刘林新，王修俊*，张芹，冯廷萃

(1.贵州大学发酵工程与生物制药省级重点实验室，贵阳 550025；2.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵阳 550025；3.镇远县名城食品厂，贵州 镇远 557700)

豆豉，中国自古以来的重要传统发酵豆制品，在汉代以前被用作食品调味品[1]。豆豉是我国西南地区人们日常的调味品之一，长期食用具有助消化、增强肝脏排毒、预防癌症等生理功能[2]。贵州三穗等地区以细菌型豆豉为代表的发酵豆豉主要以小作坊或家庭式生产较多，应用于工业规模化生产的较少，以及不同包装的差异性导致保质期无法精准确定[3,4]，造成了一定的食品卫生安全隐患，导致相关食品企业经济受损。

随着人们饮食结构的改变，对食品质量安全要求更高，食品的包装和保藏性研究也刻不容缓[5]，因此为了提高贵州三穗特色豆豉在保藏过程中的食品安全性以及减轻当地企业的经济损失，对豆豉保藏过程中的品质变化规律研究以及货架期预测变得尤为重要。本文以贵州三穗特色干豆豉为原料(复合发酵剂发酵豆豉，发酵成熟后装入灭菌保鲜袋中，25 ℃室温储存，豆豉的初始含水率约为66%)，应用Arrhenius方程、零级化学动力学模型、加速破坏性实验(ASLT，Accelerated Shelf-life Testing)等[6-8]建立动力学模型，对真空包装的干豆豉货架期进行预测，研究其在保藏过程中的品质变化规律。

1 材料与设备

1.1 材料与试剂

试验材料：豆豉，贵州三穗老张家土特食品有限公司。

试验试剂：平板计数培养基(PCA)、马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)、结晶紫中性红胆盐琼脂(VRBP)、生理盐水。

1.2 主要试验仪器及设备

DZKW-4型电子恒温水浴锅 上海科析试验仪器厂；LS-1F型超净工作台 上海索谱仪器有限公司；XHF-D型高速分散器 宁波新芝生物科技股份有限公司；PHS-3C型pH酸度计 上海鸿盖仪器有限公司；XFS-280A型手提式蒸汽灭菌器 浙江新丰医疗器械有限公司；XK97-A型菌落计数器 姜堰市新康医疗器械有限公司；SPX-250B-G型光照培养箱 上海博讯实业有限公司；9 cm×13 cm真空包装袋 浙江微利豪包装有限公司；FA2002B型电子精密天平 上海越平科学仪器有限公司；NH350型色差仪 深圳市三恩驰科技有限公司。

2 试验方法

2.1 样品及预处理

用包装袋盛装(80±0.5)g干豆豉，在0.08 MPa进行真空包装，然后分别放在288.15，298.15，308.15 K不同条件下贮藏，在288.15 K和298.15 K条件下每隔10 d测一次相应指标，308.15 K条件下每隔8 d测定一次相应指标。

2.2 指标测定

2.2.1 豆豉中菌落总数的测定

根据GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》中的平板计数法进行测定，菌落总数以CFU/g表示[9]。

2.2.2 豆豉色差的测定

豆豉在贮藏过程中受温度和时间的影响，使得豆豉的色泽发生变化。为了解豆豉在保藏过程中色泽的变化情况，测量豆豉在干燥前后的L*、a*、b*，每个样品平行测定7次，去除最大值与最小值，使用剩余5组数据，结果取平均值。

2.2.3 豆豉的感官评定

由10名从事食品研究人员组成的评价小组对豆豉进行感官评价，最终结果以其感官评价平均值为标准，干豆豉的感官评定标准见表1。

表1 感官评定标准Table 1 The sensory evaluation criteria

2.3 豆豉货架期预测模型建立

2.3.1 货架期模型的建立

食品在贮藏过程中发生变质主要是由物理、化学及微生物造成，其品质变化遵循化学反应动力学，多数是以零级或一级反应，公式如下：

零级反应：C=kt+C0；

(1)

一级反应：C=C0e-kt。

(2)

