.12A2-0.19B2-0.19C2式(2)
2.2.2 回歸模型分析 由表3可知,回歸方程(2)模型顯著水平達(dá)極顯著(P<0.0001);失擬項(xiàng)F=1.37,P=0.3714>0.05,差異不顯著,表示殘差來源于隨機(jī)誤差;模型的確定系數(shù)R2=0.9812,模型調(diào)整確定系數(shù),表明模型有較好的擬合度,該二次方程模型可很好反映各因素與菌落總數(shù)死亡數(shù)量級間的變化規(guī)律,且試驗(yàn)誤差小??蓪⒋四P蛻?yīng)用于對菌落總數(shù)死亡數(shù)量級的分析預(yù)測當(dāng)中。
綜上所述,(A、B、C)3個(gè)因素與Y響應(yīng)值之間的回歸方程模型可用于代替實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)點(diǎn),從而對結(jié)果進(jìn)行預(yù)測分析。
2.2.3 主效順序分析 如表4中,響應(yīng)值Y的一次項(xiàng)A(處理溫度)、C(料液比)影響極顯著(P<0.0001),B(處理時(shí)間)影響顯著(P<0.05);交互項(xiàng)AB影響顯著(P<0.05);二次項(xiàng)A2、B2、C2影響顯著(P<0.05)。綜合分析,各因素的影響與響應(yīng)值Y之間為二次關(guān)系,且不同因素之間有一定的交互作用。方程中,各項(xiàng)系數(shù)的絕對值大小反映各因素對響應(yīng)值的影響程度,系數(shù)的正、負(fù)反映影響的方向。由各系數(shù)的估計(jì)值可以看出,對響應(yīng)值Y,其影響因子的主效順序?yàn)?A>C>B。
2.2.4 響應(yīng)面交互作用分析 為更全面探討SAEW處理?xiàng)l件對鮮米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級和感官品質(zhì)影響,并優(yōu)化得出各處理因素最佳組合,根據(jù)回歸方程做出響應(yīng)面曲面圖,分析得出各因素間的交互作用效果。
表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance(ANOVA)for regression equation
表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 4 Significance test for regression coefficients
從圖4a可知,在所設(shè)計(jì)試驗(yàn)條件范圍內(nèi),鮮米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級隨處理溫度增加呈上升趨勢,隨處理時(shí)間延長呈先上升后平穩(wěn)的趨勢;隨著處理溫度或處理時(shí)間的增大,響應(yīng)值在逐漸增大,響應(yīng)曲面傾斜角坡度較陡,表明微生物致死率易受到處理溫度和處理時(shí)間的影響。圖4b中,鮮米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級隨處理溫度增加呈上升趨勢,響應(yīng)值先迅速增加后趨于平緩,而料液比對鮮米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級的敏感性較弱,隨著液料比增大,響應(yīng)值呈上升緩慢趨勢。圖4c中,鮮米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級隨料液比增大、處理時(shí)間的增加,響應(yīng)值均緩慢上升,傾斜坡度較緩,表明處理時(shí)間和液料比對鮮米線表面菌落總數(shù)死亡數(shù)量級的敏感性較弱。綜上所述,當(dāng)處理溫度、處理時(shí)間、料液比接近中間值附近時(shí),處理效果達(dá)到最優(yōu)。結(jié)合交互項(xiàng)回歸系數(shù)的顯著性分析結(jié)果(表4)發(fā)現(xiàn),AB(P<0.05)AC、BC(P>0.05),表明處理溫度和料液比、處理時(shí)間和料液比之間的交互作用不顯著。
