预包装冻干鸡汁茼蒿食品货架期预测模型研究

吴慧媛 ，臧 鹏 ，杜秉健 ，董海胜 ，徐 楠 ，赵 伟

（1.中国航天员科研训练中心 航天营养与食品工程重点实验室，北京 100094；2.北华大学 林学院，吉林吉林 518133）

0 引言

航天食品是航天员中长期在轨驻留期间最重要的营养和能量来源之一，需具备较长的保质期[1]。复水汤菜类食品作为航天食品的重要组成，通常以脱水作为延长货架期的手段[2]。经脱水得到的产品不仅重量轻、体积小，而且营养损失小，水分活度低，无微生物增殖现象，可长期保存[3]。但是具备更长的保质期，并不意味着食品感官品质完全不会劣变[4]。本文以预包装冻干鸡汁茼蒿为研究对象，对其营养和感官等指标进行检测，探究贮藏期间的品质变化规律，建立保质期预测模型，为监控保质期终点提供理论依据，更便于确保储备食品的质量，从而提供更营养、安全的食品。

1 材料与方法

1.1 材料准备

试验使用的鸡汁茼蒿样品属同一批次，制备工艺如图1所示，采用非PVC复合膜包装，真空封口后用铝箔袋真空封装。

本文研究在不同贮藏期预包装冻干鸡汁茼蒿的品质变化，具体包括常温（22±2）℃（每4周取样1次）、高温（37±2）℃加速（每2周取样1次）和高温（47±2）℃加速（每周取样1次）3种贮藏温度。将试样贮藏在以上3个温度的恒温箱中，模拟舱内环境湿度设置为（50±5）%RH。

图1 鸡汁茼蒿工艺流程Fig.1 Extraction process of chrysanthemum in chicken sauce

1.2 检测指标

1.2.1 水分含量

依据GB5009.3-2016《食品中水分的测定》中第一法（直接干燥法）对鸡汁茼蒿中水分含量进行测定。

1.2.2 叶绿素含量

参照国家农业行业标准NY/T 3082-2017《水果、蔬菜及其制品中叶绿素含量的测定》。

1.2.3 硫胺素与核黄素含量

参考黄伟志等[5]测定维生素B的方法配制硫胺素与核黄素的标准品。取1.50 g（精确至0.01 g）试样，加60 mL 0.1 mol/L盐酸溶液摇匀，于121 ℃水解30 min。冷却摇匀，用2.0 mol/L乙酸钠溶液调pH值至4.0左右，加2.0 mL蛋白酶和淀粉酶混合液，摇匀后37 ℃酶解过夜。加水定容至100 mL，过滤取上清液过微孔滤膜，存于棕色进样瓶。色谱柱为 C18（4.6×150 mm，5 μm）；流速为 1.0 mL/min；柱温为 30 ℃；进样量为 10 μL；波长为280 nm；检测器为紫外检测器；流动相A为0.1 mol/L三氟乙酸溶液，B为乙腈，体积比A：B=9：1。

1.2.4 菌落总数

参照GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》的方法进行菌落总数的测定。

1.2.5 感官评价

参考冻干鸡汁茼蒿食品的食用方法，将其按1：20的质量比例复水，不公开组别交由感官评价小组品评。小组由7位研究人员组成，分制为5分，分值由高到低依次代表“非常好”到“非常差”。选取的指标包括：色泽、气味、滋味和口感，设置权重比依次为 0.2，0.2，0.3，0.3，折算总分作为整体可接受度[6]。评定标准如表1所示。

表1 鸡汁茼蒿复水感官评价表Tab.1 Sensory evaluation table of rehydrated chrysanthemum in chicken sauce

1.2.6 预测模型的建立与验证

采用Pearson相关性分析法分析贮藏期间鸡汁茼蒿各品质指标之间的关系，依据得到的相关系数最高指标进行零级和一级拟合，并通过系数选择合适的模型，再经计算得到Arrhenius方程，即可对鸡汁茼蒿货架期做出预判。

