冰鮮鯽魚貯運過程中最佳用冰量確定及貨架期預測

李文釗，張志剛，張倩，孫錄亮，楊春曉

(天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津 300457)

鯽魚（crucian carp)）又名喜頭，屬硬骨魚綱，鯉形目，鯉科，鯽屬，為我國廣泛分布的雜食性魚類[1]。其肉質細嫩，肉味甜美，營養價值很高，價格便宜，是我國重要的經濟型食用魚類之一。鮮魚屬易腐食品，其中溫度是影響鮮魚腐敗的關鍵因素，在貯運過程中如果溫度使用不當，很容易發生腐敗變質，從而影響鮮魚的品質及其貨架期，因此溫度監控是鮮魚貯運過程中的重要一環[1]。雖然目前國內外有部分企業使用干冰、冷卻凝膠等作為冷卻介質，但是加冰不僅價格便宜，融化潛熱大，降溫快，而且還可以保持鮮魚魚體表面濕潤和光澤，防止脫水。因此，冰在鮮魚貯運流程中扮演著重要的角色，冰鮮法是被廣泛采用的最經濟，最簡單和實用的冷卻和保存鮮魚方法[2]。

在企業實際貯運流程中，由于缺乏理論指導，大多根據平時的經驗來控制加冰量。由于貯運溫度、時間等的不確定性，往往僅憑經驗很難控制正確的冰量需求以保證鮮魚品質，因而極有可能增加生產貯運成本。國內外大多研究者致力于研究魚體溫度和冰融化與時間關系，來估算用冰量。Dilip[3]建立了軟冰冷卻魚體溫度下降模型，Napawan等[4]通過測定特定溫度條件下冰融化速度，進而獲得用冰量，吳國金[5]等人建立了冰鮮大黃魚在貯運過程中用冰量模型。以上研究從魚體溫度和冰融化率來研究用冰量，沒有根據具體品質指標變化來研究用冰量。本實驗通過研究不同用冰量對鯽魚品質和貨架期的影響，結合貯運實際情況，找出貯運最佳用冰量，避免盲目過量添加而增大運輸成本，或添加不足造成產品腐敗變質情況的發生。在此基礎上，研究鯽魚在貯藏過程中揮發性鹽基氮（TVB-N）值的反應動力學，結合Arrhenius方程，建立鯽魚貯藏期預測模型，為魚類的貯藏、運輸等的研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活鯽魚：由中海油配餐公司提供，魚體大小為（250±5）g，體長（24±1）cm，在實驗室擊斃后，去鱗、去鰓、去內臟，用水洗凈篩干后，分別將魚裝入聚乙烯保鮮袋中。硼酸 天津市北方天醫化學試劑廠；氧化鎂 天津金匯太亞化學試劑有限公司；鹽酸 天津市化學試劑一廠；甲基紅 北京北化福瑞科技有限公司；次甲基藍 上海思域化工科技有限公司；乙醇 天津市福晨化學試劑廠；冰塊 1.5 cm ×1.5 cm ×1.5 cm實驗室自制；氫氧化鈉 天津市化學試劑一廠，以上試劑均為分析純。K9840型凱式定氮儀 濟南海能儀器有限公司；85-1C型磁力攪拌器 上海金鵬分析儀器公司；AB204-N型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；FK-A（JJ-2）型組織搗碎機 金壇市晶玻實驗儀器廠；EL20 型 pH計 上海智中實驗室設備有限公司；TA.XT Plus型物性儀 英國Stable Micro System公司；SHD-250型高低溫試驗箱 上海一實儀器設備廠

1.2 實驗方法

1.2.1 用冰量確定方法

在 5℃的環境溫度下，分別用不同的用冰量（50%、100%、150、200%，以魚體質量為基準）以一層魚一層冰的方法冰藏鯽魚，每天對其進行感官評價并檢測鯽魚的揮發性鹽基氮（TVB-N）值、pH值及質構的彈性。研究中的貨架期取兩個指標的達到臨界值的最小儲藏期。TVB-N限量值不能高于20mg/100g[6]，感官評分臨界值為50。

