脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌效果及風味品質的影響

唐明禮，王 勃，劉 賀，何余堂，惠麗娟，馬 濤*

（渤海大學化學化工與食品安全學院，渤海大學糧油科學與技術研究所，遼寧 錦州 121013）

脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌效果及風味品質的影響

唐明禮，王 勃，劉 賀，何余堂，惠麗娟，馬 濤*

（渤海大學化學化工與食品安全學院，渤海大學糧油科學與技術研究所，遼寧 錦州 121013）

研究了脈沖強光對煎餅表面霉菌的殺菌效果，利用響應面法優化脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌條件以及電子鼻比較脈沖處理前后煎餅的風味差異。結果表明：脈沖強光可有效殺死煎餅表面的霉菌，脈沖能量500 J、脈沖27 次、脈沖距離10.9 cm的優化條件下，煎餅表面霉菌數量降低可達1.65 個對數值（lgS），將近97.7%的菌體失活。電子鼻不能很好區分脈沖組和對照組間的差異，脈沖強光對煎餅風味影響較小，適用于對煎餅的殺菌。

脈沖強光；煎餅；霉菌；殺菌條件；風味評價

煎餅是中國傳統的谷物發酵食品之一，由五谷雜糧磨成面糊經發酵或不發酵攤烙而成。由于制作煎餅的谷物原料大多保留了籽粒的糊粉層、胚和胚乳等天然成分，故煎餅是全谷物制品，具有較高的營養價值[1-3]。但煎餅在熟制回軟的過程中易受二次污染，造成產品貯藏過程滋生霉菌，縮短產品貨架期，嚴重時可引起各種慢性、急性中毒，甚至具有致癌性[4-5]，影響其食用安全性。因此，有效控制和殺滅煎餅中的霉菌，提高煎餅的衛生質量、保障安全是當務之急。

熱加工在食品加工過程可作為一種有效的方法來殺滅食品中的致病菌及腐敗菌。然而，高溫可能引起營養、感官等方面的不良變化[6]。脈沖強光殺菌技術是美國食品與藥品監督管理局允許使用的一種新型冷殺菌技術，它利用瞬時、高強度、廣波譜來滅活食品或包裝材料中的微生物，在非常短的處理時間內食品中致病菌和腐敗菌的數量顯著減少[7-9]。具有能源消耗少、無有毒化合物殘留、極大靈敏性等優點[10]，脈沖強光在食品中應用廣泛，可用于雞蛋、果汁、火腿和香料等的殺菌[11-14]，但對煎餅卻鮮有報道。

本研究采用脈沖強光殺菌技術，以脈沖能量、脈沖次數和脈沖距離為影響因素，以霉菌數量降低對數值（lgS）為響應值，采用Box-Behnken試驗設計分析優化脈沖強光殺滅霉菌的條件，并結合電子鼻技術對脈沖處理前后煎餅的揮發性成分進行檢測，為延長煎餅的貨架期、提高食用安全性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

煎餅（糙米、大米、大豆為主要原料，產品水分含量小于14%） 本溪寨香生態農業有限公司；孟加拉紅培養基 北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

ZWB-I-01（LA50-800H）脈沖強光殺菌實驗柜 寧波中物光電殺菌技術有限公司；PEN3型電子鼻 德國Airsense公司；GMSX-280手提式壓力蒸汽滅菌器 北京市永光明醫療儀器有限公司；DHP-9082電熱恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋 金壇市鑫鑫試驗儀器廠；AR224CN電子天平 奧豪斯儀器（上海）有限公司；THZ臺式恒溫振蕩器 太倉市實驗設備廠。

1.3 方法

1.3.1 脈沖強光處理

脈沖強光表面殺菌實驗柜由動力單元、惰性氣體燈單元、處理室和自動控制單元組成，工作電壓為2 800 V，脈沖能量為100～500 J，脈沖次數為0～100 次，脈沖距離為10.9～15.4 cm。在無菌條件下，將25.00 g的樣品均勻地放置在無菌的石英板上，通過調整石英板來實現樣品與脈沖氙燈之間的距離變化，根據實驗條件改變操作界面上脈沖能量和脈沖次數，對樣品進行殺菌處理。脈沖強光處理后，處理組和未處理組直接進行霉菌計數。

