扇貝貯藏貨架期預(yù)測(cè)模型的建立與評(píng)價(jià)

吳雪麗，劉紅英,2,*，韓冬嬌

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066000）

扇貝貯藏貨架期預(yù)測(cè)模型的建立與評(píng)價(jià)

吳雪麗1，劉紅英1,2,*，韓冬嬌1

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066000）

以扇貝為研究對(duì)象，采用不同溫度283、278、273、271.8 K（10、5、0、-1.2 ℃） 的貯藏環(huán)境對(duì)扇貝進(jìn)行保鮮處理，探討其在保鮮過程中揮發(fā)性鹽基氮（volatile basic nitrogen，TVB-N）含量、菌落總數(shù)、鮮度指標(biāo)K值與感官指標(biāo)的相關(guān)性，建立TVB-N 含量、菌落總數(shù)以及貯藏溫度和時(shí)間的動(dòng)力學(xué)模型和扇貝保鮮貨架期的預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明：一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和Arrhenius方程對(duì)TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的變化具有較高的模擬精度（R2＞0.9）?？筛鶕?jù)對(duì)扇貝在不同溫度條件下貯藏的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化規(guī)律的研究對(duì)扇貝剩余貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)，經(jīng)驗(yàn)證扇貝的貨架期預(yù)測(cè)模型的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。

扇貝；模型；貨架期

海灣扇貝（Argopectens irradias Lamarck），屬瓣鰓綱，珍珠貝目，扇貝科，海灣扇貝屬，是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)品種之一[1-2]，2011年海水貝類總產(chǎn)量為1 154萬t，占海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的74.4%，隨著貝類養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，貝類的低脂肪、高蛋白、高氨基酸含量等特點(diǎn)更是合理膳食結(jié)構(gòu)中不可或缺的要素，深受廣大消費(fèi)者的青睞[3-4]。目前對(duì)貝類的研究主要集中在貝類產(chǎn)品的加工和養(yǎng)殖等方面，貝類的保鮮[5-6]已有研究，但對(duì)扇貝進(jìn)行保鮮研究的相當(dāng)少。

食品的貨架壽命是指從感官和食用安全角度分析，食品品質(zhì)保持在消費(fèi)者可接受程度的貯藏時(shí)間。而食品品質(zhì)改變一般指生產(chǎn)于貯藏過程中化學(xué)、物理和微生物的變化，因此，以化學(xué)、微生物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型可以較好地反映食品品質(zhì)的變化[7-9]。由于扇貝的水分和蛋白質(zhì)含量較高，在貯藏過程中因TVB-N含量、細(xì)菌總數(shù)、K值引起的品質(zhì)變化較大，影響了其耐貯性與貨架期。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)水產(chǎn)類食品鮮度的要求不斷提高，快速評(píng)估水產(chǎn)品的鮮度及準(zhǔn)確預(yù)測(cè)剩余貨架期顯得十分重要。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)扇貝在貯藏過程中的品質(zhì)變化和貨架期對(duì)于扇貝保鮮的質(zhì)量安全具有重要的實(shí)際意義。

目前，應(yīng)用Arrhenius法[10]預(yù)測(cè)食品貨架壽命的研究已有大量報(bào)道，已有的研究對(duì)象包括南美白對(duì)蝦[11]、即食花蛤[12]和羅非魚片[13]等食品，但對(duì)于扇貝在貯藏過程中品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)模型及貨架期預(yù)測(cè)方面的研究卻未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)扇貝貯藏在283、278、273、271.8 K（10、5、0、-1.2℃）條件下，TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化規(guī)律的研究，結(jié)合與感官評(píng)定相關(guān)性分析，確定TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值作為扇貝品質(zhì)變化的關(guān)鍵因子，然后建立TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值指標(biāo)隨著貯藏溫度和時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型，以預(yù)測(cè)扇貝在某一貯藏溫度條件下的貨架期，從而為扇貝貯藏的質(zhì)量安全提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

海灣扇貝，鮮活，個(gè)體飽滿，大小均勻。

1.2 方法

1.2.1 扇貝冷藏處理

用生理鹽水沖洗鮮活帶殼扇貝，室溫條件下開殼取肉，用生理鹽水清洗貝柱并隨機(jī)分組。然后將樣品取出、瀝干，立刻裝入無菌保鮮袋中，分別貯藏于不同溫度283、278、273、271.8 K（10、5、0、-1.2 ℃）的冰箱中冷藏，每天定時(shí)測(cè)定每組樣品的各項(xiàng)指標(biāo)，每組樣品平行測(cè)定3 次。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.2.1 感官品質(zhì)的測(cè)定

