潘瀾瀾，蔣潔蘭，曲敏，母剛，薛占楓，黃代鈺，張寧，張國琛*

(1.大連海洋大學 農業(yè)農村部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室，遼寧 大連 116023； 2.大連海洋大學 機械與動力工程學院，大連 116023；3.大連海洋大學 食品科學與工程學院，遼寧 大連 116023)

菲律賓蛤仔Ruditapesphilippinarum肉質鮮美、養(yǎng)殖周期短，是中國主要的海產經(jīng)濟貝類之一，廣泛分布于中國南北海區(qū)。菲律賓蛤仔在實際物流過程中未形成密封的單元化包裝，受外界環(huán)境的影響，到達消費者環(huán)節(jié)時品質不受控制，易引起死亡變質，影響其鮮活銷售品質。合理的密封包裝在確保活貝品質、延長?；钇诘耐瑫r，還可方便流通及促進銷售，目前水產品的活品密封包裝主要采用充氧的形式，可用于魚和貝類[1]。物流過程中水產品的鮮度會隨著時間延長而下降，因此，應用有效快速的方法評估水產品鮮度變化，預測其剩余貨架期顯得尤為重要[2]。

水產品鮮度品質可以從感官指標、物理指標、化學指標和微生物指標等方面進行評價，通常采取多種指標相結合的方法進行評價[3]。其中，溫度是影響微生物生長最重要的因素，也是導致水產品腐敗的重要原因，目前，大多數(shù)貨架期預測模型均根據(jù)溫度建立[2]。國內外學者對水產品貨架期模型的研究主要集中在冰、鮮水產品貨架期的預測，通常采用微生物、生化指標建立基于溫度變化的貨架期動力學模型，如鮭[4]、鲇[5]、鱈[6]、鯉[7]、帶魚[8]、紅鰹[9]和小黃魚[10]等，除了冷藏魚類，其他水產品的鮮度綜合評價和貨架期預測也有相關研究[11-13]。不同水產品品質衰變機理雖然有一定差異，但動力學模型能很好地反映其衰變趨勢。目前，應用Arrhenius法預測水產品貨架壽命的研究已有大量報道，包括冰鮮帶魚[8]、小黃魚[10]、冷藏三文魚片[11]、鱸魚片[13]、扇貝[14]、牡蠣[15]、即食蝦仁[16]、真空油炸脆蝦[17]和梭子蟹[18]等水產品，該方法通過測定菌落總數(shù)、總揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)、鮮度指標(K值)、pH值、色度與感官品質等理化及微生物指標，并采用Arrhenius方程建立貯藏時間、貯藏溫度的動力學模型進行貨架期預測，然而目前該方法主要用于冰鮮和即食水產品的評價，用于活品的研究較少，尤其未見對活品菲律賓蛤仔的相關報道?；钬悷o水物流過程中品質指標的變化與冰、鮮水產品有一定差異，為此，本研究中，研究了真空、空氣、充氧3種密封包裝形式，在不同溫度下對活品菲律賓蛤仔品質的影響，并建立貨架期預測模型，以期為活品蛤仔流通提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用菲律賓蛤仔(以下簡稱蛤仔)購自遼寧省大連市長興島，個體鮮活飽滿，大小均勻，于2018年11月6日采捕后采用編織袋運抵農業(yè)農村部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室，無水運輸時間為3 h，殼長為(40±5)mm，殼寬為(28±3)mm，殼高為(17±2)mm，共100 kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 將粗選、清洗的蛤仔在凈化與循環(huán)水系統(tǒng)中暫養(yǎng)24 h，然后將20枚蛤仔平鋪放入包裝袋(HDPE材質，長32 cm、寬25 cm)，設置真空、空氣、充氧3種不同氣體條件及0、5、10、15 ℃ 4種溫度條件，充氧包裝充入8000 cm3、濃度為99.9%的氧氣。不同氣體及溫度條件下各60袋，每隔24 h取出3袋相同溫度及氣體條件的樣本，樣本全部死亡時停止取樣。

