不同貯藏溫度下半滑舌鰨貨架期預測模型建立與評價

李 娜 謝 晶，，3 梅 俊

(1.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海 201306；2. 上海冷鏈裝備性能與節能評價專業技術服務平臺，上海 201306；3. 上海海洋大學食品學院，上海 201306)

半滑舌鰨(half-smooth tongue sole，HTS)主要分布于亞洲東部，在中國主要集中于渤海、黃海水域。近年來，隨著養殖技術的日益提高，半滑舌鰨發展成為中國重要的鲆鰈類經濟魚種，在中國居民日常飲食中所占比例不斷上升。從營養角度出發，半滑舌鰨中含有的蛋白質易被機體消化吸收，還含有豐富的不飽和脂肪酸，礦物質種類豐富[1-2]。同時，半滑舌鰨營養物質豐富極易因環境因素的改變而腐敗變質，而失去使用價值。因此，即時監控半滑舌鰨品質狀況對其貯藏、運輸、銷售具有重要的指導意義。

目前，動力學模型被廣泛應用于食品貨架期的預測，從而達到實時監控其品質特性的目的。其中基于溫度變化的動力學規律結合Arrhenius方程被廣泛用于生鮮水產品貨架期預測模型的研究中，吳奇子等[3]采用Arrhenius方程建立了不同貯藏溫度鮐魚的理化指標隨貯藏溫度、時間變化的貨架期模型，經進一步驗證可知所建立的貨架期模型可以準確地預測于273～288 K貯藏鮐魚的貨架期。雷志方等[4]比較分析了一級與零級動力學模型結合Arrhenius方程構建的貨架期模型用于金槍魚貨架期預測的有效性，綜合各指標結果得出零級動力學模型結合Arrhenius方程更具有優勢。Fabiane等[5]研究表明零級動力學模型更適合于微生物、理化指標變化，且Arrhenius方程適用于零級模型的速度常數更高，可準確預測魚片貨架期。吳行印等[6]基于理化、微生物檢測指標建立了三文魚各指標的一級動力學模型，利用Arrhenius方程擬合度高，經驗表明預測值比實際值低5%，準確性高。但是，目前應用于半滑舌鰨的貨架期預測模型研究幾乎沒有，因此研究其貨架期模型的建立具有重要的指導意義。

本試驗將新鮮的半滑舌鰨貯藏于不同的溫度(270，273，277，283 K)，通過檢測貯藏期間感官、理化、微生物指標變化，說明其品質特性的變化規律，并建立270～283 K的貨架期預測模型。同時，利用貯藏于280 K的半滑舌鰨對預測模型的適用性驗證其有效性，以期為半滑舌鰨在冷鏈物流過程中品質特性及貨架期的預測提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料與試劑

半滑舌鰨：購于上海市浦東新區蘆潮港水產批發市場，規格基本一致，采用一層碎冰一層半滑舌鰨的方式置于泡沫箱中，30 min內運回實驗室進行后續處理；

高氯酸、氧化鎂、甲基紅、溴甲酚綠：分析純，生工生物工程(上海)股份有限公司；

甲醇、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀：色譜純，上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.1.2 儀器與設備

恒溫恒濕箱：BPS-100CB型，上海一恒科學儀器有限公司；

電導率儀：FiveEasy Plus型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；

凱氏定氮儀：Kjeltec8400型，丹麥FOSS公司；

高效液相色譜儀：Waters e2695型，美國Waters公司；

高速冷凍離心機：H-2050R型臺式，湖南湘怡實驗室儀器開發有限公司。

1.2 試驗內容

1.2.1 樣品前處理 將新鮮半滑舌鰨去頭、尾和內臟，取背部肌肉切為6 cm× 4 cm× 1 cm的小塊，隨機分為4組并分裝于聚乙烯包裝袋中，分別于270，273，277，283 K貯藏，定期取樣進行各指標檢測，其中283 K每天進行測定，273，277 K 每2 d 測定一次，270 K每4 d測定一次，各指標均做3次平行，取平均值為最終結果。

1.2.2 感官特性 依據文獻[7]的方法，隨機選擇10名(5名男性，5名女性)感官評定人員分別從色澤、氣味、組織形態、彈性、黏液四個方面對半滑舌鰨魚塊的感官特性進行評估。感官實驗室的溫度、濕度分別為(293±1) K、(55±2)%，評分標準見表1[8]。

1.2.3 電導率的測定 參照文獻[9]的方法，并稍作修改。稱取2.5 g魚樣于離心管，添加25 mL蒸餾水，勻漿并在3 000 r/min、277 K離心5 min，利用電導儀測定上清液的電導率值。

1.2.4 蒸煮損失率的測定 參考文獻[10]的方法，略作修改。用刀片切取約3 cm×3 cm×1 cm的魚塊，密封并在353 K 水浴蒸煮15 min，記錄蒸煮前后魚樣的質量(精確到0.000 1 g)，則蒸煮損失率按式(1)計算：

(1)

式中：

CL——蒸煮損失率，%；

m1——蒸煮前魚樣質量，g；

m2——蒸煮后魚樣質量，g。

1.2.5 滴水損失率的測定 參照參考文獻[11]的方法，稍作修改。用刀片切取約3 cm×3 cm×1 cm的魚塊，將其置于聚乙烯包裝袋中放置1 h，記錄放置前后的魚樣質量(精確到0.000 1 g)，按式(2)計算滴水損失率。

