基于恒溫恒濕培養(yǎng)箱的低水分食品臨界水分活度測(cè)定及防霉保質(zhì)期預(yù)測(cè)研究

摘要：

目的：探究低水分食品在不同相對(duì)濕度環(huán)境下的吸濕特性及其對(duì)霉菌生長(zhǎng)的影響，確定其安全儲(chǔ)存的臨界水分活度，并預(yù)測(cè)貨架期。方法：利用恒溫恒濕培養(yǎng)箱構(gòu)建5個(gè)濕度梯度環(huán)境，對(duì)樣品進(jìn)行為期28天的加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)。通過定期測(cè)定樣品水分活度、水分含量變化及觀察霉菌生長(zhǎng)情況，繪制生長(zhǎng)曲線。結(jié)果：樣品在相對(duì)濕度75%（RH）以上環(huán)境中出現(xiàn)明顯霉變，而在70%（RH）以下環(huán)境中保持物理性狀穩(wěn)定且無微生物檢出。結(jié)論：該產(chǎn)品的臨界水分活度為0.75，建議包裝阻隔性應(yīng)能確保產(chǎn)品在儲(chǔ)存期內(nèi)表面Aw低于0.70，以確保食品安全。

1. 引言

低水分食品（如烘焙食品、干制水產(chǎn)品、方便面等）因其口感酥脆、便于攜帶而深受消費(fèi)者喜愛。然而，這類產(chǎn)品在生產(chǎn)加工后若未進(jìn)行嚴(yán)格的防潮包裝，極易在流通環(huán)節(jié)吸收環(huán)境水分。當(dāng)產(chǎn)品表面的水分活度超過微生物生長(zhǎng)的臨界值時(shí)，霉菌便會(huì)迅速繁殖，導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)。

傳統(tǒng)的保質(zhì)期預(yù)測(cè)往往依賴于經(jīng)驗(yàn)，缺乏定量數(shù)據(jù)支持。恒溫恒濕培養(yǎng)箱能夠精確模擬不同氣候條件下的溫濕度環(huán)境，為研究產(chǎn)品的吸濕特性及微生物生長(zhǎng)界限提供了理想的實(shí)驗(yàn)手段。本研究旨在通過模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)定某低水分食品的臨界水分活度，為其包裝材料選擇及儲(chǔ)存條件的制定提供科學(xué)依據(jù)。

2. 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

樣品：某品牌酥性餅干（初始水分含量2.5%，初始水分活度 awaw0.25）。

供試菌種：混合霉菌孢子懸液（包含黑曲霉、青霉等常見環(huán)境霉菌）。

主要儀器：

恒溫恒濕培養(yǎng)箱

水分活度儀（精度±0.001awaw）。

電熱鼓風(fēng)干燥箱。

超凈工作臺(tái)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 樣品預(yù)處理與接種

為了模擬最嚴(yán)苛的污染場(chǎng)景，將樣品在超凈工作臺(tái)中噴灑適量的混合霉菌孢子懸液（濃度約106106 CFU/mL），晾干表面浮水后備用。

2.2.2 濕度梯度的設(shè)定與分組

利用恒溫恒濕培養(yǎng)箱設(shè)定溫度恒定為 25°C±1°C25°C±1°C（模擬常溫儲(chǔ)存環(huán)境），設(shè)置5個(gè)不同的相對(duì)濕度（RH）梯度進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)：

A組： 60% R.H

B組： 65% R.H

C組： 70% R.H

D組： 75% R.H

E組： 80% R.H

對(duì)照組（CK）：密封干燥保存（R.H < 30%）

每組放置3個(gè)平行樣品。

2.2.3 吸濕平衡與儲(chǔ)藏觀察

將樣品置于培養(yǎng)箱內(nèi)的不同擱板上，確保箱內(nèi)空氣充分循環(huán)。每隔24小時(shí)取出樣品快速稱重，直至連續(xù)兩次稱重質(zhì)量變化小于0.01g，視為達(dá)到吸濕平衡。

達(dá)到平衡后，繼續(xù)在恒溫恒濕條件下培養(yǎng)。每日定時(shí)觀察樣品表面感官變化，并記錄出現(xiàn)肉眼可見霉菌菌落的時(shí)間。

