曹 勇，张隋鑫，许秀颖，赵城彬，吴玉柱，张 浩，刘景圣

（吉林农业大学食品科学与工程学院，小麦和玉米深加工国家工程实验室，吉林 长春 130118）

营养美味玉米主食的研究与开发对我国粮食产业和食品工业的发展具有深远的意义[1]，对玉米食品的新技术[2]、加工工艺[3]、成分变化[4-5]等领域的深入研究可为玉米主食产业发展打下良好的基础。玉米饼类食品具有悠久的历史，以玉米和小麦粉为主要原料，辅以豆粉或薯粉，糖、油脂及其他材料，经调粉（浆）、成型、蒸或煎烤等工艺制成。玉米饼制品种类丰富，按照加工工艺及产品特性不同，分为发酵玉米饼、黏饼、筋饼、煎饼、玉米饼干等。玉米粉糊化温度高（62～72 ℃）、黏性较大，其淀粉中直链淀粉含量较高，易回生。因玉米自身理化特性，其在口感、加工及贮藏方面存在不良影响，如何提高玉米食品的品质并延长其货架期是当下亟待解决的问题。

来自食品自身及环境中的物理、化学、微生物、生物化学等诸多因素会导致食品在贮藏过程中发生品质劣变[6]。研究食品贮藏品质变化可为保障食品安全提供重要的理论基础。影响淀粉类食品货架期的主要原因是水分状态及迁移、微生物生长及回生。张婉等[7]研究了贮藏温度对鲜熟面条感官品质、pH值、弹性、黏聚性、菌落总数的影响，筛选出有效的货架期预测指标，根据鲜熟面在不同温度贮藏下菌落总数的变化情况，建立鲜熟面的货架期预测模型。Ai Jing等[8]研究了大米蒸糕在贮藏过程中，食品添加剂对米糕回生及水分分布的影响，结果表明可溶性胶体的抗老化机制与食品水分含量有关。胡云峰等[9]运用Arrhenius方程，以碘蓝值为预测指标，建立了不同温度下鲜湿米线的货架期预测模型。化学动力学模型是表征食品在贮藏过程中品质变化的有利工具，研究表明，以理化指标、微生物指标或感官指标作为评定食品品质的关键因子建立的动力学模型可反映食品品质的变化情况，进而有效预测食品的货架期[10-12]。

韧性薄饼的特点是韧性大，具有拉伸性，柔软而筋道，可以包裹其他食材，具有广阔的市场前景。本实验以自制韧性玉米薄饼为研究对象，采用色差分析、差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）法及质构分析（texture profile analysis，TPA）对玉米薄饼在贮藏过程中理化指标、微生物生长规律和产品的货架期进行研究，以期确定贮藏温度对饼贮藏品质的影响，并根据预测的微生物学模型，建立货架期预测模型，进一步预测产品的货架期，为韧性玉米薄饼贮藏过程中的品质变化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米粉、小麦粉均为市售。

胰蛋白胨、琼脂 英国Oxoid公司；酵母浸膏、月桂基硫酸盐胰蛋白胨肉汤 青岛高科技工业园海博生物技术有限公司；硫代硫酸钠、葡萄糖、无水乙酸钠、碘化钾、碘 天津市光复科技发展有限公司；三氯甲烷、氢氧化钾、浓盐酸、硫酸、异丙醇、冰乙酸 北京化工厂。

1.2 仪器与设备

RVA-TecMasterTM快速黏度分析仪 澳大利亚Perten公司；Q2000 DSC仪 美国TA公司；40型全自动压饼机邢台市金聚丰机械厂；CM-5色差仪 日本柯尼卡美能达公司；TA.XT Plus食品物性测定仪 英国Stable Micro Systems公司；HWS恒温恒湿培养箱 宁波东南仪器有限公司；DSX-2803高压蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂。

