王文潔,沈紫斌,陳云云,徐霞,虞舟,丁玉庭,周緒霞*

1(浙江工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,浙江 杭州,310014) 2(浙江省深藍(lán)漁業(yè)資源高效開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州,310014) 3(國(guó)家遠(yuǎn)洋水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)分中心(杭州),浙江 杭州,310014) 4(中國(guó)水產(chǎn)舟山海洋漁業(yè)有限公司,浙江 舟山,325400)5(舟山匯豐冷藏物流發(fā)展有限公司,浙江 舟山,316102)

冷庫(kù)是食品長(zhǎng)期存放的主要制冷設(shè)備之一,其庫(kù)內(nèi)流場(chǎng)分布的均勻性對(duì)食品品質(zhì)產(chǎn)生影響[1-2],通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)分析流場(chǎng)(溫度、流速)分布能實(shí)現(xiàn)凍品所處的貯藏環(huán)境的可視化模擬。食品在不同堆碼方式下冷庫(kù)流場(chǎng)分布存在差異,合理的食品堆碼能使庫(kù)內(nèi)流場(chǎng)分布均勻、減小貨物表面的流速和溫度波動(dòng)[3],從而起到延緩食品腐敗變質(zhì)、降低冷庫(kù)能耗的作用。

冷庫(kù)由于空間規(guī)模大,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以準(zhǔn)確獲得冷庫(kù)內(nèi)的流場(chǎng)變化[4],因此大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用CFD對(duì)冷庫(kù)內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了研究,通過(guò)建立物理數(shù)學(xué)模型、設(shè)定相關(guān)參數(shù)等模擬庫(kù)內(nèi)不同堆碼方式導(dǎo)致的溫度和氣流分布變化規(guī)律,從而找到最佳的食品堆碼方式,節(jié)省了大量人力、財(cái)力[5-6]。目前有關(guān)冷庫(kù)內(nèi)食品堆碼方式對(duì)品質(zhì)的研究?jī)H在模擬階段,孫海亭等[7]分析了蘋果擺放方式對(duì)冷庫(kù)內(nèi)的流場(chǎng)影響,CHOURASIA等[8]通過(guò)數(shù)值模擬研究了不同堆碼方式下馬鈴薯周圍流場(chǎng)變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與堆碼寬度、體積相比,馬鈴薯的堆碼高度對(duì)產(chǎn)品的冷卻時(shí)間和冷卻溫度影響更大,胡耀華等[9]通過(guò)研究獼猴桃的堆碼方式對(duì)冷庫(kù)流場(chǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)貨箱堆碼越密集,越不利于獼猴桃保鮮。上述的研究?jī)H能對(duì)食品貯藏環(huán)境的流場(chǎng)進(jìn)行描述,不能準(zhǔn)確表示冷庫(kù)內(nèi)不同位置處的品質(zhì)變化,缺乏實(shí)際貨物受冷庫(kù)流場(chǎng)變化引起的品質(zhì)劣變規(guī)律研究,因此研究貨物堆碼方式對(duì)品質(zhì)的影響有重要意義。

鮐魚屬于遠(yuǎn)洋暖水中上層的回游魚類,是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)魚種之一,鮐魚由于組氨酸含量較高,在捕撈后極易腐壞變質(zhì)[10],因此鮐魚通常在捕撈后立即進(jìn)行保鮮處理,之后置于冷庫(kù)內(nèi)進(jìn)行凍藏。在冷庫(kù)凍藏過(guò)程中,鮐魚受流場(chǎng)影響,魚體內(nèi)部冰晶升華、水分分布狀態(tài)發(fā)生改變,魚肉產(chǎn)生干耗、品質(zhì)發(fā)生劣變。因此本文以鮐魚為研究對(duì)象,分析了3種不同堆碼方式下冷庫(kù)的流場(chǎng)差異對(duì)鮐魚貯藏品質(zhì)的影響;實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定3組魚肉的理化指標(biāo)(干耗率、蛋白變性、脂肪氧化、魚肉微觀組織結(jié)構(gòu)和水分分布等)分析了不同位置處魚肉品質(zhì)隨貯藏時(shí)間變化的差異,并對(duì)3組的理化指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析。本研究旨在通過(guò)CFD分析不同堆碼方式下的流場(chǎng)變化,從冷庫(kù)溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)角度揭示堆碼方式對(duì)魚肉品質(zhì)的影響機(jī)制,以期為冷庫(kù)內(nèi)合理堆碼貨物、延長(zhǎng)貨架期提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)鮐魚由舟山匯豐冷庫(kù)提供,2021年8月捕撈自東海,經(jīng)船載凍結(jié)后以每箱10 kg裝箱,并于匯豐冷庫(kù)(-22 ℃)暫存,10月經(jīng)運(yùn)冷藏車運(yùn)送至浙江工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,貯藏于(-18±2) ℃小型冷庫(kù)內(nèi)。