目前沒有扇貝的感官評(píng)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故本研究參照GB 2733—2005《鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[14]制定的扇貝感官評(píng)分方案見表1。由6 人組成感官評(píng)定小組，對(duì)各個(gè)處理組的組織形態(tài)、體表色澤、彈性和氣味4 方面進(jìn)行綜合評(píng)分，總分值在20 分（極新鮮）和4 分（完全腐?。┲g，12 分以下表明樣品已不可食用。

表1 扇貝肉感官描述檢驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of scallop

1.2.2.2 菌落總數(shù)的測(cè)定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)：菌落總數(shù)測(cè)定》方法[15]測(cè)定。

1.2.2.3 揮發(fā)性鹽基氮（volatile basic nitrogen，TVB-N）含量的測(cè)定

按照GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》方法中的微量擴(kuò)散法[16]測(cè)定

1.2.2.4 K值的測(cè)定

取勻漿后的扇貝肉組織1.0 g加入2 mL預(yù)冷過的10%的高氯酸中，用玻璃棒攪勻后在（0～4）℃條件下離心（5 000 r/min）15 min，收集上清液，沉淀部分再用2 mL 5%的高氯酸抽提并離心，合并上清液，先后用10 mol/L KOH溶液和1 mol/L KOH溶液將其中和至pH 6.4～6.8，定容至10 mL，通過孔徑為0.22 μm的濾膜，濾液于-80 ℃保存，待測(cè)。色譜柱：C18（4.60 mm×250 mm，5 μm Catalog No：U35D5.S/N：9A7U73）。流動(dòng)相：pH 6.8的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液；檢測(cè)波長(zhǎng)：254 nm；流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：10 μL。計(jì)算如式（1）所示：

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行繪圖，利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，利用t-檢驗(yàn)進(jìn)行組間分析，當(dāng)P＜0.01時(shí)為差異極顯著，0.01＜P＜0.05時(shí)為顯著性差異，P＞0.05時(shí)差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏過程中扇貝品質(zhì)的變化

2.1.1 感官品質(zhì)的變化

圖1 扇貝在不同溫度條件下感官品質(zhì)的變化Fig.1 Changes in sensory quality of scallops stored at different temperatures

感官評(píng)價(jià)是對(duì)食品品質(zhì)變化的一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)。扇貝在貯藏期間由于各種物理、化學(xué)和微生物作用的影響，品質(zhì)會(huì)逐漸發(fā)生劣變，達(dá)到消費(fèi)者感官拒絕的程度，據(jù)此，可以根據(jù)扇貝的感官評(píng)價(jià)來確定其感官貨架壽命的終點(diǎn)。由圖1可知，0 d時(shí)，新鮮扇貝的感官評(píng)價(jià)為18.67 分，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各個(gè)溫度條件下貯藏的扇貝感官品質(zhì)呈下降趨勢(shì)。

按實(shí)驗(yàn)的扇貝感官質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中12 分為消費(fèi)者可以接受的界限，由圖1可知，樣品在283、278、273、271.8 K條件下的感官貨架壽命分別為2、3、5、7 d。在273 K和271.8 K條件下貯藏時(shí)，扇貝的感官評(píng)價(jià)總分下降速度比283 K和278 K貯藏條件下的變化相對(duì)緩慢，貯藏7 d左右才接近12 分的接受界限。因此，降低扇貝的貯藏溫度能明顯延長(zhǎng)扇貝的貨架期。

2.1.2 TVB-N含量的變化

從圖2可見，在不同溫度條件下扇貝貯藏過程中，樣品的TVB-N含量隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，貯藏溫度越高其增長(zhǎng)速度越快。這主要是由于低溫抑制了微生物的繁殖和酶的活性，從而抑制或減緩了微生物對(duì)蛋白質(zhì)的降解和腐敗作用。283 K條件下第3天的TVB-N含量為17.64 mg/100 g，超過GB 2733—2005中規(guī)定：海水貝類中TVB-N含量不大于15 mg/100 g，而271.8 K條件下的TVB-N含量變化緩慢，在第9天其含量達(dá)到15.21 mg/100 g，剛超過15 mg/100 g的上限值。可見，低溫能明顯抑制酶的活性和細(xì)菌的生長(zhǎng)，減弱蛋白質(zhì)的分解，降低TVB-N含量的增長(zhǎng)幅度。

圖2 扇貝在不同溫度條件下TVB-N含量的變化Fig.2 Changes in TVB-N of scallops stored at different temperatures

2.1.3 菌落總數(shù)的變化

圖3 扇貝在不同溫度條件下菌落總數(shù)的變化Fig.3 Changes in total number of colonies in scallops stored at different temperatures

