雷志方，謝晶

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海水產(chǎn)品加工與貯藏工程技術(shù)研究中心，上海，201306)

金槍魚屬于大洋暖水性洄游魚，其肉質(zhì)細(xì)膩味道鮮美，含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)能為人體提供所需必需氨基酸，尤其是含有豐富的DHA和EPA是人體所必需且自身不能合成的營養(yǎng)元素。然而由于金槍魚特殊的生化特性使其極易腐敗變質(zhì)，在一般冷藏條件下其貨架期較短。貨架期是指食品放在指定貯藏條件下能夠維持其感官、微生物、營養(yǎng)等指標(biāo)在消費者接受范圍內(nèi)的一段時間。目前許多數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用到食品貨架期預(yù)測中，包括結(jié)合Gompertz方程描述特定腐敗菌的生長動力學(xué)模型［1］、基于Weibull危害分析的Weibull模型［2］、結(jié)合Belehradek方程描述溫度影響微生物生長的模型［3］，其中以溫度為基礎(chǔ)的動力學(xué)規(guī)律結(jié)合Arrhenius方程所建立的貨架期預(yù)測模型在食品中應(yīng)用最為廣泛。研究［4-5］表明，動力學(xué)規(guī)律結(jié)合Arrhenius方程所建立的貨架期預(yù)測模型能很好地預(yù)測食品貨架期，謝晶等［6］研究了上海青蔬菜的品質(zhì)變化動力學(xué)模型并結(jié)合Arrhenius方程建立了上海青菜的貨架期預(yù)測模型，其結(jié)果表明，預(yù)測值和實際值相對偏差小于6.5%。謝主蘭等［7］基于TVBN利用Arrhenius方程建立了不同貯藏溫度下低鹽蝦醬的貨架期預(yù)測模型，其結(jié)果表明在288～310 K內(nèi)預(yù)測值的準(zhǔn)確度在±10%內(nèi)。

本實驗研究旨在通過數(shù)據(jù)分析建立金槍魚貨架期預(yù)測模型，以預(yù)判金槍魚貨架期，減少流通中的經(jīng)濟損失。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

金槍魚，購于浙江豐匯遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司上海供應(yīng)站，挑選色澤鮮亮無肌肉淤血的金槍魚塊，于碎冰保鮮條件下運回實驗室立即實驗。

儀器:高效液相色譜儀器(LC-2010C HT，島津公司);FOSS全自動凱氏定氮儀(Kjeltec 8400，福斯分析儀器公司);冰箱(BCD-252MHV*，蘇州三星電子);色差計(ZE-2000，日本尼康公司);臺式高速冷凍離心機(H-2050R，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司);紫外可見分光光度計(UV-1102，上海天美科技儀器有限公司);電子分析天平等。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理

將運回的金槍魚空氣解凍3 h切成小塊每塊約90 g，將魚塊隨機分為五組裝入自封袋貯藏于269、273、277、281、285 K 五個不同溫度下，按一定時間間隔分別取樣測定其K值、高鐵肌紅蛋白含量、組胺含量、TVB-N值和微生物等理化指標(biāo)并進行感官評定。實驗設(shè)計如表1。

表1 實驗組設(shè)計Table 1 Design for experimentation

1.2.2 感官評定

參考 SC/T 3117-2006《生食金槍魚》［8］對生食金槍魚的感官要求，根據(jù)表2從金槍魚的色澤、氣味、組織及彈性4方面進行評價。以10分制對金槍魚進行評價，認(rèn)為0～4分較差、4～6分為一般、6～8分較好、8分以上為很好，評分結(jié)果以金槍魚平均得分表示，樣品平均分=(外觀色澤得分+氣味得分+肌肉組織得分+組織彈性得分)/4。

表2 金槍魚感官評定表Table 2 Criteria for sensory evaluation of tuna

1.2.3 高鐵肌紅蛋白測定

參考Karol Krzywicki等［9］的方法利用磷酸緩沖液進行提取，最后用分光光度計在525，545，565和572 nm波長處，測定其吸光度，計算公式:

MetMb/%=(-2.514R1+0.777R2+0.800R3+1.098)×100

其中:R1為提取液在波長572 nm時的吸光度與525 nm時吸光度的比值;R2為提取液在波長565 nm時的吸光度與525 nm時吸光度的比值;R3為提取液在波長545 nm時的吸光度與525 nm時吸光度的比值即:

1.2.4 K值

參考Yoloyama等［10］的方法略有修改。準(zhǔn)確稱取5 g切碎的魚肉用HClO4于4℃下多次提取最后將提取的上清液合并，并調(diào)節(jié)pH值至6.5，于50 mL容量瓶定容，用0.22 μm膜過濾待用。