1.3.2 霉菌數量的測定

表面霉菌數為煎餅表面生長的霉菌數量，采用GB 4789.15—2010《食品衛生微生物學檢驗：霉菌測定》[15]方法計數。

對煎餅采用多點取樣，用無菌剪刀從煎餅不同部位進行割取后準確稱量樣品25.00g，按照1.3.1節方法進行脈沖強光處理，脈沖處理后放入250mL的無菌蒸餾水中并搖勻，制成1∶10的樣品勻液。用無菌槍頭吸取上述樣品勻液1 mL，加入9 mL無菌蒸餾水的試管中，制成1∶100的樣品勻液。按上述操作制備10 倍系列稀釋液，選擇3 個適宜稀釋度的樣品勻液，各取1 mL分別加入無菌培養皿內，加15～20 mL的孟加拉紅培養基，28 ℃培養5 d。同時，分別吸取1mL無菌蒸餾水加入無菌培養平皿內作空白對照。

1.3.3 單因素試驗

選取脈沖能量為100、200、300、400、500 J，脈沖次數為30 次，脈沖距離為11.8 cm，研究脈沖能量對煎餅殺菌效果的影響；選取脈沖次數為15、20、25、30、35 次，脈沖能量為300 J，脈沖距離為11.8 cm，研究脈沖次數對煎餅殺菌效果的影響；選取脈沖距離為10.9、 11.8、12.7、13.6，14.5、15.4 cm，脈沖能量為300 J，脈沖次數為30次，研究脈沖距離對煎餅殺菌效果的影響。

1.3.4 響應面法優化脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌效果的影響

在單因素試驗結果的基礎上，采用Box-Behnken試驗設計方案，以脈沖能量、脈沖次數、脈沖距離為考察變量，以霉菌數量降低對數值為響應值，以1、0、－1分別代表自變量的高、中、低水平，按方程Xi=（Xi－X0）/X對自變量進行編碼（xi為自變量的編碼值，Xi為自變量的真實值，X0為試驗中心點處自變量的真實值，X為自變量的變化步長[16-19]）。因子編碼及各自變量水平見表1。

表1 試驗因素水平及編碼Table1 Codes and levels of factors chosen for the trials

1.3.5 電子鼻檢測煎餅風味參數

將2 g的煎餅經脈沖能量100、200、300、400、500 J處理后，進行電子鼻檢測，參數為清洗時間110 s、測樣時間80 s、樣品間隔1 s、自動調零時間5 s、傳感器室流量300 mL/min、測量樣品流量300 mL/min。打開儀器預熱，連接設備清洗傳感器后進樣。

1.3.6 殺菌效果的計算

微生物的檢測采用平板計數，殺菌效果采用霉菌數量降低對數值（lgS）表示[20-22]。

式中：N0為脈沖前煎餅表面霉菌數/（CFU/g）；N為脈沖后煎餅表面霉菌數/（CFU/g）；lgS為處理前后霉菌總數降低的對數值。

1.4 數據處理

應用SPSS 19.0軟件和Design-Expert 8.0.6軟件進行數據處理。數據分析采用方差分析，多重比較采用差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 脈沖能量、次數和距離對煎餅表面霉菌殺菌效果的影響

由圖1A可知，殺菌效果隨著脈沖能量的增加而增強。煎餅表面霉菌原始數量為1.8×105CFU/g，脈沖能量400 J處理后，數量達6.7×103CFU/g，霉菌的數量可減少1.43 個對數值，經過方差分析，400 J與300、200、100 J處理對霉菌數量降低的對數值差異顯著（P＜0.05），但與500 J處理差異不顯著，根據對霉菌的殺菌效果與滅菌成本，脈沖能量400 J殺菌效果最佳。脈沖強光造成菌體失活是復合作用，180～280nm波長范圍紫外線光化學效應、紅外熱效應使光修復機能失活，以及水分的蒸發對膜結構的破壞等因素共同引起菌體死亡[10′23-24]。不同微生物對脈沖強光的敏感性也不同，Aderson等[25]認為不同微生物對脈沖強光的敏感性為革蘭氏陰性菌＞革蘭氏陽性菌＞真菌的孢子。

由圖1B可以看出，脈沖次數對霉菌殺菌效果影響與脈沖能量的影響有類似的規律，整體趨勢上殺菌效果隨脈沖次數的增加而增強。當脈沖次數30 次時，霉菌數量可減少1.38 個對數值，圖形趨于平緩，且30 次與15、20、25 次處理差異顯著（P＜0.05）。故在30 次可顯著減低食品中霉菌的數量，能夠最大程度抑制霉菌的生長。

