干銀魚貯藏過程中色澤變化動(dòng)力學(xué)研究

鄭海波，宋運(yùn)猛

(安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽鳳陽233100)

銀魚(whitebait)是銀魚科(Salangidae)魚類的統(tǒng)稱，為一年生小型經(jīng)濟(jì)魚類.中國是世界銀魚的起源地和主要分布區(qū)，以我國為中心主要分布在東亞地區(qū)［1］.我國有世界17種銀魚中的15種，其中特有品種6種［2］.銀魚細(xì)嫩透明，色澤如銀，其營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值均很高，是我國重要的出口經(jīng)濟(jì)魚類［3］.銀魚的加工方式主要有兩種，速凍和干制.為了保持產(chǎn)品品質(zhì)，干銀魚需要在低溫下貯藏，否則極易發(fā)生色變等質(zhì)量下降的問題［1］.因?yàn)橘A藏溫度不適宜而帶來的品質(zhì)下降以及成本上升的問題，一直困擾著干銀魚的生產(chǎn)和流通，也一定程度上制約了銀魚產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.

本研究通過研究不同溫度貯藏對(duì)銀魚色澤變化的影響，推導(dǎo)出色澤變化的動(dòng)力學(xué)模型，以期為干制銀魚的加工貯藏提供參考和理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

市售凍藏干銀魚.

1.2 儀器

CR-10色差計(jì)(柯尼卡美能達(dá)控股公司);101-2-BSS型恒溫箱(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠);SLLD-83013型冰箱(安徽綠寶不銹鋼設(shè)備制造有限公司);HWS型智能恒溫恒濕箱(寧波江南儀器廠);GSP-9050MBE型恒溫培養(yǎng)箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠).

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理 將干銀魚頭部去除，然后約取4 g干銀魚整齊排列密封于透明包裝袋中，分別放置于-10℃、0℃、10℃、20℃的貯藏室中，進(jìn)行恒溫貯藏.

1.3.2 色澤測定 采用日本美能達(dá)CR-10色差計(jì)，采用CIE D65標(biāo)準(zhǔn)光源及CIE 10°標(biāo)準(zhǔn)觀察方式，測色孔徑為?8 mm，8°照明角/漫射.分別測量每個(gè)樣品的色度值:L*(明度值).

1.4 色澤變化的反應(yīng)級(jí)數(shù)分析［2］

食品在加工貯藏過程中，食品品質(zhì)的變化可以用動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行模擬［4］.根據(jù)參照文獻(xiàn)［5］介紹的方法，采用下列函數(shù)確定干銀魚色澤隨溫度變化的反應(yīng)級(jí)數(shù).

0 級(jí)反應(yīng):dA=kdt，積分得:A=kt+a; 0.5 級(jí)反應(yīng):dA=A0.5kdt，積分得:2A0.5=kt+a;

1 級(jí)反應(yīng):dA=Akdt，積分得:lnA=kt+a; 1.5 級(jí)反應(yīng):dA=A1.5kdt，積分得:-2A-0.5=kt+a;

2 級(jí)反應(yīng):dA=A2kdt，積分得:-A-1=kt+a; 3 級(jí)反應(yīng):dA=A3kdt，積分得:-0.5A-2=kt+a.

式中:A為某時(shí)間的品質(zhì)指標(biāo);a為常數(shù);k為色差變化速率常數(shù);t為時(shí)間(d).函數(shù) f(A)=A、2A0.5、lnA、-2A-0.5、-A-1、-0.5A-2，分別與時(shí)間呈線性關(guān)系.

1.5 色澤變化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析

根據(jù)阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程，對(duì)于速度常數(shù)k與溫度T的關(guān)系為:k=k0×e(-Ea/RT)

式中:k為色澤變化速率常數(shù);k0為指前因子;Ea為活化能J/mol;R為氣體常數(shù)8.314J/(mol·K);T為開爾文溫度K.

1.6 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏溫度對(duì)干銀魚色澤的影響

不同貯藏溫度對(duì)干銀魚L*值的影響見表1.從表1中可以看出，隨著時(shí)間的延長，L*值不斷降低，而且溫度越高，L*值降低越快.0℃和10℃貯藏條件下，干銀魚明度值L*值從56下降到55，僅下降一個(gè)數(shù)值，說明10℃以內(nèi)的溫度對(duì)于銀魚L*值影響甚小.20℃貯藏條件下，L*值從55下降到50，而30℃貯藏條件下，L*值從55下降到45，分別下降5和10，說明20℃以上的高溫對(duì)于干銀魚L*值影響較大.

2.2 干銀魚色澤變化反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定

依照1.4所介紹的不同反應(yīng)級(jí)數(shù)的函數(shù)，采用線性回歸分析，得出一定溫度下的干銀魚色澤與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)見表2.通過對(duì)照表2中所示的相關(guān)系數(shù)，干銀魚色澤變化與時(shí)間的關(guān)系更符合1級(jí)反應(yīng)函數(shù)，即lnA=kt+a.

