卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型

黃 卉，李來(lái)好*，楊賢慶，郝淑賢，馬海霞，岑劍偉，李 莎

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510300)

卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型

黃 卉，李來(lái)好*，楊賢慶，郝淑賢，馬海霞，岑劍偉，李 莎

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東 廣州 510300)

研究不同溫度貯藏條件下卵形鯧鲹揮發(fā)性鹽基氮值(TVB-N)、硫代巴比妥酸值(TBA)和菌落總數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律及其動(dòng)力學(xué)特性，建立TVB-N、TBA和菌落總數(shù)與貯藏溫度和貯藏時(shí)間的動(dòng)力學(xué)模型，以預(yù)測(cè)和控制卵形鯧鲹在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)和貨架期。貯藏過(guò)程中卵形鯧鲹的TVB-N、TBA和菌落總數(shù)增加，隨著貯藏溫度的升高，卵形鯧鲹品質(zhì)劣化速度加快。TVB-N、TBA和菌落總數(shù)均符合一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，并且與Arrhenius方程有很高的擬合度。利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理建立了卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中TVB-N、TBA和菌落總數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型：t= (lnAt－lnA0)/(1.68×109×e-56600/RT)，t= (lnAt－lnA0)/(3.10×108×e-52090/RT)，t= (lnAt－lnA0)/(1.87×108×e-47550/RT)。卵形鯧鲹的貯藏期可通過(guò)以上動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

卵形鯧鲹；揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)；硫代巴比妥酸值(TBA)；菌落總數(shù)；動(dòng)力學(xué)模型

卵形鯧鲹俗稱(chēng)金鯧、黃臘鯧，其肉色潔白細(xì)嫩，蛋白質(zhì)、脂肪含量高，鮮美可口，是名貴食用海水魚(yú)。近年來(lái)，卵形鯧鲹的人工養(yǎng)殖取得了可喜進(jìn)展，在廣東、廣西、福建均已進(jìn)入網(wǎng)箱養(yǎng)殖[1]。卵形鯧鲹除了以活魚(yú)銷(xiāo)售外，大部分是以冰鮮魚(yú)和冷凍魚(yú)的形式銷(xiāo)售和出口，這兩種產(chǎn)品形式的卵形鯧鲹在貯藏過(guò)程中會(huì)發(fā)生品質(zhì)變化。因此，監(jiān)測(cè)和控制其品質(zhì)變化是十分重要的，如何準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)卵形鯧鲹的貯藏期及合理確定其貯藏溫度是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)冷藏魚(yú)[2-4]、冷卻肉[5-6]、板鴨[7]等的品質(zhì)變化進(jìn)行研究，并且預(yù)測(cè)其貨架期，而對(duì)卵形鯧鲹在貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)模型研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)卵形鯧鲹在貯藏過(guò)程中的揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)、硫代巴比妥酸值(TBA)和菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定，建立其隨貯藏溫度和時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型，為貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化的預(yù)測(cè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

卵形鯧鲹：購(gòu)于廣州市黃沙水產(chǎn)市場(chǎng)。將卵形鯧鲹體表洗凈，裝入袋中，真空包裝，分別貯藏于5、0、－10℃條件下，定期取樣，測(cè)定TVB-N、TBA及菌落總數(shù)，每個(gè)貯藏條件下的樣品平行測(cè)定3次。

高氯酸、鹽酸、硼酸、乙醇、三氯乙酸、氫氧化鈉、甲基紅、甲基藍(lán)等(分析純) 廣州化學(xué)試劑廠；硫代巴比妥酸(分析純) 上海遠(yuǎn)帆助劑廠；營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基 廣東環(huán)凱微生物制劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；蛋白質(zhì)分析儀 丹麥福斯公司。

1.3 方法

1.3.1 TVB-N含量的測(cè)定

按照SC/T 3032—2007《水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》方法測(cè)定。

1.3.2 TBA值的測(cè)定

取10g樣品研細(xì)，加入50mL 體積分?jǐn)?shù)7.5% 三氯乙酸(含有1mg/mL EDTA)，振搖30min，雙層濾紙過(guò)濾兩次。取5mL上清液，加入5mL 0.02mol/L TBA溶液，沸水浴中保存40min，取出冷卻1h，5500r/min離心25min，取上清液，加入5mL氯仿?lián)u勻，靜置分層后取上清液分別在532nm和600nm處比色，記錄消光值并用以下公式計(jì)算TBA值。

