微酸性電解水殺菌工藝優化及對云南鮮米線貯藏品質影響

周智宇，羅正婭，高 晴，和勁松

(云南農業大學食品科學技術學院，云南昆明650201)

米線又名米粉，是我國悠久歷史的傳統食品。其中，云南米線是著名的地方小吃，也是當地人最喜愛的食物。鮮米線在云南通常采用土法生產，其制備工藝主要有切粉、榨粉與擠壓等［1］。然而，土法生產的鮮米線水分與蛋白質含量高，其在流通期間易受微生物影響，溫度較高時極易腐敗變質，使保存期變短，給米線的正常流通帶來嚴重影響［2］。為延長其貨架期，市場上部分不法分子使用違禁添加劑來延長其保質期，但會危害人體健康，帶來食用安全問題。因此，極有必要采用廣譜高效、綠色安全的處理技術手段，抑制微生物的生長繁殖，保持鮮米線的優良品質，延長其貯藏貨架期。

微酸性電解水(Slightly Acidic Electrolyzed Water，SAEW)是使用特殊電解裝置將稀鹽酸溶液或稀鹽溶液電解，改變其p H、氧化還原電位(Oxidation－reduction potential，ORP)和有效氯濃度(Available chlorine concentration，ACC)等指標，pH達到5.0～6.5，氧化還原電位(ORP)為700～900 mV，有效氯濃度(ACC)為10～60 mg/L，殺菌作用高，無色無臭的一種功能性水［3］。微酸性電解水具有高效殺菌、綠色環保、成本低廉、制取簡便等特點，且不會引起食品中氯素(Cl2)殘留等問題，安全性高［4］。已被應用于環境、醫療、食品及農業領域［5－7］。2002年6月10日被日本厚生勞動省認定為可使用的食品添加物，應用于食品殺菌保鮮、畜禽養殖、水產品等方面［8－9］。微酸性電解水作為消毒劑已廣泛應用于研究以及實際生產中［10］，目前在國內外應用在食品加工、農業生產及醫療衛生等領域中，發展前景廣闊［11］。特別是在食品加工領域，已在鮮切果蔬、肉制品等食材的殺菌處理及貯藏中有許多應用，均有良好的保鮮作用，Zhang等［12］、趙德錕等［13］、于曉霞等［14］、盛孝維［15］、李南薇等［16］、岑劍偉等［17］分別用微酸性電解水對豌豆芽、鮮切云南紅梨、牛肉、冰鮮鴿、羅非魚等進行了殺菌及貯藏研究，表明微酸性電解水的殺菌效果很好。但關于SAEW處理對米線貯藏品質影響的報道甚少。

綜上，本研究將選取云南鮮米線為原料，采用響應面法優化了處理工藝條件，進一步分析了該處理條件對云南鮮米線貯藏品質變化影響，以期為微酸性電解水處理技術在鮮米線加工中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

普通大米 購于沃爾瑪超市，選擇早秈米作為制作米線的原料大米;微酸性電解水 自制;平板計數瓊脂粉、孟加拉紅培養基粉 分析純，廣東環凱微生物科技有限公司;氯化鈉、氯化鉀、酚酞、甲苯、氯仿、氫氧化鉀 分析純，四川西隴化工有限公司。

MB45鹵素水分測定儀、H3－18K臺式高速離心機 湖南可成儀器設備有限公司;PL303電子天平 上海梅特勒－托利多儀器有限公司;HD－240L型“水神”微酸性電解水生成機 上海旺旺集團;SPX－150B－Z恒溫生化培養箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠;DKS恒溫水浴鍋 嘉興中新醫療儀器有限公司;JJCJ－CJ－1FD超潔凈工作臺 蘇州市金凈凈化設備科技有限公司;BCD－256KFB冰箱 青島海爾股份有限公司;TTL－10B超純水機 北京同泰聯科技發展有限公司;YXQ－SG41－280A高壓蒸汽滅菌鍋 上海生銀醫療儀器儀表有限公司;FE20/EL20 pH計 上海梅特勒－托利多儀器有限公司;hr2104打漿機。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料加工 原料大米→清洗除雜→浸泡→脫水→磨粉→干燥→點漿(沸水)→蒸漿→壓制成型→冷卻→成品→包裝［19］。鮮米線為課題組按此工序自行加工得到。稱取制作好的鮮米線適量，放置于無菌操作臺中備用。