從表1中可以看出，L*值隨時(shí)間延長而不斷降低，為避免1級(jí)反應(yīng)函數(shù)lnA=kt+a中的速率常數(shù)k出現(xiàn)負(fù)值，將1級(jí)反應(yīng)函數(shù)修正為lnA=-kt+a，即A=A0e-kt(A0為初始品質(zhì)指數(shù)).

2.3 干銀魚色澤變化動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定

按照一級(jí)反應(yīng)函數(shù)，對(duì)不同溫度下保藏的干銀魚色澤參數(shù)值L*進(jìn)行回歸分析，得到一級(jí)反應(yīng)函數(shù)的參數(shù)如下表3.

表1 不同貯藏溫度下干銀魚的明度值(L*值)Tab.1 Lightness(L*value)of dried whitebait at different temperatures

表2 不同反應(yīng)級(jí)數(shù)函數(shù)的色澤變化與時(shí)間關(guān)系的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficient between colour and time of functions with different reaction orders

表3 干銀魚在不同貯藏溫度下L*變化的一級(jí)反應(yīng)回歸函數(shù)參數(shù)Tab.3 Parameters of fist-order reaction function of L*changes of dried whitebait at different storage temperatures

反應(yīng)速率常數(shù)k與與溫度T的關(guān)系，符合阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程.將阿倫尼烏斯方程兩邊取對(duì)數(shù)，即得:lnk=lnk0-Ea/RT.可以發(fā)現(xiàn)lnk與1/T呈線性關(guān)系，斜率為Ea/R，截距為lnk0.

根據(jù)表2中所提供的數(shù)據(jù)，以lnk為縱坐標(biāo)，1/T為橫坐標(biāo)，作圖1如下.

根據(jù)圖1中所示的線性回歸方程，求得干銀魚色澤變化的指前因子 k0=4.982×107，活化能 Ea=55.654 kJ/mol.速率常數(shù)k=4.982×107e(-55.654/RT).

通過以上分析，建立干銀魚在貯藏過程中色澤變化的動(dòng)力學(xué)模型:

L*值變化動(dòng)力學(xué)模型:A=A0e-kt，(其中 k=4.982×107e(-55.654/RT));

式中:A0為初始品質(zhì)指數(shù);R為氣體常數(shù)8.314 J/(mol·K);T為開爾文溫度K.

圖1 不同貯藏溫度下干銀魚L*變化速率常數(shù)的阿倫尼烏斯曲線圖Fig.1 Arrhenius plots of rate constants for changes in L*of dried whitebait during storage at different temperatures

3 討論

3.1 色澤變化反應(yīng)的級(jí)數(shù)選擇

由于食品反應(yīng)體系非常復(fù)雜，因而在動(dòng)力學(xué)模型分析時(shí)選擇合適的反應(yīng)級(jí)數(shù)和合適的反應(yīng)模型尤為重要［4］.食品色澤變化也是如此，但主要以零級(jí)反應(yīng)和一級(jí)反應(yīng)模型為主［6］.本試驗(yàn)通過回歸分析，以回歸系數(shù)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，選擇最合適的反應(yīng)級(jí)數(shù).

3.2 明度值對(duì)于干銀魚色澤描述的適用性

CIE L*a*b*均勻顏色空間是國際發(fā)光照明協(xié)會(huì)(Commission Internationale de L'Eclairage(法)，CIE)提出的一套接近人類顏色感覺的色彩表達(dá)系統(tǒng).L*與視覺明度感覺相一致，而a*和b*則與色條和飽和度的感覺相一致［7］.銀魚本身晶瑩剔透，經(jīng)日曬后非常潔白，但若貯藏溫度不適宜，顏色就會(huì)慢慢變成黃色甚至棕褐色［1］.這種由白色向深色轉(zhuǎn)變的過程，正好與描述色澤明暗程度的明度值L*相吻合.本試驗(yàn)所采用干銀魚色澤L*初始值為55左右，隨著溫度的升高和時(shí)間的延長而逐步減小，30℃條件下經(jīng)過半個(gè)月的貯藏L*值下降到45，說明干銀魚明度在減小而暗度在上升.從回歸分析的相關(guān)系數(shù)來看，相關(guān)系數(shù)R2基本在0.9以上，相關(guān)度比較高，說明明度值L*適合用于描述干銀魚色澤變化的規(guī)律.

4 結(jié)論

通過本試驗(yàn)，得到如下結(jié)論:

1)隨著溫度的升高，干銀魚明度逐漸減小，溫度越高減小越快.10℃以內(nèi)，干銀魚明度減小緩慢，而溫度高于20℃時(shí)，干銀魚明度減小迅速加快.

2)干銀魚色澤明度變化符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型，其化學(xué)反應(yīng)活化能為55.654 kJ/mol，速率常數(shù)為k=4.982×107e(-55.654/RT).

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