动力学模型预测即食风味米饭货架期的研究

杨铭铎，王旭龙

(1. 哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076；2. 黑龙江省普通高校食品科学与工程重点实验室，哈尔滨150076；3. 哈尔滨商业大学 中式快餐研究发展中心博士后科研基地，哈尔滨 150076)

动力学模型预测即食风味米饭货架期的研究

杨铭铎1，2，3，王旭龙1，2，3

(1. 哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076；2. 黑龙江省普通高校食品科学与工程重点实验室，哈尔滨150076；3. 哈尔滨商业大学 中式快餐研究发展中心博士后科研基地，哈尔滨 150076)

通过研究即食风味米饭在不同贮藏温度条件下酸价和过氧化值随时间的变化，分别以二者为指标建立化学反应动力学模型预测即食风味米饭的货架期，并且通过验证试验检验即食风味米饭预测值的准确性.结果表明，即食风味米饭的动力学模型可以准确的反映出其在贮藏期间品质的变化，在25、35、45 ℃贮藏温度下，即食风味米饭货架期的预测值分别为161、86、48 d和206、130、84 d.

动力学模型；即食；风味米饭；货架期

方便米饭是一种经工业化批量生产，感官品质与新鲜米饭基本一致，食用前只须简单加热即可食用或者直接食用的一种主食方便食品[1].方便米饭起源于20世纪40年代的美国，α-米饭作为军用食品而被研发出来，在1980年左右，日本和美国方便米饭生产的相关技术就已成熟，产品开始进入市场，而我国对方便米饭的研究相比欧美国家起步较晚[2].近几年，随着方便米饭相关技术设备的不断发展成熟，α-米饭已逐渐淡出市场，取而代之的是无菌包装米饭已占方便米饭市场的主导地位.目前我国市售方便米饭类型主要为米饭与菜包独立包装的无菌米饭，而类似于炒饭样式，饭菜一体包装的无菌米饭在市场上则不多见，其对丰富市售方便米饭品种及传统食品工业化的发展具有重要的推动作用.

由于即食风味米饭中含有丰富的动植物油脂，在存放及运输过程中容易受到温度、光、氧、金属离子以及水分等因素的影响，造成油脂食品的酸败[3].酸价和过氧化值是检验富含油脂食品品质优劣的重要指标[4-5].因此，本实验通过对不同贮藏温度条件下即食风味米饭酸价和过氧化值的变化进行研究，建立化学反应动力学模型，预测即食风味米饭的货架期.

1 材料方法

1.1 材料

福临门赋香稻、喜上喜广式腊肠、胡萝卜、香菇、福临门非转基因玉米油、调味料等均购自于哈尔滨家乐福超市；石油醚、异辛烷、冰乙酸、碘化钾、五水硫代硫酸钠、无水乙醇、氢氧化钠、可溶性淀粉、酚酞等试剂均为分析纯.

1.2 仪器与设备

WZA-0152型电饭锅广州市威成坤电器制造有限公司；RE-2型旋转蒸发器巩义市宇翔仪器有限公司；HWS型数显恒温水浴锅上海慧泰仪器制造有限公司；DHP-9052型恒温培养箱苏州江东精密科学仪器有限公司；YX-280B型手提式不锈钢灭菌锅深圳市瑞鑫达化玻仪器有限公司；DZQA-01型真空包装机青岛艾讯包装设备有限公司.

1.3 方法

1.3.1风味米饭制备

称取150 g大米，用水淘洗2遍去除灰尘等杂质，按米水比1∶1.5的比例加水浸泡30 min使之充分吸水，然后将浸泡后的原料大米按米水比1∶1.3的比例添加水，同时添加10 mL玉米油进行蒸煮.蒸煮20 min左右至锅内水分基本蒸干时立即将腊肠50 g、香菇40 g、胡萝卜50 g及料汁(酱油10 mL、绵白糖4 g、鲜味汁2 mL、鸡精1 g、食盐1 g)均匀洒在米饭之上，然后在蒸煮完成后继续焖制20 min.将即食风味米饭冷却后装入铝箔高温蒸煮袋中进行真空塑封，121 ℃灭菌15 min后将即食风味米饭分别置于25、35、45 ℃温度下贮藏，分别在贮藏5、10、15、20、30 d取不同温度的样品进行酸价和过氧化值的测定.

1.3.2油脂的提取

称取即食风味米饭100 g左右，用沸程30～60 ℃的石油醚在阴凉处密封浸泡24 h后过滤，将滤液在旋转蒸发仪上减压脱溶，水浴温度为30 ℃，直至溶剂脱净，然后将样品放置于恒温干燥箱中烘干至恒重[6].

1.3.3酸价的测定

采用国标中热乙醇测定法[7].

1.3.4过氧化值的测定

参照GB/T5538-2005[8]的方法进行测定.