TBA/(mg/100g)=(A532－A600)/155×(1/10) ×72.6×100

1.3.3 菌落總數(shù)的測(cè)定

按照GB/T 4789.2—2003《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)：菌落總數(shù)測(cè)定》的方法測(cè)定。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel軟件和SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)級(jí)數(shù)(n)的確定

食品品質(zhì)在貯藏過(guò)程中的變化可用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來(lái)描述[8-9]?；瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本公式可表示為：

式中：A為品質(zhì)因子的濃度；t為貯藏時(shí)間；K為變化速率常數(shù)；n為反應(yīng)級(jí)數(shù)。

大多數(shù)食品的質(zhì)量與時(shí)間關(guān)系表現(xiàn)出零級(jí)或一級(jí)的反應(yīng)，即n=0或n=1，動(dòng)力學(xué)方程如下：

圖1～3是卵形鯧鲹在不同溫度貯藏過(guò)程中TVB-N、 TBA和菌落總數(shù)與貯藏時(shí)間的關(guān)系。由3個(gè)圖可以看出，3個(gè)溫度下TVB-N、TBA和菌落總數(shù)與時(shí)間t近似呈指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.9，根據(jù)(3)式可得卵形鯧鲹在貯藏中TVB-N、TBA和菌落總數(shù)的變化為一級(jí)反應(yīng)，即反應(yīng)級(jí)數(shù)n=1。

圖1 TVB-N與貯藏時(shí)間的關(guān)系Fig.1 Relationship between TVB-N and storage time

圖2 TBA與貯藏時(shí)間的關(guān)系Fig.2 Relationship between TBA and storage time

圖3 菌落總數(shù)與貯藏時(shí)間的關(guān)系Fig.3 Relationship between total bacterial count and storage time

2.2 反應(yīng)速率常數(shù)K的確定

表1 TVB-N、TBA、菌落總數(shù)在不同溫度的反應(yīng)速率常數(shù)Table1 Reaction rate constants of TVB-N, TBA and total bacterial count at different temperatures

由于TVB-N、TBA、菌落總數(shù)與時(shí)間(t)成指數(shù)關(guān)系，因此將三者取自然對(duì)數(shù)后與時(shí)間t進(jìn)行線性回歸，由線性方程的斜率可得三者在不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，見(jiàn)表1。

2.3 反應(yīng)活化能(Ea)的確定

反應(yīng)速率常數(shù)K與溫度的關(guān)系一般符合阿侖尼烏斯(Arrhenius)方程形式：

式中：T為絕對(duì)溫度/K；K0為方程常數(shù)；Ea為活化能/(J/mol)；R為氣體常數(shù)。

對(duì)式(4)取自然對(duì)數(shù)得：

圖4 溫度對(duì)TVB-N反應(yīng)速率常數(shù)的影響Fig.4 Effect of temperature on reaction rate constant of TVB-N

圖5 溫度對(duì)TBA反應(yīng)速率常數(shù)的影響Fig.5 Effect of temperature on reaction rate constant of TBA

圖6 溫度對(duì)菌落總數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)的影響Fig.6 Effect of temperature on reaction rate constant of total bacterial count

表2 動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Table2 Parameters of kinetic models

圖4～6是根據(jù)式(4)對(duì)速率常數(shù)K及溫度T進(jìn)行回歸[10]。根據(jù)式(5)，將不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)K取自然對(duì)數(shù)后，對(duì)1/T作圖，根據(jù)所得直線的斜率可得到Arrhenius方程中的活化能Ea，由直線斜率可得到K0(表2)，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，能較好的反映卵形鯧鲹的TVB-N、TBA和菌落總數(shù)隨時(shí)間變化的反應(yīng)速率常數(shù)與貯藏溫度的關(guān)系。

2.4 卵形鯧鲹貯藏期的預(yù)測(cè)模型

2.4.1 TVB-N預(yù)測(cè)模型

由式(1)和式(4)，可得：

對(duì)式(6)積分后，可得貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化通用動(dòng)力學(xué)模型：

根據(jù)卵形鯧鲹在貯藏過(guò)程中TVB-N的變化，結(jié)合公式(7)可得卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中TVB-N變化的動(dòng)力學(xué)模型：