1.2.2 貨架期加速實驗方法

置于 15、25、35℃條件下貯藏，定時取樣進行感官、理化及質構測定(其中感官品質主要對體表、氣味、眼球、肉質進行評分；理化指標主要測量pH和TVB-N；感官評價客觀指標主要測定彈性)。

1.2.3 預測模型建立

化學反應動力學模型已經在食品加工和貯藏中廣泛的應用。大多數與食品質量有關的品質變化都遵循0級或1級反應[7]即動力學方程分別表示為：

式中，A0、A表示初始品質和t時間后的品質；K為反應速率常數，單位(mg/100g)·h-1(零級)，h-1(一級)；t為時間，單位h。

通過各溫度下TVB-N值隨貯存時間的變化規律，得到TVB-N的反應動力學級數，通過回歸分析，得到TVB-N的反應動力學速率常數。

Arrhenius公式常用來描述溫度決定條件下的反應速率常數與溫度的關系：

式中，k0-指前因子（又稱頻率因子）Ea-活化能；T-絕對溫度，K；R-氣體常數，8.314J/（mol·K ），k0和Ea都是與反應系統物質本性有關的經驗常數。

將式（3）帶入式（1）且變形可得:

將通過對設定溫度下的反應速率常數k和其對應的溫度T的線性擬合，得到TVB-N的反應活化能Ea，指前因子k0，以及品質起始值和品質終點值帶入式（4）。

1.2.4 預測模型評價

評價模型常采用相對誤差（RT）、偏差度（BF）、準確度（AF）、對模型的擬合度好壞進行評價[8]，即

式中，x1和x0分別為預測值和實測值的預測值，n為測定重復數

驗證試驗的RT值越小，且當AF和BF越接近1，說明模型精確性越高。

1.2.5 測定方法

1.2.5.1 TVB-N的測定 采用SC/T 3032-2007水產行業標準中水產品中揮發性鹽基氮的測定方法，用半微量凱氏定氮法進行測定[9]。

1.2.5.2 pH測定 取絞碎的鯽魚背部肌肉10.00g 加入燒杯，加蒸餾水至100mL，在混合器上混勻0.5h，用 pH 計進行測定，重復三次，取平均值。

1.2.5.3 感官評定 選用由10名經過培訓的評價員，分別對肉樣的體表、氣味、眼球、肉質進行感官評定[10]，總分為100分，四項分別各占25%，取10人評分結果的平均值作為最終結果。具體判定標準見表1。

表1 鯽魚感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standard of crucian carp

1.2.5.4 質構彈性測定 取其背部肌肉處理成 2.0cm×2.0cm×1.0cm，置于物性儀上測定。所用探頭及測定參數見表2，彈性參數依據蔣予箭[11]定義方法。

表2 質構儀測定實驗參數Table 2 Experimental determination parameters of texture analyzer

1.2.5.5 數據處理 采用Excel2010繪圖和方差分析。

2 結果與分析

2.1 用冰量對鯽魚品質的影響

2.1.1 用冰量對鯽魚TVB-N值的影響

圖1 不同用冰量下鯽魚TVB-N值的變化Fig.1 TVB-N change of crucian carp under different amount of ice

TVB-N 是指動物性食品在貯藏過程中，由于肌肉中內源性酶和細菌的共同作用，蛋白質分解而產生的氨以及氨類等堿性含氮物質。由圖1可知，不同用冰量下的鯽魚TVB-N值隨著貯藏時間的延長均呈上升趨勢，且差異顯著(p＜0.01)。用冰量越大，同一時間檢測的TVB-N值越小，冷藏用冰量對鯽魚TVB-N變化有顯著影響(p＜0.01)。

2.1.2 用冰量對鯽魚感官品質的影響

圖2 不同用冰量下鯽魚的感官評分變化Fig.2 Sensory scores change of crucian carp under different amount of ice

由圖2可知，不同用冰量下的感官評分隨著貯藏時間的延長逐漸降低，且差異顯著(p＜0.01)，且同一時間不同用冰量下感官評分差異顯著，但不同150%與200%冰量下，鯽魚的貯藏前期階段差異不顯著(p＞0.05)，然而在貯藏后期階段用冰量為200%與150%下的感官品質明顯優于50%與100%的用冰量，可見用冰量為150%與200%的保鮮效果良好。