1.2.2 微酸性電解水制備 參考文獻［18］，以9%稀鹽酸溶液為輔液，以自來水作為原水，用“水神”微酸性電解水機電解制備SAEW，設備運行30 min，待有效氯穩定后分別取等量SAEW用于實驗，并在制備后1 h內使用。

1.2.3 單因素實驗 以米線表面菌落總數死亡數量級為指標，選取處理溫度、處理時間與料液比三個因素，分別進行單因素實驗。料液比1∶10 mL/g，處理時間5 min時，處理溫度分別為10、20、30、40℃;處理溫度為20℃，處理時間5 min時，處理料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20 mL/g;料液比為1∶15 mL/g，處理溫度20℃時，處理時間分別為5、10、15、20 min。

菌落總數死亡數量級計算方法如公式(1)所示

式中，N0為處理前樣品表面菌落總數，N為處理后樣品表面菌落總數。

1.2.4 響應面試驗 在單因素實驗的基礎上，使用Box－Benhnken中心組合試驗設計建立模型，以處理溫度(A)、處理時間(B)和處理料液比(C)三種影響因素為主要的影響因素，分別以處理后樣品中細菌總數的死亡數量級Y為響應值進行條件優化。實驗因子編碼及水平見表1。

1.2.5 貯藏實驗 在優化后的最佳處理條件下，使用SAEW浸泡處理鮮米線，并以無菌水樣品作為對照組進行實驗，樣品瀝干后使用自封袋包裝并置于27℃恒溫箱中進行48 h儲藏實驗，定期對樣品表面菌落總數、含水量、酸度、p H與色澤等指標進行測定，以確定SAEW處理對鮮米線貯藏期間品質變化影響。每組進行3次重復。

表1 試驗因素水平及編碼表Table 1 Coded variables and their coded levels in response surface analysis

1.2.5.1 菌落總數 參照GB 4789.2－2016《食品安全國家標準－食品微生物學檢驗－菌落總數測定》［20］，結果以lg CFU/g表示。

1.2.5.2 含水量 采用鹵素水分測定儀測定鮮米線水分含量［21］。

1.2.5.3 總酸含量 采用酸堿滴定法(GB 5517－1985)，稱取粉末試樣，倒入250 mL錐形瓶中，加水，滴入甲苯和氯仿后搖勻加塞，在室溫下放置后用千燥濾紙過濾，用移液管吸取濾液，注入錐形瓶中，滴加酚酞指示劑，用堿液滴定至微紅色30 s內不消失為止［22］，根據堿液的消耗量可計算出樣品中總酸含量。

1.2.5.4 pH 參照GB.5009 237－2016《食品安全國家標準－食品p H的測定》。取搗碎的樣品，加入浸泡并隨時振搖，離心，然后用pH計測定其上清液的pH［23］。

1.2.5.5 色差 用色差儀定期測定鮮米線表面，結果以亮度L*表示［24］。

1.3 數據處理

應用Excel(Ver.2003，Microsoft公司)軟件進行數據處理、圖表處理及顯著性分析，顯著性水平P=0.05;應用Design－Expert(Ver.7.0.0，Statease公司)進行優化處理，Model Graph程序作響應曲面圖，Optimization程序中Numerical分析預測最優值。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 不同料液比對表面菌落總數變化的影響 由圖1得知，鮮米線與SAEW料液比對鮮米線表面微生物殺菌效果有顯著影響，表面菌落總數死亡數量級隨著料液比的增加而逐漸增加，當料液比達到1∶15(m∶V)后趨于平緩，菌落總數死亡數量級無顯著變化(P＞0.05)。這一現象與趙德錕等［17］在用不同料液比處理云南鮮切紅梨時現象一致，可能是由于米線與SAEW的接觸面積有限造成的。由此可知，最佳料液比為1∶15(m∶V)。