2.2.4 指標(biāo)測(cè)定

水分活度（awaw）：使用水分活度儀測(cè)定平衡后的樣品表面awaw。

水分含量：采用105°C恒重法測(cè)定。

霉變情況：記錄“霉變起始時(shí)間”，并觀察菌落生長(zhǎng)直徑。

3. 結(jié)果與分析

3.1 不同濕度條件下樣品的水分活度平衡情況

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著培養(yǎng)箱設(shè)定相對(duì)濕度（RH）的升高，樣品的平衡水分活度（awaw）呈正相關(guān)增長(zhǎng)。

A組（60% RH）與 B組（65% RH）樣品在平衡后，手感仍較酥脆，awaw分別穩(wěn)定在 0.58 和 0.62。

C組（70% RH）樣品表面略顯發(fā)軟，awaw上升至 0.68。

D組（75% RH）與 E組（80% RH）樣品明顯軟化，失去脆性，awaw分別達(dá)到 0.73 和 0.78。

*表1：不同相對(duì)濕度下樣品的平衡水分活度*

3.2 霉菌生長(zhǎng)臨界點(diǎn)的判定

在為期28天的持續(xù)觀察中，各組的霉變情況如下：

A、B、C組（RH ≤≤ 70%）：在整個(gè)觀察期內(nèi)，樣品表面均未見肉眼可見的霉菌生長(zhǎng)，感官狀態(tài)保持穩(wěn)定。說明在該濕度范圍內(nèi)，雖然樣品有吸濕現(xiàn)象，但水分活度尚未達(dá)到供試霉菌的生長(zhǎng)閾值。

D組（RH = 75%）：培養(yǎng)至第12天，在樣品邊緣及縫隙處觀察到白色菌絲；第16天菌絲變綠（確認(rèn)為霉菌），樣品出現(xiàn)明顯霉味。

E組（RH = 80%）：培養(yǎng)至第7天即出現(xiàn)明顯菌斑，且生長(zhǎng)迅速，第10天已覆蓋樣品表面積約30%。

3.3 臨界水分活度的確定

綜合3.1和3.2的數(shù)據(jù)可知：

當(dāng)樣品表面 aw<0.70aw<0.70 時(shí)（對(duì)應(yīng)環(huán)境RH 70%），霉菌不生長(zhǎng)，且物理品質(zhì)（酥脆度）雖有輕微下降但可接受。

當(dāng)樣品表面 aw≥0.73aw≥0.73 時(shí)（對(duì)應(yīng)環(huán)境RH 75%），霉菌在第12天左右開始爆發(fā)。

結(jié)論：該產(chǎn)品的臨界水分活度介于 0.70 至 0.73 之間。為了安全起見，取其下限，確定該產(chǎn)品的安全臨界水分活度為 0.70。

4. 討論

本研究表明，恒溫恒濕培養(yǎng)箱是測(cè)定食品臨界水分活度的有效工具。實(shí)驗(yàn)中觀察到，D組（awaw0.73）雖然霉變時(shí)間比E組晚，但一旦環(huán)境濕度突破臨界點(diǎn)，防霉能力會(huì)急劇下降。

在實(shí)際生產(chǎn)中，許多低水分食品的霉變往往并非出廠時(shí)菌落總數(shù)超標(biāo)，而是因?yàn)榘b材料的阻隔性差，導(dǎo)致產(chǎn)品在梅雨季節(jié)或高濕倉庫中吸濕，表面局部awaw超過臨界值（0.70）所致。

因此，基于本研究結(jié)果，建議企業(yè)采取以下措施：

包裝升級(jí)：選用透濕率更低的高阻隔包裝材料（如含鋁箔復(fù)合袋），并添加高效干燥劑，確保包裝內(nèi)部微環(huán)境RH長(zhǎng)期低于60%。

儲(chǔ)運(yùn)控制：在夏季梅雨季節(jié)，倉庫應(yīng)配備除濕設(shè)備，確保環(huán)境相對(duì)濕度不超過65%。

配方優(yōu)化：考慮在允許范圍內(nèi)添加允許使用的防霉劑（如丙酸鈣），適當(dāng)提高其對(duì)濕度的耐受力。

5. 結(jié)論

通過恒溫恒濕培養(yǎng)箱模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了目標(biāo)低水分食品的吸濕特性及霉菌生長(zhǎng)界限。結(jié)果顯示，該產(chǎn)品在25°C下的安全臨界水分活度為0.70。若環(huán)境濕度導(dǎo)致產(chǎn)品表面水分活度超過此值，將面臨極大的霉變風(fēng)險(xiǎn)。本研究為產(chǎn)品的包裝設(shè)計(jì)、保質(zhì)期設(shè)定及儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了定量的科學(xué)依據(jù)。

• 食品恒溫恒濕培養(yǎng)箱

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