如圖1C所示，殺菌效果隨脈沖距離的增加而降低。在脈沖距離12.7、13.6、14.5、15.4 cm間差異顯著（P＜0.05），11.8 cm與10.9 cm、11.8 cm與12.7 cm間差異不顯著，同時考慮儀器本身參數設置，選取11.8 cm為響應面試驗的中心試驗點。

圖1 脈沖能量（A）、脈沖次數（B）、脈沖距離（C）對煎餅表面霉菌殺菌效果的影響Fig.1 Effect of pulsed energy (A)′number (B and distance (C on sterilization of molds on pancakes

2.2 模型建立及顯著性檢驗

利用Design-Expert軟件進行響應面試驗設計并優化得到17組試驗的結果見表2。

表2 響應面試驗設計及其結果Table2 Experimental design and results for response surface analysis

利用Design-Expert軟件對表2中的數據進行多元回歸分析，得到二次回歸方程為：Y=1.54＋0.27X1＋0.091X2－表2列出了該方程對脈沖強光殺滅煎餅表面霉菌數量降低對數值的預測值。對該模型進行方差分析，見表3。模型系數顯著性檢驗，見表4。

表3 脈沖強光對霉菌殺菌效果回歸模型的方差分析結果Table3 Analysis of variance for regression equation of mold sterilization by pulsed lliigghhtt

表4 回歸方程系數顯著性檢驗Table4 Significance test for regression coefficients of mold sterilization by pulsed light on panccaakkeess

由表3可得：F=28.2＞F0.01（9′4）=14.66，P值為0.000 1，表明模型方程極顯著。F失擬=1.39＜F0.05（9′3）= 8.81，失擬項P=0.366 4＞0.05，模型失擬度不顯著。模型調整的校正決定系數（）為0.938 7，說明該模型能解釋93.87%響應值的變化，因此該模型擬合度良好，試驗誤差較小，能有效反應脈沖強光殺菌效果與脈沖能量、脈沖次數、脈沖距離之間的關系，所得方程能對脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌效果進行分析及預測。

從表4可知，如果模型的檢驗項P值小于0.05，該項顯著，反之不顯著。一次項中X1的偏回歸系數極顯著，說明脈沖能量對脈沖強光殺菌效果有極顯著影響（P＜0.01），X2的偏回歸系數顯著，說明脈沖次數對脈沖強光殺菌效果有顯著影響（P＜0.05），X3的偏回歸系數不顯著，說明脈沖距離對脈沖強光殺菌效果的影響不顯著（P＞0.05）。交互項X1X2、X1X3和X2X3的P值大于0.05，對殺菌效果影響不顯著。二次項X12和X22的偏回歸系數極顯著（P＜0.01），X32的偏回歸系數顯著（P＜0.05）。綜上分析得知，各個因素對響應值的影響程度為X1（脈沖能量）＞X2（脈沖次數）＞X3（脈沖距離）。

2.3 脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌效果的響應面分析

模型的響應面及等高線見圖2～4。以霉菌數量降低1.5個對數值左右為標準來優化脈沖強光的殺菌條件。

圖2 脈沖能量和脈沖次數交互作用對煎餅表面霉菌數量降低對數值影響的響應面和等高線圖Fig.2 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed energy number and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

圖3 脈沖能量和脈沖距離交互作用對煎餅表面霉菌數量降低對數值影響的響應面和等高線圖Fig.3 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed energy distance and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

圖4 脈沖次數和脈沖距離交互作用對煎餅表面霉菌數量降低對數值影響的響應面和等高線圖Fig.4 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed number distance and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

在固定脈沖距離11.8 cm條件下，不同脈沖能量和次數對霉菌殺菌效果的影響見圖2，在脈沖次數20～30 次，脈沖能量300～435 J的等高線中可以看到，固定脈沖次數，脈沖能量對霉菌殺菌效果隨能量的增加而增加。在固定脈沖次數25 次條件下，不同脈沖能量和距離對霉菌殺菌效果的影響見圖3，脈沖能量438～445 J、脈沖距離10.9～11.5 cm，霉菌數量降低的對數值隨著脈沖距離的增加而增加，在11.6～12.7 cm具有相反的趨勢。在固定脈沖能量400J條件下，脈沖距離和次數對霉菌殺菌效果的影響見圖4，脈沖次數20～26次、脈沖距離10.9～11.6cm，霉菌數量降低的對數值隨脈沖次數的增加而增加。利用Design-Expert軟件可得出最佳條件參數為脈沖能量426.7 J、脈沖次數26.33 次、脈沖距離11.56 cm，脈沖強光對煎餅表面霉菌數量減少1.6 個對數值。根據脈沖強光的設備要求以及殺菌效果，將最佳殺菌條件調整為脈沖能量500J、脈沖次數27次、脈沖距離10.9 cm。為驗證試驗結果，用得到的最佳條件重復實驗3次并取平均值，霉菌數量減少1.65 個對數值，與預測值基本一致，說明該方程與實際情況擬合的較好，充分驗證了模型的正確性，說明響應面法適用于脈沖強光對煎餅殺菌條件的回歸分析和參數優化。