1.2.2 指標的測定與計算

(1)存活率[19]。將蛤仔放入15 ℃海水中靜置20 min，用玻璃棒輕敲其外殼，有閉合趨勢則判定為存活，如果長時間不閉合則判定為死亡。

存活率=Ns/Nt×100%。

(1)

其中，Ns、Nt分別為存活個數(shù)和總數(shù)。

(2)感官評價。參考GB2733—2015食品安全國家標準鮮、凍動物性水產品評定方法。感官評定主要依據(jù)口感、色澤、氣味(氣味正常、無腐敗味)及質地(肌肉緊密有彈性和疏松無彈性)綜合評定感官分數(shù)[14,20]。感官評定標準如表1所示，其中，總分小于12分時，則判定為無法食用[14,20]。感官評定小組由7名經(jīng)過培訓的人員組成，每間隔24 h對蛤肉進行感官評價。

表1 感官評價評分標準Tab.1 Standard score scale for sensory evaluation

(3)菌落總數(shù)、pH值和糖原含量。按照GB4789.2—2016食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定方法測定。參考GB5009.237—2016食品安全國家標準食品pH值的測定方法。取蛤仔肉，采用糖原測定試劑盒(上海滬震實業(yè)有限公司)測定糖原含量[20-21]。

(4)色度。取蛤仔肉用色度儀(4500S)測定L值(明度，反映色澤的亮度)、a值(Hunter標度中的a軸值，正數(shù)代表紅色，負數(shù)代表綠色)和b值(Hunter標度中的b軸值，正數(shù)代表黃色，負數(shù)代表藍色)，同時對色澤差異值E進行評價，色澤測定于自然燈光下進行，重復3次，并計算色度差ΔE[20]。計算公式為

(2)

ΔE=E測-E初。

(3)

1.2.3 活品蛤仔貨架期模型的預測 在貯藏過程中，活品蛤仔的品質隨著時間延長而發(fā)生變化，目前，國內外學者對建立水產品貨架期預測模型所依據(jù)的主要原理為化學動力學和微生物生長動力學，可根據(jù)零級及一級反應方程式建立其動力學預測模型。各級反應方程為

零級動力學反應：N=N0-k×t，

(4)

一級動力學反應：N=N0ek×t。

(5)

其中：N0、N分別為初始和貯藏第t天時的品質指標值；k為反應速率常數(shù)；t為貯藏時間(d)。

測定活品蛤仔在4個不同貯藏溫度(0、5、10、15 ℃)及3種氣體條件(真空、空氣、充氧)下的存活率、感官評價、菌落總數(shù)、pH值、色度差和糖原含量，將得到的菌落總數(shù)、pH值、色度差和糖原數(shù)據(jù)作圖，分別利用零級和一級動力學模型方程(4)、(5)進行擬合，確定其反應級數(shù)。

Arrhenius 方程：該方程是描述化學基元反應的經(jīng)典模型，以溫度為自變量，闡明了化學反應速率k與絕對溫度T的關系，該方程可以有效地反映食品的腐敗變質速率，其計算公式為

k=k0exp[-Ea/(R×T)]。

(6)

其中：k為速率常數(shù)；k0為指前因子(又稱頻率因子)；Ea為活化能(J/mol)；R為氣體常數(shù)，即8.314 J/(mol·k)；T為絕對溫度(K)。

結合零級或一級動力學反應模型和Arrhenius方程，得到活品蛤仔的貨架期(shelf-life, SL)預測模型如下：

零級反應貨架期預測模型為

SL0=|N-N0|/[k0exp(-Ea/(T×R))]；

(7)

一級反應貨架期預測模型為

SL1=|lnN-lnN0|/[k0exp(-Ea/(T×R))]。

(8)

