山葵醬的制備及貨架期預測研究

張勇，盧云浩，何強

(四川大學 輕工科學與工程學院，成都 610065)

山葵(WasabijaponicaMatsum.)，又名山崳菜，系十字花科山崳菜屬多年生草本植物[1]，是一種珍貴的藥食同源植物，近年來在我國的產量逐年增加，得到廣泛關注。山葵植株中，以根莖的經濟價值最高，其營養物質多樣，并且含有豐富的硫代葡萄糖苷。硫代葡萄糖苷是一種含硫的親水性次級代謝產物，在植物中通常以鉀鹽的形式作為陰離子存在。組織破碎后在黑芥子酶的作用下易水解生成異硫氰酸酯，賦予了山葵殺蟲抗菌、抗氧化和抗癌等多重藥理功效兼獨特濃烈的辛辣風味[2-5]，使得山葵在日本料理、生食海鮮等方面得到廣泛的應用。但目前山葵根莖普遍以“現磨即食”的方式銷售，存在原料受限、食用不便、價格昂貴、推廣范圍窄等問題[6]；而市面上的芥末醬則主要以具有類似辛辣風味的廉價植物辣根或芥菜籽替代，風味不夠純正、協調；此外，山葵植株中根莖價格昂貴，若僅以全根莖作為原料制備調味醬難以迎合所有消費者的需求。另外，異硫氰酸酯具有廣譜抑菌性，使得山葵自身具有一定的殺菌能力，但異硫氰酸酯不穩定，其抑菌效果受pH、溫度等多種因素影響，導致山葵醬產品自身防腐效果受加工條件影響較大[7,8]。因此，本文以山葵根莖或葉柄作為原料，針對山葵的品質特性制得了具有良好風味且可滿足不同消費階層的山葵醬；著重探討了山葵醬在不同貯藏條件下的品質特性變化，運用Arrhenius方程預測山葵醬以菌落總數為指標的貨架期，進而指導并制備出品質優良的山葵醬產品。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮山葵：購自四川某農業科技有限公司；烯丙基異硫氰酸酯(AITC)：純度≥98%：購自Matrix Scientific公司；添加劑：均為食品級，購自河南千志商貿有限公司；培養基：購自北京奧博星生物技術有限責任公司；其他試劑：均為分析純，購自成都科龍試劑廠。

1.2 儀器設備

AISITE型高速粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；CM-5型分光測色儀 Konica Minolta投資有限公司；SPD-M20A型高效液相色譜儀 日本島津公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 山葵醬的制備

工藝流程：山葵根莖或/和葉柄→選料→清洗→去皮→磨醬(轉速24000 r/min，時間3 min)→調料→均質→裝袋(20 g/袋)→封口(真空時間10 s，封口時間2 s)→殺菌→抽檢→成品貯存。

本實驗依據相關添加劑的使用標準，以模糊綜合評判數學模型為指標[9]，得出常溫醬的配方：根莖與葉柄比例1∶1，大豆油3%、白醋2%、白砂糖1%、淀粉3%、食鹽1.5%、味精0.4%、檸檬酸0.2%、羧甲基纖維素鈉(CMC)0.2%、芥末香精0.1%、檸檬黃0.009%、亮藍0.001%。低溫醬的配方：以全根莖為原料，大豆油3%、白醋2%、山梨糖醇2%、淀粉3%、食鹽1.5%、味精0.4%、檸檬酸0.2%(以根莖或/和葉柄的質量百分比計)。

1.3.2 山葵醬的品質特性研究

1.3.2.1 加工工藝對山葵醬色澤的影響

將1.3.1工藝步驟制備的山葵醬隨機平均分組，分別考察熱處理溫度、抗氧化劑及貯存溫度對山葵醬顏色的影響。其中4組分別置于70，80，90，100 ℃水浴中滅菌30 min后迅速冷卻至室溫，以不進行熱處理的樣品作為對照組；其中2組分別添加0.075‰(W/W)乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)和添加0.2%(W/W)抗壞血酸后置于室溫(22±2) ℃條件下避光貯存，以不添加抗氧化劑的樣品作為對照組；其中4組分別置于-18 ℃，4 ℃，室溫(22±2) ℃，37 ℃條件下避光貯存。