2.1.2 不同處理時間對表面菌落總數變化的影響 由圖2得知，處理時間對鮮米線表面微生物殺菌效果有顯著影響，表面菌落總數死亡數量級隨處理時間延長而呈現先增加后平緩的趨勢，當處理時間

圖1 不同料液比對菌落總數死亡數量級變化影響Fig.1 Effect of different material ratio on the total reduction of colonies number

圖2 不同處理時間對對菌落總數死亡數量級變化影響Fig.2 Effect of different treatment time on the order of magnitude of death of total colonies

2.1.3 不同處理溫度對表面菌落總數變化的影響 如圖3所示，處理溫度對鮮米線表面微生物殺菌效果有顯著影響，表面菌落總數死亡數量級隨著處理溫度的升高而逐漸增加，可能是由于溫度升高導致部分微生物失活。當處理溫度達到20℃后變化趨于平緩，菌落總數死亡數量級沒有顯著變化(P＞0.05)。且考慮到持續高溫會導致米線部分老化［26］影響其品質，由此可知，最佳溫度為20℃。

圖3 不同處理溫度對菌落總數死亡數量級的影響Fig.3 Effects of different treatment temperatures on the death order of colonies

2.2 響應面試驗

2.2.1 回歸方程的建立 為確保SAEW有效控制鮮米線表面微生物生長的同時，不破壞其感官品質，在單因素實驗基礎上，使用Design－Expert 7.0軟件，選擇Box－Benhnken中心組合試驗設計，得到具體方案與實驗結果，見表2。

表2 試驗設計與結果Table 2 The experimental design and results

對表2數據進行多元回歸擬合，得到響應值Y(菌落總數死亡的數量級)對各因素(處理溫度A、處理時間B和料液比C)的二次多項回歸模型方程為:

Y=3.09+0.50A+0.15B+0.29C－0.18AB－0.025AC+0.033BC－0.12A2－0.19B2－0.19C2式(2)

2.2.2 回歸模型分析 由表3可知，回歸方程(2)模型顯著水平達極顯著(P＜0.0001);失擬項F=1.37，P=0.3714＞0.05，差異不顯著，表示殘差來源于隨機誤差;模型的確定系數R2=0.9812，模型調整確定系數，表明模型有較好的擬合度，該二次方程模型可很好反映各因素與菌落總數死亡數量級間的變化規律，且試驗誤差小。可將此模型應用于對菌落總數死亡數量級的分析預測當中。

綜上所述，(A、B、C)3個因素與Y響應值之間的回歸方程模型可用于代替實驗中的真實點，從而對結果進行預測分析。

2.2.3 主效順序分析 如表4中，響應值Y的一次項A(處理溫度)、C(料液比)影響極顯著(P＜0.0001)，B(處理時間)影響顯著(P＜0.05);交互項AB影響顯著(P＜0.05);二次項A2、B2、C2影響顯著(P＜0.05)。綜合分析，各因素的影響與響應值Y之間為二次關系，且不同因素之間有一定的交互作用。方程中，各項系數的絕對值大小反映各因素對響應值的影響程度，系數的正、負反映影響的方向。由各系數的估計值可以看出，對響應值Y，其影響因子的主效順序為:A＞C＞B。

2.2.4 響應面交互作用分析 為更全面探討SAEW處理條件對鮮米線表面菌落總數死亡數量級和感官品質影響，并優化得出各處理因素最佳組合，根據回歸方程做出響應面曲面圖，分析得出各因素間的交互作用效果。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance(ANOVA)for regression equation