硼酸、氧化鎂、溴甲酚綠、甲基紅、鹽酸、乙醇、三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid, TBA)、氯化鈉、尿素、5,5’-二硫代雙(2-硝基苯甲酸)、乙二胺四乙酸、三羥甲基氨基甲烷、酒石酸鉀鈉、硫酸銅等均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-19雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;Bechman高速冷凍臺(tái)式離心機(jī),美國(guó)Beckman-Coulter公司;T25高速分散機(jī),德國(guó)IKA公司;K9840凱氏定氮儀,海能未來(lái)技術(shù)集團(tuán)股份有限公司;HTS-XT傅立葉紅外光譜儀,德國(guó)布魯克儀器公司;MZsoMR23-60H-I巖心核磁共振成像儀,蘇州紐邁分析儀器股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 冷庫(kù)貨物堆碼方式

冷庫(kù)尺寸為3.269 m×1.950 m×2.600 m,庫(kù)內(nèi)安有一臺(tái)風(fēng)機(jī),尺寸為1.810 m×0.385 m×0.650 m,出風(fēng)方式為直吹式通風(fēng),風(fēng)速為6.0 m/s,溫度為-18 ℃。庫(kù)內(nèi)鮐魚用紙箱包裝置于貨架上,貨箱尺寸為0.515 m×0.315 m×0.120 m,貨物具體堆碼方式見(jiàn)圖1。

a-冷庫(kù)三維示意圖;b-俯視圖;c-側(cè)視圖圖1 冷庫(kù)貨物堆放示意圖Fig.1 Schematic diagram of stacking mackerel in cold storage

1.3.2 數(shù)值模擬

模擬采用軟件ANSYS 19.0分析,貨架對(duì)氣流的影響忽略不計(jì),數(shù)學(xué)模型選擇k-ε紊流模型,算法為Simple。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速為6.0 m/s,溫度為-18 ℃,風(fēng)機(jī)背面為回風(fēng)口,庫(kù)壁選擇HEAT FLUX項(xiàng),冷風(fēng)機(jī)外殼選擇第一類邊界條件,冷風(fēng)機(jī)壁面無(wú)滑移,各個(gè)方向的速度v=0 m/s。庫(kù)壁材料為聚氨酯泡沫,傳熱系數(shù)KW=0.295 W/(m2·K),庫(kù)外壁溫度取20 ℃;庫(kù)壁熱流密度為q=12.685 W/m2,貨物材料屬性為密度964.889 kg/m3、比熱容2.558 kJ/(kg·K)、熱導(dǎo)率1.492 W/(m·K)。

1.3.3 取樣方式

將貨物按1.3.1節(jié)進(jìn)行堆碼后進(jìn)行貯藏實(shí)驗(yàn),選擇每堆貨物的第一層隨機(jī)取樣,取樣點(diǎn)如圖1所示,分別為T1(堆碼高度1.060 m距后壁1.040 m)、T2(堆碼高度2.260 m距后壁1.040 m)、T3(堆碼高度2.260 m距后壁2.005 m)3種堆碼方式下的第一層貨物。實(shí)驗(yàn)周期為6個(gè)月,每月取一次樣,魚肉采用隨機(jī)取樣,每次從3個(gè)位置的第一層貨箱中各隨機(jī)取3條鮐魚,魚肉取出后均至于4 ℃冰箱中解凍6 h,取背部肉進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定。

1.3.4 干耗率

干耗率參考AOAC方法測(cè)定,按照公式(1)計(jì)算:

(1)