1.3 方法

1.3.1 玉米薄饼制备工艺

玉米薄饼制备工艺参照传统筋饼的制作方法，采用上下同时加热型全自动压饼机压制而成。玉米粉经预糊化和发酵（加入玉米粉质量60%的沸水进行热烫预糊化，搅拌均匀，密封，30 ℃发酵2 h）→加入小麦粉（m（玉米粉）∶m（小麦粉）＝2∶3）→加水混匀（料水比5∶3）→搅拌揉制（10 min）→成型（每个面团为30 g）→熟制（140 ℃、20 s）→室温冷却→包装（无菌无尘环境下，常压密封）→成品。

所得成品圆型韧性玉米薄饼，水分质量分数为（14±2）%、厚度为（1.2±0.2）mm、韧性为（1 220.0±5.5）g。样品分别于4、25、40 ℃温度条件下存放，每隔2 d取样，进行测定。

1.3.2 感官评定

由食品科学专业教师和研究生共15 人，经过培训组成感官评价小组，对样品的色泽、口感、气味3 个指标进行感官评价。所有指标分为“好”、“较好”和“差”3 个等级，感官评价标准如表1所示。

表1 玉米薄饼感官评价标准Table 1 Criteria of sensory assessment of corn pancakes

1.3.3 理化指标测定

水分质量分数测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[13]。

酸值测定参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》[14]的方法。

样品过氧化值测定参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》[15]的方法。

1.3.4 微生物指标测定

菌落总数参照GB 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》[16]的方法测定，结果用lg（CFU/g）表示。

大肠菌群总数参照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》[17]的方法测定。

1.3.5 色值测定

利用色差仪测定样品色值，记录L*、a*、b*值的变化。L*值代表亮度（0代表黑色，100代表白色），a*值代表红绿度（+代表红色，－代表绿色），b*值代表黄蓝度（+代表黄色增加，－代表蓝色）。

1.3.6 老化特性测定

通过DSC仪分析淀粉重结晶程度。称取10.00 mg样品，装入铝盘内密封，以10 ℃/min进行扫描，扫描温度范围为20～110 ℃。

1.3.7 质构特性测定

采用食品物性测定仪的TPA模式进行饼的质构特性测定，将玉米薄饼样品置于模具中央，旋紧螺丝固定样品。通过两次冲压，利用HDP/TPB探头进行样品延展性和韧性的测定。测前速率1.0 mm/s、测试速率1.0 mm/s、测后速率10.0 mm/s、测试距离40 mm、触发力5 g。

1.3.8 玉米薄饼货架期预测模型建立

1.3.8.1 微生物生长动力学模型（一级模型）

根据贮藏在4、25、40 ℃条件下玉米薄饼的菌落总数，采用Gompertz方程（式（1））描述微生物生长变化，进行非线性回归分析[18]。

式中：N（t）为t时刻样品菌落总数（lg（CFU/g））；N0为初始的样品菌落总数（lg（CFU/g））；λ为延滞时间/d；µmax为最大比生长速率/d－1；α为总生长量，是最大菌落总数与初始菌落总数差值（lg（CFU/g））。

1.3.8.2 温度对微生物生长影响模型（二级模型）

用Belehradek方程，即平方根方程描述温度对菌落总数生长的影响[19]，具体见式（2）、（3）。

式中：μmax为最大生长速率/d－1；λ为延滞时间/d；T为温度/℃；bμ、bλ为回归直线的斜率；Tminμ、Tminλ为假设概念，指理论上微生物细胞能够代谢的最低温度/℃。

1.3.8.3 模型可靠性验证

应用建立的微生物动力学模型求得贮藏在4、25、40 ℃环境下样品货架期的预测值，与实验实际值比较，采用偏差因子（bias factor，Bf）和准确因子（accuracy factor，Af）来评价菌落总数生长动力学模型的可靠性，Bf和Af分别按式（4）、（5）进行计算[20-21]。

