水分活度和储存条件对面包蛋糕保质期的影响

AquaLab作为专业的水分活度和水分吸附解决方案*，采用可溯源的镜面冷凝露点方法，是中国药典、ISO、AOAC和美国USP、FDA等*使用的方法，能够在5分钟内快速测量样品的水分活度。目前有80%的用户都选择使用AquaLab水分活度仪，AquaLab目前建立了利用水分活度和储存条件对保质期影响的整套完整方法。

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食品的配方和储存条件对其货架期内的水分活度及其变化有很大的影响。本研究的目的是研究食品成分和储存条件对烘焙产品的抗冻性和霉菌增殖（生长速率）的影响。首先，利用AwDesigner软件结合烘焙过程中的汽化，研究了食品配方对水分活度的影响。其次，我们模拟了储存条件（相对湿度、温度、时间）和包装材料的透水性对烘焙产品水分活度变化的影响。研究了9种不同的包装材料、不同的温度条件（10-40℃）和不同的相对湿度（40-85%）。包装材料的透水性和水分活度的变化很大程度上受储存条件的影响（温度和相对湿度）。研究了储存条件对质构性能的影响。研究了水分活度对黄曲霉、枝孢菌、根瘤菌、产黄青霉、Wallemia sebi等5种霉菌生长发育的影响。用甘油调节马铃薯葡萄糖琼脂得到不同的水分活度。此外，在温度10-40℃范围内进行了研究。真菌的发育表现为两个参数：生长速率和滞后时间。采用了Rosso模型（1993）描述了温度和水分活度对生长速率的影响。该模型可以用来评估水分活度（aw_min、aw_opt和aw_max）和温度的影响。这些模型可以综合配方、烘烤、包装透气性和环境储存条件来预测产品的货架期。

介绍

食品货架期直接受水分活度的影响。货架期可以通过微生物或感官指标来确定。在它的生命周期内，水分在烘焙产品和周围空气之间发生转移。物理性质可能会改变。初，我们确定了储存条件（温度、湿度和包装包装类型）对产品水分活度变化的影响。然后我们通过评估临界感官水分活度值来模拟感官货架期。我们还模拟了水分活度对霉菌发育的影响。

材料和方法

烘焙产品的成分

我们所研究的蛋糕成分为：面粉（29%）、菜籽油（18%）、蔗糖（24%）、全蛋（18%）、*（3%）、水（6%）、葡萄糖糖浆DE60（2.1%）、盐（0.5%）和发酵酵母（0.4%）。蛋糕在烘焙炉中，在180℃的温度下，用25g蛋糕模具烹制11分钟。烘焙好的蛋糕在测量水分活度前粉碎。

在水分活度0.113~0.900 aw范围内，测量了蛋糕的水分吸附等温线。然后用Ferro-Fontan模型拟合了曲线，具体参数为α=1.0882；β=0.07627；C=-1.0983（Chirife et al. 1980）。用公式2评估模型的准确性为6.1%。

包装材料的透湿性

本工作中研究了9种不同包装材料，大多数包装材料是生物可降解聚丙烯添加不同的材料（PVDC，EVOH，铝箔）。公式2中表示的是材料透水量K是水通过材料的通量（dm/dt），水分活度，以及材料的面积（A）

                                                 (2)

模型的准确性用RMS表示：

                                                                              (3)

质构测量

不同条件下储存的蛋糕的质构特性用TAXT2来测量（速度：1mm/s，2.5mm直径筒）

霉菌生长模拟

研究了水分活度对5种霉菌生长的影响：Aspergillus flavus, Cladosporium cladosporoïdes, Eurotium herbariorum, Penicillium chrysogenum和Wallemia sebi。用甘油调节葡萄糖糖浆的水分活度得到不同水分活度（0.78~0.998 aw）。另外，温度范围为10~40℃。温度和水分活度对生长的影响可以用Rosso模型描述（Sautour et al. 2001，式4）。

结果与讨论

模拟包装渗透性对霉菌生长的影响

评估包装渗透性的影响是在38℃和90%的相对湿度下进行的。在工业中，这个条件并没有用，因为常规的产品储存是在15~22℃条件。

                                                 （5）

研究了不同温度和相对湿度条件下包装材料的渗透性。结果显示，包装材料的渗透性受温度和通过材料的相对湿度影响。公式5显示了温度对材料的渗透性影响。K_F是供应商提供的渗透系数。系数1.9通过实验模型的拟合得到。由于在温度8℃时的透湿湿性很低，RMS为59%。在40℃时，RMS为19.8%，20℃时为27.7%。

货架期内蛋糕水分活度的变化

在储存期间，蛋糕水分活度和水分含量的变化见下图1的水分吸附等温线。

图1 不同温度下的水分吸附等温线（?8℃、○20℃、●40℃）

公式6是蛋糕在储存期间水分含量的变化。该公式从公式1得到，其中X_i是初始水分含量，X_t是在时间t时的水分含量，其中考虑了储存条件。通过公式5和吸附等温线（式1），可以得到储存期间水分活度的变化。我们在Matlab上开发了一套程序来模拟蛋糕货架期内水分活度的变化。

                                        （6）

水分活度对质构的影响

图2反映了水分活度对蛋糕质构性质的影响。感官分析显示临界质构是1000 g/mm，临界水分活度是0.71 aw。在这个值以下，蛋糕没有那么柔软。通过对水分活度变化的模拟，我们可以得到这个水分活度的储存时间。

图2 水分活度变化对蛋糕质构属性的影响

霉菌生长的模拟

为了确定水分活度对微生物货架期的影响，我们使用Zwietering（Zwietering et al 1991）和Rosso(Sautour et al 2001)模型研究了五种霉菌的生长情况。这项工作确定了温度和水分活度的基本值。图3显示了温度和水分活度对霉菌外观变化时间的影响。糕点产品的微生物货架期一般认为是产品表面出现霉菌的时间。研究结果表明，食品微生物货架期受水分活度和储存温度的影响较大。

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图3 霉菌外观变化时间受水分活度和温度影响

结论

烘焙产品的货架期取决于两个主要因素：霉菌的生长和质构特性。我们可以评估这两个因素中的其中任何一个。

为了保证食品的安全性和感官特性，企业必须找到中间水分活度数值并保持在一个稳定值。科学的配方和适用多种成分（如多元醇）具有很强的抑制水分活度的能力，是降低水分活度和霉菌生长的一个很好的途径。使用低透水性的包装是延长烘焙产品货架期的一个解决方案，可以通过模拟水分活度的变化来决定选用何种包装材料和储存条件。

参考文献

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

describing the relationship between fungal growth and water activity. International Journal of Food Microbiology 67, 63-69.