微酸性电解水杀菌工艺优化及对云南鲜米线贮藏品质影响

周智宇，罗正娅，高 晴，和劲松

(云南农业大学食品科学技术学院，云南昆明650201)

米线又名米粉，是我国悠久历史的传统食品。其中，云南米线是著名的地方小吃，也是当地人最喜爱的食物。鲜米线在云南通常采用土法生产，其制备工艺主要有切粉、榨粉与挤压等［1］。然而，土法生产的鲜米线水分与蛋白质含量高，其在流通期间易受微生物影响，温度较高时极易腐败变质，使保存期变短，给米线的正常流通带来严重影响［2］。为延长其货架期，市场上部分不法分子使用违禁添加剂来延长其保质期，但会危害人体健康，带来食用安全问题。因此，极有必要采用广谱高效、绿色安全的处理技术手段，抑制微生物的生长繁殖，保持鲜米线的优良品质，延长其贮藏货架期。

微酸性电解水(Slightly Acidic Electrolyzed Water，SAEW)是使用特殊电解装置将稀盐酸溶液或稀盐溶液电解，改变其p H、氧化还原电位(Oxidation－reduction potential，ORP)和有效氯浓度(Available chlorine concentration，ACC)等指标，pH达到5.0～6.5，氧化还原电位(ORP)为700～900 mV，有效氯浓度(ACC)为10～60 mg/L，杀菌作用高，无色无臭的一种功能性水［3］。微酸性电解水具有高效杀菌、绿色环保、成本低廉、制取简便等特点，且不会引起食品中氯素(Cl2)残留等问题，安全性高［4］。已被应用于环境、医疗、食品及农业领域［5－7］。2002年6月10日被日本厚生劳动省认定为可使用的食品添加物，应用于食品杀菌保鲜、畜禽养殖、水产品等方面［8－9］。微酸性电解水作为消毒剂已广泛应用于研究以及实际生产中［10］，目前在国内外应用在食品加工、农业生产及医疗卫生等领域中，发展前景广阔［11］。特别是在食品加工领域，已在鲜切果蔬、肉制品等食材的杀菌处理及贮藏中有许多应用，均有良好的保鲜作用，Zhang等［12］、赵德锟等［13］、于晓霞等［14］、盛孝维［15］、李南薇等［16］、岑剑伟等［17］分别用微酸性电解水对豌豆芽、鲜切云南红梨、牛肉、冰鲜鸽、罗非鱼等进行了杀菌及贮藏研究，表明微酸性电解水的杀菌效果很好。但关于SAEW处理对米线贮藏品质影响的报道甚少。

综上，本研究将选取云南鲜米线为原料，采用响应面法优化了处理工艺条件，进一步分析了该处理条件对云南鲜米线贮藏品质变化影响，以期为微酸性电解水处理技术在鲜米线加工中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

普通大米 购于沃尔玛超市，选择早籼米作为制作米线的原料大米;微酸性电解水 自制;平板计数琼脂粉、孟加拉红培养基粉 分析纯，广东环凯微生物科技有限公司;氯化钠、氯化钾、酚酞、甲苯、氯仿、氢氧化钾 分析纯，四川西陇化工有限公司。

MB45卤素水分测定仪、H3－18K台式高速离心机 湖南可成仪器设备有限公司;PL303电子天平 上海梅特勒－托利多仪器有限公司;HD－240L型“水神”微酸性电解水生成机 上海旺旺集团;SPX－150B－Z恒温生化培养箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂;DKS恒温水浴锅 嘉兴中新医疗仪器有限公司;JJCJ－CJ－1FD超洁净工作台 苏州市金净净化设备科技有限公司;BCD－256KFB冰箱 青岛海尔股份有限公司;TTL－10B超纯水机 北京同泰联科技发展有限公司;YXQ－SG41－280A高压蒸汽灭菌锅 上海生银医疗仪器仪表有限公司;FE20/EL20 pH计 上海梅特勒－托利多仪器有限公司;hr2104打浆机。

