脉冲强光对煎饼表面霉菌杀菌效果及风味品质的影响

（渤海大学化学化工与食品安全学院，渤海大学粮油科学与技术研究所，辽宁锦州 121013）

摘要：研究了脉冲强光对煎饼表面霉菌的杀菌效果，利用响应面法优化脉冲强光对煎饼表面霉菌杀菌条件以及电子鼻比较脉冲处理前后煎饼的风味差异。结果表明：脉冲强光可有效杀死煎饼表面的霉菌，脉冲能量500 J、脉冲27 次、脉冲距离10.9 cm的优化条件下，煎饼表面霉菌数量降低可达1.65 个对数值（lgS），将近97.7%的菌体失活。电子鼻不能很好区分脉冲组和对照组间的差异，脉冲强光对煎饼风味影响较小，适用于对煎饼的杀菌。

煎饼是中国传统的谷物发酵食品之一，由五谷杂粮磨成面糊经发酵或不发酵摊烙而成。由于制作煎饼的谷物原料大多保留了籽粒的糊粉层、胚和胚乳等天然成分，故煎饼是全谷物制品，具有较高的营养价值 [1-3]。但煎饼在熟制回软的过程中易受二次污染，造成产品贮藏过程滋生霉菌，缩短产品货架期，严重时可引起各种慢性、急性中毒，甚至具有致癌性 [4-5]，影响其食用安全性。因此，有效控制和杀灭煎饼中的霉菌，提高煎饼的卫生质量、保障安全是当务之急。

热加工在食品加工过程可作为一种有效的方法来杀灭食品中的致病菌及腐败菌。然而，高温可能引起营养、感官等方面的不良变化 [6]。脉冲强光杀菌技术是美国食品与药品监督管理局允许使用的一种新型冷杀菌技术，它利用瞬时、高强度、广波谱来灭活食品或包装材料中的微生物，在非常短的处理时间内食品中致病菌和腐败菌的数量显著减少 [7-9]。具有能源消耗少、无有毒化合物残留、极大灵敏性等优点 [10]，脉冲强光在食品中应用广泛，可用于鸡蛋、果汁、火腿和香料等的杀菌 [11-14]，但对煎饼却鲜有报道。

本研究采用脉冲强光杀菌技术，以脉冲能量、脉冲次数和脉冲距离为影响因素，以霉菌数量降低对数值（lgS）为响应值，采用Box-Behnken试验设计分析优化脉冲强光杀灭霉菌的条件，并结合电子鼻技术对脉冲处理前后煎饼的挥发性成分进行检测，为延长煎饼的货架期、提高食用安全性提供理论依据。

1 材料与方法

煎饼（糙米、大米、大豆为主要原料，产品水分含量小于14%）本溪寨香生态农业有限公司；孟加拉红培养基北京奥博星生物技术有限责任公司。

ZWB-I-01（LA50-800H）脉冲强光杀菌实验柜宁波中物光电杀菌技术有限公司；PEN3型电子鼻德国Airsense公司；GMSX-280手提式压力蒸汽灭菌器北京市永光明医疗仪器有限公司；DHP-9082电热恒温培养箱上海一恒科学仪器有限公司；HH-6数显恒温水浴锅金坛市鑫鑫试验仪器厂；AR224CN电子天平奥豪斯仪器（上海）有限公司；THZ台式恒温振荡器太仓市实验设备厂。

脉冲强光表面杀菌实验柜由动力单元、惰性气体灯单元、处理室和自动控制单元组成，工作电压为2 800 V，脉冲能量为100～500 J，脉冲次数为0～100 次，脉冲距离为10.9～15.4 cm。在无菌条件下，将25.00 g的样品均匀地放置在无菌的石英板上，通过调整石英板来实现样品与脉冲氙灯之间的距离变化，根据实验条件改变操作界面上脉冲能量和脉冲次数，对样品进行杀菌处理。脉冲强光处理后，处理组和未处理组直接进行霉菌计数。

表面霉菌数为煎饼表面生长的霉菌数量，采用GB 4789.15—2010《食品卫生微生物学检验：霉菌测定》 [15]方法计数。

对煎饼采用多点取样，用无菌剪刀从煎饼不同部位进行割取后准确称量样品25.00g，按照1.3.1节方法进行脉冲强光处理，脉冲处理后放入250mL的无菌蒸馏水中并摇匀，制成1∶10的样品匀液。用无菌枪头吸取上述样品匀液1 mL，加入9 mL无菌蒸馏水的试管中，制成1∶100的样品匀液。按上述操作制备10 倍系列稀释液，选择3 个适宜稀释度的样品匀液，各取1 mL分别加入无菌培养皿内，加15～20 mL的孟加拉红培养基，28 ℃培养5 d。同时，分别吸取1mL无菌蒸馏水加入无菌培养平皿内作空白对照。