圖4 SAEW殺滅鮮米線表面菌落總數(shù)的響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface of SAEW to reduce the total number of colonies on the surface of fresh rice noodle
2.2.5 最佳工藝條件確定與驗(yàn)證 采用Numerical分析,綜合優(yōu)化得到最佳處理溫度為20.8℃,得到鮮米線的最佳處理時(shí)間為15.00 min,最佳液料比為1∶15.54(m∶V)。為方便操作調(diào)整因素條件為:處理溫度為21℃,最佳處理時(shí)間為15 min,最佳液料比為1∶16(m∶V)。在此工藝條件下計(jì)算所得菌落總數(shù)死亡數(shù)量級的理論值為3.09 lg CFU/g。
為驗(yàn)證優(yōu)化條件的準(zhǔn)確性,按優(yōu)化條件對鮮米線進(jìn)行處理,分別以菌落總數(shù)死亡數(shù)量級為驗(yàn)證指標(biāo)進(jìn)行了3組驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果如表5所示。
表5 經(jīng)回歸模型優(yōu)化后的殺菌結(jié)果及驗(yàn)證Table 5 Validity verification of the developed regression model
進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),實(shí)際平均菌落死亡數(shù)量級為(3.01±0.09)lg CFU/g,與預(yù)測值基本吻合,且符合鮮米線《云南省食品安全地方標(biāo)準(zhǔn)》的菌落總數(shù)≤4.9 lg CFU/g[25],因此證明該優(yōu)化條件有較好可靠性,可采用處理溫度為21℃,最佳處理時(shí)間為15 min,最佳液料比為1∶16(m∶V)對鮮米線樣品處理來進(jìn)行為期48 h的儲藏實(shí)驗(yàn)。
2.3.1 SAEW處理對米線表面菌落總數(shù)的影響 由圖5可知,未處理對照組與SAEW處理實(shí)驗(yàn)組,米線表面菌落總數(shù)均隨著儲藏時(shí)間延長而增加,實(shí)驗(yàn)組的微生物生長速率明顯低于對照組,儲藏時(shí)間相同時(shí),實(shí)驗(yàn)組的樣品微生物總數(shù)低于對照組樣品的微生物總數(shù),在0~24 h之內(nèi),對照組樣品表面菌落總數(shù)由2.59 lg CFU/g增長至6.19 lg CFU/g;實(shí)驗(yàn)組樣品表面菌落總數(shù)由1.49 lg CFU/g增長至5.34 lg CFU/g,均保持顯著差異(P<0.05)。當(dāng)貯藏至48 h時(shí),兩種處理間的差異才變?yōu)椴伙@著(P>0.05)。其中當(dāng)貯藏至16 h時(shí),對照組樣品表面菌落總數(shù)為5.21 lg CFU/g>4.9 lg CFU/g,超出標(biāo)準(zhǔn)的限定值;而當(dāng)貯藏至24 h時(shí),SAEW處理實(shí)驗(yàn)組樣品表面菌落總數(shù)為5.34 lg CFU/g>4.9 lg CFU/g,超出標(biāo)準(zhǔn)的限定值。即對照組的貨架期為8 h,而處理組的貨架期為16 h。該結(jié)果表明,SAEW處理能有效控制鮮米線貯藏期內(nèi)微生物的生長,延長產(chǎn)品的貨架期,且在24 h內(nèi)都具有較好的抑制效果。
圖5 SAEW處理對表面菌落總數(shù)的影響Fig.5 Effect of SAEW on the total number of colonies on the surface
2.3.2 SAEW處理對對米線水分含量變化影響 水分含量是米線質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一,在《云南省食品安全地方標(biāo)準(zhǔn)》中,鮮米線水分含量應(yīng)低于80%[25]。且鮮濕米線由于水分含量較高,因此在貯藏運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象,米線變硬、失水,嚴(yán)重影響了米線的營養(yǎng)價(jià)值和食用品質(zhì),縮短了米線的貨架期。