式中:WL為冷凍干耗率,%;m0為凍魚初始質(zhì)量,g;m1為貯藏期間的凍結(jié)質(zhì)量,g。

1.3.5 揮發(fā)性鹽基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)值

參考GB 5009.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》。

1.3.6 TBA值

參考GB 5009.181—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中丙二醛的測(cè)定》。

1.3.7 肌原纖維蛋白提取及含量測(cè)定

參考汪經(jīng)邦等[11]的方法提取肌原纖維蛋白,蛋白濃度用雙縮脲法測(cè)定。

1.3.8 總巰基含量測(cè)定

參考李秀霞等[12]方法,總巰基(—SH)含量計(jì)算如公式(2)所示:

(2)

式中:a表示吸光值,b表示待測(cè)液蛋白質(zhì)量濃度,mg/mL,c表示分子吸光系數(shù),為13 600 mol/(cm·L),d表示稀釋倍數(shù)11.25。

1.3.9 Ca2+-ATPase活性

參考SRIKET等[13]的方法,將肌原纖維蛋白質(zhì)量濃度稀釋至4 mg/mL,取3.5 mL蛋白稀釋液,加入0.3 mL 0.5 mol/L Tris-馬來(lái)酸溶液和0.5 mL 0.1 mol/L CaCl2溶液,加入0.25 mL 20 mmol/L ATP溶液混勻,25 ℃水浴10 min,加入2.5 mL預(yù)冷15%三氯乙酸溶液,5 000 r/min離心5 min,取0.5 mL上清液,加入2.5 mL蒸餾水,2 mL硫酸亞鐵-鉬酸銨,25 ℃靜置1 min,660 nm測(cè)吸光值。

1.3.10 傅里葉變換紅外光譜測(cè)定

參考SHANG等[14]的方法,將攪碎的魚肉凍干,按1∶100(質(zhì)量比)與干燥后的溴化鉀充分研磨,測(cè)定范圍為400～4 000 cm-1。

1.3.11 組織微觀結(jié)構(gòu)

參考KAALE等[15]的方法測(cè)定,樣品切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm大小,浸沒(méi)在Clarke溶液(無(wú)水乙醇∶冰醋酸=3∶1,體積比)中固定24 h,之后用乙醇進(jìn)行梯度脫水,石蠟包埋,切片機(jī)切成4 μm薄片,進(jìn)行HE染色,光學(xué)顯微鏡下放大100倍觀察。

1.3.12 水分分布

采用MZsoMR23-60H-I核磁共振儀測(cè)定樣品并成像,選擇CPMG序列,分析參數(shù)設(shè)置:SF1=12 MHz、O1=559 029.1 Hz、P1 =6 μs、P2=10 μs、TD=61 874、SW=250 kHz、TW=3 000 ms、RFD=0.08 ms、RG1=20、DRG1=2、NS=8、TE=0.20 ms、NECH=3 300。

1.3.13 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel分析,Origin 2021繪圖,采用SPSS 26.0對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 CFD模擬流場(chǎng)結(jié)果分析

為比較不同堆碼方式下庫(kù)內(nèi)流場(chǎng)分布變化,實(shí)驗(yàn)選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬,分析穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)冷庫(kù)內(nèi)的氣流和溫度分布情況。

2.1.1 溫度場(chǎng)分析

冷庫(kù)整體溫度分布如圖2-a所示,整體溫度維持在-16～-18 ℃,僅庫(kù)后壁、風(fēng)機(jī)回風(fēng)口和冷庫(kù)邊緣區(qū)域的溫度較高,但整體溫差小于2 ℃。圖2-b、圖2-c為3堆貨物的中間位置溫度分布切面圖,從2個(gè)切面的分布圖可以看出,T1處的溫度略高于T2和T3,但3個(gè)位置處的溫度差異小于1 ℃,說(shuō)明在本冷庫(kù)內(nèi)溫度場(chǎng)的分布較均勻,不同位置處魚肉的貯藏溫度差異不顯著。

a-冷庫(kù)整體溫度分布;b-Y=357.5 mm溫度分布圖;c-Y=1 592.5 mm溫度分布圖圖2 冷庫(kù)不同位置溫度場(chǎng)分布情況Fig.2 Distribution of temperature field in different positions of cold storage