2.1.3 用冰量對鯽魚pH的影響

圖3 不同用冰量下鯽魚的pH變化Fig.3 pH value change of crucian carp under different amount of ice

由圖3可知，不同用冰量下,鯽魚的pH隨著貯藏時間的延長均呈現先降低后升高，且差異顯著(p＜0.01)。在6d內，不同用冰量下pH差異不顯著(p＞0.05)，為200%和150%的pH變化趨勢較用冰量為50%和100%的平緩。與用冰量對鯽魚TVB-N值、感官評價的影響相比，冷藏用冰量對鯽魚pH值變化影響明顯減弱。

2.1.4 用冰量對鯽魚質構的影響

圖4 不同用冰量下鯽魚的彈性變化Fig.4 Elasticity change of crucian carp under different amount of ice

評價魚肉彈性的方法有感官評價法和質構測定法。一般的感官方法評價魚肉的品質，由于人的主觀性，難免缺乏科學研究所要求的準確性，應用質構儀則避免了以上不足。由圖4可知，不同用冰量下，隨著貯藏時間的延長，彈性數值均呈先升高后降低的變化趨勢，且差異顯著(p＜0.01)。在2d內，100%、150%、200%冰量下pH差異不顯著(p＞0.05)。這與魚體死后進入僵直期，魚體組織變硬，僵直期過后硬度隨之降低，肌肉組織逐漸變軟，失去固有的彈性有關。

2.1.5 用冰量對貨架期的影響

圖5 不同用冰量下鯽魚的貨架期Fig.5 Shelf life of crucian carp under different amount of ice

由圖5可知，隨著用冰量的增加鯽魚貨架期延長，與50%用冰量相比，100%、150%、200%下的用冰量貨架期分別延長11.1、41.5、48.5h。

2.2 不同貯藏條件下鯽魚的品質變化

圖6 不同貯藏溫度下鯽魚TVB-N和pH變化Fig.6 TVB-N and pH value change of crucian carp under different storage temperature

TVB-N值指標是鑒定魚鮮度的經典指標。由圖6(a)表明，在不同貯藏溫度下，鯽魚TVB-N值均隨貯藏時間的延長而顯著增加(p＜0.01)，主要原因是魚肉中酶和微生物共同作用分解蛋白質，不斷產生氨及胺類等堿性物質。從上圖還可看出隨著貯藏溫度的升高，TVB-N值增加迅速，主要原因是由于低溫抑制了魚肉中微生物的繁殖和的活性，進而抑制了微生物和酶對魚肉中蛋白質的降解和腐敗作用。因此在 5℃貯藏中的TVB-N變化比15、25、25℃慢得多。

pH是鑒定魚鮮度的重要參考指標。如圖6(b)可知，在不同貯藏溫度下，鯽魚pH均呈先降低后上升的趨勢，且隨貯藏溫度的升高，pH變化越劇烈。一般活魚肌肉的pH為7.2～7.4，呈略堿性，魚體死后，隨著糖降解和乳酸的生成，pH將迅速下降。隨后在酶和微生物的作用下，生成堿性物質，使pH回升。

圖7 不同貯藏溫度下鯽魚感官評分和彈性的變化Fig.7 Sensory scores and elasticity change of crucian carp under different storage temperature

感官評價是快速評價魚類鮮度的方法，方法簡易、應用廣泛。由圖 8(a)可知，不同貯藏溫度下鯽魚感官評分均隨貯藏時間的延長而減小。根據感官品質的臨界值50分，在5、15、25、35℃條件下鯽魚分別貯藏至0.4、1.8、2.8、4.7d時，魚肉已經失去食用價值。

由圖9(b)可知，隨著貯藏時間的延長，魚肉的彈性會逐漸降低，貯藏溫度越低，彈性的變化趨勢越平緩。5℃冷藏鯽魚，在24h時測得魚肉彈性值變大, 其原因可能是魚進入死后僵硬期時, 魚體肌肉組織開始變硬。

2.3 冰鮮鯽魚貨架期預測

根據式（1）和式（2），在5、15、25、35℃ 貯藏條件下可分別得到鯽魚的TVB-N值在不同級數下反應速率常數和線性回歸決定系數R2統計于表3。

表3 鯽魚品質變化動力學參數Table 3 The crucian carp quality changes in kinetic model parameters