食品贮藏期品质量化模型如下：

式中，反应速率常数k和反应级数n可通过拟合品质指标值Q与贮藏时间t的关系曲线得到。符合不同反应级数的食品品质拟合函数[7]，如表2所示。

表2 不同反应级数的食品品质函数Tab.2 Food quality functions of different reaction levels

Arrhenius方程是由热力学定律得到的温度与反应速率常数之间的关系，其表达式：

式中 k——速率常数；

k0——指前因子；

Ea——活化能，J/mol；

R——气体常数，8.314 4 J/（mol·K）；

T——绝对温度，K。

将Arrhenius方程与反应动力学模型联用，即将式（2）代入式（1），得到：

分离变量积分得：

t0为初始时间，代入式（4）得到食品品质指标变化的函数模型：

由此可见，食品品质随时间变化的劣变可以通过恒温加速试验进行检测。

由Arrhenius方程进一步得到食品保质期公式如下，式（6）、式（7）分别满足零级、一级动力学预测模型。

式中 SL——保质期，d。

根据上述方法计算可得到鸡汁茼蒿在设定温度条件下相应的理论保质期。将理论值与实测值对比，依据相对误差检验模型的准确性。

1.3 数据处理

数据处理、结果分析及制图均采用Origin 2017和SPSS 23.0软件完成，试验数据进行显著性t检验和方差分析，并以均值±标准差的方式表示，均保留4位有效数字。

2 结果与分析

2.1 各贮藏温度下鸡汁茼蒿的品质变化

2.1.1 水分

不同贮藏条件下，鸡汁茼蒿水分含量均呈现上升趋势（见图2）。贮藏12周后，22，37，47 ℃贮藏条件下水分含量由初始的（2.03±0.03）g/100g分别增加至（2.45±0.07），（2.87±0.03），（3.77±0.07）g/100g。可见，样品在贮藏期间存在明显吸湿现象。为保障产品品质，有必要改进包装材料，选择阻隔性能更好的包材。

图2 贮藏期间水分含量变化Fig.2 Changes in moisture content during storage

2.1.2 叶绿素

贮藏期间，各组叶绿素含量均呈现下降趋势，且随着贮藏温度的升高，叶绿素的降解速率也明显加快（见图3）。

图3 贮藏期间叶绿素含量变化Fig.3 Changes in chlorophyll content during storage

叶绿素的分解可以通过预处理、降低温度、避光和调整产品配方等办法来进行抑制。FUNAMOTO等[8]对待储存的花青菜进行50 ℃热漂烫处理，破坏了酶的活性，从而使叶绿素分解速度下降。MARICHAMY等[9]则利用了聚乙烯包装和低温环境，提高苋菜储存过程中的叶绿素保有量。在经过包装方式和贮藏条件的改良后，使原料中酶的活性降低，外部氧气、光线被隔绝，有利于减少航天食品在贮藏期间的叶绿素损耗。

2.1.3 硫胺素与核黄素

鸡汁茼蒿中硫胺素的贮藏期变化如图4所示，其含量随着保存时间的延长而显著降低，且温度越高，损失率越大。ALIMUNNISA等[10]在研究水牛奶贮藏期硫胺素变化时，发现了类似的现象。

图4 贮藏期维生素B1含量变化Fig.4 Changes in the content of vitamin B1 during storage

菜品的核黄素含量在储存期间未表现出明显的上升或下降趋势，不同温度间差异不大（如图5所示）。有学者也发现，叶菜和大豆中的核黄素在光照条件下易发生降解，而对温度变化并不敏感[11]。FADHEL 等[12]在研究腌肉贮藏期营养品质变化时，针对核黄素性质也得出了相同的结论。

图5 贮藏期间维生素B2含量变化Fig.5 Changes in the content of vitamin B2 during storage

2.1.4 菌落总数

由不同贮藏条件下样品的菌落总数随时间的变化情况（图6）可知，在试验期间的不同温度下，产品的菌落总数均基本保持不变，且均小于100 CFU/g，远远小于106CFU/g，符合NY/T 1045-2014《绿色食品 脱水蔬菜》中对于菌落总数的指标要求。

图6 贮藏期间菌落总数变化Fig.6 Changes in the total number of colonies during storage

2.1.5 感官评价

预包装冻干鸡汁茼蒿复水品尝的结果显示，初始零点的样品各项感官指标的分数皆为最高，整体可接受度最好。随着产品储存时长增加，各个温度下的分数均呈现下降趋势；而在保存时间相同时，加速试验前期各温差间的分数基本相同，在试验后期各组的差距增加。