表4 回歸方程系數顯著性檢驗Table 4 Significance test for regression coefficients

從圖4a可知，在所設計試驗條件范圍內，鮮米線表面菌落總數死亡數量級隨處理溫度增加呈上升趨勢，隨處理時間延長呈先上升后平穩的趨勢;隨著處理溫度或處理時間的增大，響應值在逐漸增大，響應曲面傾斜角坡度較陡，表明微生物致死率易受到處理溫度和處理時間的影響。圖4b中，鮮米線表面菌落總數死亡數量級隨處理溫度增加呈上升趨勢，響應值先迅速增加后趨于平緩，而料液比對鮮米線表面菌落總數死亡數量級的敏感性較弱，隨著液料比增大，響應值呈上升緩慢趨勢。圖4c中，鮮米線表面菌落總數死亡數量級隨料液比增大、處理時間的增加，響應值均緩慢上升，傾斜坡度較緩，表明處理時間和液料比對鮮米線表面菌落總數死亡數量級的敏感性較弱。綜上所述，當處理溫度、處理時間、料液比接近中間值附近時，處理效果達到最優。結合交互項回歸系數的顯著性分析結果(表4)發現，AB(P＜0.05)AC、BC(P＞0.05)，表明處理溫度和料液比、處理時間和料液比之間的交互作用不顯著。

圖4 SAEW殺滅鮮米線表面菌落總數的響應曲面Fig.4 Response surface of SAEW to reduce the total number of colonies on the surface of fresh rice noodle

2.2.5 最佳工藝條件確定與驗證 采用Numerical分析，綜合優化得到最佳處理溫度為20.8℃，得到鮮米線的最佳處理時間為15.00 min，最佳液料比為1∶15.54(m∶V)。為方便操作調整因素條件為:處理溫度為21℃，最佳處理時間為15 min，最佳液料比為1∶16(m∶V)。在此工藝條件下計算所得菌落總數死亡數量級的理論值為3.09 lg CFU/g。

為驗證優化條件的準確性，按優化條件對鮮米線進行處理，分別以菌落總數死亡數量級為驗證指標進行了3組驗證試驗，結果如表5所示。

表5 經回歸模型優化后的殺菌結果及驗證Table 5 Validity verification of the developed regression model

進行3次驗證實驗，實際平均菌落死亡數量級為(3.01±0.09)lg CFU/g，與預測值基本吻合，且符合鮮米線《云南省食品安全地方標準》的菌落總數≤4.9 lg CFU/g［25］，因此證明該優化條件有較好可靠性，可采用處理溫度為21℃，最佳處理時間為15 min，最佳液料比為1∶16(m∶V)對鮮米線樣品處理來進行為期48 h的儲藏實驗。

2.3 儲藏實驗

2.3.1 SAEW處理對米線表面菌落總數的影響 由圖5可知，未處理對照組與SAEW處理實驗組，米線表面菌落總數均隨著儲藏時間延長而增加，實驗組的微生物生長速率明顯低于對照組，儲藏時間相同時，實驗組的樣品微生物總數低于對照組樣品的微生物總數，在0～24 h之內，對照組樣品表面菌落總數由2.59 lg CFU/g增長至6.19 lg CFU/g;實驗組樣品表面菌落總數由1.49 lg CFU/g增長至5.34 lg CFU/g，均保持顯著差異(P＜0.05)。當貯藏至48 h時，兩種處理間的差異才變為不顯著(P＞0.05)。其中當貯藏至16 h時，對照組樣品表面菌落總數為5.21 lg CFU/g＞4.9 lg CFU/g，超出標準的限定值;而當貯藏至24 h時，SAEW處理實驗組樣品表面菌落總數為5.34 lg CFU/g＞4.9 lg CFU/g，超出標準的限定值。即對照組的貨架期為8 h，而處理組的貨架期為16 h。該結果表明，SAEW處理能有效控制鮮米線貯藏期內微生物的生長，延長產品的貨架期，且在24 h內都具有較好的抑制效果。

圖5 SAEW處理對表面菌落總數的影響Fig.5 Effect of SAEW on the total number of colonies on the surface

2.3.2 SAEW處理對對米線水分含量變化影響 水分含量是米線質量標準之一，在《云南省食品安全地方標準》中，鮮米線水分含量應低于80%［25］。且鮮濕米線由于水分含量較高，因此在貯藏運輸過程中容易出現老化現象，米線變硬、失水，嚴重影響了米線的營養價值和食用品質，縮短了米線的貨架期。