其中:SL為預測貨架期(d)；N0為品質參數(shù)初始值；N為實時品質因子；k0為指前(頻率)因子，即活化能為零時的反應速率。

2 結果與分析

2.1 蛤仔存活率

從圖1可見：不同密封包裝條件下活品蛤仔存活率隨著時間延長呈明顯下降趨勢，但3種包裝方式有所差異，存活率依次為充氧組>空氣組>真空組；0、5、10、15 ℃的真空包裝分別在貯藏4、3、2、2 d時蛤仔出現(xiàn)死亡，7、6、4、3 d時全部死亡；0、5、10、15 ℃的充氧包裝分別在11、6、4、3 d時出現(xiàn)死亡，14、11、9、5 d時全部死亡；0、5、10、15 ℃的空氣包裝分別在5、4、3、3 d時出現(xiàn)死亡，8、7、5、4 d時全部死亡。溫度和包裝方式兩個因素在蛤仔無水?；钸^程中均有較大影響，0 ℃接近蛤仔的生態(tài)冰溫點有利于其存活，這與對青蛤[22]、紫彩血蛤[23]、魁蚶[24]等的研究結果一致。包裝內純氧條件保證了活貝正常進行呼吸作用的同時抑制了厭氧菌的生長，而真空包裝迫使包裝內的蛤仔始終緊閉雙殼，無法張口活動，只能靠體液短時間維持生命活動[25]?？梢?，0 ℃充氧包裝蛤仔存活率最高，高溫真空包裝存活率最低。

圖1 不同溫度及包裝方式下菲律賓蛤仔存活率變化Fig.1 Survival rate of Manila clam Ruditapes philippinarum in different packaging at different temperatures

2.2 感官品質

從圖2可見：不同密封包裝條件下活品蛤仔的感官品質隨貯藏時間延長呈明顯下降趨勢；溫度升高，感官評分降低速率加快，可食用期(貨架期)終點的時間越短，接近生態(tài)冰溫的低溫條件有利于活貝的品質保持。感官評價能最直接地反映活貝的食用情況，可作為貨架期重要的評判標準。對冰鮮帶魚[8]、小黃魚[10]、冷藏三文魚片[11]、鱸魚片[13]、扇貝[14]、牡蠣[15]、即食蝦仁[16]、真空油炸脆蝦[17]和梭子蟹[18]等的研究中均采用感官評價作為貨架期間及終點品質指標的分析。本研究中，以感官評價12分作為貨架期終點指標，得到活品蛤仔充氧包裝在0、5、10、15 ℃下的貨架期分別為10、7、6、3 d，真空包裝在0、5、10、15 ℃下的貨架期分別為5、3、2、1 d，空氣包裝在0、5、10、15 ℃下的貨架期分別為6、4、3、2 d?？梢?，0 ℃充氧包裝貨架期最長，高溫真空包裝最短。

圖2 不同溫度及包裝方式的菲律賓蛤仔感官評價變化Fig.2 Sensory evaluation of Manila clam Ruditapes philippinarum in different packaging at different temperatures

2.3 菌落總數(shù)

從圖3可見：不同密封包裝條件下活品蛤仔菌落總數(shù)隨貯藏時間延長呈顯著上升趨勢且隨溫度變化明顯；較低溫度(0、5 ℃)條件下蛤仔的菌落總數(shù)明顯低于較高溫度(10、15 ℃)；相同溫度條件下，空氣包裝內菌落總數(shù)增長速率快于真空和充氧包裝，這是由于在包裝內空氣的作用下，厭氧性菌落和好氧性菌落可以同時生長，從而導致其增長速率最快，菌落數(shù)量也最多[26-27]。密封包裝的蛤仔菌落總數(shù)上升的速率與溫度密切相關，低溫條件有效抑制了菌落生長，菌落總數(shù)在一定程度上影響了密封包裝蛤仔的存活率、貨架期及新鮮度。可見，存活期內高溫空氣包裝菌落總數(shù)最高。

圖3 不同溫度及包裝方式的菲律賓蛤仔菌落總數(shù)變化Fig.3 Total bacterial count of Manila clam Ruditapes philippinarum in different packaging at different temperatures

