食品的配方和儲存條件對其貨架期內(nèi)的水分活度及其變化有很大的影響。本研究的目的是研究食品成分和儲存條件對烘焙產(chǎn)品的抗凍性和霉菌增殖(生長速率)的影響。首先,利用AwDesigner軟件結(jié)合烘焙過程中的汽化,研究了食品配方對水分活度的影響。其次,我們模擬了儲存條件(相對濕度、溫度、時間)和包裝材料的透水性對烘焙產(chǎn)品水分活度變化的影響。研究了9種不同的包裝材料、不同的溫度條件(10-40℃)和不同的相對濕度(40-85%)。包裝材料的透水性和水分活度的變化很大程度上受儲存條件的影響(溫度和相對濕度)。研究了儲存條件對質(zhì)構(gòu)性能的影響。研究了水分活度對黃曲霉、枝孢菌、根瘤菌、產(chǎn)黃青霉、Wallemia sebi等5種霉菌生長發(fā)育的影響。用甘油調(diào)節(jié)馬鈴薯葡萄糖瓊脂得到不同的水分活度。此外,在溫度10-40℃范圍內(nèi)進(jìn)行了研究。真菌的發(fā)育表現(xiàn)為兩個參數(shù):生長速率和滯后時間。采用了Rosso模型(1993)描述了溫度和水分活度對生長速率的影響。該模型可以用來評估水分活度(awmin、awopt和awmax)和溫度的影響。這些模型可以綜合配方、烘烤、包裝透氣性和環(huán)境儲存條件來預(yù)測產(chǎn)品的貨架期。
介紹
食品貨架期直接受水分活度的影響。貨架期可以通過微生物或感官指標(biāo)來確定。在它的生命周期內(nèi),水分在烘焙產(chǎn)品和周圍空氣之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。物理性質(zhì)可能會改變。初,我們確定了儲存條件(溫度、濕度和包裝包裝類型)對產(chǎn)品水分活度變化的影響。然后我們通過評估臨界感官水分活度值來模擬感官貨架期。我們還模擬了水分活度對霉菌發(fā)育的影響。
材料和方法
烘焙產(chǎn)品的成分
我們所研究的蛋糕成分為:面粉(29%)、菜籽油(18%)、蔗糖(24%)、全蛋(18%)、山梨醇(3%)、水(6%)、葡萄糖糖漿DE60(2.1%)、鹽(0.5%)和發(fā)酵酵母(0.4%)。蛋糕在烘焙爐中,在180℃的溫度下,用25g蛋糕模具烹制11分鐘。烘焙好的蛋糕在測量水分活度前粉碎。
在水分活度0.113~0.900 aw范圍內(nèi),測量了蛋糕的水分吸附等溫線。然后用Ferro-Fontan模型擬合了曲線,具體參數(shù)為α=1.0882;β=0.07627;C=-1.0983(Chirife et al. 1980)。用公式2評估模型的準(zhǔn)確性為6.1%。
包裝材料的透濕性
本工作中研究了9種不同包裝材料,大多數(shù)包裝材料是生物可降解聚丙烯添加不同的材料(PVDC,EVOH,鋁箔)。公式2中表示的是材料透水量K是水通過材料的通量(dm/dt),水分活度,以及材料的面積(A)
(2)
模型的準(zhǔn)確性用RMS表示:
(3)
質(zhì)構(gòu)測量
不同條件下儲存的蛋糕的質(zhì)構(gòu)特性用TAXT2來測量(速度:1mm/s,2.5mm直徑筒)
霉菌生長模擬
研究了水分活度對5種霉菌生長的影響:Aspergillus flavus, Cladosporium cladosporoïdes, Eurotium herbariorum, Penicillium chrysogenum和Wallemia sebi。用甘油調(diào)節(jié)葡萄糖糖漿的水分活度得到不同水分活度(0.78~0.998 aw)。另外,溫度范圍為10~40℃。溫度和水分活度對生長的影響可以用Rosso模型描述(Sautour et al. 2001,式4)。
結(jié)果與討論
模擬包裝滲透性對霉菌生長的影響
評估包裝滲透性的影響是在38℃和90%的相對濕度下進(jìn)行的。在工業(yè)中,這個條件并沒有用,因?yàn)槌R?guī)的產(chǎn)品儲存是在15~22℃條件。
(5)
研究了不同溫度和相對濕度條件下包裝材料的滲透性。結(jié)果顯示,包裝材料的滲透性受溫度和通過材料的相對濕度影響。公式5顯示了溫度對材料的滲透性影響。KF是供應(yīng)商提供的滲透系數(shù)。系數(shù)1.9通過實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷臄M合得到。由于在溫度8℃時的透濕濕性很低,RMS為59%。在40℃時,RMS為19.8%,20℃時為27.7%。
貨架期內(nèi)蛋糕水分活度的變化
在儲存期間,蛋糕水分活度和水分含量的變化見下圖1的水分吸附等溫線。
圖1 不同溫度下的水分吸附等溫線(?8℃、○20℃、●40℃)
公式6是蛋糕在儲存期間水分含量的變化。該公式從公式1得到,其中Xi是初始水分含量,Xt是在時間t時的水分含量,其中考慮了儲存條件。通過公式5和吸附等溫線(式1),可以得到儲存期間水分活度的變化。我們在Matlab上開發(fā)了一套程序來模擬蛋糕貨架期內(nèi)水分活度的變化。
(6)
水分活度對質(zhì)構(gòu)的影響
圖2反映了水分活度對蛋糕質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響。感官分析顯示臨界質(zhì)構(gòu)是1000 g/mm,臨界水分活度是0.71 aw。在這個值以下,蛋糕沒有那么柔軟。通過對水分活度變化的模擬,我們可以得到這個水分活度的儲存時間。
圖2 水分活度變化對蛋糕質(zhì)構(gòu)屬性的影響
霉菌生長的模擬
為了確定水分活度對微生物貨架期的影響,我們使用Zwietering(Zwietering et al 1991)和Rosso(Sautour et al 2001)模型研究了五種霉菌的生長情況。這項(xiàng)工作確定了溫度和水分活度的基本值。圖3顯示了溫度和水分活度對霉菌外觀變化時間的影響。糕點(diǎn)產(chǎn)品的微生物貨架期一般認(rèn)為是產(chǎn)品表面出現(xiàn)霉菌的時間。研究結(jié)果表明,食品微生物貨架期受水分活度和儲存溫度的影響較大。
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圖3 霉菌外觀變化時間受水分活度和溫度影響
結(jié)論
烘焙產(chǎn)品的貨架期取決于兩個主要因素:霉菌的生長和質(zhì)構(gòu)特性。我們可以評估這兩個因素中的其中任何一個。
為了保證食品的安全性和感官特性,企業(yè)必須找到中間水分活度數(shù)值并保持在一個穩(wěn)定值??茖W(xué)的配方和適用多種成分(如多元醇)具有很強(qiáng)的抑制水分活度的能力,是降低水分活度和霉菌生長的一個很好的途徑。使用低透水性的包裝是延長烘焙產(chǎn)品貨架期的一個解決方案,可以通過模擬水分活度的變化來決定選用何種包裝材料和儲存條件。
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