菌落總數(shù)測(cè)定是用來判定食品被細(xì)菌污染的程度及衛(wèi)生質(zhì)量，它反映食品在生產(chǎn)過程中是否符合衛(wèi)生要求，以便對(duì)被檢樣品做出適當(dāng)?shù)男l(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)。從圖3可見，貯藏初期樣品的菌落總數(shù)都有所下降，之后又開始上升。貯藏在283、278、273 K條件下的扇貝分別在貯藏了2、4、6 d后超過了國(guó)家二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn)，而貯藏在271.8 K條件下的扇貝在第11天超過二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn)?？梢姡蜏啬苡行У匾种莆⑸锏纳L(zhǎng)繁殖，延緩扇貝的腐敗變質(zhì)。

2.1.4 K值的變化

K值作為一種評(píng)價(jià)水產(chǎn)品鮮度的指標(biāo)，其值越小表示鮮度越好，反之則鮮度越差。許多學(xué)者對(duì) K值與鮮度的關(guān)系進(jìn)行過研究[17-18]，認(rèn)為利用K值評(píng)價(jià)大多數(shù)水產(chǎn)品貯藏早期的鮮度是比較適宜的。一般認(rèn)為即殺水產(chǎn)品的K值在10%以下，新鮮K值大約在20%以下，20%～40%為二級(jí)鮮度，60%～80%為初期腐敗[19]。如圖4所示，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同貯藏溫度的扇貝的K值均呈上升趨勢(shì)。283 K和278 K條件下貯藏的扇貝在貯藏到第3、5天后的K值已經(jīng)超過二級(jí)鮮度，而在較低的273 K和271.8 K貯藏條件下的變化緩慢，貯藏7 d和13 d后才達(dá)到40%的二級(jí)鮮度界限。相同貯藏溫度條件下扇貝的K值變化規(guī)律與TVB-N含量、菌落總數(shù)的變化基本趨于一致。

圖4 扇貝在不同溫度條件下K值的變化Fig.4 Changes in K value of scallops stored at different temperatures

2.2 扇貝貯藏貨架期預(yù)測(cè)模型的建立

2.2.1 扇貝貯藏期間理化指標(biāo)與感官品質(zhì)的相關(guān)性分析

從表2可見，在4 個(gè)不同貯藏溫度條件下TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值與感官評(píng)定結(jié)果之間具有極顯著的相關(guān)性，其Pearson相關(guān)系數(shù)均大于0.9，所以選擇TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值作為扇貝品質(zhì)變化和貨架期預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵指示因子。扇貝貯藏期間的理化指標(biāo)和感官評(píng)分之間有很好的相關(guān)性，并且貯藏溫度越低，Pearson相關(guān)系數(shù)越高。

2.2.2 扇貝貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的動(dòng)力學(xué)模型

通過研究食品品質(zhì)損失動(dòng)力學(xué)來預(yù)測(cè)食品的貨架期一直受到很多學(xué)者的關(guān)注。在食品加工和貯藏過程中，大多數(shù)與食品質(zhì)量有關(guān)的品質(zhì)變化都遵循零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律[20]。

其中一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型[21]應(yīng)用廣泛，反應(yīng)速度常數(shù)與溫度的關(guān)系用Arrhenius方程來描述。零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程分別為：

式中：t為食品的貯藏時(shí)間/d；A0為食品的初始品質(zhì)指標(biāo)值；A為食品貯藏第t天時(shí)的品質(zhì)指標(biāo)值；kn為n（n=0、1）級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。

對(duì)不同貯藏條件下扇貝的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化進(jìn)行動(dòng)力學(xué)回歸分析得到回歸方程見表3。

表3 扇貝在不同貯藏條件下TVB-N含量、菌落總數(shù)、值隨時(shí)間變化的回歸方程Table 3 Regression equations of TVB-N, total number of colonies and value of scallops under different storage temperatures

不同溫度條件下品質(zhì)函數(shù)中的反應(yīng)速度常數(shù)采用Arrhenius一級(jí)反應(yīng)關(guān)系，見式（4）。

式中：k0為指前因子（又稱頻率因子）；Ea為活化能/（J/mol）；T為絕對(duì)溫度/K；R為氣體常數(shù)，8.3144J/（mol·K）。

對(duì)方程（4）取對(duì)數(shù)可得公式（5）：

圖5 TVB-N含量、菌落總數(shù)、值A(chǔ)rrhenius 曲線Fig.5 Arrhenius curve of TVB-N, total number of colonies and K value