式中：N实测是实验测得的微生物的数量；N预测是应用微生物生长动力学模型中得到的与N实测同一时间的微生物数量；n为实验次数。

1.4 数据统计与处理

实验均重复3 次，利用SPSS 22.0软件通过单因素方差分析比较差异显著性，P＜0.05为差异显著，数据以平均值±标准差表示。利用Origin Pro 8.5软件作图与模型拟合。

2 结果与分析

2.1 玉米薄饼货架期品质指标变化

2.1.1 感官评价分析结果

图1 不同温度贮藏玉米薄饼感官评分变化Fig.1 Changes in sensory score of samples under different storage temperatures

由图1可知，随着贮藏时间的延长，玉米薄饼感官评分呈下降趋势，即玉米薄饼的感官品质逐渐降低。其中，在4 ℃贮藏条件下，样品的感官评分下降速率缓慢，在14 d的贮藏过程中保持了较好的感官品质。在25 ℃和40 ℃贮藏条件下，感官评分下降速率加快。感官品质的下降主要由微生物活动、自身组分变化、水分迁移等原因引起。当感官评分降至60 分时，即认为不适宜食用，达到保质期限值。

2.1.2 酸值分析结果

图2 不同温度贮藏玉米薄饼酸值变化Fig.2 Changes in acid value of samples under different storage temperatures

酸值是用来表示脂质水解酸败程度的指标，酸值越高表示脂质水解产生游离脂肪酸含量越高。贮藏过程中较高的温度对脂肪的水解有一定的促进作用，会产生较多的游离脂肪酸；因此贮藏温度越高，酸值变化越大[22-23]。如图2所示，玉米薄饼酸值均随贮藏时间的延长而逐渐增大，在4 ℃条件下贮藏，玉米薄饼的酸值上升速率最小。贮藏14 d时，25、40 ℃条件下玉米薄饼酸值分别达到2.03、2.75 mg/g。在贮藏时间内，玉米薄饼酸值一直低于GB 7099—2015《食品安全国家标准 糕点、面包》[24]中对糕点等食品酸值规定的食品安全限量要求（5 mg/g）。

2.1.3 过氧化值分析结果

图3 不同温度贮藏玉米薄饼过氧化值的变化Fig.3 Changes in POV of samples under different storage temperatures

通过测定脂肪过氧化值，可以判定其氧化变质的程度[25]。如图3所示，4 ℃贮藏条件下，玉米薄饼的过氧化值增加的幅度最小。而在25 ℃和40 ℃贮藏条件下，玉米薄饼过氧化值随贮藏时间的延长而逐渐增大。在40 ℃贮藏14 d时，玉米薄饼的过氧化值达0.18 g/100 g。随贮藏温度的升高，油脂反应的速率加快，促进了脂肪的氧化。在不同温度下贮藏14 d时，玉米薄饼的过氧化值均小于GB 7099—2015[24]中对糕点等食品过氧化值规定的食品安全限量要求（0.25 g/100 g）。

2.1.4 菌落总数和大肠杆菌分析结果

图4 不同贮藏温度玉米薄饼菌落总数的变化Fig.4 Changes in total number of bacterial colonies in samples under different storage temperatures

玉米薄饼含有丰富的营养，同时水分含量较高。贮藏时微生物大量生长繁殖，从而导致其货架期缩短。随着贮藏时间延长和温度升高，菌落总数增加[26]。如图4所示，在不同贮藏温度下玉米薄饼样品的菌落总数随贮藏时间的延长呈上升趋势，25 ℃和40 ℃条件下，菌落总数增长较快。40 ℃贮藏6 d时，玉米薄饼的菌落总数已经达到4.90（lg（CFU/g））。25 ℃贮藏10 d时，玉米薄饼的菌落总数达到4.98（lg（CFU/g））。4 ℃下，菌落总数增长最为缓慢，14 d时达到2.51（lg（CFU/g）），未达到GB 7099—2015[24]规定的糕点安全限量（5（l g（C F U/g）））。而在25 ℃和40 ℃下分别贮藏10 d和6 d时，菌落总数接近GB 7099—2015[24]的规定的食品安全限量要求。因为包装条件对菌落总数存在较大影响，所以本实验中，为避免空气中细菌污染薄饼，饼的生产和包装环境达到商业无菌无尘的卫生标准。本实验中，玉米薄饼在4、25、40 ℃条件下贮藏的整个过程中均未检出大肠菌群。

