基于主成分分析对气调包装面包质量和保质期的研究

摘 要：面包在改性气氛（40% CO2，60% N2）的气调包装条件下，检测其33 d储存期内品质稳定性和微生物变化的情况。结果显示，产品在（25±3）℃条件下储存24 d后未检测到微生物的变化，但面包品质持续劣化，面包弹性、黏聚性、黏着性和恢复性降低，面包瓤硬度增加、水分含量持续下降；酸度持续增加，显色分析值急剧下降。在储存27 d后，样品检出霉菌和菌落总数。通过主成分分析14组面包品质指标数据，提取的2个主成分变量能够表示近80%的解释反差：PC1由恢复性、硬度、黏着性、黏聚性、酸度、水分含量、总体感官得分等属性定义，PC2主要由酸价、过氧化值、比容、持水能力定义。通过主成分关系表达式和以主成分方差贡献率的比率为权重计算的综合得分排名，表明研究结果拟合面包储存过程品质变化的情况。

关键词：主成分分析；气调包装；组织特性；面包货架期

Study on the Quality and Shelf Life of Modified Atmosphere Packaging Bread Based on Principal Component Analysis

CHEN Zuoyi

（Ningde Food and Drug Evaluation and Certification Center， Ningde 352100， China）

Abstract： Bread packed in a modified atmosphere （40% CO2， 60% N2）， was examined for stability and microbiological changes throughout 33-day storage. The results showed that no microbiological changes were observed after 24 d at （25±3）℃; However， the quality of bread continues to deteriorate， with reduced elasticity， cohesiveness， adhesion， and resilience， increased hardness of the bread pulp， and a continuous decrease in moisture content; The acidity continues to increase， and the color analysis value sharply decreases. After 27 days of storage， mold and total bacterial count were detected in the sample. The principal component analysis showed that nearly 80% of the variance in 14 considered variables could be represented by 2 new variables： PC1， defined by  attributes such as resilience， hardness， adhesion， cohesiveness， acidity， moisture content， and overall sensory score， and PC2 defined mainly by acid value， peroxide value， specific volume， water holding capacity. The comprehensive score ranking calculated using the principal component relationship expression and the ratio of principal component variance contribution as weights indicates that the research results fit the changes in the quality of bread storage process.

Keywords： principal component analysis; modified atmosphere packaging; textural properties; bread shelf life.

短效的稳定性和有限的货架期是焙烤类面包产品的共性。面包在储存过程中发生着快速的质变老化，近年来，国内外都致力研究各种延缓面包质变老化的方法，但多在面包加工初期原辅料及加工工艺优化方面进行控制[1-2]。面包的质变老化过程复杂且未被充分研究，通常被认为是由微生物生长以外的因素引起的面包成分多方面变化造成的[3]，主要体现为面包瓤硬度、干燥度和易碎度增加，弹性下降；面包皮脆度下降等结构和质地的改变以及面包香气风味的丧失。有研究认为淀粉老化机制使淀粉重结晶度增加和面包瓤保水能力下降，这些胶体结构的变化使水分从面包瓤迁移到面包皮，而不一定是水分流失导致面包的老化[4]。

使用改性气氛包装和储存面包来延长其保质期和保持原始质量越来越普遍。因此，本文从面包储运的保存工艺上，探究复合气体气调包装（Modifed Atmosphere Packaging，MAP）（40% CO2，60% N2，v/v）对室温（25±3）℃下面包的品质和货架期的影响。使用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）降维评估气调包装面包的感官品质、质构特性以及物理化学指标之间的相互关系，同时检测了储存期间微生物的变化情况，以期为提高面包储运质量和获得更长的货架期提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

KM20-100-3气体混配器，德国WITT；40% CO2，60% N2，慈溪市三江气体有限公司；全自动气调包装机，Linus 1100高速托盘封口机，德国Variovac；聚酰胺/聚乙烯复合封口膜；TA-XT2i/5物性分析仪，英国Stable.Micro System公司；722型分光光度计，仪电分析。

1.2 面包制作及包装

和面工序按照参考文献[1]的方法进行，将和好的面团分切成单重100 g小面团，并滚圆成型。预醒发、烘烤、冷却等步骤及控制参数同陈作毅[1]的方法。使用气体混配器制备混合气体（40% CO2，60% N2），焙烤冷却后的面包使用全自动气调包装机装入气调盒托盘及聚酰胺/聚乙烯复合封口膜中，包装后即为成品。

