基于揮發(fā)性鹽基氮快速預(yù)測(cè)冷鮮雞貨架期

瞿 洋，索玉娟，蔡 祥，劉海燕，豐東升，韓奕奕，楊曉君，周昌艷,

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，上海 201403；2.上海市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，上海 201708）

雞肉作為我國(guó)第二大肉類(lèi)消費(fèi)品[1?2]，市場(chǎng)前景非常廣闊。由于活禽交易存在一定的安全隱患，冷鮮雞作為雞的替代品逐漸在市場(chǎng)中占主要位置[1,3]。冷鮮雞營(yíng)養(yǎng)豐富、水分含量高，易被微生物污染，其品質(zhì)的變化制約著該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4?5]。因此，有效判斷冷鮮雞的貨架期不僅能保障其食用安全性，還能最大限度地降低生產(chǎn)者的經(jīng)濟(jì)損失。

一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)建化學(xué)、微生物等動(dòng)力學(xué)模型可以實(shí)現(xiàn)冷鮮雞貨架期的預(yù)測(cè)[6?7]。李苗云等[8]描述了假單胞菌在雞胸肉上的生長(zhǎng)，確定了生鮮雞的貨架期；董颯爽等[9]測(cè)定了菌落總數(shù)，并建立了雞胸肉產(chǎn)品的貨架期；瞿洋等[10]建立了冷鮮雞貨架期微生物預(yù)測(cè)系統(tǒng)。由于微生物檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷鮮雞貨架期的快速預(yù)測(cè)。化學(xué)方法相較于微生物檢測(cè)而言，具有簡(jiǎn)潔，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)短的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)冷鮮雞貨架期的快速預(yù)測(cè)[11]。

常用表征化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型的品質(zhì)參數(shù)有pH[12]、揮發(fā)性鹽基氮（Total Volatile Basic Nitrogen，TVBN）[11,13?14]、硫代巴比妥酸反應(yīng)物（Thiobarbituric Acid Reactive Substances，TBARS）[15?16]等。TVB-N反映了冷鮮雞在微生物和內(nèi)源性酶的作用下，分解蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)產(chǎn)生腐敗性物質(zhì)的情況，是冷鮮雞新鮮度相關(guān)性最高的品質(zhì)指標(biāo)[11,17?18]。目前，已有研究報(bào)道應(yīng)用TVB-N構(gòu)建化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)食品的貨架期[19?21]，鮮有研究用其來(lái)預(yù)測(cè)冷鮮雞。因此，本文研究了冷鮮雞在5、10和15℃下的TVB-N變化規(guī)律，構(gòu)建了TVB-N隨貯藏溫度和時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型，建立結(jié)合感官評(píng)價(jià)和細(xì)菌總數(shù)，確定了基于TVB-N值的冷鮮雞貨架期，以快速預(yù)測(cè)冷鮮雞在某一貯藏溫度下的貨架期，為生產(chǎn)企業(yè)和監(jiān)管部門(mén)制定貨架期標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷鮮雞 由上海圣華食品銷(xiāo)售公司提供，為當(dāng)天排酸結(jié)束后出廠的樣品，冷藏（0～4℃）條件下2 h內(nèi)運(yùn)輸回實(shí)驗(yàn)室；氧化鎂、36%～38%鹽酸溶液、99.5%乙醇 分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硼酸 分析純，上海泰坦化學(xué)有限公司；甲基紅、亞甲基藍(lán) 阿達(dá)瑪斯試劑公司；鄰苯二甲酸氫鉀p H標(biāo)準(zhǔn)緩沖液（pH4.00）、混合磷酸鹽pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖液（p H6.86） 國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院；平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基（PCA） 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；PBS 上海生工生物有限公司。

pH-3C p H計(jì) 雷磁有限公司；AL204-IC天平梅特勒-托利多儀器有限公司（上海）；DHG-9246A烘箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；KD210凱式定氮儀OPSIS公司；SX-500高壓滅菌鍋Tomy Digital Biology公司（日本）；1300 SERIES A 2型生物安全柜Thermo公司（美國(guó)）；Medcenter Einrichtungen GmbH型恒溫培養(yǎng)箱Friocell公司（德國(guó)）；Vortex Genie 2漩渦混勻儀Scientific Industries公司（美國(guó)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 無(wú)菌條件下分割冷鮮雞，取雞腿跟雞胸肉于無(wú)菌均質(zhì)袋中，參照李苗云等[8]和邱春強(qiáng)等[19]的方法，將樣品置于5、10、15℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏，每隔一定時(shí)間取出1份樣品（1只雞腿、1份雞胸肉），無(wú)菌操作剪取雞腿肉和雞胸肉樣品混合后測(cè)定相關(guān)參數(shù)。每個(gè)溫度設(shè)置3組平行。