經分析發現，0級整體的R2較大則說明總體線性關系較好[12]，因此，TVB-N動力學方程能級選擇0級k。

以不同貯藏溫度倒數（1/T）為橫坐標，反應速率對數值(lnk)為縱坐標作圖，結合式（3）計算得到鯽魚TVB-N的反應動力學活化能Ea為35kJ/mol，k0指前因子為5.94×106，反應速率常數k與溫度T的關系為：

一般化學反應的活化能在40-400 kJ/mol，活化能的大小反映了溫度對反應速率的影響程度，活化能越小說明該變化越容易發生[13]。鯽魚TVB-N的反應動力學活化能為35kJ/mol，說明鯽魚品質很容易發生變化。

實驗中檢測到鯽魚樣品的初始品質指標 TVB-N值分別為 11.94(mg/100g)，取品質指標的終點值為20(mg/100g)，結合鯽魚的Arrhenius反應動力學方程的Ea值和k0值得到TVB-N的貨架期預測模型：

在溫度為7、18、32℃的貯藏條件下對貯藏期預測模型進行驗證。經驗證試驗數據計算得，RT為8.89%，AF為1.08，BF為0.98均屬于可接受范圍[8]，因此，本預測模型適合預測5～35℃條件下冰鮮魚的貨架期。

3 結論

3.1 用冰量對鯽魚品質有顯著影響；隨著用冰量的增加，鯽魚貨架期增幅變緩，結合實際貯運時間和成本考慮，選擇150%為最佳用冰量。

3.2 不同的貯藏溫度對冰鮮鯽魚的品質變化影響較大，越低溫有越利于鯽魚保持較好的品質。因此選擇5℃貯運。

3.3 構建了鯽魚 TVB-N為指標建立的鯽魚品質預測模型。經過試驗驗證，預測結果可靠，此模型適用于5～35℃下冰鮮鯽魚貯藏期預測。

[1]Mcmeekin T, Bowman J, Mellefont L, et al. The future of predictive microbiology: Strategic research, innovative applications and great expectations[J]. International Journal of Food Microbiology, 2008, 128(1): 2-8.

[2]彭增起, 劉承初, 鄧尚貴. 水產品加工學[M]. 北京: 中國輕工業出版社, 2010: 11.

[3]Dilip J, Syed M, Pankaj P, et al. Development of mathematical model for cooling the fish with ice[J]. Journal of Food Engineering,2005(71): 324-329.

[4]Napawan K. Theoretical, experimental and computer model for package R-value using regular ice and dry ice[D]. Mich-gan:Michigan State University, 2003: 36-41.

[5]吳金國, 許鐘, 楊憲時. 冰鮮魚貯運過程中耗冰量估算模型的建立與驗證[J]. 中國水產科學, 2010, 17(6): 1335- 1338.

[6]GB3733-2005, 鮮、凍動物性水產品衛生標準[S]. 北京:中國標準出版社, 2005.

[7]王璋, 許時嬰, 江波等. 食品化學[M ]. 北京:中國輕工業出版社, 2003, 853-855.

[8]Ole M, Paw D. Development and validation of an extensive growth and growth boundary model for Listeria monocytogenes in lightly preserved and ready-to-eat shrimp[J]. Journal of Food Protection, 2009, 72(10): 2132－2143.

[9]SC/T 3032-2007, 產品中揮發性鹽基氮的測定[S]. 北京:中國農業出版社出版, 2008.

[10]姚磊, 孫云云, 羅永康,等. 冷藏條件下鯽魚鮮度與其阻抗特性的關系的研究[J]. 肉類研究, 2010(8): 21- 25.

[11]蔣予箭, 周雁, 蔣家新. 魚肉彈性測定方法的研究[J]. 水產科學, 2003, 22(3): 41- 43.

[12]Laumh, T J, Swanson B G.. Kinetics of texture and color changes in green asparagus during thermal treatment [J]. Journal of Food Engineering, 2000, 45(4): 231-236.

[14]崔正翠, 許鐘, 楊憲時, 等. 大菱鲆冷藏過程中的鮮度變化與貨架期[J]. 食品科學, 2011, 32(2): 285- 289.