2.1.2 氣流場(chǎng)分析

貨物存在時(shí)冷庫(kù)的氣流場(chǎng)分布情況如圖3所示,空氣從出風(fēng)口吹出沿庫(kù)壁流動(dòng),流速逐漸變小。由圖3-a可知,在無(wú)貨物大面積遮擋時(shí),庫(kù)前壁形成一個(gè)大回流區(qū),后壁存在局部小渦流,而圖3-b中,由于貨物堆放過(guò)高阻擋了氣流的流動(dòng),氣流回流受到阻礙,導(dǎo)致冷庫(kù)前中后部位均出現(xiàn)小渦流,圖3-a的氣流分布均勻性更好。從流速分布圖可看出,圖中2.260 m堆放高度的頂層流速明顯高于1.060 m的頂層流速,而靠近風(fēng)機(jī)處的流速也大于遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)處的流速,3個(gè)位置的流速大小為T2>T3>T1。說(shuō)明貨物堆碼高度及堆碼位置對(duì)冷庫(kù)內(nèi)的氣流分布產(chǎn)生影響,不同位置處氣流流速差異大,并且對(duì)貨物區(qū)的表層位置影響最顯著,堆碼過(guò)高的T2位置氣流集中,流速可達(dá)到6 m/s,而堆碼低的T1流速小于0.7 m/s,表明3組貯藏環(huán)境中的氣流場(chǎng)存在顯著差異。

a-Y=357.5 mm氣流分布圖;b-Y=1 592.5 mm氣流分布圖圖3 冷庫(kù)Y=357.5 mm和Y=1 592.5 mm切面氣流場(chǎng)分布情況Fig.3 Distribution of airflow field in the sections of cold storage with Y=357.5 mm and Y=1 592.5 mm

2.2 貯藏過(guò)程中鮐魚干耗率

食品干耗的本質(zhì)是由食品內(nèi)的水分與外界濕空氣的熱濕交換引起,影響熱濕交換的主要因素為食品自身特性和外界貯藏環(huán)境(溫度、濕度、流速等)[16],PHIMOLSIRIPOL等[17]和EMRAGI等[18]的研究表明溫度波動(dòng)和出風(fēng)速度對(duì)食品干耗產(chǎn)生影響。不同位置處魚肉干耗損失情況如圖4所示,3組鮐魚的干耗率均隨凍藏時(shí)間延長(zhǎng)而上升,在貯藏末期,T1、T2、T3組魚肉的干耗率分別為1.3%、3.1%、2.5%,T2組的干耗最嚴(yán)重。這是因?yàn)楫?dāng)貨物堆碼方式不同時(shí),魚肉表面的熱濕交換程度產(chǎn)生差異,高流速區(qū)的冷空氣快速流動(dòng)加速了魚肉表面的水分升華,導(dǎo)致干耗損失嚴(yán)重,干耗的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致魚肉表面孔隙增多,加速魚肉的氧化變質(zhì),因此流速大的位置更不利于鮐魚的貯藏。

圖4 貯藏期間不同位置鮐魚干耗率的影響Fig.4 The effect of different positions on weight loss of mackerel during storage

2.3 脂肪氧化

脂肪氧化是魚肉產(chǎn)生酸臭味或哈喇味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值下降的主要原因之一,鮐魚屬于多脂魚,因此脂肪氧化對(duì)冷凍鮐魚的品質(zhì)起重要作用,通過(guò)測(cè)定TBA值可反映鮐魚脂肪氧化程度,TBA值越高表示魚肉脂肪氧化越嚴(yán)重[19]。由圖5可知,鮐魚初始TBA值為0.44 mg/kg,3組鮐魚的TBA值隨貯藏時(shí)間上升,在凍藏階段,T1組魚肉的TBA值始終低于T2、T3,貯藏末期,鮐魚脂肪氧化程度為T2>T3>T1。說(shuō)明在凍藏過(guò)程中,不同堆碼方式對(duì)上層魚肉的脂肪氧化程度產(chǎn)生差異性影響,流速越大的位置魚肉脂肪氧化程度越大。

圖5 貯藏期間不同位置處鮐魚TBA值Fig.5 TBA value of mackerel at different positions during storage