2.4 pH值

從圖4可見，不同密封包裝條件下活品蛤仔的pH值隨時間延長呈上升趨勢，其中，真空組與空氣組pH值上升快于充氧組，10、15 ℃較高溫度下蛤仔pH值上升速率快于0、5 ℃較低溫度條件。密封包裝條件下活品蛤仔生命力下降，逐漸出現(xiàn)死亡，在自溶酶的作用下被分解，導致包裝內pH值上升。但在冰鮮水產品預測過程中，pH值往往先升高后降低，pH值無法進行貨架期的預測[12]，而本研究中密封包裝的活品蛤仔pH值上升規(guī)律明顯?？梢?，0 ℃充氧包裝pH上升較緩。

圖4 不同溫度及包裝方式的菲律賓蛤仔pH值變化Fig.4 Changes in pH value of Manila clam Ruditapes philippinarum in different packaging at different temperatures

2.5 色度

從圖5可見，不同密封包裝條件下活品蛤仔色度差ΔE隨時間延長均呈明顯加深的趨勢。較低溫度條件的色澤變化低于同一時間較高溫度條件，且不同包裝方式對失色度差的影響不同，空氣包裝內菌落的生長加上活貝自身體液的流失，導致包裝內活貝色澤變化最為明顯；而真空包裝能有效抑制貝類內源酶活性和微生物的生長，包裝內蛤仔體液流失也最少，色度差最小。對冰鮮水產研究發(fā)現(xiàn)，小黃魚色度隨溫度和時間變化明顯[10]，在貨架期內三文魚[28]和即時蝦仁[16]的色度變化并不明顯。而本研究中密封包裝條件下的活品蛤仔由于體液的流失，導致貝肉中水分減少，從而使色度加深變化明顯?？梢?，存活期內0 ℃真空包裝色度差最小。

圖5 不同溫度及包裝方式的菲律賓蛤仔色度差變化Fig.5 Chrominance of Manila clam Ruditapes philippinarum in different packaging at different temperatures

2.6 糖原含量

從圖6可見，不同密封包裝條件下活品蛤仔糖原含量隨貯藏時間延長呈下降趨勢，真空條件下糖原含量下降最為緩慢。真空包裝內的蛤仔無法正常進行呼吸，而呼吸作用是糖原消耗的主要原因，從而抑制了糖原的消耗[29]。在冰鮮水產品中無法采用糖原進行貨架期預測，而隨著蛤仔存活時間延長，蛤仔生命活力下降，糖原下降速率總體降低[29〗。溫度也影響糖原下降的速率，包裝內的蛤仔高溫狀態(tài)下生命代謝旺盛，糖原消耗速率加快，這與對其他活品貝類研究結果一致[30-31]，糖原隨時間下降明顯并隨溫度升高下降趨勢不同，這表明糖原是活品區(qū)別于冰鮮水產品貨架期預測的重要指標?？梢姡? ℃真空包裝糖原含量下降最為緩慢。

圖6 不同溫度及包裝方式的菲律賓蛤仔糖原含量變化Fig.6 Glycogen content of Manila clam Ruditapes philippinarum in different packaging at different temperatures

3 貨架期預測模型的建立

3.1 理化指標與感官品質的相關性分析

感官評價確定了不同溫度及包裝條件下活品蛤仔貨架期的時間，對蛤仔理化指標與感官評分進行Pearson相關系數(shù)分析(表2)顯示，相關系數(shù)范圍為0.800～1.000，為極強相關，表明蛤仔的感官評分與其他理化指標存在密切相關性，因此，可由感官評價貨架期作為密封包裝的蛤仔貨架期終點時品質指標分析依據(jù)。

表2 菲律賓蛤仔理化指標與感官評分進行Pearson相關系數(shù)分析

3.2 活體蛤仔品質指標貨架期預測模型建立

分別對不同氣體包裝條件下蛤仔菌落總數(shù)、pH、色度差和糖原在0、5、10、15 ℃進行零級和一級反應擬合，即N和lnN與時間的關系進行線性回歸分析。根據(jù)回歸系數(shù)R2≥0.92和∑R2來比較不同級數(shù)品質函數(shù)所對應的擬合精度，確定品質指標反應級數(shù)，篩選出擬合精度較高的擬合方程，結合Arrhenius方程預測活品蛤仔在不同溫度及氣體條件下的貨架期。對公式(6)取對數(shù)得到:

lnk=-Ea/(R×T)+lnk0。

(9)