式中：A0為卵形鯧鲹的初始TVB-N值；At為卵形鯧鲹貯藏t時(shí)間后的TVB-N值。

將活化能Ea=56.60kJ/mol，反應(yīng)常數(shù)K0=1.68×109代入式(8)可得：

2.4.2 TBA、菌落總數(shù)預(yù)測(cè)模型

同理可得卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中TBA變化的動(dòng)力學(xué)模型：

卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中菌落總數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)模型：

式(9)、(10)、(11)皆可用來(lái)預(yù)測(cè)卵形鯧鲹在不同貯藏溫度下的貯藏期。

2.5 卵形鯧鲹動(dòng)力學(xué)模型的應(yīng)用

國(guó)標(biāo)GB 2733—2005《鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，海水魚(yú)的TVB-N≤30mg/100g，國(guó)外學(xué)者研究指出，以細(xì)菌菌落總數(shù)106CFU/g作為人們消費(fèi)高品質(zhì)魚(yú)類(lèi)可接受的限值[11]，細(xì)菌數(shù)達(dá)到107CFU/g或更高時(shí)有難聞的氣味和味道產(chǎn)生，即魚(yú)類(lèi)已腐敗變質(zhì)[12]。TBA值暫未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道貯藏極限值，本實(shí)驗(yàn)中TBA值達(dá)到0.6mg/100g時(shí)魚(yú)類(lèi)已變質(zhì)，因此用此值作為實(shí)際可接受的限值來(lái)預(yù)測(cè)貯藏期。根據(jù)以上限值對(duì)公式(9)、(10)、(11)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，通過(guò)以上模型預(yù)測(cè)貯藏期時(shí)，實(shí)際貯藏期與理論貯藏期較為接近。因此，可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量要求，利用TVB-N或菌落總數(shù)動(dòng)力學(xué)模型，選擇合適的貯藏溫度和貯藏期。

表3 模型的驗(yàn)證結(jié)果Table3 Results of validation of kinetic models

3 結(jié) 論

3.1 卵形鯧鲹在貯藏過(guò)程中，TVB-N、TBA和菌落總數(shù)不斷增加，三者的變化規(guī)律均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，貯藏溫度越高，反應(yīng)速率越大。

3.2 利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理建立卵形鯧鲹貯藏過(guò)程中TVB-N、TBA和菌落總數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型：t=(lnAt－lnA0)/ (1.68×109×e-56600/RT)，t= (lnAt－lnA0)/(3.10×108× e-52090/RT)，t= (lnAt－lnA0)/(1.87×108×e-47550/RT)。通過(guò)以上動(dòng)力學(xué)模型，可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量要求，選擇合適的貯藏溫度和貯藏期，為生產(chǎn)和銷(xiāo)售提供指導(dǎo)。

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Kinetic Model of Quality Change for Trachinotus ovatus during Storage

HUANG Hui，LI Lai-hao*，YANG Xian-qing，HAO Shu-xian，MA Hai-xia，CEN Jian-wei，LI Sha
(South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China)

Total volatile basic nitrogen (TVB-N), thiobarbituric acid (TBA) and aerobic bacterial count of Trachinotus ovatus at different storage temperatures were investigated. The kinetic models of TVB-N, TBA and aerobic bacterial count were established to predict shelf life and control the quality change of Trachinotus ovatus during storage. Results indicated that TVB-N, TBA and aerobic bacterial count were increased during storage with the increase of storage time and temperature. The reaction model was first order and Arrhenius equation could be used to describe the change of TVB-N, TBA and aerobic bacterial count. The kinetic models of Trachinotus ovatus were t = (lnAt－lnA0)/(1.68×109×e-56600/RT) for TVB-N, t = (lnAt－lnA0)/(3.10×108× e-52090/RT) for TBA, t = (lnAt－lnA0)/(1.87×108×e-47550/RT) for aerobic bacterial count. Therefore, the storage period of Trachinotus ovatus could be calculated using these models.

Trachinotus ovatus；volatile basic nitrogen (TVB-N)；thiobarbituric acid (TBA)；aerobic bacterial count；kinetic model

S984.1；TS254.4；S965.331

A

1002-6630(2010)20-0490-04

2010-06-30

中央級(jí)公益性專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(2009TS14)

黃卉(1980—)，女，助理研究員，博士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。

E-mail：huanghuigd@yahoo.com.cn

*通信作者：李來(lái)好(1963—)，男，研究員，博士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。E-mail：laihaoli@163.com