1.2.2 品質(zhì)參數(shù)測(cè)定 按照GB 5009.3-2016直接干燥法測(cè)定水分；按照GB 5009.237-2016肉及肉制品含量測(cè)定p H；按照GB 5009.228-2016半微量定氮法測(cè)定揮發(fā)性鹽基氮；按GB 4789.2-2016測(cè)定菌落總數(shù)。

1.2.3 感官評(píng)定 感官評(píng)定小組由5人組成，經(jīng)培訓(xùn)后通過(guò)自身感受客觀評(píng)價(jià)樣品屬性。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括色澤、黏性和氣味，參照周果等[22]研究，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，并按照一級(jí)鮮肉8～10分，二級(jí)鮮肉5～7分，腐敗變質(zhì)0～4分，進(jìn)行鮮度分級(jí)，擬定6分為冷鮮雞貨架期終點(diǎn)。

表1 冷鮮雞感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard for sensory evaluation of Chilled chicken

1.2.4 Arrhenius方程的構(gòu)建 冷鮮雞品質(zhì)變化與貯藏時(shí)間之間遵循零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型（1）或一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型（2）：

零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：

一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：

式中：A：t時(shí)刻TVB-N值，mg/100 g；A0：初始TVB-N值，mg/100 g；k：變化速率常數(shù)；t：貯藏時(shí)間，h。

揮發(fā)性鹽基氮變化速率常數(shù)與貯藏溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程（3）[22]：

對(duì)方程（2）兩邊取對(duì)數(shù)后得到：

式中：k0為指前因子；Ea為活化能，k J/mol；R為氣體常數(shù)，8.314 J/（mol·K）；T為貯藏溫度，取絕對(duì)溫度K。

1.2.5 實(shí)際樣本驗(yàn)證 在奉賢區(qū)隨機(jī)采取3份市售冷鮮雞，見(jiàn)表2，冷藏（0～4℃）條件下2 h內(nèi)運(yùn)輸回實(shí)驗(yàn)室，無(wú)菌操作將冷鮮雞一分為二，一半冷鮮雞按照1.2.3中揮發(fā)性鹽基氮的方法測(cè)定初始揮發(fā)性鹽基氮，剩余冷鮮雞按照1.2.1進(jìn)行樣品制備。Huang[23]提出應(yīng)選用建模溫度以外的溫度進(jìn)行實(shí)際樣品驗(yàn)證，采用額外的試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)引入模型中來(lái)評(píng)價(jià)所建預(yù)測(cè)模型的適用性和可靠性，其結(jié)果更具有說(shuō)服力[24]。故選擇冷鮮雞售賣(mài)時(shí)常使用的4℃進(jìn)行實(shí)際樣本驗(yàn)證，將剩余冷鮮雞樣品放入4℃冰箱冷藏。因該部分冷鮮雞為市售冷鮮雞，開(kāi)放的環(huán)境下，外界環(huán)境（如人手）中的細(xì)菌會(huì)交叉污染到雞肉中，無(wú)法準(zhǔn)確反映無(wú)外界條件干擾時(shí)冷鮮雞自身腐敗進(jìn)程中的細(xì)菌總數(shù)[25]，故該部分未測(cè)定微生物指標(biāo)，只對(duì)冷鮮雞的感官進(jìn)行評(píng)定。

表2 冷鮮雞采樣信息Table 2 Chilled chicken sample information

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Mir osoft Office Excel 2007進(jìn)行分析處理，采用IBM SPSS 21進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷鮮雞貯藏期品質(zhì)變化

