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传统米制松糕的货架期预测模型研究

纪莹

   传统食品(糕点)是具有独特风味特色的民族产品,如何对传统食品的品质进行有效的控制,保持产品的新鲜度,是传统食品工业化生产需要解决的关键性问题,也是困扰生产者的一个重要技术难题,同时引发的米制品安全问题也是消费者最为关注的核心。本文以微生物指标和淀粉回生指标为主要依据,建立高水分食品的货架期预测模型和方法,为高水分米制食品生产、流通和销售过程中的品质和安全监督提供理论依据和技术支持,指导食品的工业化生产。 首先通过研究米制松糕的理化特性及贮存稳定性,确定影响米制松糕货架期的关键性因素是微生物的腐败变质和淀粉的回生。新鲜松糕的水分含量39.5%,水分活度为0.92,pH值接近中性,因而适合多种腐败微生物的增殖,根据国家糕点销售标准,判断米制松糕的货架期为3天;在贮存过程中松糕的水分含量逐渐减小,持水性、总水溶物和水溶性淀粉含量逐渐降低;从生理学的角度出发,分析松糕贮存中体外消化特性的变化,结果表明,慢消化淀粉和抗性淀粉含量逐渐增加,快消化淀粉含量逐渐降低;利用物性仪分析测定松糕的质构特征,结果表明:硬度、粘性和咀嚼性在贮存期间逐渐增加。 微生物容易滋生是影响松糕货架期的主要因素。本实验对米制松糕初始菌相的构成及菌相在贮存中的变化进行了分析,并且对导致腐败的主要微生物进行了初步的分离和鉴定。研究表明,随着贮存时间的延长,松糕中优势腐败菌发生了变化,新鲜的松糕中以葡萄球菌属(staphylococci)为主要优势菌群,存放3天后的松糕中以芽孢杆菌属(bacilli)为主。经分离鉴定的优势细菌主要有短芽孢杆菌(Bacillus brevis)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、表皮葡萄球菌(S.epidermidis)和金黄色葡萄球菌(S.aureus);分离鉴定的霉菌主要是黄绿青霉(Penicillium citreoviride)和桔青霉(Penicillium citrinum)。米制松糕中腐败菌的种类简单,主要是由于米制松糕熟制过程中的高温杀灭了绝大部分微生物而造成的,米制松糕中腐败菌的来源主要是产品熟制后,在后续的包装、流通、贮存过程中的二次污染造成的。芽孢杆菌属主要来源于原料中的芽孢污染。 应用微生物预测技术(Predictive Microbiology Technology),研究米制松糕中腐败微生物的生长、残存特性,建立环境因素与微生物生长之间的预测模型,在此基础上对米制松糕的货架期进行预测。根据Gompertz函数和Logistic函数建立了不同温度条件下腐败微生物在松糕中的生长曲线和模型。结果表明,建立的数学模型能很好的预测特定腐败微生物在20℃、25℃和30℃下的生长状态;应用Belehradek模型建立了特定腐败微生物随温度变化的动力学模型;根据Gompertz模型和Logistic模型计算出不同温度下的动力学参数,依据腐败微生物生长模型,判断20℃-30℃松糕的微生物生长规律。结果表明,特定腐败微生物动力学模型可以快速可靠的实时预测松糕的腐败程度,保证产品的品质和安全性。 将偏最小二乘回归方法(Partial Least Square)应用到微生物生长动力学建模分析中,研究不同温度和水分活度条件下黄绿青霉和桔青霉在松糕中的生长情况,建立了青霉在松糕中生长的预测模型。研究发现,黄绿青霉和桔青霉的生长速率随着温度的升高而增加,水分活度越高,黄绿青霉和桔青霉的生长速率越快;黄绿青霉和桔青霉的延滞时间随着温度的升高而减少,当水分活度增加时,延滞时间随之减少。在温度15-30℃、a_w0.80-0.90范围内,应用响应面分析的方法,建立了温度和水分活度与青霉生长速率和延滞时间之间的数学模型。 通过对米制松糕贮存过程的热特性和结晶特性的研究,探讨松糕的老化机理,研究结果表明,淀粉老化是糊化淀粉分子形成有规律排列的结晶化过程,并得出以下结论:从样品的粘度特性分析可知,松糕的峰值粘度、低谷粘度、崩解值、最终粘度和回复值随贮存时间的延长逐渐增大,峰值时间随贮存时间的延长而逐渐减少,糊化温度降低;通过热力学性质的分析可知,早期的重结晶(晶核)融化顶点温度T_P为52.331℃,略高于后期的重结晶融化顶点温度,随着储藏时间的延长,融化支链淀粉重结晶所需的热焓△H由0.747 J/g增加到1.352 J/g,表明支链淀粉重结晶含量,即回生程度增加;松糕淀粉主要的红外光谱带主要集中在1153 cm~(-1)、1082 cm~(-1)、1047 cm~(-1)、1022 cm~(-1)、930 cm~(-1),随着贮存时间的延长,1047 cm~(-1)和1022 cm~(-1)处峰高的比值由0.87增加到0.90,说明淀粉颗粒中无定形分子迅速减少,有序分子逐渐增多,即淀粉的结晶度增加;根据样品的X-射线衍射可以看出,松糕淀粉在2θ为15°,18°,23°和34°处有强的衍射峰,表明该淀粉是A-型结构,松糕在贮存过程中结晶度有增加的趋势,由37%增加到46%,说明在贮存过程中,淀粉结晶区的双螺旋结构转变使晶体的排列更有序,无定形区的直链淀粉向双螺旋结构转变;从样品的扫描电镜图中可以看到,新鲜松糕内部有很多细小颗粒,贮存5天后松糕内部细小颗粒减少,颗粒体积增大,说明贮存过程中,膨胀的淀粉粒逐渐失水、塌陷,逐渐破坏原有的颗粒结构,最终导致颗粒之间粘结在一起。 研究延缓米制松糕淀粉老化速率的方法。在松糕中分别添加黄原胶、CMC、真菌α-淀粉酶和β-淀粉酶,对松糕的硬度进行分析测定,研究表明,黄原胶、CMC、β-淀粉酶可以有效抑制松糕回生速度,提高松糕品质,保持松糕新鲜度,而α-淀粉酶的添加对改善松糕品质没有效果。α-淀粉酶使部分脱支下的外侧短链和直链淀粉一起参与了支链淀粉的成核,使得起始晶核增多,同时由于部分支链淀粉被脱支,分子间移动的阻力变小,链与链的迁移更加容易,堆积结晶的可能性加大,加快了支链淀粉的回生。 为了发现松糕中淀粉回生的本质、应用Avrami回生动力学模型,研究松糕中淀粉回生动力学,结果发现,原松糕淀粉和含有黄原胶的松糕淀粉的Avrami参数n值小于1,表明淀粉重结晶的成核方式为一次成核,而添加CMC和β-淀粉酶的松糕,Avrami参数n值大于1小于2,说明淀粉重结晶的成核方式为不断成核,从结晶速率常数K来看,添加黄原胶、CMC和β-淀粉酶可以降低松糕淀粉结晶速率常数,其中β-淀粉酶的结晶速率常数最低。综合添加0.2%黄原胶、0.25%CMC和0.03%β-淀粉酶,可以有效的延缓米制松糕淀粉的老化速率。……   
[关键词]:松糕;腐败微生物;淀粉;货架期;模型
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:江南大学2008年