HPLC條件:色譜柱 VP-CDSC18(46 mm×150 mm)，采用pH 6.7的0.05 mol/L H3PO4緩沖液平衡洗脫，樣品進樣量為10 μL，流速1 mL/min，柱溫30℃，檢測波長254 nm。K值計算:

其中:WHxR、WHx、WATP、WADP、WAMP 和 WIMP分別為次黃嘌呤核苷、次黃嘌呤、腺苷三磷酸、腺苷二磷酸、腺苷酸和肌苷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.5 組胺

參考金高娃等［11］的方法先利用HClO4對樣品進行提取，再將提取液經(jīng)丹酰氯衍生后采用高效液相色譜法分離測定組胺含量。

1.2.6 揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的測定

參考《SC/T 3032-2007水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》［12］的方法。

1.2.7 菌落總數(shù)測定

參考《GB 47892-2010食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》［13］測定，每個稀釋度做2個平行組。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

利用Origin9.0軟件繪制曲線，用SPSS 19.0和Excel 2010進行實驗數(shù)據(jù)處理。

1.4 金槍魚貨架期預(yù)測模型

1.4.1 動力學(xué)模型

研究表明大部分食品符合零級或一級化學(xué)動力學(xué)模型［14］，根據(jù)基元反應(yīng)的質(zhì)量作用定律恒溫時的反應(yīng)速率可表示為:

式中:V為反應(yīng)速率;M為品質(zhì)因子;t為時間;k反應(yīng)速率常數(shù);n為反應(yīng)級數(shù)。

對(1)式兩邊積分得積分式

n=0時由(2)式可得零級動力學(xué)模型:

n=1時由(2)式可得一級動力學(xué)模型:

由(4)變形可得

式中:M0為初始品質(zhì)因子值。

將各實驗指標(biāo)用Origin9.0進行零級動力學(xué)模型線性擬合和一級動力學(xué)模型非線性擬合可判斷金槍魚的反應(yīng)級數(shù)并得到不同溫度下各指標(biāo)的反應(yīng)速率常數(shù)k。

1.4.2 Arrhenius方程

Arrhenius方程是描述反應(yīng)速率常數(shù)k和溫度T之間較為精確的關(guān)系式。Arrhenius方程可表示為:

式中:A0為指前因子;Ea為活化能，J/mol;R為摩爾氣體常數(shù)，8.314 J/(K·mol);T為絕對溫度，K。

將不同溫度下(269，273，277，281，285 K)的反應(yīng)速率常數(shù)k結(jié)合Arrhenius方程進行非線性擬合可得到指前因子A0和反應(yīng)活化能Ea。

1.4.3 貨架期模型的建立

結(jié)合動力學(xué)模型和Arrhenius方程可得到金槍魚貨架期模型。

符合零級動力學(xué)貨架期模型:

符合一級動力學(xué)貨架期模型:

式中:SL為貨架期。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)指標(biāo)的變化

從圖1-(a)中的感官評分結(jié)果可以看出，隨著貯藏時間的延長，金槍魚的色澤、氣味、彈性均出現(xiàn)不同程度的劣變，且溫度越高感官評分下降速率越快，貯藏在285 K下的金槍魚15 h時感官綜合得分僅為4.1，已經(jīng)開始出現(xiàn)褐變，魚香味趨于消失，組織部分松散。

剛宰殺的金槍魚含有較多的肌紅蛋白和血紅蛋白而使肉色呈紅色，金槍魚紅度值a*的變化如圖1-(b)所示，貯藏在285 K和281 K條件下金槍魚的紅度值a*下降最快，到35 h時從初始值10.09分別下降至2.2和1.9。與之相比貯藏在269 K和273 K條件下的金槍魚的紅度值a*下降較為緩慢，這可能是因為低溫環(huán)境下有利于減緩高鐵肌紅蛋白的形成。

金槍魚中高鐵肌紅蛋白含量如圖1-(c)所示，隨著貯藏時間的延長，高鐵肌紅蛋白含量不斷上升，其中285 K條件下貯藏的金槍魚高鐵肌紅蛋白含量上升最快，到35 h時從初始值1.48上升至40.67。而貯藏在269 K條件下金槍魚高鐵肌紅蛋白含量上升最慢，這與貯藏過程中金槍魚紅度值a*的變化規(guī)律相符。魚肉中的肌紅蛋白通常與亞鐵離子結(jié)合，但其性質(zhì)極不穩(wěn)定，在貯藏過程中亞鐵離子容易被氧化成三價鐵離子而生成高鐵肌紅蛋白，該現(xiàn)象的發(fā)生與pH值，氧分壓，溫度、離子強度及NADH的濃度有關(guān)［15］。