由圖6可知，經SAEW處理的樣品水分含量略有增加，隨時間增加，儲藏過程中對照組和處理組樣品水分含量0～24 h時都呈下降趨勢而24 h后呈上升的趨勢，且無顯著差異(P＞0.05)。在48 h內對照組與處理組的水分含量均低于80%。儲藏時間超過48 h后，樣品腐敗嚴重，無法測定。該結果表明SAEW處理鮮米線對其儲藏過程中水分含量的減少有一定的緩解作用。

圖6 SAEW處理對水分含量變化影響Fig.6 Effect of SAEW on water content

2.3.3 SAEW處理對對米線酸度變化影響 酸度值是鮮濕米線質量評定的重要指標，在《云南省食品安全地方標準》中，鮮米線酸度應低于0.1 g/100 g(以乳酸計)［25］。

圖7表明，經SAEW處理后的米線樣品酸度相比對照組低，且隨時間延長處理組與對照組樣品總酸度均呈增加趨勢。這一趨勢與胡云峰等［27］鮮濕米線酸度值隨貯藏時間延長而下降的結果一致。其中SAEW處理組樣品酸度增長趨勢與對照組樣品酸度增長趨勢相比較為平緩。在貯藏24 h后，SAEW處理組和對照組樣品的總酸度均超過0.1 g/100 g，不再符合《云南省食品安全地方標準》的要求，但處理組的總酸度依然低于對照組。說明SAEW處理鮮米線，可以有效降低總酸度，且SAEW在儲藏過程中對酸度的增長速率有一定的控制作用。

2.3.4 SAEW處理對米線pH變化的影響 鮮米線的pH(即有效酸度)是米線中氫離子的濃度，它是反映食品酸度的一個常用指標。米線的酸度不但影響其口感，也是影響米線品質的指標之一［25］。

圖7 SAEW處理對總酸度含量變化影響Fig.7 Effect of SAEW on total acidity

由圖8可看出，貯藏過程中，SAEW處理組樣品比對照組樣品的pH略有增加，但是變化值較小。分別從0 h的8.73和8.33降至貯藏48 h的4.64和4.13，相同貯藏時間下，SAEW處理組與對照組比較，除16 h以外，pH均無顯著差異(P＞0.05)。結果表明，SAEW處理對鮮米線貯藏過程中的pH的變化無顯著影響。

圖8 SAEW處理對pH變化影響Fig.8 Effect of SAEW on pH value

2.3.5 SAEW處理對米線色差變化影響 色差也是米線品質評價的指標之一，而L*值能反映食品的亮度，因此以L*值來反映米線色差的變化過程。

如圖9所示，隨貯藏時間的延長，SAEW處理組樣品與對照組樣品的亮度L*值均呈下降趨勢，表明鮮米線的褐變隨時間的延長而加重。雖然處理后的0 h內，SAEW處理組和對照組樣品的L*值無顯著差異(P＞0.05)，然而貯藏8 h后，SAEW處理組L*值的衰減明顯比對照組緩慢，相同貯藏時間下，SAEW處理組的L*值明顯高于對照組的L*值，貯藏48 h后，SAEW處理組的L*值由開始貯藏時的76.40降至39.73，而對照組則由開始貯藏時的72.83下降至35.57。結果表明，SAEW處理能夠抑制鮮米線色差變化，延緩其褐變進程。

圖9 SAEW處理對色差變化影響Fig.9 Effect of SAEW on color value

3 結論

SAEW的最優處理條件為:處理溫度為21℃、處理時間15 min、料液比1∶16(m∶V);在該條件下處理鮮米線，能較好殺滅表面微生物;同時，在貯藏過程中，SAEW處理能有效抑制微生物生長、延緩褐變及總酸度的增加，減少水分含量的喪失，對pH無顯著影響。綜上所述，SAEW處理可有效地控制微生物的污染，還能延緩鮮米線品質的衰減，達到延長其貨架期的目的。以上結果，對于SAEW在鮮米線加工中的應用具有一定的指導意義。