冷鮮雞在5、10和15℃貯藏期間的品質(zhì)變化（感官評(píng)定、pH、水分含量、TVB-N值及菌落總數(shù)）如表3～表5所示。

從感官評(píng)價(jià)來(lái)看，冷鮮雞出現(xiàn)品質(zhì)劣變的時(shí)間隨溫度的升高而變短。5℃貯藏時(shí)第4 d雞胸變橘黃、雞腿變梅紅，觸摸時(shí)粘手并出現(xiàn)一絲腥味，感官評(píng)分為5.9分，達(dá)到貨架期終點(diǎn)；繼續(xù)貯藏，冷鮮雞品質(zhì)變得越來(lái)越差，主要表現(xiàn)為刺激性氣味嚴(yán)重，雞胸、雞腿肉變色，肉品的觸摸手感粘稠厚重。溫度升至10和15℃時(shí)，貨架期終點(diǎn)值縮短至58和42 h，與陳曉宇等[6]的研究結(jié)果一致。

菌落總數(shù)隨著貯藏時(shí)間的增加而增加，符合微生物生長(zhǎng)趨勢(shì)[10,26]。高燦燦[27]、董颯爽[9]、瞿洋[10]等指出冷鮮雞菌落總數(shù)的腐敗閾值為5 lg CFU/g。表3～表5顯示，冷鮮雞菌落總數(shù)小于該腐敗閾值時(shí)，冷鮮雞感官評(píng)分在6～10分之間；超過(guò)該腐敗閾值，冷鮮雞的感官評(píng)分小于貨架期終點(diǎn)值6。微生物指標(biāo)與感官評(píng)分表現(xiàn)出一致性。

表3 5℃時(shí)冷鮮雞品質(zhì)變化Table3 Quality characteristicsof chilled chicken at 5℃

表4 10℃時(shí)冷鮮雞品質(zhì)變化Table 4 Quality characteristicsof chilled chicken at 10℃

表5 15℃時(shí)冷鮮雞品質(zhì)變化Table 5 Quality characteristicsof chilled chicken at 15℃

冷鮮雞貯藏過(guò)程中TVB-N值逐漸升高，貯藏溫度越高，TVB-N值越大，與已有報(bào)道一致[2?3,28?29]。5℃貯藏時(shí)，第4 d的TVB-N值為12.10 mg/100 g，與前3 d相比顯著上升（P<0.05），此時(shí)，TVB-N值沒(méi)有超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限量值（15 mg/100 g），但感官評(píng)分降至5.9分并超過(guò)菌落總數(shù)的腐敗閾值，接近貨架期終點(diǎn)值。而后持續(xù)顯著上升并在第7 d達(dá)到最大值15.43 mg/100 g，該狀態(tài)下冷鮮雞出現(xiàn)腐敗變質(zhì)現(xiàn)象且菌落總數(shù)超標(biāo)。10和15℃貯藏時(shí)均出現(xiàn)TVB-N值與感官評(píng)分存在差異現(xiàn)象，該差異與王玉靜等[29]、王天佑等[17]的結(jié)果一致，可能與雞肉冷凍程度及雞肉部位選取有關(guān)[29?30]。綜合微生物指標(biāo)和感官評(píng)價(jià)，將12.0 mg/100 g作為T(mén)VB-N貨架期的終點(diǎn)值。

從水分含量來(lái)看，雞肉貯藏期間水分含量始終保持在74%～76%之間，無(wú)顯著性差異（P>0.05），與冷鮮雞腐敗無(wú)顯著相關(guān)性。從p H來(lái)看，其變化范圍也在2%以?xún)?nèi)，無(wú)顯著性差異（P>0.05）。邵磊等[28]的研究表明：貯藏期間細(xì)胞的呼吸作用會(huì)分解肌糖元生成酸性物質(zhì)使pH下降，該改變可以作為雞肉腐敗的信號(hào)但不能用于評(píng)價(jià)雞肉的腐敗。