1.3.5即食风味米饭货架期预测模型的建立

大多数食品的品质随贮藏时间变化的规律都遵循零级或一级反应动力学模型[9].在油脂含量丰富的食品中，酸价和过氧化值是反应富含油脂食品感官性质和食用价值的重要指标[10].即食风味米饭中含有较多的动植物油脂，在贮藏过程中，酸价、过氧化值的变化随时间的延长呈逐渐升高的趋势，且贮藏温度越高，其随时间变化的速率越大.所以以酸价和过氧化值为指标，通过Arrhenius方程建立即食风味米饭货架期预测的动力学模型.

1.3.6验证试验

通过化学反应动力学模型计算得出的预测值与即食风味米饭货架期实测值比较，从而验证货架期动力学模型的准确性.

2 结果与分析

2.1 不同贮藏温度下即食风味米饭酸价的变化

油脂在贮藏过程中，由于微生物、脂肪酶、水分、光照及温度等因素的影响，被分解为游离脂肪酸，酸价(AV)是反应游离脂肪酸含量的指标[11].测定油脂食品的AV是评价其品质的优劣、包装形式及贮藏方式是否合适的重要方法.

由图1可知，在不同温度条件下米饭的AV随时间的延长而呈升高的趋势，且温度越高，测得的AV越高.在温度25 ℃条件下AV的变化不大，贮藏30 d AV为2.03 mg/g，随着贮藏温度的升高，AV的变化也越来越明显，35 ℃贮藏30 d AV为2.23 mg/g，当贮藏温度为45 ℃时，贮藏10 d AV就达到2.07 mg/g，说明贮藏温度对风味米饭AV的影响很大，孙丽琴等[12]通过研究表明，贮藏温度越高，AV的变化越大，且呈正比递增关系.这主要是由于较高的温度会加速脂肪的水解，产生过多的游离脂肪酸而造成的[13-14].即食风味米饭中的油脂主要来源于腊肠，根据GB 2730-2005[15]中规定AV 4.0 mg/g，可见米饭在三个温度条件下贮藏30 d的AV都未超过国标的规定.

图1 不同贮藏温度条件下即食风味米饭AV的变化

2.2 不同贮藏温度下即食风味米饭过氧化值的变化

过氧化值(POV)是测定油脂氧化的中间产物的指标，油脂在贮藏时很容易分解产生脂肪酸、醛、酮等物质，形成不良滋气味，从而影响富含油脂食品感官性质和营养价值[16-17]，同时脂类的氧化还能产生有毒物质，对健康造成影响[18].

由图2可知，即食风味米饭POV的含量随贮藏时间的延长而增高，且随着贮藏温度的提高，POV的变化速率越大，在25、35、45 ℃贮藏30 d的POV分别为3.50、4.56、5.90 meq/kg.说明贮藏温度对油脂食品的氧化起着很重要的作用.POV的升高，主要是由于即食风味米饭中的腊肠和少量的玉米油在贮藏过程中发生氧化而造成的.GB2730-2005中规定，POV不应超过39.4 meq/kg.

图2 不同贮藏温度条件下即食风味米饭POV的变化

2.3 即食风味米饭货架期动力学模型的建立

2.3.1不同温度条件下酸价随时间变化的动力学模型

分别以所测AV为指标，对不同温度下的即食风味米饭AV的变化进行回归分析，建立即食风味米饭品质变化的动力学模型.

A=A0ekat

(1)

其中：A为酸价；A0为酸价的初始值；ka为酸价的变化速率常数；t为即食风味米饭的贮藏时间(d).

由表1可知，不同贮藏温度下AV随时间变化的回归方程的回归系数分别为0.961 7、0.956 3、0.966 8，说明在3个温度下的指数回归方程具有

表1 不同贮藏温度条件下即食风味米饭AV

良好的拟合性，可以通过其对即食风味米饭货架期进行预测.由一级化学反应动力学模型的公式(1)和不同贮藏温度下的指数回归方程可以得出米饭AV的动力学模型参数ka，分别为0.005 6、0.008 4、0.018 9.由于ka是温度的函数，因此可以运用Arrhenius方程对不同温度下的即食风味米饭的货架期进行预测.

(2)

Arrhenius方程式中：k0为指前因子；Ea为活化能(kJ/mol)；R为常量，8.314J/(mol·K)；T为热力学温度(K).ka和Ea为经验常数.

将上述Arrhenius方程(2)取对数：

(3)

从式(3)中可以看出，lnka和1/T为线性关系，lnk0为截距，-Ea/R为斜率，在25、35、45 ℃三个贮藏温度条件下得到即食风味米饭的反应速率常数ka后，以1/T为横坐标，lnka为纵坐标绘制AV变化的Arrhenius曲线.

由图3可知，线性回归方程为y=-5.747 7x+14.021 2(R2=0.957 1)，截距lnk0=14.021 2，斜率-Ea/R=-5.747 7，通过计算得到Ea=47.79 kJ/mol，k0=1.23×106.以AV为指标建立即食风味米饭在贮藏过程中的Arrhenius方程为：

(4)

图3 即食风味米饭AV变化的Arrhenius曲线

2.3.2不同温度条件下过氧化值随时间变化的动力学模型

分别以所测POV为指标，对不同贮藏温度条件下即食风味米饭POV的变化用指数方程进行回归分析，建立即食风味米饭品质变化的动力学模型.