式中：t 为贮藏时间， d；C 为贮藏 t 天时特征指标值；C0为特征指标的初始值；k为化学反应速率。

2.3.2 Arrhenius方程及货架期预测模型的建立

为了准确预测物料的货架期，通过改变贮藏温度，加速物理或化学变化，使得产品的变质速度加快。Arrhenius方程能够反映食品的腐败变质速率，可以确定特征指标 C 的反应速率 k 与贮藏温度 T 之间的关系。Arrhenius方程见式(3)：

(3)

式中：k0为指前因子(又称频率因子)；Ea为表观活化能，J/mol；R为气体常数，为8.314 J/mol·K；T为绝对温度，K。

将式(3)两边取对数得：

(4)

由式(3)可知lnk与(1/T)间存在线性关系，其中以(1/T)为横坐标，lnk 为纵坐标，得出截距为 lnk0，斜率为(-Ea/R)的直线。利用Origin 9.1软件对反应速率 k与绝对温度 T 之间的关系进行线性拟合即可得出指前因子 k0和表观活化能 Ea。

假如特征指标C的变化符合零级反应，那么将公式(1)带入公式(3)转换可得豆豉零级货架期SL0(Shelf Life，d)：

(5)

同理，假如特征指标C的变化符合一级反应，那么将公式(1)带入公式(3)转换可得豆豉一级货架期SL1(Shelf Life，d)：

(6)

2.4 干豆豉理化指标测定

根据GB 4789.3—2016《食品微生物学检验 大肠菌群计数》中的MPN计数法对大肠菌群进行测定[10]。

根据GB 4789.15—2016《食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》中的MPN计数法对霉菌和酵母菌进行测定[11]。

根据GB 5009.235—2016《食品中氨基酸态氮的测定》中的酸度计法对氨基酸态氮进行测定[12]。

根据GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法对水分进行测定[13]。

根据GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法对蛋白质进行测定[14]。

3 试验结果与分析

3.1 豆豉保藏过程中品质的变化

3.1.1 豆豉保藏过程中菌落总数的变化

在不同温度下测定菌落总数，建立货架期预测模型[15]。在2.2.1的基础上研究贵州特色豆豉产品保藏过程中菌落总数的变化，试验结果见图1。

图1 保藏过程中豆豉的菌落总数变化Fig.1 The change of total number of bacterial colony during the preservation of dried fermented soya beans

菌落总数表明食品受微生物污染情况并且直接影响食品的产品品质。由图1可知，在288.15～308.15 K范围内，随着温度的升高，保藏时间延长，菌落总数不断增加，且温度越高，增长越快。当温度为288.15k时，菌落总数随保藏时间延长增长较缓慢，这是由于温度低抑制了菌株的生长。在308.15 K条件下，菌落总数是最高的，主要是由于该温度是细菌的适宜温度，细菌在该温度下能快速繁殖。

3.1.2 豆豉保藏过程中色差的变化

在2.2.2的基础上研究贵州特色豆豉产品保藏过程中色差的变化，试验结果见图2。

图2 保藏过程中豆豉的色差变化Fig.2 The change of chromatic aberration during the preservation of dried fermented soya beans

根据国际标准照明委员会建立的可见光谱的颜色空间标准对物体颜色进行测定，最常用的为Lab色彩空间，采用色差仪测定贮藏过程中豆豉色泽的变化[16]，其中 L*表示亮度。由图2可知，随着温度升高，保藏时间延长，亮度 L*总体呈下降趋势，且贮藏温度越高，下降速度越快，主要是在贮藏过程中，干豆豉中的蛋白质、氨基酸、酮类物质和还原糖发生褐变以及脂肪氧化使颜色加深，导致豆豉的亮度下降。

3.2 干豆豉菌落总数动力学预测模型建立

利用Origin 9.1软件对菌落总数数据进行处理，得到不同温度下的变化速率常数k和R2，结果见表2。

表2 动力学模型的拟合参数Table 2 Fitting parameters of kinetics model

分别用零级和一级反应对豆豉菌落总数进行线性拟合，得到在不同温度下的反应速率常数k和决定系数R2，结果见图3。

图3 干豆豉在不同贮藏条件下菌落总数变化的Arrhenius曲线Fig.3 The Arrhenius curve of total number of bacterial colony of dried fermented soya beans under different storage conditions