2.1.5 色值分析结果

色泽是食品的主要质量指标。如表2所示，随贮藏时间延长，玉米薄饼L*值和a*值均呈下降趋势，b*值呈上升趋势，即样品的整体色泽加深。色值变化主要是淀粉的老化、脂肪氧化及微生物生长所导致的[27]。随着贮藏时间的延长，淀粉发生老化现象，水分子局部析出，从而阻碍了表面对光的反射，致使光的反射率下降，亮度降低；微生物也开始生长，霉菌、酵母菌会在饼的内部及表面滋生，导致面片表面出现绿色斑点；同时玉米薄饼中组分也会发生褐变反应，导致饼变暗、变褐，色泽向绿色和黄色发展。

表2 不同贮藏温度玉米薄饼L*值、a＊值和b*值Table 2L*,a* andb* values of corn pancakes under different storage temperatures

2.1.6 热特性分析结果

运用DSC技术可以对淀粉制品的回生老化程度进行测定。凝胶在温度扫描过程中会有不同程度的吸热及放热现象，淀粉凝胶结晶度增加，代表其回生程度增大[28]。在不同贮藏温度下，对玉米薄饼热力学参数的变化进行测定，结果如表3所示。贮藏时间对重结晶淀粉的热特性有显著影响，随着贮藏时间的延长，玉米薄饼的重结晶融化起始温度t0、最高温度tp、终止温度tm和老化焓ΔH呈升高趋势，是因为在贮藏过程中，样品中淀粉分子逐渐老化回生，增强了淀粉分子内部有序性的结晶，融化淀粉重结晶所需的老化焓越来越高，导致了ΔH的升高，其在4 ℃下由第0天的0.9 J/g增加到第14天的4.28 J/g。

2.1.7 质构特性分析结果

图5 不同贮藏温度玉米薄饼质构特性变化Fig.5 Changes in texture properties of samples under different storage temperatures

质构特性测试常与感官评价相结合，能够减少感官评价的主观误差，是目前评价食品品质的一种重要方法。淀粉基食品在贮藏过程中易发生老化现象，在贮藏过程中质构特性的变化与淀粉的老化有一定的关系[29]。由图5可知，随着贮藏时间的延长，玉米薄饼的韧性及延展性呈下降趋势。在贮藏14 d的过程中，40、25、4 ℃条件下玉米薄饼韧性分别下降了55.35%、34.82%、19.96%，延展性分别下降了15.36%、12.40%、5.50%。韧性和延展性明显下降是由于在贮藏期内，玉米薄饼中微生物生长、淀粉的老化、水分的析出破坏了玉米薄饼内面筋蛋白与淀粉分子形成的空间结构，导致玉米薄饼质构特性的变化，使其随贮藏时间的延长韧性和延展性降低。而随着贮藏温度的升高，饼的韧性与延展性下降幅度加大。这是由于随着贮藏温度的升高，饼中的许多酶促和非酶促化学反应速率及微生物生长速率均加快，其导致面筋网络结构物理性破坏。结合感官评价，玉米薄饼韧性低于600 g、延展性低于55 mm时即认为不适宜食用，到达保质期限值。