1.3 感官评价

在感官评价中，面包瓤的每个属性（滋味、气味及弹性）和面包皮（滋味、气味和脆度）使用5分制量表。经由10名受过评分标准训练和感官测试的小组成员品评。采用以下归一系数：面包瓤的滋味和气味0.5，面包皮的滋味和气味为0.2，面包瓤弹性0.2，面包皮脆度为0.1。在整体感官水平上评估，5分、4分、3分、2分、1分对应于很好、好、可以接受、不能接受和不好。

1.4 理化指标测定

1.4.1 微生物测试

面包的菌落总数根据《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》（GB 4789.2—2022）进行测定；大肠菌群根据《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》（GB 4789.3—2016）第二法大肠菌群平板计数法进行测定；霉菌根据《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》（GB 4789.15—2016）第一法霉菌和酵母平板计数法进行测定。其中菌落总数和大肠菌群均按照《食品安全国家标准 糕点、面包》（GB 7099—2015）3.5中的要求测定，但结果只取最大值。

1.4.2 质构测试

使用TA-XT2i/5物性分析仪测量面包质地。将面包放在面包切片机上切成厚度12.5 mm的厚薄均匀的薄片，采用压盘式测试探头P/35测量，仪器设定参数及计算方法具体同楚炎沛[5]的方法。

1.4.3 水分含量和持水能力测定

面包水分含量根据《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）第一法直接干燥法进行测定。持水能力的测量参照FIK等[3]的方法并调整为取10 g面包瓤，用50 mL水在均质机中均质2 min，匀浆在室温下磁力搅拌混合20 min。浆液在1 600×g下离心10 min。取上清液用于显色分析的测定，称取沉积物重量，减去样品干重即为沉积物中的含水量。持水能力表示每克干样品中含水的克重。

1.4.4 显色分析测定

取1.4.3方法制得的上清液20 mL，倒入离心管中。加入2 mL亚铁氰化钾和2 mL乙酸锌溶液沉淀蛋白，轻轻混匀后静置10 min，最后在5 000×g下离心5 min。取4 mL上清液与20 mL 0.02%的碘溶液混合；于610 nm处使用分光光度计测量吸光度[6]，用蒸馏水做空白试验。

1.4.5 酸度测定

称取面包本体中心部分25 g，精确到0.1 g，加入无二氧化碳蒸馏水60 mL，用玻璃棒捣碎，移入250 mL容量瓶中，定容至刻度，摇匀。静置10 min后再摇晃2 min，静置10 min，用滤纸过滤，取滤液25 mL移入200 mL三角瓶中，加入酚酞指示液2～6滴，用0.1 mol·L-1氢氧化钠标准溶液滴定至微红色30 s不褪色，记录消耗氢氧化钠标准溶液的体积，同时用蒸馏水做空白试验。

1.4.6 比容值测定

比容值测定参考陈作毅[1]的方法。

1.4.7 酸价和过氧化值测定

将撕碎的面包样品置于广口瓶中，加入2～3倍样品体积的石油醚（沸程：30～60 ℃），封口摇匀，充分混合后静置浸提12 h以上，经装有无水硫酸钠的漏斗过滤，取滤液，在低于40 °C的水浴中，用旋转蒸发仪减压蒸干石油醚，残留物即为待测试样。酸价根据《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》（GB 5009.229—2016）第一法冷溶剂指示剂滴定法进行测定；过氧化值根据《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》（GB 5009.227—2016）第一法滴定法进行测定。

1.5 统计分析

使用IBM SPSS Statistics 21软件对表1中X1～X14进行降维因子分析，储存时间（X0）作为自变量以及微生物指标（X15～X17）因数值格式不适合主成分分析而舍弃，得出解释方差表、成分矩阵表；使用Origin 2021软件中Principal Component Analysis插件对所得结果进行主成分统计分析制图，得到载荷图和得分图。

2 结果与分析

2.1 感官品质分析

面包在改性气氛储存期间的整体感官品质变化如表1。以初始的面包感官得分最高为5分。结果显示，经过12 d的储存，面包的质量仍然较好。随着贮藏时间的延长，面包的硬度持续增加，弹性、黏聚性、黏着性及恢复性明显下降，感官得分会随之降低。值得注意的是，在整个MAP储存期间，面包的外观几乎没有变化；直至30 d、33 d，感官评测小组发现面包品质劣化，出现异味。

2.2 理化指标

2.2.1 微生物分析

由表1可知，最初的细菌总数、大肠菌群以及霉菌水平均低于10 CFU·g-1。整个储存直到第24天，未观察到微生物的变化。在储存27 d后，计数琼脂培养平板上形成非常小的白色菌落，此时检出低发生率的霉菌。33 d后，菌落总数和霉菌分别达到260 CFU·g-1和27 CFU·g-1。