2.4 蛋白質(zhì)的降解和變性

魚肉在貯藏過(guò)程中受內(nèi)源酶和微生物等生化作用的影響,蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生降解并產(chǎn)生多種含氮物質(zhì),導(dǎo)致TVB-N值升高。圖6-a顯示,貯藏期間,3組的TVB-N值持續(xù)上升,第2個(gè)月時(shí),僅T1組的TVB-N值小于15 mg/100 g,處于一級(jí)鮮度,另外兩組均為二級(jí)鮮度;在末期,3組的TVB-N含量為T2>T3>T1,表明T1的鮮度最佳。圖6-b為鮐魚肌原纖維蛋白中總巰基含量的變化,當(dāng)魚肉與空氣接觸時(shí),肌原纖維蛋白中的活性巰基被氧化成二硫鍵,內(nèi)部巰基裸露并繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng),導(dǎo)致總巰基含量下降、蛋白穩(wěn)定性降低[20-21];由圖6-b可知,凍藏期間3組的總巰基含量下降,貯藏末期T1、T2、T3組的總巰基含量分別為29.1、25.3、26.7 nmol/mg,各階段含量為T1>T3>T2,表明T1的蛋白穩(wěn)定性最好。Ca2+-ATPase活性則反映了魚肉肌球蛋白的變性程度[22],圖6-c為貯藏期間鮐魚的Ca2+-ATPase活性變化,可以看出Ca2+-ATPase活性大小為T1>T3>T2組,結(jié)果與總巰基含量變化一致。由圖6可以看出T2的蛋白降解和氧化變性程度最大,其次為T3、T1,說(shuō)明流速大的位置放置的食品中蛋白降解變性程度也越大。

a-TVB-N值;b-總巰基含量;c-Ca2+-ATPase活性圖6 貯藏期間不同位置處鮐魚蛋白降解變性程度Fig.6 The degree of protein degradation and denaturation of mackerel at different positions during storage

2.5 蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)

圖7為貯藏期間鮐魚紅外圖譜,圖中顯示出多個(gè)吸收峰:1 600～1 700 cm-1酰胺Ⅰ帶、1 500～1 600 cm-1酰胺Ⅱ帶、1 220～1 350 cm-1酰胺Ⅲ帶、3 300 cm-1附近的N—H伸縮振動(dòng)、1 440～1 470 cm-1的C—H彎曲振動(dòng)等。圖中3組的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ帶的峰信號(hào)強(qiáng)度均隨時(shí)間下降,貯藏末期酰胺Ⅱ、Ⅲ帶的峰逐漸平緩,峰位置變化不明顯;酰胺Ⅰ帶在60 d時(shí)吸收峰在1 658 cm-1附近,120 d時(shí)T1組處于1 630～1 640 cm-1,T2、T3組在1 640～1 650 cm-1,180 d時(shí),3組峰位在1 642 cm-1附近,表明蛋白結(jié)構(gòu)隨貯藏時(shí)間不斷發(fā)生改變,二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了從α-螺旋(1 650～1 660 cm-1)向β折疊(1 630～1 640 cm-1)、無(wú)規(guī)則卷曲(1 640～1 650 cm-1)轉(zhuǎn)化。

圖7 不同位置處鮐魚隨時(shí)間變化的FTIR圖譜Fig.7 FTIR spectra of mackerel at different positions with time

研究表明酰胺Ⅰ帶與肽鏈之間的交聯(lián)程度有關(guān),交聯(lián)越緊密則振動(dòng)頻率越大[23],而α-螺旋結(jié)構(gòu)與維持蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的氫鍵有關(guān),蛋白變性使氫鍵斷裂,α-螺旋向β折疊、β轉(zhuǎn)角(1 660～1 700 cm-1)轉(zhuǎn)化,并繼續(xù)向無(wú)規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)變,其中β轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲屬于無(wú)序結(jié)構(gòu),因此α-螺旋展開(kāi)會(huì)導(dǎo)致蛋白有序結(jié)構(gòu)減少、穩(wěn)定性下降[24-25]。由圖7可知,各周期內(nèi)T1組的酰胺Ⅰ帶峰強(qiáng)均最大,且120 d時(shí)峰位在β折疊范圍,T2、T3組在無(wú)規(guī)則卷曲范圍,表明T1的肽鏈結(jié)合更緊密,具有更穩(wěn)定的蛋白結(jié)構(gòu)。