2.4 脈沖前后電子鼻對煎餅的風味評價

2.4.1 電子鼻檢測數據的負荷加載分析

通過電子鼻測定煎餅脈沖前后風味變化，可得到圖5所示的電子鼻10 個傳感器S1（W1C對芳香成分靈敏）、S2（W5S對氮氧化合物靈敏）、S3（W3C對氨類靈敏）、S4（W6S對氫氣靈敏）、S5（W5C對烷烴、芳香成分靈敏）、S6（W1S對甲烷靈敏）、S7（W1W對無機硫化合物靈敏）、S8（W2S對乙醇靈敏）、S9（W2W對有機硫化合物靈敏）和S10（W3S對烷烴靈敏）分別對樣品的主成分分析（principal component analysis，PCA）貢獻率。S6和S8傳感器對第1主成分區分貢獻率最大，是第1主成分的特征信號；S2傳感器對第2主成分區分貢獻率最大。綜上W1S和W2S對煎餅整體風味具有主要貢獻。

圖5 電子鼻10 種傳感器負荷加載分析Fig.5 Loading analysis of ten sensors of electric nose

2.4.2 電子鼻檢測數據的PCA

圖6為電子鼻獲得的數據對脈沖前后煎餅的PCA，其主成分1（PC1，94.65%）和主成分2（PC2，4.70%）的累積方差貢獻率為99.35%，說明PC1和PC2包含很大的信息量，基本能夠反映樣品的信息特征。從圖6可看出，不同處理件均有重疊部分且分布在相同的位置，電子鼻不能對各樣品很容易區分，說明脈沖強光處理組和對照組風味差別不是很大。

圖6 煎餅風味PCA圖PCAFig.6 PCA analysis of pancake flavor

3 結 論

利用響應面法建立了脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌實驗的二次多項數學模型，經檢驗該模型合理有效，可用于實際預測。并得出影響殺菌效果顯著性順序依次為脈沖能量＞脈沖次數＞脈沖距離，脈沖強光對煎餅表面霉菌殺菌的優化條件為脈沖能量500 J、脈沖次數27 次、脈沖距離10.9 cm，在此條件下，霉菌數量可減少1.65個對數值，煎餅的貨架期一般為1.5 個月，夏季更短，經脈沖強光處理后煎餅貨架期可達3 個月，并能在保質期內保持穩定。煎餅能在保質期內保持穩定。電子鼻不能較好區分脈沖組和對照組間揮發性成分差異，脈沖強光對煎餅風味影響較小，適用于對煎餅的殺菌。

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Sterilization of Molds on Pancake Surface by Pulsed Light and Its Effect of Pancake Flavor Quality

TANG Mingli WANG Bo LIU He HE Yutang HUI Lijuan MA Tao*
(Grain and Oil Science and Technology Institute of Bohai University College of Chemistry Chemical Engineering and Food Safety Bohai University Jinzhou 121013′China)

The current study was conducted to evaluate the efficacy of pulsed light (PL treatment for inactivating molds on pancakes The experimental conditions were optimized by response surface methodology and the flavor of pancake was compared before and after the treatment using an electronic nose The molds on pancakes was effectively killed by using pulsed light The mold count was reduced by 1.65 (lgS) and approximately 97.7% of the molds were inactivated when 27 pulses were continuously carried out with an energy level of 500 J at a distance of 10.9 cm Electronic nose was not able to distinguish between the experimental and control groups very well indicating that pulsed light had little influence on the flavor of pancake and was suitable for pancake sterilization.

pulsed light pancake mold sterilization conditions flavor evaluation

TS201

A

1002-6630（2015）06-0220-06

10.7506/spkx1002-6630-201506042

2014-05-14

唐明禮（1988—），男，碩士研究生，研究方向為農產品加工與貯藏。E-mail：707334794@qq.com

*通信作者：馬濤（1962—），男，教授，博士，研究方向為糧油與植物蛋白工程。E-mail：1040732408@qq.com