由lnk對1/T作圖得到線性方程，分析擬合精度，求出活化能和指前因子(表3)。并將值代入公式(7)和(8)得出貨架期預測方程。

表3 菲律賓蛤仔各指標的回歸方程、活化能(Ea)和前因子(k0)

對不同包裝方式的活品蛤仔，當確定了貯藏溫度、初始鮮度品質值及終點鮮度品質指標值，根據(jù)所得到的貨架期預測模型，即可獲得在確定的貯藏溫度條件下的貯藏時間，即貨架期。此外，也可以根據(jù)貯藏溫度、初始鮮度品質值及貯藏時間，獲得在確定的貯藏溫度和時間條件下的鮮度品質指標，將得出的k0及Ea代入公式(7)和(8)，得出貨架期預測模型(表4)。

表4 菲律賓蛤仔貨架期預測模型Tab.4 Shelf life prediction models of live Manila clam Ruditapes philippinarum

3.3 活品蛤仔貨架期預測模型的驗證

通過對密封包裝的蛤仔貨架期實測值與采用貨架期預測模型計算值比較，進行貨架期預測模型的驗證。根據(jù)感官評價12分作為可接受的最低限制，確定了貨架期時間。根據(jù)中國貝類投放市場的微生物衛(wèi)生標準要求[32]，參照并分析貨架期終點值時品質指標值，其中，不同包裝條件的pH值、菌落總數(shù)和色度差指標貨架期終點值，采用求平均值確定，但本試驗中發(fā)現(xiàn)，充氧包裝的蛤仔由于?；顣r間的延長，糖原品質指標在不同溫度下達到感官終點值時含量不同，且隨溫度變化呈線性關系，線性方程為y=0.3038T+1.819(R2= 0.96，T=0～15 ℃)，同時蛤仔糖原品質終點無限定值，參照青花菜貨架期預測的方法[33]代入公式(8)，作為以糖原特征指標預測的動態(tài)終點貨架期。表5為不同氣體條件下活品蛤仔品質指標的貨架期終點值。

表5 菲律賓蛤仔品質指標貨架期終點值

表6為貨架期預測模型驗證結果，與感官評價的貨架期實測值比較，預測值誤差在20%以內，證明兩者預測的貨架期時間有一定一致性。15 ℃溫度條件的活品蛤仔貯藏時間較短，貨架期誤差較大，因此，貨架期模型無法采用；充氧包裝的蛤仔pH值、菌落總數(shù)、糖原指標可在0～10 ℃預測貨架期，而色度差貨架期模型只適用0～5 ℃的貨架期預測；真空包裝的蛤仔pH值、糖原指標可在0～5 ℃預測貨架期，而色度差貨架期模型可適用0～10 ℃的貨架期時間預測；空氣包裝的蛤仔菌落總數(shù)、糖原指標可在0～10 ℃預測貨架期。

表6 密封包裝菲律賓蛤仔貨架期的預測值和實測值

4 結論

(1)0 ℃充氧包裝貨架期最長，高溫真空包裝最差；存活期內高溫空氣包裝菌落總數(shù)最高；0 ℃充氧包裝pH值上升較緩；存活期內0 ℃真空包裝色度差最小，糖原含量下降最為緩慢。綜合各項指標在貯藏期間的變化結果，活品菲律賓蛤仔采用充氧包裝更有利于其存活及品質的穩(wěn)定。

(2)通過動力學反應結合Arrhenius方程推導了活品蛤仔pH值、菌落總數(shù)、糖原和色度差的貨架期預測模型，充氧包裝的pH值、色度差、菌落總數(shù)、糖原含量，真空包裝的pH值、色度差、糖原指標，空氣包裝的菌落總數(shù)、糖原指標建立的貨架期預測模型在0～10 ℃范圍內求得的預測值與實測值相對誤差小于20%，為活貝無水載運密封包裝及貨架期預測提供了理論方法。