选取脉冲能量为100、200、300、400、500 J，脉冲次数为30 次，脉冲距离为11.8 cm，研究脉冲能量对煎饼杀菌效果的影响；选取脉冲次数为15、20、25、30、35 次，脉冲能量为300 J，脉冲距离为11.8 cm，研究脉冲次数对煎饼杀菌效果的影响；选取脉冲距离为10.9、 11.8、12.7、13.6，14.5、15.4 cm，脉冲能量为300 J，脉冲次数为30次，研究脉冲距离对煎饼杀菌效果的影响。

在单因素试验结果的基础上，采用Box-Behnken试验设计方案，以脉冲能量、脉冲次数、脉冲距离为考察变量，以霉菌数量降低对数值为响应值，以1、0、－1分别代表自变量的高、中、低水平，按方程X i=（X i－X 0）/X对自变量进行编码（x i为自变量的编码值，X i为自变量的真实值，X 0为试验中心点处自变量的真实值，X为自变量的变化步长 [16-19]）。因子编码及各自变量水平见表1。

表1 试验因素水平及编码
Table1 Codes and levels of factors chosen for the trials

注：x 1=（X 1—400）/100，x 2=（X 2—30）/5，x 3=（X 3—11.8）/0.9。

因素代码水平编码非编码—101脉冲能量/Jx 1X 1300400500脉冲次数x 2X 2253035脉冲距离/cmx 3X 310.911.812.7

将2 g的煎饼经脉冲能量100、200、300、400、500 J处理后，进行电子鼻检测，参数为清洗时间110 s、测样时间80 s、样品间隔1 s、自动调零时间5 s、传感器室流量300 mL/min、测量样品流量300 mL/min。打开仪器预热，连接设备清洗传感器后进样。

微生物的检测采用平板计数，杀菌效果采用霉菌数量降低对数值（lgS）表示 [20-22]。

式中：N 0为脉冲前煎饼表面霉菌数/（CFU/g）；N为脉冲后煎饼表面霉菌数/（CFU/g）；lgS为处理前后霉菌总数降低的对数值。

应用SPSS 19.0软件和Design-Expert 8.0.6软件进行数据处理。数据分析采用方差分析，多重比较采用差异显著性分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

由图1A可知，杀菌效果随着脉冲能量的增加而增强。煎饼表面霉菌原始数量为1.8×10 5CFU/g，脉冲能量400 J处理后，数量达6.7×10 3CFU/g，霉菌的数量可减少1.43 个对数值，经过方差分析，400 J与300、200、100 J处理对霉菌数量降低的对数值差异显著（P＜0.05），但与500 J处理差异不显著，根据对霉菌的杀菌效果与灭菌成本，脉冲能量400 J杀菌效果最佳。脉冲强光造成菌体失活是复合作用，180～280nm波长范围紫外线光化学效应、红外热效应使光修复机能失活，以及水分的蒸发对膜结构的破坏等因素共同引起菌体死亡 [10′23-24]。不同微生物对脉冲强光的敏感性也不同，Aderson等 [25]认为不同微生物对脉冲强光的敏感性为革兰氏阴性菌＞革兰氏阳性菌＞真菌的孢子。

由图1B可以看出，脉冲次数对霉菌杀菌效果影响与脉冲能量的影响有类似的规律，整体趋势上杀菌效果随脉冲次数的增加而增强。当脉冲次数30 次时，霉菌数量可减少1.38 个对数值，图形趋于平缓，且30 次与15、20、25 次处理差异显著（P＜0.05）。故在30 次可显著减低食品中霉菌的数量，能够最大程度抑制霉菌的生长。

如图1C所示，杀菌效果随脉冲距离的增加而降低。在脉冲距离12.7、13.6、14.5、15.4 cm间差异显著（P＜0.05），11.8 cm与10.9 cm、11.8 cm与12.7 cm间差异不显著，同时考虑仪器本身参数设置，选取11.8 cm为响应面试验的中心试验点。

图1 脉冲能量（A）、脉冲次数（B）、脉冲距离（C）对煎饼表面霉菌杀菌效果的影响
Fig.1 Effect of pulsed energy (A)′number (B and distance (C on sterilization of molds on pancakes

利用Design-Expert软件进行响应面试验设计并优化得到17组试验的结果见表2。

表2 响应面试验设计及其结果
Table2 Experimental design and results for response surface analysis