2.2 货架期预测模型构建结果

玉米薄饼含有丰富的营养和较高的水分，因此，在贮藏过程中易腐败变质。为了实现玉米薄饼工业化生产，建立其货架期预测模型是非常必要的。可以通过货架期预测模型对玉米薄饼的保质期进行预测，防止食品安全事件的发生。通过对玉米薄饼不同温度下各指标变化研究可知，贮藏期内玉米薄饼的酸值与过氧化值较低。而色值变化、质构特性和感官评分均与微生物生长密切相关，25 ℃和40 ℃下分别贮藏10 d和6 d时菌落总数接近安全标准规定值，此时酸值、过氧化值和质构这3 种相关指标均未超出保质期限值。根据相关性分析结果，本实验以菌落总数为货架期预测指标，通过研究贮藏温度对玉米薄饼菌落总数生长的影响，利用Gompertz方程来拟合微生物的生长曲线，进而结合平方根模型，建立并验证玉米薄饼的货架期预测模型。其中，Gompertz方程用于描述食品在贮藏期内微生物的生长情况，利用延滞时间λ、最大比生长速率µmax、总生长量α这3 个主要参数对微生物生长进行预测，建立一级模型。二级模型采用平方根模型。平方根方程被广泛应用在温度如何影响微生物生长的研究中，是根据微生物的生长速率或延滞时间倒数的平方根与温度之间存在的线性关系而建立的预测模型。

2.2.1 玉米薄饼贮藏期间品质指标相关性分析结果

Pearson相关系数越大，说明两者之间的相关性越大，由表4可知，不同贮藏温度下，玉米薄饼的感官评分与各理化指标之间的Pearson相关系数均大于0.9，说明指标间相关性较好。且不同贮藏温度下玉米薄饼的感官评分与过氧化值、酸值、菌落总数、b*值呈极显著负相关（P＜0.01），与韧性、延展性、L*值、a*值呈极显著正相关（P＜0.01）。因此，在玉米薄饼贮藏期内上述指标可以在一定程度上反映饼货架期品质特性的变化。

在3 种贮藏温度条件下，规定当饼满足菌落总数接近5（lg（CFU/g））、感官评分低于60、韧性低于600 g、延展性低于55 mm这4 种条件之一时，不宜食用。研究结果表明，玉米薄饼的菌落总数达到5（lg（CFU/g））时（即25 ℃下贮藏10 d、40 ℃下贮藏6 d，4 ℃下整个过程中均未达到），其他指标均在国家标准规定范围内。同时，菌落总数与感官评分之间具有极显著负相关关系，4、25、40 ℃下相关系数分别为0.983、0.985、0.992，因此把菌落总数作为玉米薄饼品质变化和货架期动力学预测模型的关键因素，即菌落总数为5（lg（CFU/g））时玉米薄饼的货架期达到终点。

表4 玉米薄饼各品质指标间相关性分析结果Table 4 Correlation coefficients between physicochemical indices and sensory score

2.2.2 菌落总数生长动力学模型

2.2.2.1 菌落总数生长曲线和动力学模型

图6 菌落总数的生长曲线和动力学模型Fig.6 Kinetic curve and model for total viable count growth

图6 为玉米薄饼分别在4、25 ℃和40 ℃贮藏条件下得到的菌落总数，利用Gompertz方程计算拟合和预测微生物生长曲线和模型。结果表明，Gompertz方程可以很好地描述本实验中的微生物生长曲线，在不同温度条件下得到的微生物生长模型的方程为：y4℃＝1.398+4.973exp[－exp（1.829－0.103x）]，R2＝0.978；y25℃＝1.398+4.992exp[－exp（1.217－0.224x）]，R2＝0.989。y40℃＝1.398+4.980exp[－exp（1.091－0.383x）]，R2＝0.992。

2.2.2.2 菌落总数生长动力学参数

表5 菌落总数生长动力学参数Table 5 Kinetic parameters for total viable count growth

表5为不同温度条件下菌落总数生长动力学参数，随着贮藏温度的升高，最大比生长速率μmax呈现上升趋势。在低温贮藏时，菌落总数的生长缓慢，延滞时间λ较长，随着温度的升高，最大比生长速率µmax逐渐增大，延滞时间λ逐渐缩短。从拟合结果可知，决定系数R2均大于0.97。因此，模型可以用于预测玉米薄饼贮藏过程中菌落总数的变化。

