水分活度和儲存條件對面包蛋糕保質期的影響

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食品的配方和儲存條件對其貨架期內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構性能的影響。研究了水分活度對黃曲霉、枝孢菌、根瘤菌、產黃青霉、Wallemia sebi等5種霉菌生長發育的影響。用甘油調節馬鈴薯葡萄糖瓊脂得到不同的水分活度。此外，在溫度10-40℃范圍內進行了研究。真菌的發育表現為兩個參數：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（aw_min、aw_opt和aw_max）和溫度的影響。這些模型可以綜合配方、烘烤、包裝透氣性和環境儲存條件來預測產品的貨架期。

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來確定。在它的生命周期內，水分在烘焙產品和周圍空氣之間發生轉移。物理性質可能會改變。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育的影響。

材料和方法

烘焙產品的成分

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，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，具體參數為α=1.0882；β=0.07627；C=-1.0983（Chirife et al. 1980）。用公式2評估模型的準確性為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)

模型的準確性用RMS表示：

                                                                              (3)

質構測量

不同條件下儲存的蛋糕的質構特性用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。用甘油調節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%的相對濕度下進行的。在工業中，這個條件并沒有用，因為常規的產品儲存是在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。K_F是供應商提供的滲透系數。系數1.9通過實驗模型的擬合得到。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X_i是初始水分含量，X_t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上開發了一套程序來模擬蛋糕貨架期內水分活度的變化。

                                        （6）

水分活度對質構的影響

圖2反映了水分活度對蛋糕質構性質的影響。感官分析顯示臨界質構是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構屬性的影響

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。糕點產品的微生物貨架期一般認為是產品表面出現霉菌的時間。研究結果表明，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

結論

烘焙產品的貨架期取決于兩個主要因素：霉菌的生長和質構特性。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，企業必須找到中間水分活度數值并保持在一個穩定值。科學的配方和適用多種成分（如多元醇）具有很強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。

參考文獻

Rosso L., Lobry J.R., Bajard S. and Flandrois J.P. (1995) Convenient model to describe the combined effects of temperature and pH on microbial growth. Applied Environmental Microbiology 61, 610-616.

Zwieterring J.T., Koos J.T., Hasenack B.E. Wit J.C. and Van’t Riet K. (1991) Modelling of bacterial growth as a function of temperature. Applied Environmental Microbiology 57, 1094-1101.

Chirife J., Ferro Fontán C. and Benmergui E.A. (1980) Prediction of water activity of aqueous

solutions in connection with intermediate moisture foods. IV: aw prediction in aqueous nonelectrolyte solutions. Journal Food Technology 15, 59-70.

Sautour M., Dantigny P., Divies C. and Benssoussan M. (2001) A temperature type model for

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