基于质构评价的糖醋白姜贮藏时间预测

杨剑婷，王孙焰，胡金朋，翟立公，刘 颜

（安徽科技学院食品工程学院，安徽滁州 233100）

姜（Zingiber officinaleRosc）亦称生姜，为姜科、姜属的多年生草本植物的根茎，适宜在温暖、湿润的地区生长，是我国传统的调味品，也是世界上应用广泛的香辛类蔬菜[1]。生姜具有良好的抗氧化、抑菌、降血糖、降血脂、预防心脑血管疾病、抗疲劳、改善肥胖、抗肿瘤、抗大脑缺血等功能[2]。白姜是生姜家族中最适合深加工的品种之一，其中以铜陵白姜尤为典型。铜陵白姜是安徽省著名的地方特色产品，因其“块大皮薄，汁多渣少，肉质细嫩、香味浓郁”而被历代列为朝廷贡品[3]，白姜最适宜糖醋或干煸，是当地逢年过节传统的待客小食。糖醋生姜的抗氧化活性更强，还具有改善睡眠、减肥、护胃养肝、治疗感冒等功效[4]，作为铜陵白姜的传统加工产品之一，糖醋白姜酸甜适口，质地脆嫩且具有一定的咀嚼感，咀嚼无渣，这种良好的质地是铜陵白姜有别于其他生姜的重要特性[5]。

糖醋类腌菜一般以食糖和食醋为腌制液，将生鲜原料直接浸渍或经烫漂后浸渍而成，可即食，也可腌制一段时间再食用[6]，糖醋等调味品进入蔬菜组织，同时伴随着微弱的生物发酵，形成独特的质地和风味，并维持产品一定的保质期[7]。按铜陵传统的生产方式，糖醋白姜腌制液中的食盐在一定程度上抑制了微生物的生命活动，白糖和食醋提高了白姜的贮藏性能，添加钙有助于保持白姜的脆度，因没有经过热杀菌，糖醋白姜的市场销售时间较短。贮藏期间，糖醋白姜质地的可接受度最先下降，然后失去特有的脆嫩性，从而失去商品价值。关于糖醋白姜在市场流通过程中发生的品质变化方面研究比较缺乏，为确保糖醋白姜在运输和销售期间良好的质地，必须明确其质地的变化规律。

利用食品的一个或者多个品质指标的动态模型预测食品的保质期在近年来取得了较好的成果，食品的品质变化可由其内在指标反映，该指标受到外在环境因素的影响，在这二者之间可以通过动态的观测得到品质衰变的动力学方程，从而进行终端品质的预测[8-9]。通过不同贮藏温度下腌制蔬菜[10]、盐渍榨菜[11]脆度的变化发现，随着贮藏时间的延长或环境的改变，产品的脆度逐渐下降，直至完全变软失去脆性，但不足以支持产品的全部质构品质，可应用质构仪测定的多项指标综合评价[12]。脆度、硬度、弹性等均是判断食品在口腔咀嚼过程中的质地特性，脆度表示探头下压姜片的过程中，硬度出现之前的较小力度峰值，最大力度峰值就是姜片的硬度，反映的是白姜对牙齿切断的抵抗，弹性表示两次切断时间的比值[13]，由脆度、硬度、弹性的乘积得到咀嚼指数，可以更综合、全面地衡量糖醋白姜的品质变化。

本研究设置不同的贮藏温度，通过感官评价和质构指标测定，分析糖醋白姜的质地变化，建立糖醋白姜品质变化的动力学模型，预测其贮藏时间，为糖醋白姜的品质控制提供指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

铜陵白姜 由铜陵富饶绿园有限责任公司提供；氯化钙 食品级，廊坊亚太龙兴化工有限公司；食用盐 中国盐业总公司；白米醋 海天集团股份有限公司；白砂糖 太古糖业（中国）有限公司。