1.2 实验方法

1.2.1 原料加工 原料大米→清洗除杂→浸泡→脱水→磨粉→干燥→点浆(沸水)→蒸浆→压制成型→冷却→成品→包装［19］。鲜米线为课题组按此工序自行加工得到。称取制作好的鲜米线适量，放置于无菌操作台中备用。

1.2.2 微酸性电解水制备 参考文献［18］，以9%稀盐酸溶液为辅液，以自来水作为原水，用“水神”微酸性电解水机电解制备SAEW，设备运行30 min，待有效氯稳定后分别取等量SAEW用于实验，并在制备后1 h内使用。

1.2.3 单因素实验 以米线表面菌落总数死亡数量级为指标，选取处理温度、处理时间与料液比三个因素，分别进行单因素实验。料液比1∶10 mL/g，处理时间5 min时，处理温度分别为10、20、30、40℃;处理温度为20℃，处理时间5 min时，处理料液比分别为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20 mL/g;料液比为1∶15 mL/g，处理温度20℃时，处理时间分别为5、10、15、20 min。

菌落总数死亡数量级计算方法如公式(1)所示

式中，N0为处理前样品表面菌落总数，N为处理后样品表面菌落总数。

1.2.4 响应面试验 在单因素实验的基础上，使用Box－Benhnken中心组合试验设计建立模型，以处理温度(A)、处理时间(B)和处理料液比(C)三种影响因素为主要的影响因素，分别以处理后样品中细菌总数的死亡数量级Y为响应值进行条件优化。实验因子编码及水平见表1。

1.2.5 贮藏实验 在优化后的最佳处理条件下，使用SAEW浸泡处理鲜米线，并以无菌水样品作为对照组进行实验，样品沥干后使用自封袋包装并置于27℃恒温箱中进行48 h储藏实验，定期对样品表面菌落总数、含水量、酸度、p H与色泽等指标进行测定，以确定SAEW处理对鲜米线贮藏期间品质变化影响。每组进行3次重复。

表1 试验因素水平及编码表Table 1 Coded variables and their coded levels in response surface analysis

1.2.5.1 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》［20］，结果以lg CFU/g表示。

1.2.5.2 含水量 采用卤素水分测定仪测定鲜米线水分含量［21］。

1.2.5.3 总酸含量 采用酸碱滴定法(GB 5517－1985)，称取粉末试样，倒入250 mL锥形瓶中，加水，滴入甲苯和氯仿后摇匀加塞，在室温下放置后用千燥滤纸过滤，用移液管吸取滤液，注入锥形瓶中，滴加酚酞指示剂，用碱液滴定至微红色30 s内不消失为止［22］，根据碱液的消耗量可计算出样品中总酸含量。

1.2.5.4 pH 参照GB.5009 237－2016《食品安全国家标准－食品p H的测定》。取捣碎的样品，加入浸泡并随时振摇，离心，然后用pH计测定其上清液的pH［23］。

1.2.5.5 色差 用色差仪定期测定鲜米线表面，结果以亮度L*表示［24］。

1.3 数据处理

应用Excel(Ver.2003，Microsoft公司)软件进行数据处理、图表处理及显著性分析，显著性水平P=0.05;应用Design－Expert(Ver.7.0.0，Statease公司)进行优化处理，Model Graph程序作响应曲面图，Optimization程序中Numerical分析预测最优值。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 不同料液比对表面菌落总数变化的影响 由图1得知，鲜米线与SAEW料液比对鲜米线表面微生物杀菌效果有显著影响，表面菌落总数死亡数量级随着料液比的增加而逐渐增加，当料液比达到1∶15(m∶V)后趋于平缓，菌落总数死亡数量级无显著变化(P＞0.05)。这一现象与赵德锟等［17］在用不同料液比处理云南鲜切红梨时现象一致，可能是由于米线与SAEW的接触面积有限造成的。由此可知，最佳料液比为1∶15(m∶V)。