2.2 鸡汁茼蒿的货架期预测及验证

2.2.1 品质指标与感官评分的相关性分析

随着贮藏时间的延长，冻干鸡汁茼蒿的关键营养成分与感官指标呈现或上升或下降的趋势，而微生物指标基本保持不变。保质期的预测模型通常都是基于感官评价或理化分析建立，鸡汁茼蒿的品质首先体现在其感官可接受性上。相关性分析结果（见表3）显示，贮藏期间，水分含量与其他各指标呈现负相关，其余指标间呈正相关关系。所有指标中，水分、叶绿素含量与感官评分之间相关性极显著，且相关系数更接近1或-1，分别为0.939和0.924。因此，选用水分和叶绿素含量作为建立冻干鸡汁茼蒿货架期预测模型的关键指标。

表3 鸡汁茼蒿贮藏期间各指标和感官评分之间的相关系数Tab.3 Correlation coefficients between various indicators and sensory scores during storage of chrysanthemum

2.2.2 反应动力学方程的确定

对贮藏期间鸡汁茼蒿中的水分和叶绿素含量进行零级和一级反应模型的拟合，结果见表4。

表4 水分、叶绿素动力学方程拟合结果Tab.4 Fitting results of kinetic equations of moisture and chlorophyll

试验温度下，水分的一级动力学方程决定系数R2之和（2.941 5）要小于零级（2.956 3），而叶绿素的动力学方程决定系数则不同，其一级反应R2之和（2.876 2）要大于零级反应（2.827 3）。说明，在试验温度范围内，鸡汁茼蒿零级动力学方程更能表征鸡汁茼蒿的水分变化情况，而叶绿素含量变化更符合一级动力学模型。刘政权等[13]在抹茶保藏研究中也发现，叶绿素的衰减符合动力学一级反应方程；时月等[14]对冷鲜菠菜货架期预测试验的研究结果也支持这一观点。

2.2.3 鸡汁茼蒿货架期水分、叶绿素含量的预测模型

鸡汁茼蒿贮藏期间水分和叶绿素变化的动力学参数如表5所示。根据选取的动力学方程，可以得到相应的参数。以1/T为横坐标，lnk为纵坐标作图，可得1条以-Ea/R为斜率，lnk0为截距的直线。

表5 鸡汁茼蒿贮藏期间水分变化动力学参数Tab.5 Kinetic parameters of moisture change in chrysanthemum during storage

将各参数代入公式得到鸡汁茼蒿基于水分和叶绿素变化的货架期预测模型如下：

确定产品在设定温度条件下贮藏始末的状态后，根据上述公式计算，可得到鸡汁茼蒿的理论货架期。反之，也可计算储存一段时间后产品的水分和叶绿素含量。

根据NY/T 1045-2014《绿色食品 脱水蔬菜》的要求，冻干脱水蔬菜的水分含量应≤6.0 g/100g。本产品初始水分含量Q0为2.03 g/100g，可知在常温22 ℃环境下，预包装鸡汁茼蒿的保质期为106周。

鸡汁茼蒿中叶绿素的初始含量Q0为3.951 mg/g，根据要求将货架期终点设为叶绿素初始含量的25%，即Q为0.987 8 mg/g，代入式（9），得到22 ℃下基于叶绿素含量损失的预包装鸡汁茼蒿保质期约为85周。

根据货架期预测结果，在22 ℃贮藏条件下进行验证，得出依据含水量确定的产品货架期实测值为（109±2）周；根据叶绿素含量限定测得的货架期为（87±1）周。比较预测值与实测值，前者平均相对误差为2.75%，后者为2.30%。2种指标下误差值均较小，模型准确性较高。

3 结语

本文选取预包装冻干鸡汁茼蒿为研究对象，在22，37，47 ℃条件下做恒温加速模拟试验，分别每隔4，2，1周对产品品质进行检测。监测指标包括：叶绿素、硫胺素、核黄素和水分的含量，感官接受性评价以及菌落总数。研究结果表明，产品的叶绿素和硫胺素含量均与其储存时间成反比，核黄素的含量则无显著变化。水分含量呈增加趋势，但菌落总数未见明显变化。随着贮藏时间的延长，食品的感官接受性逐渐降低。

基于加速储存试验，依据相关性分析，研究选取含水量和叶绿素含量建立鸡汁茼蒿的货架期预测模型，预测值误差较低，模型可靠性较好，可用于预包装复水汤菜类航天食品——鸡汁茼蒿在储存期间的品质监测和货架期预测，为同类产品货架期预测提供方法参考。