CT3 质构分析仪 美国Brookfield 公司；GSP-9080MBE 隔水式恒温培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 糖醋白姜的制作 选择颜色、大小、气味合适、无腐坏变质的鲜嫩铜陵白姜，去皮后清洗干净，切成2～3 mm 厚的薄片，按姜重量的6%加入食用盐，搅拌均匀后腌制12 h，中间翻拌一次，腌制结束后将白姜沥干水分，于50～60 ℃将白姜烘至水分含量70%左右，装入灭菌后的玻璃罐中。配制腌制液，白砂糖与白米醋按质量比1:1 混合，再加入0.02%的氯化钙，搅拌均匀后，按姜液质量比1:1.2 的比例，倒入装有白姜的罐中，将白姜全部浸没在腌制液中，螺旋金属冠盖封口，室温腌制5 d，即得所需的样品，贮藏备用。

1.2.2 加速试验 将腌制好的白姜分别放置于25、35、45、55 ℃的温度中，每个温度设置相同的3 组样品，每组含100 g 大小、厚度基本均匀的姜片，测定感官评分和咀嚼指数，0～15 d 每3 d 测定一次，15～25 d 每2 d 测定一次，测定结果取平均值。

1.2.3 感官评价方法 感官评价小组由12 名年龄在18～30 岁之间（男女各占一半），具备一定的食品专业知识及经过食品感官评价培训的成员组成。评价小组所有成员对在不同温度（分别为25、35、45、55 ℃）下贮藏的糖醋白姜进行感官评价，感官指标主要包括质地、色泽、形态、气味、滋味，分别将各项指标得分相加，即得到综合感官评分。感官品质评分标准采用百分权重制，若综合评分低于60 分即认为样品到达商品期限[14]，该时间即为糖醋白姜的贮藏期。评定项目和评分标准见表1。

表1 糖醋白姜的感官品质评分标准Table 1 Sensory evaluation standard of sweet and sour white ginger

1.2.4 质构指标的测定 CT3 质构分析仪，TA44 探头，测前速度2 mm/s，测试速度3 mm/s，返回速度3 mm/s，样品变形0.8%，触发点负载5 g，循环次数2 次，数据采集速度100 pps。对不同温度下贮藏的糖醋白姜测定脆度、硬度、弹性。每组样品随机选取3 个姜片，在同一姜片上均匀选取3 个接触点测试，结果取平均值。根据脆度、硬度和弹性计算咀嚼指数[15]，计算如式（1）所示。

糖醋白姜在不同温度贮藏一段时间至感官评价得分降至60 分时，计算其平均咀嚼指数即为其达到质地品质终点的数值。

1.3 数据处理

每个指标平行测定三次，取平均值，结果用平均值±标准差表示。使用SPSS20.0 对数据进行差异与显著性分析，P＜0.05 表示显著差异。

2 结果与分析

2.1 不同贮藏温度下感官评价和咀嚼指数变化

糖醋白姜的总体感官评分随着贮藏时间的延长逐渐下降（图1）。在贮藏初期，糖醋液逐渐渗透到白姜组织中，并伴随着一定程度的乳酸发酵[16]，糖醋白姜的风味逐渐增强；在贮藏0～9 d 内，颜色逐渐变深，呈现出诱人的色泽，但之后颜色继续变深且光泽度降低，可接受度开始下降。对于白姜，质地是构成其品质的重要因素，在贮藏过程中糖醋白姜的脆嫩度下降，咀嚼中的韧劲感提高，糖醋类蔬菜特有的脆嫩感降低。因而使得白姜在牙齿切断中变得困难，需要多次咀嚼才便于下咽。这种变化受贮藏温度的影响，温度越高，咀嚼的脆嫩感降低得越快。

图1 不同贮藏温度下糖醋白姜的感官评分Fig.1 Sensory evaluation of sweet and sour white gingers at different storage temperatures