试验号X 1脉冲能量X 2脉冲次数X 3脉冲距离Y lgS试验值预测值1—1—100.570.62 2 1—101.311.30 3—1100.930.94 4 1 1 01.401.35 5—10—10.900.84 6 1 0—11.451.45 7—1010.790.79 8 1 0 11.191.25 9 0—1—11.301.31 1001—11.321.37 110—111.121.07 120111.381.37 130001.561.54 140001.601.54 150001.521.54 16 0001.431.54 170001.591.54

利用Design-Expert软件对表2中的数据进行多元回归分析，得到二次回归方程为：Y=1.54＋0.27X 1＋0.091X 2－

表2列出了该方程对脉冲强光杀灭煎饼表面霉菌数量降低对数值的预测值。对该模型进行方差分析，见表3。模型系数显著性检验，见表4。

表3 脉冲强光对霉菌杀菌效果回归模型的方差分析结果
Table3 Analysis of variance for regression equation of mold sterilization by pulsed lliigghhtt

表4 回归方程系数显著性检验
Table4 Significance test for regression coefficients of mold sterilization by pulsed light on panccaakkeess

系数项回归系数自由度标准差95%置信下限95%置信上限P值截距1.5410.0331.461.62 X 1脉冲能量0.2710.0260.210.33＜0.000 1 X 2脉冲次数0.09110.0260.0290.150.010 5 X 3脉冲距离—0.06110.026—0.121.052×10 —30.053 0 X 1X 2—0.06810.037—0.160.0210.113 0 X 1X 3—0.03810.037—0.130.0510.347 7 X 2X 30.06010.037—0.0280.510.151 4 X 1—0.3410.036—0.43—0.26＜0.000 1 X2 2—0.1510.036—0.23—0.0590.005 2 X3 2 2—0.1210.036—0.2—0.0290.015 8

由表3可得：F=28.2＞F 0.01（9′4）=14.66，P值为0.000 1，表明模型方程极显著。F 失拟=1.39＜F 0.05（9′3）= 8.81，失拟项P=0.366 4＞0.05，模型失拟度不显著。模型调整的校正决定系数（

）为0.938 7，说明该模型能解释93.87%响应值的变化，因此该模型拟合度良好，试验误差较小，能有效反应脉冲强光杀菌效果与脉冲能量、脉冲次数、脉冲距离之间的关系，所得方程能对脉冲强光对煎饼表面霉菌杀菌效果进行分析及预测。

从表4可知，如果模型的检验项P值小于0.05，该项显著，反之不显著。一次项中X 1的偏回归系数极显著，说明脉冲能量对脉冲强光杀菌效果有极显著影响（P＜0.01），X 2的偏回归系数显著，说明脉冲次数对脉冲强光杀菌效果有显著影响（P＜0.05），X 3的偏回归系数不显著，说明脉冲距离对脉冲强光杀菌效果的影响不显著（P＞0.05）。交互项X 1X 2、X 1X 3和X 2X 3的P值大于0.05，对杀菌效果影响不显著。二次项X 1 2和X 2 2的偏回归系数极显著（P＜0.01），X 3 2的偏回归系数显著（P＜0.05）。综上分析得知，各个因素对响应值的影响程度为X 1（脉冲能量）＞X 2（脉冲次数）＞X 3（脉冲距离）。

模型的响应面及等高线见图2～4。以霉菌数量降低1.5个对数值左右为标准来优化脉冲强光的杀菌条件。

图2 脉冲能量和脉冲次数交互作用对煎饼表面霉菌数量降低对数值影响的响应面和等高线图
Fig.2 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed energy number and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

图3 脉冲能量和脉冲距离交互作用对煎饼表面霉菌数量降低对数值影响的响应面和等高线图
Fig.3 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed energy distance and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

图4 脉冲次数和脉冲距离交互作用对煎饼表面霉菌数量降低对数值影响的响应面和等高线图
Fig.4 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pulsed number distance and their mutual interactions on mold count reduction on pancakes