由图3可知，一级反应的拟合度比零级高(一级反应的R2大于零级反应)，说明豆豉中菌落总数的变化更符合一级反应。

由表2确定了菌落总数在不同温度下变化的动力学模型，然后结合Arrhenius方程，由公式(4)中 lnk对(1/T)间进行线性拟合得图3。其中lnk0为截距，(-Ea/R)为斜率，可求出活化能Ea为1.0741×104和指前因子k0为2.4022，则干豆豉预测货架期模型见公式(7)：

(7)

式中：C3为某特征值的终点值，T为贮藏温度(K)。

3.3 干豆豉货架期终点的判定

根据T/GZSX 014-2018的微生物指标对非即食豆豉的微生物不限定，故不能用菌落总数来判断干豆豉的货架期终点，但干豆豉在贮藏及销售过程中易出现霉变、发黏等感官变化，故干豆豉的货架期终点主要根据消费者对于产品的滋味、气味、状态、色泽的可接受度来评判。

由表1的评分标准对不同贮藏温度过程中干豆豉的品质进行评分，见图4。

图4 不同温度下豆豉的感官评价Fig.4 Sensory evaluation of fermented soya beans at different temperatures

由图4可知，不同温度下感官评分的变化趋势与豆豉亮度L*基本一致，与菌落总数相反。从色泽、滋气味、状态多方面综合考察，当感官评分降为60分时，干豆豉达到感官拒绝点的即为货架期终点。

当感官评分达到60分时，需要测定干豆豉达到货架期终点时的特征指标值，即菌落总数。干豆豉在288.15，298.15，308.15 K贮藏温度下菌落总数分别为5.5187×1011，6.5125×1011，6.728×1011CFU/g。

3.4 干豆豉货架期预测的准确性评估

货架期预测模型的准确性评估，通过对干豆豉货架期实测值与模型预测值进行比较分析来判断模型的准确性。根据图4分析计算，感官评分达到60分时为货架期的实测值，可得不同贮藏温度下的货架期实测值，见表3。

表3 不同温度下货架期的预测值和实测值Table 3 The predicted values and measured values of fermented soya beans within shelf life at different temperatures

注：相对误差=|预测值-实测值|/实测值×100%。

由表3可知，豆豉在288.15，298.15，308.15 K条件下预测值与实测值的相对误差分别为8.22%、0.03%和3.33%，预测值和实测值相对误差均小于10%，说明一级反应货架期模型在288.15～308.15 K范围内可准确预测干豆豉的货架期，且在该范围内干豆豉的货架期分别为325，285，248 d。

3.5 干豆豉质量指标测定结果

按照2.4的试验方法对干豆豉进行检测，结果见表4。

表4 干豆豉产品测定结果Table 4 The determination results of dried fermented soya beans products

由表4可知，贵州三穗特色豆豉的pH、总酸、氨基酸态氮、蛋白质分别为6.9，0.89 g/kg，1.06 g/100 g，39.00%，均符合T/GZSX 014-2018标准。根据检测，贵州三穗特色豆豉产品中的致病菌、铅、砷和黄曲霉毒素均在GB 29921-2013和GB 2761-2017限量范围内，满足卫生标准。

4 结论

在288.15～308.15 K范围内，干豆豉的菌落总数的变化符合一级反应模型，且一级化学反应动力学方程的相关系数均>0.90；结合Arrhenius方程，研究温度T对干豆豉菌落总数变化速率k的影响，对其进行线性拟合，其菌落总数与温度之间存在良好的线性关系，R2>0.99；以感官评分为60分时作为货架期终点，测定菌落总数在288.15，298.15，308.15 K条件下货架期模型的准确性，计算出预测值与实测值的相对误差分别为8.22%、0.03%、3.33%，两者的吻合度较高，说明在288.15～308.15 K范围内可准确预测干豆豉的货架期，在该范围内干豆豉的货架期分别为325，285，248 d，且所得产品均符合安全标准。