許多學(xué)者研究表明［16］，K值變化規(guī)律能較好的表現(xiàn)金槍魚的腐敗程度，從圖1-(d)中可以看出，隨貯藏時間延長K值總體呈上升趨勢，在考量范圍內(nèi)K值的變化與溫度相關(guān)，溫度越高K值變化速率越快。貯藏溫度285 K和281 K貯藏條件下金槍魚K值急劇上升，而269 K條件下貯藏的金槍魚K值上升較為緩慢。K值上升主要是因為貯藏過程中金槍魚肉中ATP的不斷降解。

金槍魚TVB-N值變化如圖1-(e)所示，貯藏過程中各個實驗組TVB-N值上升，表明貯藏過程中金槍魚肉中蛋白質(zhì)在細(xì)菌和酶的作用下被分解為氨、二甲胺和三甲胺等低級胺類物質(zhì)。同一時間各個實驗組TVB-N值越高則表明魚肉中蛋白質(zhì)分解程度越大，即魚肉越不新鮮。從圖1-(e)可知285 K條件下貯藏的金槍魚TVB-N值上升速率最快，在35 h內(nèi)從初始值7.7 mg/100 g上升至19.1 mg/100 g，而貯藏在269 K條件下的金槍魚到84 h才上升至15.0 mg/100 g，一方面，這可能是因為溫度越高魚肉中分解蛋白質(zhì)的酶的活性越高，另一方面溫度較高的環(huán)境下所適合生長的微生物種類越多從而加速了蛋白質(zhì)的分解。

根據(jù)國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SC/T 3117-2006生食金槍魚》［8］的規(guī)定生食金槍魚的菌落總數(shù)須≤104CFU/g。貯藏在不同溫度下的金槍魚菌落總數(shù)變化如圖1-(f)所示，在不同溫度下貯藏的金槍魚菌落總數(shù)變化較大，5 h時貯藏在285 K和281 K條件下的菌落總數(shù)就分別達(dá)到了4.2 lg(CFU/g)和4.3lg(CFU/g)已經(jīng)超過了規(guī)定的閾值(4.0lg(CFU/g))，而在269 K條件下貯藏的金槍魚到48 h時菌落總數(shù)為4.1lg(CFU/g)，單純從微生物指標(biāo)來看貯藏在269 K條件下金槍魚比285 K的貨架期延長了43 h。

組胺是生物胺的一種，由組氨酸在一定條件下脫羧反應(yīng)而生成，魚肉中組胺含量過高可引起人體不適甚至組胺中毒，金槍魚富含組氨酸是容易引起組胺中毒的魚肉之一。金槍魚肉中組胺含量如圖1-(g)所示，可知溫度對組胺有較大影響，在285 K和281 K條件下的金槍魚組胺在短時間內(nèi)急劇增加從初始值23.3 mg/kg到35 h時分別增加至49.5 mg/kg和44.1 mg/kg，而貯藏在269 K下的金槍魚組胺變化緩慢，從初始值23.3 mg/kg到84 h時為26.6 mg/kg僅增加了3.3 mg/kg。

圖1 金槍魚在不同溫度下貯藏過程中的感官評分及品質(zhì)指標(biāo)及變化Fig.1 Changes of sensory score and quality indexes oftuna stored under different temperatures

2.2 動力學(xué)分析和貨架期預(yù)測模型的建立

2.2.1 金槍魚品質(zhì)動力學(xué)分析

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型方程(3)和(4)，利用Origin9.0分別對金槍魚的TVB-N值、鮮度指標(biāo)K值、高鐵肌紅蛋白含量等品質(zhì)指標(biāo)參數(shù)分別進行線性和非線性回歸擬合得到零級和一級動力學(xué)模型的反應(yīng)速率常數(shù)k及回歸系數(shù)R2如表2所示。

表3 零級和一級動力學(xué)回歸速率常數(shù)k及決定系數(shù)R2Table 3 Reaction rate constant k and determination coefficient R2of determination for zero and first order regression

續(xù)表3

R2越大說明數(shù)據(jù)和方程的擬合性越好，從表3中∑R2可以看出零級動力學(xué)決定系數(shù)∑R2＞一級動力學(xué)決定系數(shù)∑R2，說明零級動力學(xué)模型的擬合精度更高即零級反應(yīng)動力學(xué)更符合金槍魚在貯藏過程中品質(zhì)變化［6，17］。因此本實驗選用零級動力學(xué)規(guī)律研究金槍魚品質(zhì)變化。