山葵醬色澤以CIE-Lab(即L*、a*、b*色空間)色空間系統表達。色差ΔE*表示顏色變化的程度，其值越大，越容易被肉眼識別[10,11]。ΔE*由下列方程式確定：

1.3.2.2 貯存溫度對山葵醬異硫氰酸酯的影響

山葵中烯丙基異硫氰酸酯(AITC)含量最為豐富，可占總異硫氰酸酯含量的80%～90%[12,13]。因此本文以AITC作為標準品評價山葵醬中異硫氰酸酯的含量。準確稱取15.0 g不同貯存溫度下的山葵醬，加入0.03 g的抗壞血酸，在料液比1∶20 (g/mL，二氯甲烷∶水為1∶2)，40 ℃的條件下水解2 h后過濾，濾渣用二氯甲烷淋洗數次，濾液部分用二氯甲烷萃取4次，合并二氯甲烷，濃縮至干，然后用50%丙酮溶液定容至10 mL，再過0.22 μm濾膜，濾液供HPLC測定。將樣品測得的峰面積代入標準曲線得出山葵醬異硫氰酸酯的含量[14]。

1.3.3 常溫醬的品質特性研究

1.3.3.1 加工工藝對常溫醬菌落總數的影響

菌落總數計數依據GB 4789.2-2010《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》進行測定。將按1.3.1工藝步驟制備的常溫醬隨機平均分組，分別考察防腐劑、熱處理溫度及熱處理時間對常溫醬菌落總數的影響。其中3組分別添加0.025%(W/W)、0.05%(W/W)或0.1%(W/W)山梨酸鉀，以不添加防腐劑的產品作為對照；其中4組分別置于70，80，90，100 ℃水浴中滅菌30 min后迅速冷卻至室溫，以不進行熱處理的樣品作為對照組；另外，取4組固定熱處理溫度為90 ℃，熱處理時間分別為10，20，30，40 min，以不進行熱處理的產品作為對照組。所有樣品均置于37 ℃恒溫培養箱中進行加速試驗，定期測定產品的菌落總數。

1.3.3.2 常溫醬防腐殺菌的正交試驗

表1 常溫醬殺菌工藝正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of sterilization technology orthogonal test for room-temperature sauce

在單因素試驗的基礎上，采用三因素三水平正交試驗設計，試驗因素水平見表1。以菌落總數和感官評價結果做指標，優化常溫醬的殺菌工藝。

1.3.4 貯藏期內山葵醬菌落總數測定

將按1.3.1工藝步驟制備的常溫醬和低溫醬隨機分組，低溫醬分別置于-18，4，22，37 ℃條件下避光貯存；常溫醬分別置于4，22，37 ℃條件下避光貯存。定期測定產品的菌落總數，每個樣品做3次平行試驗，取其平均值。

1.3.5 貨架期預測模型

山葵醬菌落總數符合Arrhenius動力學方程[15]，將動力學公式K=K0e-Ea/RT進行對數處理后得到ln K=ln K0-Ea/RT，可得知ln K與1/T具有線性關系，通過設定3個不同的溫度，利用3個不同的K值擬合一條直線，計算Ea和K0并將其代入到動力學公式K=K0e-Ea/RT和B=B0eKt中，從而預測樣品的貨架期。參照DB51/T 394-2006，本文選擇山葵醬菌落總數的試驗終點為30000 CFU/g。

2 結果與討論

2.1 山葵醬品質特性研究結果

在山葵醬的生產過程中，產品一般會進行加熱處理，并添加抗氧化劑，同時，貯存溫度也是影響山葵醬品質的重要因素。因此，本實驗探究了熱處理溫度、抗氧化劑和貯存溫度對山葵醬色澤以及貯存溫度對異硫氰酸酯含量的影響，結果見圖1。

圖1 山葵醬品質特性在不同條件下的變化Fig.1 Changes of quality characteristics of wasabi sauce under different conditions