P=P0ekat

(5)

式(5)中：P为过氧化值；P0为过氧化值的初始值；ka为过氧化值的变化速率常数；t为即食风味米饭的贮藏时间(d).

由表2可知，回归方程的回归系数均在0.95以上，说明3个温度下的回归方程具有良好的拟合性，可以通过其对即食风味米饭货架期进行预测.由一级化学反应动力学模型的公式(5)和不同贮

表2 不同贮藏温度条件下即食风味米饭POV

藏温度下的指数回归方程可以得出米饭POV的动力学模型参数ka，分别为0.013 5、0.023 1、0.032 8.由于反应速率常数ka是温度的函数，因此可以运用阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程对不同贮藏温度条件下的即食风味米饭的货架期进行预测.

(6)

Arrhenius方程式中：k0为指前因子；Ea为活化能(kJ/mol)；R为摩尔气体常量，8.314 J/(mol·K)；T为热力学温度(K).ka和Ea为经验常数.

将上述Arrhenius方程(6)取对数：

(7)

从式(7)可知，lnka和1/T为线性关系，lnk0为截距，-Ea/R为斜率，在三个贮藏温度条件下得到即食风味米饭的反应速率常数ka后，以1/T为横坐标，lnka为纵坐标作图4，得到线性方程y=-4.219 6x+9.873 0(R2=0.989 6).

由图4可知，截距lnk0=9.873 0，斜率-Ea/R=-4.219 6，通过计算得到Ea=35.08kJ/mol，k0=1.94×104.Arrhenius方程为：

图4 即食风味米饭POV变化的Arrhenius曲线

(8)

2.4 即食风味米饭货架期动力学模型的验证

将不同温度条件下的即食风味米饭分别以AV和POV为指标建立的动力学模型计算出的货架期预测值与实测值进行比较，验证动力学模型的准确性.

由表3可知，在25、35、45 ℃贮藏温度下的即食风味米饭AV的预测值与实测值的相对误差分别为2.36%、3.93%、4.13%；POV的预测值与实测值的相对误差分别为3.79%、2.78%、5.13%.两个模型的预测值与实测值的相对误差均较小，说明以AV和POV为指标的即食风味米饭动力学模型可以比较准确的反映出其二者随时间变化的规律.同时还可以看出在不同温度下AV和POV预测的货架期天数相差很多，在25 ℃条件下，以AV为指标贮藏161.1d即到货架期终点，而以POV为指标则可以贮藏205.5d.这主要是由于腊肠中的游离脂肪酸含量偏高造成的.根据文献报道，游离脂肪酸是腊肠风味形成的重要前物质[19-20]，腊肠即使AV超过4mg/g，甚至达到7mg/g，也有较好的感官品质[21].通过AV随时间变化的即食风味米饭动力学模型计算，在25 ℃条件下贮藏205.5dAV为5.037 7mg/g.结合文献报道，建议以POV作为判断即食风味米饭油脂酸败的指标.

表3 即食风味米饭在25、35、45 ℃贮藏时

3 结 语

不同贮藏温度条件下即食风味米饭的AV和POV随贮藏温度的升高而增高，以二者为指标建立的即食风味米饭动力学模型均具有良好的拟合度，且预测值与实测值的相对误差均较小，可以准确的反映出在贮藏期即食风味米饭AV和POV的变化.以AV为指标建立的动力学模型在25、35、45 ℃的预测值分别为161.1、85.5、47.9d；以POV为指标建立的动力学模型在相同温度的预测值分别为205.5d、129.5d、84.1d.结合文献报道，建议以POV作为判断含腌腊肉制品米饭油脂酸败的指标预测产品的货架期.本实验仅以即食风味米饭油脂酸败的角度对货架期进行了预测，而未考虑贮藏期间即食风味米饭油脂酸败与感官评价的相关性以及米饭淀粉的老化，还需进一步研究.实验为富含油脂即食米饭的贮藏期及贮藏温度提供了参考依据.

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Shelf-life prediction of instant flavor rice through kinetic models

YANG Ming-duo1,2,3，WANG Xu-long1,2,3

(1. School of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China; 2. Key Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang, Harbin 150076, China; Postdoctoral Research Base of Chinese Fast Food Research and Development Center, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

The changes of acid value and peroxide value contents in instant flavor rice at different temperatures during storage were studied. Respectively by the two indexes the chemical reaction kinetic model was built to predict the shelf-life of instant flavor rice, and check up the accuracy of the predicted values through proof test. The results show that the instant flavor rice kinetic model can accurately predict the acid value and peroxide value during storage, and at 25, 35, 45 ℃ storage temperatures, its predictive value were 161, 86, 48 d and 206, 130, 84 d.

kinetic model; instant; flavor rice; shelf-life

2015-07-10.

国家人事部留学回国人员择优资助项目(RSB0306AD)

杨铭铎(1956-)，男，博士，教授，博士生导师，研究方向：烹饪科学与传统食品工业化技术.

TS217

A

1672-0946(2015)06-0710-05