2.1.2 不同处理时间对表面菌落总数变化的影响 由图2得知，处理时间对鲜米线表面微生物杀菌效果有显著影响，表面菌落总数死亡数量级随处理时间延长而呈现先增加后平缓的趋势，当处理时间

图1 不同料液比对菌落总数死亡数量级变化影响Fig.1 Effect of different material ratio on the total reduction of colonies number

图2 不同处理时间对对菌落总数死亡数量级变化影响Fig.2 Effect of different treatment time on the order of magnitude of death of total colonies

2.1.3 不同处理温度对表面菌落总数变化的影响 如图3所示，处理温度对鲜米线表面微生物杀菌效果有显著影响，表面菌落总数死亡数量级随着处理温度的升高而逐渐增加，可能是由于温度升高导致部分微生物失活。当处理温度达到20℃后变化趋于平缓，菌落总数死亡数量级没有显著变化(P＞0.05)。且考虑到持续高温会导致米线部分老化［26］影响其品质，由此可知，最佳温度为20℃。

图3 不同处理温度对菌落总数死亡数量级的影响Fig.3 Effects of different treatment temperatures on the death order of colonies

2.2 响应面试验

2.2.1 回归方程的建立 为确保SAEW有效控制鲜米线表面微生物生长的同时，不破坏其感官品质，在单因素实验基础上，使用Design－Expert 7.0软件，选择Box－Benhnken中心组合试验设计，得到具体方案与实验结果，见表2。

表2 试验设计与结果Table 2 The experimental design and results

对表2数据进行多元回归拟合，得到响应值Y(菌落总数死亡的数量级)对各因素(处理温度A、处理时间B和料液比C)的二次多项回归模型方程为:

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 回归模型分析 由表3可知，回归方程(2)模型显著水平达极显著(P＜0.0001);失拟项F=1.37，P=0.3714＞0.05，差异不显著，表示残差来源于随机误差;模型的确定系数R2=0.9812，模型调整确定系数，表明模型有较好的拟合度，该二次方程模型可很好反映各因素与菌落总数死亡数量级间的变化规律，且试验误差小。可将此模型应用于对菌落总数死亡数量级的分析预测当中。

综上所述，(A、B、C)3个因素与Y响应值之间的回归方程模型可用于代替实验中的真实点，从而对结果进行预测分析。

2.2.3 主效顺序分析 如表4中，响应值Y的一次项A(处理温度)、C(料液比)影响极显著(P＜0.0001)，B(处理时间)影响显著(P＜0.05);交互项AB影响显著(P＜0.05);二次项A2、B2、C2影响显著(P＜0.05)。综合分析，各因素的影响与响应值Y之间为二次关系，且不同因素之间有一定的交互作用。方程中，各项系数的绝对值大小反映各因素对响应值的影响程度，系数的正、负反映影响的方向。由各系数的估计值可以看出，对响应值Y，其影响因子的主效顺序为:A＞C＞B。

2.2.4 响应面交互作用分析 为更全面探讨SAEW处理条件对鲜米线表面菌落总数死亡数量级和感官品质影响，并优化得出各处理因素最佳组合，根据回归方程做出响应面曲面图，分析得出各因素间的交互作用效果。