注：A為熱處理溫度對山葵醬色澤的影響；B為抗氧化劑對山葵醬色澤的影響，室溫條件；C為貯存溫度對山葵醬色澤的影響；D為熱處理溫度對山葵醬異硫氰酸酯含量的影響。

由圖1中A可知，經過不同溫度處理30 min后，山葵醬色差值△E*整體上隨著處理溫度的升高而逐漸增大，即色澤越來越深[16]。由圖1中B可知，添加抗壞血酸或EDTA-2Na的樣品和不經抗氧化劑處理的對照組樣品在放置過程中△E*值都隨著時間的延長逐漸增大，并且在貯藏前期(15 d之前)樣品的△E*值快速上升至約13.0～15.0，表明在貯藏初期醬體色澤會迅速變深。由圖1中C可知，在整個儲藏過程中，37 ℃和室溫環境下樣品的總色度差△E*變化較大，并且同樣在貯藏前期(15 d之前)樣品的色澤劣變迅速；而在-18 ℃條件下，樣品在貯存期內色澤變化程度非常小，儲藏30 d總色差為1.1，色度變化在肉眼不能察覺的范圍內。由圖1中D可知，在-18 ℃保藏試驗期內，產品異硫氰酸酯含量基本維持穩定，表明冷凍條件下貯存能有效保證產品的辛辣風味品質，隨著貯存溫度的升高，產品的異硫氰酸酯含量大幅下降。

由上述研究可知，熱處理會造成產品的色澤劣變；常溫貯存條件下產品的色澤迅速劣變，且抗氧化劑不能達到護色效果；而冷凍貯存能有效抑制樣品的色變和異硫氰酸酯的損失。考慮到異硫氰酸酯的自身抑殺菌能力，本文擬生產兩種類型的調味醬：以全根莖為原料，不添加色素及防腐劑，在低溫條件下生產、冷凍貯存的低溫醬，以滿足高端市場；以根莖和葉柄為原料，在常溫條件下生產，添加色素及防腐劑，經高溫滅菌處理，室溫貯存的常溫醬，以滿足低端市場。

2.2 常溫醬防腐殺菌工藝

因常溫醬的生產環境及貯藏條件均為室溫，因此需要進行防腐殺菌處理，本實驗探究了山梨酸鉀添加量、熱處理溫度及熱處理時間對其菌落總數的影響。以感官品質和菌落總數為指標，通過單因素試驗首先確定了山梨酸鉀的最佳添加量范圍為0.05%～0.1%；熱處理溫度為80～100 ℃；熱處理時間為20～40 min，見表1。在單因素試驗的基礎上，按表1的參數對常溫醬的防腐殺菌試驗進行正交優化，最終確定最佳因素組合：山梨酸鉀添加量為0.05%，熱處理溫度為90 ℃，熱處理時間為30 min。

2.3 貯存溫度對山葵醬菌落總數的影響

貯藏期內低溫醬和常溫醬菌落總數的變化情況見圖2。

圖2 不同貯存溫度下山葵醬菌落總數的變化情況Fig.2 Changes of the total bacterial count in wasabi sauce under different storage temperatures

注：A為低溫醬菌落總數的變化情況；B為常溫醬菌落總數的變化情況。

由圖2可知，貯存溫度越低，菌落總數增長越緩慢。

由圖2中A可知，在-18 ℃和4 ℃條件下，低溫醬的菌落總數含量基本維持穩定，在貯藏期內菌落總數含量對數值分別約為0.6 CFU/g和1.2 CFU/g。隨著貯存溫度的升高，菌落總數顯著增大，在22 ℃貯藏條件下，樣品的微生物繁殖迅速，貯藏末期樣品菌落總數對數值約為2.7 CFU/g。由圖2中B可知，在4 ℃冷藏條件下，常溫醬樣品中微生物在貯存期內幾乎不增長繁殖，菌落總數對數值一直維持在1.0 CFU/g以下；隨著貯存溫度的升高，微生物繁殖速率加快，在22 ℃條件下貯存120 d菌落總數對數值約為1.89 CFU/g，在37 ℃加速試驗條件下貯存120 d菌落總數對數值約為2.94 CFU/g。