2.2.3 温度对菌落总数生长动力学的影响模型

图7 Belehradek方程描述温度与µmax的关系Fig.7 Relationship between temperature and maximum growth rate fitted to Belehradek model

通过Gompertz模型可以较好地预测菌落总数的生长，但是对于温度如何影响微生物生长未进行描述。在0～40 ℃温度条件下，根据平方根模型研究温度对微生物生长参数的影响，认为生长速率或延滞时间倒数的平方根与温度之间存在线性关系[27]。应用平方根方程描述的温度与生长速率关系如图7所示，生长速率随温度的上升逐渐增大，温度与生长速率的平方根呈良好的线性关系，方程为：R2＝0.986。

应用平方根模型描述的温度与延滞时间的关系见图8，温度与延滞时间倒数的平方根呈良好的线性关系，延滞时间随温度上升逐渐减小，具体关系的方程为：（R2＝0.902）。表明平方根模型可以较好地描述玉米薄饼中微生物的生长参数随贮藏温度的变化规律。

图8 Belehradek方程描述温度与延滞时间的关系Fig.8 Relationship between temperature and lag phase fitted to Belehradek model

2.2.4 菌落总数生长动力学模型验证和可靠性评价

表6 菌落总数生长预测值的准确因子和偏差因子Table 6 Bias and accuracy factors of predicted values for the growth of total viable count

应用建立的微生物生长动力学模型求得4、25 ℃和40 ℃贮藏时的预测值，并与实验中测得实际菌落总数比较。偏差因子能衡量预测值与实测值偏离程度，该值小于1表明生长速率预测值比实测值大，预测值较为安全；一般认为偏差因子在0.75～1.25之间，模型可被接受[21]。准确因子是衡量预测值与实测值的平均误差，该值等于1表明预测值与实测值完全吻合，预测准确，一般在1.1～1.9之间[30]。由表6可知，偏差因子在0.899～1.051之间，准确因子在1.126～1.281之间，表示误差较低，因此本研究中建立的预测模型能够很好地预测玉米薄饼中微生物的生长状态。

2.2.5 货架期预测和验证

玉米薄饼的货架期是根据建立的菌落总数生长模型测得菌落总数从初始增加至货架期终点的最小腐败量（NS，105CFU/g）所需的时间来预测。通过Gompertz模型计算出不同温度下的动力学参数，将上述参数代入式（6）得到菌落总数的货架期预测模型（7）。

在相同的实验条件下，以菌落总数接近5（lg（CFU/g））为保质期限值，对贮藏于3 个温度下的玉米饼样品进行实际货架期的测定，将实验得到的货架期实际值与预测值进行比较，探究货架期模型的可靠性，结果如表7所示。预测值和实测值的相对误差在－4.10%～2.91%，验证结果表明，采用本研究建立的菌落总数动力学生长模型可以快速可靠地预测4～40 ℃贮藏温度下玉米薄饼的货架期。

表7 玉米薄饼的货架期预测值和实际值Table 7 Observed and predicted shelf-life of corn pancake

3 结 论

随贮藏时间的延长，玉米薄饼的酸值、过氧化值、菌落总数、热焓值均逐渐增加；韧性、延展性、感官评分逐渐降低，各指标随贮藏温度的升高变化速率加快。影响玉米薄饼货架期的关键因素为微生物生长情况，根据不同温度下菌落总数生长曲线应用Gompertz方程建立了菌落总数生长拟合模型，模型可以很好地预测菌落总数在4、25 ℃和40 ℃下生长状态。利用平方根模型，建立菌落总数生长速率和延滞时间随温度变化的动力学模型，结果表明，随温度的升高菌落总数生长速率逐渐增加。根据Gompertz模型和平方根模型建立了玉米薄饼货架期预测模型，该模型可以有效地预测4～40 ℃下玉米薄饼的货架期。本实验条件下，玉米薄饼在4、25 ℃和40 ℃条件下的货架期分别为35、10 d和6 d。研究结果可为玉米饼及相关制品的工业化生产提供技术和理论依据。