由圖6可知,經(jīng)SAEW處理的樣品水分含量略有增加,隨時(shí)間增加,儲藏過程中對照組和處理組樣品水分含量0~24 h時(shí)都呈下降趨勢而24 h后呈上升的趨勢,且無顯著差異(P>0.05)。在48 h內(nèi)對照組與處理組的水分含量均低于80%。儲藏時(shí)間超過48 h后,樣品腐敗嚴(yán)重,無法測定。該結(jié)果表明SAEW處理鮮米線對其儲藏過程中水分含量的減少有一定的緩解作用。
圖6 SAEW處理對水分含量變化影響Fig.6 Effect of SAEW on water content
2.3.3 SAEW處理對對米線酸度變化影響 酸度值是鮮濕米線質(zhì)量評定的重要指標(biāo),在《云南省食品安全地方標(biāo)準(zhǔn)》中,鮮米線酸度應(yīng)低于0.1 g/100 g(以乳酸計(jì))[25]。
圖7表明,經(jīng)SAEW處理后的米線樣品酸度相比對照組低,且隨時(shí)間延長處理組與對照組樣品總酸度均呈增加趨勢。這一趨勢與胡云峰等[27]鮮濕米線酸度值隨貯藏時(shí)間延長而下降的結(jié)果一致。其中SAEW處理組樣品酸度增長趨勢與對照組樣品酸度增長趨勢相比較為平緩。在貯藏24 h后,SAEW處理組和對照組樣品的總酸度均超過0.1 g/100 g,不再符合《云南省食品安全地方標(biāo)準(zhǔn)》的要求,但處理組的總酸度依然低于對照組。說明SAEW處理鮮米線,可以有效降低總酸度,且SAEW在儲藏過程中對酸度的增長速率有一定的控制作用。
2.3.4 SAEW處理對米線pH變化的影響 鮮米線的pH(即有效酸度)是米線中氫離子的濃度,它是反映食品酸度的一個(gè)常用指標(biāo)。米線的酸度不但影響其口感,也是影響米線品質(zhì)的指標(biāo)之一[25]。
圖7 SAEW處理對總酸度含量變化影響Fig.7 Effect of SAEW on total acidity
由圖8可看出,貯藏過程中,SAEW處理組樣品比對照組樣品的pH略有增加,但是變化值較小。分別從0 h的8.73和8.33降至貯藏48 h的4.64和4.13,相同貯藏時(shí)間下,SAEW處理組與對照組比較,除16 h以外,pH均無顯著差異(P>0.05)。結(jié)果表明,SAEW處理對鮮米線貯藏過程中的pH的變化無顯著影響。
圖8 SAEW處理對pH變化影響Fig.8 Effect of SAEW on pH value
2.3.5 SAEW處理對米線色差變化影響 色差也是米線品質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)之一,而L*值能反映食品的亮度,因此以L*值來反映米線色差的變化過程。
如圖9所示,隨貯藏時(shí)間的延長,SAEW處理組樣品與對照組樣品的亮度L*值均呈下降趨勢,表明鮮米線的褐變隨時(shí)間的延長而加重。雖然處理后的0 h內(nèi),SAEW處理組和對照組樣品的L*值無顯著差異(P>0.05),然而貯藏8 h后,SAEW處理組L*值的衰減明顯比對照組緩慢,相同貯藏時(shí)間下,SAEW處理組的L*值明顯高于對照組的L*值,貯藏48 h后,SAEW處理組的L*值由開始貯藏時(shí)的76.40降至39.73,而對照組則由開始貯藏時(shí)的72.83下降至35.57。結(jié)果表明,SAEW處理能夠抑制鮮米線色差變化,延緩其褐變進(jìn)程。
圖9 SAEW處理對色差變化影響Fig.9 Effect of SAEW on color value
SAEW的最優(yōu)處理?xiàng)l件為:處理溫度為21℃、處理時(shí)間15 min、料液比1∶16(m∶V);在該條件下處理鮮米線,能較好殺滅表面微生物;同時(shí),在貯藏過程中,SAEW處理能有效抑制微生物生長、延緩褐變及總酸度的增加,減少水分含量的喪失,對pH無顯著影響。綜上所述,SAEW處理可有效地控制微生物的污染,還能延緩鮮米線品質(zhì)的衰減,達(dá)到延長其貨架期的目的。以上結(jié)果,對于SAEW在鮮米線加工中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。