2.4 山葵醬貨架期預測

將圖2中山葵醬在不同貯存溫度下的菌落總數進行一級動力學回歸分析，分析結果見表2。

表2 各溫度下山葵醬的菌落總數生長動力學模型擬合Table 2 Kinetics model fitting for the total bacterial count of wasabi sauce at different temperatures

由表2可知，低溫醬在-18，4，室溫(22±2) ℃下的菌落總數隨時間變化的反應速率常數K分別是0.0022，0.0042和0.0119，利用方程公式ln K=ln K0-Ea/RT，用ln K對1000/T做Arrhenius方程，計算得到低溫醬產品直線擬合R2=0.948。通過線性回歸可得方程ln K=-3.11×1000/T+5.96，據此可以計算出Ea=25.83 kJ/mol，通過直線的截距ln K0=5.96，可得K0=387.6，從而可以得出低溫醬在貯存時菌落總數變化的速率常數隨溫度變化的Arrhenius方程為：K=387.6e-25834/RT。再將K代入B=B0eKt即可推出低溫醬以菌落總數為指標的貨架期預測模型，見公式1。

B=B0exp(387.6e-25834/RTt)。

公式1

常溫醬在4，室溫(22±2) ℃，37 ℃下的菌落總數隨時間變化的反應速率常數K分別是0.0024，0.0075和0.0109，利用方程公式ln K=ln K0-Ea/RT，用ln K對1000/T做Arrhenius方程，計算得到常溫醬產品直線擬合R2=0.965，線性關系良好。通過線性回歸可得方程ln K=-4.05×1000/T+8.65，據此可以計算出Ea=33.67 kJ/mol，通過直線的截距ln K0=8.65，可得K0=5.71×103，從而可以得出常溫醬在貯存時菌落總數變化的速率常數隨溫度變化的Arrhenius方程為：K=5.71×103e-33670/RT。再將K代入B=B0eKt即可得到常溫醬以菌落總數為指標的貨架期預測模型，見公式2。

B=B0exp(5.71×103e-33670/RTt)。

公式2

利用公式1和公式2可以預測低溫醬與常溫醬在任何貯存溫度下的貨架期。

表3 山葵醬以菌落總數為指標的貨架期預測Table 3 The predicted shelf life of wasabi sauce based on the total bacterial count

考慮到低溫醬未添加任何防腐劑和進行巴氏殺菌處理，并且在-18 ℃冷凍條件下其異硫氰酸酯含量能得到較好的保持，因此預測低溫醬在-18 ℃條件下的貨架期比較有意義。由表3可知，低溫醬以菌落總數為指標在-18 ℃貯存的貨架期預測值為944 d，而在22 ℃貯存的貨架期預測值僅為137 d，因此低溫醬不適宜貯存于常溫環境下。由于常溫醬進行了防腐殺菌處理，而低溫貯存勢必會增加生產運輸成本，因此預測常溫醬在室溫條件下的貨架期比較有意義。常溫醬以菌落總數為指標在22 ℃貯存的貨架期預測值為323 d，在30 ℃貯存的貨架期預測值為225 d。

3 結論

本文以山葵根莖或/和葉柄為原料，基于感官品質和微生物相關標準，確定了“低溫醬”和“常溫醬”的工藝流程和參數，并利用Arrhenius模型以菌落總數為指標對兩種調味醬的貨架期進行了預測。以全根莖為原料，不添加色素及防腐劑，在低溫(0～4 ℃)條件下生產，在-18 ℃冷凍條件下貯存的“低溫醬”貨架期約為944 d；以根莖和葉柄(1∶1，W/W)為原料，添加0.05%(W/W)山梨酸鉀，經90 ℃熱處理30 min的“常溫醬”在室溫(20～24 ℃)環境下貯存的貨架期約為323 d。研究確定了兩種定位不同、質量合格、營養豐富的山葵醬的加工工藝，可為山葵醬的工業化生產提供理論指導。