糖醋白姜的质构指标结果如表2 所示，在贮藏0～12 d，测定中表现出明显的两次断裂，即产品具有较好的脆度和硬度；之后随着贮藏时间的延长，质构仪测定的脆性减小。整个贮藏期中，白姜的脆度减小，而硬度和弹性增大。这是由于糖醋液中的糖和醋酸渗透到白姜组织中，提高了产品的渗透压[17]，白姜细胞中水分流失，细胞内膨压就减小，细胞壁变得柔软，对应力做出反应的弹性就越大[18]，李晓等[19]的研究也认为复合腌制剂在维持腌渍生姜的弹性和咀嚼度上起到了一定的作用。白姜在口腔中的咀嚼品质是综合的，为了更好地表达其脆嫩性，将脆性、弹性和咀嚼性综合起来，应用咀嚼指数来进行评价[20]。根据表3 结果，糖醋白姜在贮藏期内，咀嚼指数下降，相同贮藏时间，温度在55 ℃时，感官评分和咀嚼指数均为最低；而温度在25 ℃时，评分和咀嚼指数均为最高。温度越高，其感官评分和咀嚼指数下降越大。

表2 不同贮藏温度糖醋白姜的脆度、硬度和弹性Table 2 Brittleness,hardness and elasticity of sweet and sour white gingers at different temperatures

表3 不同贮藏温度糖醋白姜在贮藏期间的咀嚼指数Table 3 Mastication indices of sweet and sour white gingers at different storage temperatures

根据糖醋白姜的感官评分标准，当其评分为60 分时，在25 ℃时贮藏了23 d，此时测得咀嚼指数为100.5；在35 ℃时贮藏了19 d，此时测得咀嚼指数为99.9；在45 ℃时贮藏15 d，此时测得咀嚼指数为101.7；在55 ℃时贮藏了12 d，此时测得咀嚼指数为101.5。

综上可得，糖醋白姜在不同温度下贮藏至感官评价得分降至60 分时，其平均咀嚼指数为100.9，则认为不同贮藏温度下糖醋生姜的咀嚼指数低于100.9 时为不可接受值。温度越高，食品的储存时间越短，在糖醋腌制过程中，一方面由于白姜内酶的活性，果胶、纤维素等物质降解，导致质地变软，另一方面，微生物生长活跃，也会促进白姜风味和质地变化[21-22]。假设样品菌落总数测得目标值时，往往样品已经腐败至无法观察以及无法对其质构进行测试[23]，故可以运用质构分析，对糖醋白姜的品质变化进行预测。

2.2 糖醋白姜咀嚼指数变化的动力学分析

对糖醋白姜等腌制菜来说，保持其脆嫩的口感是判断其品质的重要因素。糖醋白姜的贮藏温度越高，感官评分和咀嚼指数的变化越剧烈，可知白姜质地的变化与温度相关，可对贮藏过程中的糖醋白姜的咀嚼指数变化进行回归分析。大多数与食品质量相关的品质变化遵循零级动力学模型和一级动力学模型，其中一级动力学模型应用更广泛[24]。分别将4 个不同贮藏温度下的糖醋白姜咀嚼指数变化用零级和一级动力学模型进行拟合，x 表示贮藏时间，y 表示咀嚼指数，结果如表4 所示。

表4 不同贮藏温度下糖醋白姜咀嚼指数动力学模型Table 4 Kinetic models for mastication indices of sweet and sour white gingers at different temperatures

4 个温度条件下，零级和一级化学反应动力学模型的拟合系数均大于0.95，说明有较好的拟合度[25]，但综合分析一级化学反应动力学模型的回归系数均比零级的拟合度高，故本研究采用一级化学反应动力学模型来描述糖醋白姜贮藏过程中咀嚼指数的变化规律，回归方程见式（2）。

式中：C 为贮藏t天时的咀嚼指数；C0为初始咀嚼指数值；Kt为反应速率常数；t为贮藏时间，d。据此得到糖醋白姜的咀嚼指数变化动力学模型参数见表5。

表5 不同贮藏温度下糖醋白姜咀嚼指数变化动力学模型参数Table 5 Parameters of kinetic models for mastication indices of sweet and sour white gingers at different temperatures