表3 回归模型方差分析Table 3 Analysis of variance(ANOVA)for regression equation

表4 回归方程系数显著性检验Table 4 Significance test for regression coefficients

从图4a可知，在所设计试验条件范围内，鲜米线表面菌落总数死亡数量级随处理温度增加呈上升趋势，随处理时间延长呈先上升后平稳的趋势;随着处理温度或处理时间的增大，响应值在逐渐增大，响应曲面倾斜角坡度较陡，表明微生物致死率易受到处理温度和处理时间的影响。图4b中，鲜米线表面菌落总数死亡数量级随处理温度增加呈上升趋势，响应值先迅速增加后趋于平缓，而料液比对鲜米线表面菌落总数死亡数量级的敏感性较弱，随着液料比增大，响应值呈上升缓慢趋势。图4c中，鲜米线表面菌落总数死亡数量级随料液比增大、处理时间的增加，响应值均缓慢上升，倾斜坡度较缓，表明处理时间和液料比对鲜米线表面菌落总数死亡数量级的敏感性较弱。综上所述，当处理温度、处理时间、料液比接近中间值附近时，处理效果达到最优。结合交互项回归系数的显著性分析结果(表4)发现，AB(P＜0.05)AC、BC(P＞0.05)，表明处理温度和料液比、处理时间和料液比之间的交互作用不显著。

图4 SAEW杀灭鲜米线表面菌落总数的响应曲面Fig.4 Response surface of SAEW to reduce the total number of colonies on the surface of fresh rice noodle

2.2.5 最佳工艺条件确定与验证 采用Numerical分析，综合优化得到最佳处理温度为20.8℃，得到鲜米线的最佳处理时间为15.00 min，最佳液料比为1∶15.54(m∶V)。为方便操作调整因素条件为:处理温度为21℃，最佳处理时间为15 min，最佳液料比为1∶16(m∶V)。在此工艺条件下计算所得菌落总数死亡数量级的理论值为3.09 lg CFU/g。

为验证优化条件的准确性，按优化条件对鲜米线进行处理，分别以菌落总数死亡数量级为验证指标进行了3组验证试验，结果如表5所示。

表5 经回归模型优化后的杀菌结果及验证Table 5 Validity verification of the developed regression model

进行3次验证实验，实际平均菌落死亡数量级为(3.01±0.09)lg CFU/g，与预测值基本吻合，且符合鲜米线《云南省食品安全地方标准》的菌落总数≤4.9 lg CFU/g［25］，因此证明该优化条件有较好可靠性，可采用处理温度为21℃，最佳处理时间为15 min，最佳液料比为1∶16(m∶V)对鲜米线样品处理来进行为期48 h的储藏实验。

2.3 储藏实验

2.3.1 SAEW处理对米线表面菌落总数的影响 由图5可知，未处理对照组与SAEW处理实验组，米线表面菌落总数均随着储藏时间延长而增加，实验组的微生物生长速率明显低于对照组，储藏时间相同时，实验组的样品微生物总数低于对照组样品的微生物总数，在0～24 h之内，对照组样品表面菌落总数由2.59 lg CFU/g增长至6.19 lg CFU/g;实验组样品表面菌落总数由1.49 lg CFU/g增长至5.34 lg CFU/g，均保持显著差异(P＜0.05)。当贮藏至48 h时，两种处理间的差异才变为不显著(P＞0.05)。其中当贮藏至16 h时，对照组样品表面菌落总数为5.21 lg CFU/g＞4.9 lg CFU/g，超出标准的限定值;而当贮藏至24 h时，SAEW处理实验组样品表面菌落总数为5.34 lg CFU/g＞4.9 lg CFU/g，超出标准的限定值。即对照组的货架期为8 h，而处理组的货架期为16 h。该结果表明，SAEW处理能有效控制鲜米线贮藏期内微生物的生长，延长产品的货架期，且在24 h内都具有较好的抑制效果。

图5 SAEW处理对表面菌落总数的影响Fig.5 Effect of SAEW on the total number of colonies on the surface

2.3.2 SAEW处理对对米线水分含量变化影响 水分含量是米线质量标准之一，在《云南省食品安全地方标准》中，鲜米线水分含量应低于80%［25］。且鲜湿米线由于水分含量较高，因此在贮藏运输过程中容易出现老化现象，米线变硬、失水，严重影响了米线的营养价值和食用品质，缩短了米线的货架期。