2.2 冷鮮雞貯藏期間TBV-N動(dòng)力學(xué)模型的建立

冷鮮雞TVB-N值隨貯藏時(shí)間（t）的變化如圖1～圖3所示，從中可以看出其R2均大于0.93，表明方程擬合度較高；同時(shí)，一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型R2均大于零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，表明一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更適合用于描述冷鮮雞中TVB-N值的變化，后續(xù)可結(jié)合Arrhennius方程預(yù)測(cè)冷鮮雞不同溫度下的貨架期。

圖1 冷鮮雞5℃貯藏時(shí)TVB-N值變化曲線圖Fig.1 Changesof TVB-N valueon chilled chicken at 5℃

圖2 冷鮮雞10℃貯藏時(shí)TVB-N值變化曲線圖Fig.2 Changesof TVB-N valueon chilled chicken at 10℃

圖3 冷鮮雞15℃貯藏時(shí)TVB-N 值變化曲線圖Fig.3 Changesof TVB-N valueon chilled chicken at 15℃

圖1～圖3顯示5、10、15℃溫度下的一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的變化速率常數(shù)k值分別為0.0048、0.0069和0.0116。對(duì)lnk和貯藏溫度的倒數(shù)1/T進(jìn)行回歸擬合，結(jié)果如圖4所示，其線性方程y=?6.3311x+17.463。從式（4）可以看出，直線斜率為?Ea/R，在Y軸上截距為lnk0，故Arrhenius方程中TVB-N的活化能Ea為52.636 k J/mol，指前因子k0為3.8×107。結(jié)合Ea、k0和式（3），冷鮮雞貯藏期間TVB-N變化速率與貯藏溫度間的Arrhenius方程為：

圖4 冷鮮雞揮發(fā)性鹽基氮變化的阿倫尼烏斯曲線Fig.4 Arrhenius curve of TVB-N change in chilled chicken

結(jié)合式（2），冷鮮雞貨架期公式為：

式中：k：變化速率常數(shù)；R為氣體常數(shù)，8.314J/（mol·K）；T為貯藏溫度，取絕對(duì)溫度K；SLTVB-N：貯藏時(shí)間，h；A0：初始TVB-N值，mg/100 g。

比較5、10和15℃下貯藏的冷鮮雞實(shí)際貨架期與動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到的貨架期預(yù)測(cè)值，用相對(duì)誤差來(lái)驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，如表6所示。5、10和15℃條件下貯藏的冷鮮雞的Arrhenius法預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為：6.30%，6.00%和3.91%，均小于10%，與文獻(xiàn)[19?20,22]一致，該動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型具有較好的準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

表6 冷鮮雞在5、10和15℃貯藏時(shí)貨架期預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值Table 6 Predicted and measured shelf life of chilled chicken at 5,10 and 15℃

2.3 冷鮮雞TBV-N動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證

本研究選擇用實(shí)際樣本對(duì)基于TVB-N的冷鮮雞貨架期模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表7。從表7可以看出，二次多項(xiàng)式冷鮮雞貨架期公式預(yù)測(cè)的貨架期預(yù)測(cè)平均值與貨架期實(shí)測(cè)值的最大相對(duì)誤差為-10.5%，具有較好的準(zhǔn)確度。

表7 冷鮮雞貨架期公式驗(yàn)證Table 7 Verification of chilled chicken shelf life

3 結(jié)論

測(cè)定了冷鮮雞貯藏期間水分含量、p H、揮發(fā)性鹽基氮和細(xì)菌總數(shù)的變化，利用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合Arrhenius方程獲得了基于TVB-N值的冷鮮雞貨架期預(yù)測(cè)模型，具體為SLTVB-N=（2.485?lnA0）/｛3.8×107exp（?6.331×103/T）｝，其中A0為揮發(fā)性鹽基氮初始值，T為貯藏溫度。公式內(nèi)部驗(yàn)證相對(duì)誤差均小于10%，實(shí)際樣本驗(yàn)證最大相對(duì)誤差為?10.5%。因此，此模型可有效預(yù)測(cè)相應(yīng)貯藏條件下冷鮮雞的貨架期，切實(shí)減少冷鮮雞腐敗變質(zhì)問(wèn)題。后期可開(kāi)展市場(chǎng)冷鮮雞TVB-N值的摸底篩查，為生產(chǎn)企業(yè)和監(jiān)管部門(mén)制定標(biāo)準(zhǔn)提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)。