在固定脉冲距离11.8 cm条件下，不同脉冲能量和次数对霉菌杀菌效果的影响见图2，在脉冲次数20～30 次，脉冲能量300～435 J的等高线中可以看到，固定脉冲次数，脉冲能量对霉菌杀菌效果随能量的增加而增加。在固定脉冲次数25 次条件下，不同脉冲能量和距离对霉菌杀菌效果的影响见图3，脉冲能量438～445 J、脉冲距离10.9～11.5 cm，霉菌数量降低的对数值随着脉冲距离的增加而增加，在11.6～12.7 cm具有相反的趋势。在固定脉冲能量400J条件下，脉冲距离和次数对霉菌杀菌效果的影响见图4，脉冲次数20～26次、脉冲距离10.9～11.6cm，霉菌数量降低的对数值随脉冲次数的增加而增加。利用Design-Expert软件可得出最佳条件参数为脉冲能量426.7 J、脉冲次数26.33 次、脉冲距离11.56 cm，脉冲强光对煎饼表面霉菌数量减少1.6 个对数值。根据脉冲强光的设备要求以及杀菌效果，将最佳杀菌条件调整为脉冲能量500J、脉冲次数27次、脉冲距离10.9 cm。为验证试验结果，用得到的最佳条件重复实验3次并取平均值，霉菌数量减少1.65 个对数值，与预测值基本一致，说明该方程与实际情况拟合的较好，充分验证了模型的正确性，说明响应面法适用于脉冲强光对煎饼杀菌条件的回归分析和参数优化。

通过电子鼻测定煎饼脉冲前后风味变化，可得到图5所示的电子鼻10 个传感器S1（W1C对芳香成分灵敏）、S2（W5S对氮氧化合物灵敏）、S3（W3C对氨类灵敏）、S4（W6S对氢气灵敏）、S5（W5C对烷烃、芳香成分灵敏）、S6（W1S对甲烷灵敏）、S7（W1W对无机硫化合物灵敏）、S8（W2S对乙醇灵敏）、S9（W2W对有机硫化合物灵敏）和S10（W3S对烷烃灵敏）分别对样品的主成分分析（principal component analysis，PCA）贡献率。S6和S8传感器对第1主成分区分贡献率最大，是第1主成分的特征信号；S2传感器对第2主成分区分贡献率最大。综上W1S和W2S对煎饼整体风味具有主要贡献。

图5 电子鼻10 种传感器负荷加载分析
Fig.5 Loading analysis of ten sensors of electric nose

图6为电子鼻获得的数据对脉冲前后煎饼的PCA，其主成分1（PC1，94.65%）和主成分2（PC2，4.70%）的累积方差贡献率为99.35%，说明PC1和PC2包含很大的信息量，基本能够反映样品的信息特征。从图6可看出，不同处理件均有重叠部分且分布在相同的位置，电子鼻不能对各样品很容易区分，说明脉冲强光处理组和对照组风味差别不是很大。

3 结论

利用响应面法建立了脉冲强光对煎饼表面霉菌杀菌实验的二次多项数学模型，经检验该模型合理有效，可用于实际预测。并得出影响杀菌效果显著性顺序依次为脉冲能量＞脉冲次数＞脉冲距离，脉冲强光对煎饼表面霉菌杀菌的优化条件为脉冲能量500 J、脉冲次数27 次、脉冲距离10.9 cm，在此条件下，霉菌数量可减少1.65个对数值，煎饼的货架期一般为1.5 个月，夏季更短，经脉冲强光处理后煎饼货架期可达3 个月，并能在保质期内保持稳定。煎饼能在保质期内保持稳定。电子鼻不能较好区分脉冲组和对照组间挥发性成分差异，脉冲强光对煎饼风味影响较小，适用于对煎饼的杀菌。

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Sterilization of Molds on Pancake Surface by Pulsed Light and Its Effect of Pancake Flavor Quality

TANG Mingli WANG Bo LIU He HE Yutang HUI Lijuan MA Tao*
(Grain and Oil Science and Technology Institute of Bohai University College of Chemistry Chemical Engineering and Food Safety Bohai University Jinzhou 121013′China)

Abstract：The current study was conducted to evaluate the efficacy of pulsed light (PL treatment for inactivating molds on pancakes The experimental conditions were optimized by response surface methodology and the flavor of pancake was compared before and after the treatment using an electronic nose The molds on pancakes was effectively killed by using pulsed light The mold count was reduced by 1.65 (lgS) and approximately 97.7% of the molds were inactivated when 27 pulses were continuously carried out with an energy level of 500 J at a distance of 10.9 cm Electronic nose was not able to distinguish between the experimental and control groups very well indicating that pulsed light had little influence on the flavor of pancake and was suitable for pancake sterilization.

Key words：pulsed light pancake mold sterilization conditions flavor evaluation

作者简介：唐明礼（1988—），男，硕士研究生，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：707334794@qq.com

*通信作者：马涛（1962—），男，教授，博士，研究方向为粮油与植物蛋白工程。E-mail：1040732408@qq.com

脉冲强光对煎饼表面霉菌杀菌效果及风味品质的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 结 论

3 结论