由图6可知，经SAEW处理的样品水分含量略有增加，随时间增加，储藏过程中对照组和处理组样品水分含量0～24 h时都呈下降趋势而24 h后呈上升的趋势，且无显著差异(P＞0.05)。在48 h内对照组与处理组的水分含量均低于80%。储藏时间超过48 h后，样品腐败严重，无法测定。该结果表明SAEW处理鲜米线对其储藏过程中水分含量的减少有一定的缓解作用。

图6 SAEW处理对水分含量变化影响Fig.6 Effect of SAEW on water content

2.3.3 SAEW处理对对米线酸度变化影响 酸度值是鲜湿米线质量评定的重要指标，在《云南省食品安全地方标准》中，鲜米线酸度应低于0.1 g/100 g(以乳酸计)［25］。

图7表明，经SAEW处理后的米线样品酸度相比对照组低，且随时间延长处理组与对照组样品总酸度均呈增加趋势。这一趋势与胡云峰等［27］鲜湿米线酸度值随贮藏时间延长而下降的结果一致。其中SAEW处理组样品酸度增长趋势与对照组样品酸度增长趋势相比较为平缓。在贮藏24 h后，SAEW处理组和对照组样品的总酸度均超过0.1 g/100 g，不再符合《云南省食品安全地方标准》的要求，但处理组的总酸度依然低于对照组。说明SAEW处理鲜米线，可以有效降低总酸度，且SAEW在储藏过程中对酸度的增长速率有一定的控制作用。

2.3.4 SAEW处理对米线pH变化的影响 鲜米线的pH(即有效酸度)是米线中氢离子的浓度，它是反映食品酸度的一个常用指标。米线的酸度不但影响其口感，也是影响米线品质的指标之一［25］。

图7 SAEW处理对总酸度含量变化影响Fig.7 Effect of SAEW on total acidity

由图8可看出，贮藏过程中，SAEW处理组样品比对照组样品的pH略有增加，但是变化值较小。分别从0 h的8.73和8.33降至贮藏48 h的4.64和4.13，相同贮藏时间下，SAEW处理组与对照组比较，除16 h以外，pH均无显著差异(P＞0.05)。结果表明，SAEW处理对鲜米线贮藏过程中的pH的变化无显著影响。

图8 SAEW处理对pH变化影响Fig.8 Effect of SAEW on pH value

2.3.5 SAEW处理对米线色差变化影响 色差也是米线品质评价的指标之一，而L*值能反映食品的亮度，因此以L*值来反映米线色差的变化过程。

如图9所示，随贮藏时间的延长，SAEW处理组样品与对照组样品的亮度L*值均呈下降趋势，表明鲜米线的褐变随时间的延长而加重。虽然处理后的0 h内，SAEW处理组和对照组样品的L*值无显著差异(P＞0.05)，然而贮藏8 h后，SAEW处理组L*值的衰减明显比对照组缓慢，相同贮藏时间下，SAEW处理组的L*值明显高于对照组的L*值，贮藏48 h后，SAEW处理组的L*值由开始贮藏时的76.40降至39.73，而对照组则由开始贮藏时的72.83下降至35.57。结果表明，SAEW处理能够抑制鲜米线色差变化，延缓其褐变进程。

图9 SAEW处理对色差变化影响Fig.9 Effect of SAEW on color value

3 结论

SAEW的最优处理条件为:处理温度为21℃、处理时间15 min、料液比1∶16(m∶V);在该条件下处理鲜米线，能较好杀灭表面微生物;同时，在贮藏过程中，SAEW处理能有效抑制微生物生长、延缓褐变及总酸度的增加，减少水分含量的丧失，对pH无显著影响。综上所述，SAEW处理可有效地控制微生物的污染，还能延缓鲜米线品质的衰减，达到延长其货架期的目的。以上结果，对于SAEW在鲜米线加工中的应用具有一定的指导意义。