2.2.2 貨架期預(yù)測模型的建立

對于基元反應(yīng)和大部分非基元反應(yīng)均適用Arrhenius方程求其動力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)k，Arrhenius方程是在簡單的反應(yīng)活化能模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合動力學(xué)和熱力學(xué)基本原理提出的動力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T較準(zhǔn)確的關(guān)系式模型。本實驗利用Arrhenius方程對表2中不同溫度下金槍魚貨架期的計算模型中反應(yīng)速率常數(shù)k進行非線性擬合(見圖2)，表4是金槍魚不同品質(zhì)因子模型反應(yīng)活化能Ea和指前因子A0。

表4 品質(zhì)指標(biāo)零級變化的活化能Ea和指前因子A0Table 4 Active energy(Ea)and frequency coefficient(A0)forzero order change of quality indexes

由(3)式結(jié)合(6)式得到金槍魚基于a*的貨架期預(yù)測模型:

金槍魚基于高鐵肌紅蛋白含量的貨架期預(yù)測模型:

金槍魚基于K值的貨架期預(yù)測模型:

金槍魚基于TVB-N的貨架期預(yù)測模型:

圖2 紅度值a*、高鐵肌紅蛋白百分含量、k值、TVB-N、菌落總數(shù)和組胺的k-T(速率與溫度)非線性擬合圖Fig.2 Nonliner k-T(reaction rate and temperature)fitting graph of value of a*，met-myoglobin，value of k，value of TVB-N，aerobic plate count and histamine

金槍魚基于菌落總數(shù)的貨架期預(yù)測模型:

金槍魚基于組胺含量的貨架期預(yù)測模型:

式 中:M(a*value0)、M(MetMb)、M(K value0)、M(TVB-N0)、M(APC0)、M(His0)和 M(a*value)、M(MetMb)、M(K value)、M(TVB-N)、M(APC)、M(His)分別是金槍魚紅度值a*、高鐵肌紅蛋白百分含量、K值、TVB-N、菌落總數(shù)、組胺的初始值和貯藏一段時間后的測定值。

2.3 貨架期預(yù)測模型的驗證試驗

為驗證貨架期預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，將驗證試驗的金槍魚塊與上述實驗組做相同處理，隨機分為2組分別于273 K和281 K條件下貯藏，按一定時間間隔測定其紅度值a*、高鐵肌紅蛋白含量、K值、TVB-N、菌落總數(shù)及組胺含量，結(jié)合國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SC/T 3117-2006生食金槍魚》［8］及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以金槍魚各項品質(zhì)指標(biāo)超過生食金槍魚規(guī)定上限判定為貨架期終點，其測定結(jié)果和預(yù)測結(jié)果如表5所示。

表5 金槍魚在273和281 K貯藏下貨架期的預(yù)測值和實測值Table 5 Predicted and observed shelf-life of tuna at 273 and 281K

從表5可知，基于不同品質(zhì)指標(biāo)的貨架期預(yù)測值略有不同，因此在評估金槍魚貨架時建議結(jié)合各個指標(biāo)的預(yù)測值綜合評定。在眾多品質(zhì)指標(biāo)中以K值和TVB-N兩個指標(biāo)對于評價金槍魚貨架期尤其重要，由表5可知，K值和TVB-N兩個指標(biāo)的預(yù)測貨架期較為相近，在273 K時預(yù)測貨架期分別為110 h和132 h，在281 K時預(yù)測貨架期分別為62 h和70 h稍大于實際貨架期。從整體預(yù)測結(jié)果和實際結(jié)果來看，預(yù)測模型能較好的預(yù)測金槍魚貨架期，除281 K條件下紅度值a*預(yù)測值相對誤差稍大外，其他相對誤差均在±10%之內(nèi)。

3 結(jié)論

(1)貯藏在不同溫度下金槍魚均出現(xiàn)不同程度的品質(zhì)劣變，綜合感官評分和紅度值a*呈下降趨勢，高鐵肌紅蛋白含量、K值、TVB-N、菌落總數(shù)及組胺含量隨著貯藏時間的延長均呈上升趨勢，且溫度越高上升速率越快。

(2)利用Origin9.0對金槍魚品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進行線性和非線性擬合表明，貯藏過程中金槍魚紅度值a*、高鐵肌紅蛋白含量、K值、TVB-N、菌落總數(shù)及組胺含量的變化更符合零級動力學(xué)模型其決定系數(shù)R2＞0.9。

(3)本研究表明，利用Arrhenius方程對反應(yīng)速率常數(shù)k和溫度T進行非線性擬合時其決定系數(shù)R2＞0.9，具有較高的擬合精度，本實驗所建立的貨架期預(yù)測模型能較準(zhǔn)確的預(yù)測貯藏在不同溫度下金槍魚的貨架期。在驗證實驗中模型預(yù)測貨架期和實際所測貨架期誤差在±10%內(nèi)。

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