求得不同溫度條件下的反應(yīng)速率常數(shù)后，由lnk對(duì) 1/T作圖得線性方程，見圖5，由直線斜率求得E；

a截距l(xiāng)nk0求得k0。計(jì)算求得TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的活化能分別為EA=63.75 kJ/mol；EB=42.84 kJ/mol；EC=42.41 kJ/mol（式中：A為TVB-N含量；B為菌落總數(shù)；C為K值）；指前因子k0分別為kA=1.87×1011；kB=6.58×106；kC=2.94×107。由圖5可知，擬合方程的R2值均大于0.9，說明線性方程擬合度較高。

將求得的Ea、k0帶入動(dòng)力學(xué)方程A=的變形公式lnA=lnA0+k中，得到貯藏扇貝的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化的動(dòng)力學(xué)方程，再結(jié)合Arrhenius公式計(jì)算得貨架期預(yù)測(cè)模型，如表4所示。

表4 TVB-N含量、菌落總數(shù)、值隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)方程和貨架期預(yù)測(cè)模型Table 4 Kinetics equations and shelf life prediction models of TVB-N, total number of colonies and value

2.3 貨架期預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)

表5 扇貝貨架壽命的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值Table 5 Predicted and measured shelf-lives of scallops

將國(guó)標(biāo)規(guī)定鮮度指標(biāo)的限定值作為判定標(biāo)準(zhǔn)，可以計(jì)算出由預(yù)測(cè)模型得到的理論貨架期。將新鮮扇貝在 280、275、270 K貯藏條件下，用貨架期實(shí)測(cè)值驗(yàn)證貨架期預(yù)測(cè)模型。根據(jù)GB 2733—2005并結(jié)合感官評(píng)分與TVB-N、菌落總數(shù)、K值之間的比較，將TVB-N含量15 mg/100 g、菌落總數(shù)6.0（lg（CFU/g））、K值40%作為扇貝貨架期的終點(diǎn)。扇貝的貨架期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的比較見表5。由表5可知，應(yīng)用本研究建立的扇貝貨架期預(yù)測(cè)模型所得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，顯示建立的模型可以快速可靠地預(yù)測(cè)不同溫度貯藏條件下扇貝的品質(zhì)和剩余貨架期。

3 結(jié) 論

通過測(cè)定在不同貯藏溫度條件下的扇貝的鮮度指標(biāo)和感官指標(biāo)發(fā)現(xiàn)貯藏溫度對(duì)扇貝的品質(zhì)和貨架期有顯著的影響（Pearson相關(guān)系數(shù)均大于0.9），因此，可以選擇TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值作為扇貝品質(zhì)變化和貨架期預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵指示因子。在不同溫度條件下貯藏的扇貝的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值含量隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)的變化規(guī)律與感官評(píng)價(jià)基本一致，且都符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。 貯藏溫度越高，其變化速率越大，反應(yīng)速率常數(shù)用Arrhenius方程描述，Arrhenius方程和一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程相關(guān)系數(shù)均大于0.9，具有較高的擬合精度。其反應(yīng)的活化能分別為63.75、42.84、42.41 kJ/mol。

本研究得到TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)而求得了扇貝的貨架期預(yù)測(cè)模型，經(jīng)驗(yàn)證，貨架期的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。因此可根據(jù)扇貝在不同溫度條件下貯藏的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化規(guī)律的研究對(duì)扇貝剩余貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)，為扇貝貯藏貨架期和質(zhì)量安全的研究提供了理論依據(jù)。

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Establishment and Evaluation of Shelf-Life Prediction Model for Scallops

WU Xue-li1, LIU Hong-ying1,2,*, HAN Dong-jiao1
(1. College of Food Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China; 2. Ocean College of Hebei Agricultural University, Qinhuangdao 066000, China)

The correlations of sensory evaluation scores with volatile basic nitrogen (TVB-N), total number of colonies and the freshness indicator K value were analyzed for scallops stored at different temperatures (10, 5, 0 and -1.2 ℃). Further studies were carried out to establish kinetics models for the three parameters as a function of storage temperature and time and shelf-life prediction models based on each of these parameters. The experimental results showed that fi rst-order kinetics model and Arrhenius equation could describe TVB-N, total colony number and K value with high accuracy (R2> 0.9). All these parameters were useful to predict the shelf-life of scallops stored at different temperatures. It was validated that the relative error of prediction was less than 10%.

scallops; model; shelf life

S983

A

1002-6630（2014）22-0315-05

10.7506/spkx1002-6630-201422061

2014-03-08

國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201205031）

吳雪麗（1987—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)副產(chǎn)品資源轉(zhuǎn)化及開發(fā)。E-mail：sherry428@sina.cn

*通信作者：劉紅英（1962—），女，教授，博士，研究方向?yàn)槭称钒踩-mail：liu066000@sina.cn