2.6 組織微觀結(jié)構(gòu)

鮐魚肌肉組織微觀結(jié)構(gòu)直觀反映了魚肉組織的破碎程度。由圖8可知,第90天時(shí),T1組的肌肉結(jié)構(gòu)致密,大部分細(xì)胞保持完整,細(xì)胞間間隙小,其次為T3組;而T2組細(xì)胞間間隙大,肌肉破碎,組織結(jié)構(gòu)松散,品質(zhì)最差。隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),第180天時(shí),3組對(duì)應(yīng)的肌肉纖維完整性與90 d相比均受到不同程度的破壞,肌纖維間隙和斷裂程度增加。從3組的魚肉組織結(jié)構(gòu)破壞程度可看出T1的魚肉組織破壞程度較低,品質(zhì)保持最好,T2的細(xì)胞組織破碎程度最大,品質(zhì)最差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明魚肉在不同堆碼方式下,其肌肉組織結(jié)構(gòu)的破碎程度存在差異,表面流速小的T1組魚肉肌纖維間隙小,細(xì)胞完整性好,而流速大的T2組細(xì)胞損傷程度明顯增大。

a-90 d; b-180 d圖8 貯藏期間不同位置處鮐魚微觀結(jié)構(gòu)Fig.8 Microstructure of mackerel at different positions during storage

2.7 水分分布

低場(chǎng)核磁可檢測(cè)水分遷移情況,通過(guò)橫向弛豫時(shí)間T2和峰面積占比能表征魚肉內(nèi)的水分分布狀態(tài)[26]。圖9-a可觀察到,第0天時(shí)T2圖譜為4個(gè)波峰,而90 d時(shí)T2、T3組為3個(gè)波峰,第180天時(shí)3組均變?yōu)?個(gè)波峰,說(shuō)明在貯藏過(guò)程中魚肉水分狀態(tài)發(fā)生了改變[27]。水分分布狀態(tài)分為結(jié)合水(T2a強(qiáng)結(jié)合水、T2b弱結(jié)合水,0～10 ms)、不易流動(dòng)水(T22,10～100 ms)和自由水(T23,>100 ms),圖9-a可知,與第0天相比3組T22的峰面積下降,T23的峰面積上升。圖9-b中,第90天時(shí),T1、T2和T3組自由水占比為1.834%、3.297%、3.177%,說(shuō)明隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)魚肉組織結(jié)構(gòu)被破壞,持水力下降,膜內(nèi)部分水分向膜外流動(dòng),自由水含量上升[28]。180 d時(shí)T1、T2和T3組自由水占比為2.507%、1.527%、1.867%,貯藏過(guò)程中T2組和T3組的魚肉自由水含量呈先上升后下降趨勢(shì),這可能是由于貯藏后期蛋白質(zhì)降解、自由水增加的同時(shí),魚肉內(nèi)的自由水受流速影響升華速度大于自由水的轉(zhuǎn)化速度,導(dǎo)致自由水相對(duì)含量下降,而T1組由于流速較小,水分升華速度慢,自由水相對(duì)含量也更大。

a-T2弛豫時(shí)間;b-不同狀態(tài)的水分相對(duì)含量圖9 貯藏期間不同位置處水分分布狀態(tài)Fig.9 Water distribution at different positions during storage

圖10為核磁成像偽彩圖,紅色表示質(zhì)子密度高,藍(lán)色表示質(zhì)子密度低,紅色越深表明水質(zhì)子信號(hào)越強(qiáng),即水分含量越高[29]。從偽彩圖可知第0天時(shí)鮐魚呈現(xiàn)大范圍紅色,貯藏180 d后,信號(hào)明顯下降,表明在貯藏期間魚肉水分含量顯著下降。第180天時(shí),T1組紅色信號(hào)最多,T2組的紅色信號(hào)最少,說(shuō)明T2組魚肉水分流失最嚴(yán)重,表明流速大的位置魚肉水分損失也更大。