2.3 反应速率常数分析

糖醋白姜咀嚼指数的速率常数Kt是一个关于温度的函数，可以利用Arrhenius 方程来计算温度与Kt的关系，得到的结果如公式如式（3）。

式中：K0为回归系数；Ea 为活化能，J/mol；R为气体常数，R=8.314 J/mol；T 为开氏温度，K。

式（3）两边取对数，可得：

Kt取对数对1/T 作图可得到良好的线性关系（R2=0.9951），如图2 所示。

图2 糖醋白姜咀嚼指数变化的Arrhenius 曲线Fig.2 Arrhenius curve for mastication indices of sweet and sour white gingers

由此可得其Arrhenius 方程为公式（5）。

结合式（4）和式（5），通过直线的斜率可以计算出其反应的活化能Ea 为18314.2122 J/mol，通过截距计算出回归系数K0为17.8499，代入式（3）可得糖醋白姜咀嚼指数变化的Arrhenius 方程（6），可用于对不同贮藏温度下的糖醋白姜的贮藏时间在理论上的预测。

2.4 糖醋白姜贮藏时间的预测模型

根据式（2）和式（3）可推出糖醋白姜在不同贮藏温度下的贮藏时间预测模型如公式（7）所示。

式中：t为贮藏时间，d；C0为初始咀嚼指数值；C 为贮藏t 天时的咀嚼指数；K0为回归系数；T 为贮藏温度，K。

本试验采用糖醋白姜的咀嚼指数作为指标，建立糖醋白姜贮藏时间的动力学模型，根据感官评价为60 分时不同贮藏温度条件下的平均咀嚼指数100.9 作为其贮藏时间终点的数值，则将咀嚼指数低于100.9 时的贮藏时间视为糖醋白姜的贮藏时间预测值。代入式（7）计算不同贮藏温度下糖醋白姜质地指标和感官评价的贮藏时间，结果见表6。

表6 不同贮藏温度下糖醋白姜各指标的贮藏时间Table 6 Storage life of sweet and sour white gingers using some indices at different temperatures

将咀嚼指数得到的贮藏时间建立预测模型见图3。

图3 糖醋白姜贮藏时间预测模型Fig.3 Prediction model of storage life for sweet and sour white gingers

由图3 可知，糖醋白姜贮藏时间预测模型的一级动力学模型回归方程为：

式中：y 为糖醋白姜的预测贮藏时间，d；x 为糖醋白姜贮藏温度，℃。

2.5 验证试验结果

将糖醋白姜贮藏在25、35、45、55 ℃的恒温条件下，以咀嚼指数预测其贮藏时间，比较糖醋白姜贮藏时间观察值和贮藏时间预测模型计算得到的预测值以及两者的相对误差，结果如表7。

表7 不同贮藏温度下糖醋白姜贮藏时间的预测值、实测值Table 7 Predicted and observed storage life of sweet and sour white gingers at different temperatures

糖醋白姜的贮藏时间预测值与实测值之间的相对误差均小于±6%，准确性较高，可以采用本研究所建立的糖醋白姜贮藏时间模型，通过测定咀嚼指数来预测糖醋白姜在不同贮藏温度条件下的贮藏时间。

3 结论

糖醋白姜的感官评价评分和咀嚼指数随着贮藏时间的延长而降低，贮藏温度越高，二者的变化速率越快。确定了糖醋白姜在不同温度贮藏至感官评分60 分时的平均咀嚼指数100.9 为咀嚼指数的贮藏临界值。根据不同贮藏温度下糖醋白姜的咀嚼指数，明确了白姜质构随时间的变化符合一级化学反应动力学方程，所得Arrhenius 方程的拟合系数R2均大于0.99，具有极高的拟合精度。验证了所建立糖醋白姜贮藏时间预测模型为y=41.694e-0.024x，在25、35、45、55 ℃不同温度下贮藏糖醋白姜，预测时间和实测时间相对误差均小于 6%，具有较高的准确性。本研究的模型可针对铜陵当地加工方式制备的糖醋白姜，较准确地预测贮藏时间，为铜陵白姜加工的品质控制提供理论指导。