圖10 不同位置處鮐魚的MRI偽彩圖Fig.10 Different positions on pseudo color of 1H MRI of mackerel

2.8 不同堆碼方式下表層位置魚肉主成分分析

將3個(gè)位置處的理化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。由表1可知,前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.473%,說(shuō)明這2個(gè)主成分能反映鮐魚品質(zhì)的大部分信息,可作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。因此提取這2個(gè)因子進(jìn)行分析,主成分1方差貢獻(xiàn)率為55.121%,其中載荷量較大的變量為干耗率、TVB-N含量、TBA值、Ca2+-ATPase活性和總巰基含量,主成分2方差貢獻(xiàn)率為31.352%,載荷量較大的變量為自由水、不易流動(dòng)水及結(jié)合水,說(shuō)明主成分1和主成分2的指標(biāo)對(duì)不同位置處鮐魚品質(zhì)的響應(yīng)顯著。

表1 主成分特征值和方差貢獻(xiàn)率Table 1 Principal component eigenvalue and variance contribution rate

根據(jù)表2的主成分特征向量建立魚肉品質(zhì)評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型,計(jì)算公式如下:

表2 主成分載荷矩陣和特征向量Table 2 Principal component load matrix and eigenvector

F1=0.410X1+0.443 1X2+0.445X3-0.445X4-0.442X5+0.165X6+0.112X7-0.027X8-0.049X9

F2=-0.006X1+0.008X2-0.011X3-0.038X4+0.020X5-0.193X6+0.535X7+0.583X8+0.578X9

綜合得分=0.551 21F1+0.313 53F2

將3個(gè)位置處鮐魚貯藏期間各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值代入綜合得分計(jì)算方程,得到不同位置處魚肉各階段的綜合得分,分值越高表示綜合品質(zhì)越好。由圖11可知,貯藏期間3個(gè)位置處的鮐魚綜合得分均下降,說(shuō)明魚肉品質(zhì)不斷劣變,3組的綜合得分排序?yàn)門1>T3>T2,表明T1的總體品質(zhì)最好,與實(shí)測(cè)結(jié)果相吻合,證明堆碼位置與魚肉的品質(zhì)變化有強(qiáng)相關(guān)性,流速小的位置更有利于魚肉的保藏。

圖11 不同位置處鮐魚在貯藏期間的品質(zhì)綜合得分Fig.11 Comprehensive quality score of mackerel in different positions during storage

3 結(jié)論

冷庫(kù)內(nèi)鮐魚的堆碼方式對(duì)魚肉貯藏品質(zhì)產(chǎn)生影響,當(dāng)魚肉處于流速越大的位置,其品質(zhì)劣變?cè)絿?yán)重。T2組魚肉表面流速大、流場(chǎng)分布不均勻,受流場(chǎng)影響鮐魚表面水分升華速度快于另外兩組,水分升華導(dǎo)致魚肉表面形成孔洞、干耗損失嚴(yán)重,加速了魚肉脂肪氧化和蛋白的變性,使維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定的氫鍵斷裂,肌原纖維結(jié)構(gòu)破壞,魚肉持水力下降,品質(zhì)劣變加劇,而T1組魚肉表面流場(chǎng)分布最均勻,因此品質(zhì)劣變也最緩慢。主成分分析建立的魚肉綜合評(píng)價(jià)模型同樣顯示T1綜合品質(zhì)最佳,T2品質(zhì)最差,表明冷庫(kù)中流速小的位置更有利于魚肉貯藏。堆碼方式不同引起的品質(zhì)差異根本原因在于流場(chǎng)的變化,即不同位置處魚肉的貯藏環(huán)境不同,越靠近風(fēng)機(jī)或堆放越高的位置其氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布越不均勻,魚肉鮮度也越差。本研究結(jié)果可為合理擺放貨物、延長(zhǎng)食品的貨架期提供理論依據(jù)。但本實(shí)驗(yàn)中由于冷庫(kù)空間的局限性,貨物與風(fēng)機(jī)之間距離的設(shè)置比實(shí)際冷庫(kù)中偏小,在實(shí)際操作過(guò)程中可根據(jù)冷庫(kù)的實(shí)際情況進(jìn)行流場(chǎng)分析以確定最優(yōu)化的堆碼方式。