表1 半滑舌鰨感官特性評分標準

(2)

式中：

DL——滴水損失率，%；

m1——放置前魚樣質量，g；

m2——放置后魚樣質量，g。

1.2.6 TVB-N值的測定 按GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》執行。

1.2.7 K值的測定 樣品前處理參考文獻[12]的方法，色譜條件：色譜柱ODS C18(250 mm×4.6 mm)，流動相A為100%甲醇，流動相B為pH 5.7的磷酸鹽緩沖液(0.02 mol/L KH2PO4和0.02 mol/L K2HPO4等體積混合)，樣品進樣量20 μL，流速1 mL/min，柱溫310 K，波長254 nm。

1.2.8 菌落總數的測定 按GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》執行。

1.3 數據分析

采用Origin8.5對各指標變化趨勢進行分析、模型構建及擬合操作，利用SPSS19.0、Excel對數據進行統計處理。

2 結果與分析

2.1 品質特性的變化

感官是直接反映水產品顏色、氣味、質構等諸多品質特性方面的綜合表觀指標，也是實際水產品市場中決定消費者購買欲望的決定性因素。相對于色澤、黏液，半滑舌鰨感官品質特性劣變在氣味、彈性、組織形態方面變化尤其明顯，新鮮的半滑舌鰨感官評分值可達24.32，表明品質特性良好。由圖1可知，283 K貯藏的樣品在貯藏期間感官特性急劇下降，于7 d后感官已超出可接受范圍，而其他溫度貯藏的半滑舌鰨感官評分值下降速率明顯延緩，特別是270 K環境。277 K貯藏條件下的半滑舌鰨在第12天已超過感官可接受極限值，273 K貯藏的半滑舌鰨達到可接受極限值的時間比277 K貯藏環境延長了3 d，而270 K半滑舌鰨在貯藏12 d后感官仍保持較好的狀態，感官評分接近19。而且，270 K的半滑舌鰨在整個貯藏周期感官評分明顯低于同時期其他溫度貯藏的，這是因為低溫貯藏在很大程度上可通過延緩魚肉內源酶活性引起的各種生化反應及其抑制腐敗微生物的生長繁殖，從而長時間保持其實用價值[13]。

Figure 1 Changes of sensory scores of HTS fillets under different temperature condition

滴水損失、蒸煮損失通常用來反映水產品的保水性能，保水性能的降低也表現為魚肉在貯藏過程中發生汁液流失現象，從而導致營養物質損失，影響魚肉的質地和可食用性。據報道[14]，保水性能的降低主要是因魚肉蛋白質變性引起細胞結構破壞，組織內的水分截留作用隨之下降。如圖2所示，各溫度貯藏環境中的半滑舌鰨滴水損失率、蒸煮損失率均逐漸上升，且283，277 K貯藏的半滑舌鰨表現為極顯著升高(P<0.01)，與新鮮的半滑舌鰨相比較，283，277 K條件下貯藏的半滑舌鰨在前9 d滴水損失率分別增加了68.79%，68.36%，而蒸煮損失率分別增加了80.39%，79.80%。相比較于283，277，273 K貯藏的半滑舌鰨隨著貯藏時間的延長而顯著增長(P<0.05)，其中滴水損失率在貯藏12 d后由最初的3.18%上升為8.24%，蒸煮損失率也由最初的10.18%增加為36.93%。而270 K貯藏的魚樣在前12 d變化不明顯，隨后表現為顯著增長(P<0.05)，在貯藏28 d后滴水損失率才達到9.34%，此時蒸煮損失率為44.77%，保水性能明顯優于其他溫度貯藏。由于內源性酶活性直接影響蛋白質的變性速率及變性程度[15]，以上的試驗結果說明貯藏期間降低溫度可很大程度上降低酶活性，從而抑制蛋白質降解變性，保持其原有結構的穩定性，減少營養物質的流失。同時，經相關性研究，滴水損失與蒸煮損失率相關系數可達0.973 8，說明這兩者在表征半滑舌鰨保水性能方面具有良好的相關性。

圖2 不同貯藏溫度下半滑舌鰨滴水損失率、蒸煮損失率的變化

Figure 2 Changes of drip loss and cooking loss of HTS fillets under different temperature condition

水產品營養物質豐富的特性使其肌肉中含有的蛋白質、脂質等營養物質極易因外源性微生物蛋白酶的作用而分解產生小分子物質，其中離子及帶電基團濃度會隨之增加，表現為電導率的升高[16]。圖3可明顯看出，283，277，273 K貯藏環境中的半滑舌鰨電導率隨著貯藏時間的延長而迅速增加(P<0.05)，且增長速率隨著溫度的升高而加快。270 K環境下的半滑舌鰨電導率值在貯藏前期增長緩慢，在貯藏12 d時僅為1.64 mS/cm，此時277，273 K條件下的魚樣已經分別達到3.16，2.61 mS/cm，而283 K環境下的半滑舌鰨電導率在貯藏8 d后即可達到3.52 mS/cm，表明低溫貯藏在抑制營養物質降解方面具有明顯優勢，這也符合前面保水性的研究結果，同時與劉彩華等[16]的研究結果也一致。

圖3 不同貯藏溫度下半滑舌鰨電導率的變化

Figure 3 Changes of electrical conductivity of HTS fillets under different temperature condition

TVB-N值用來衡量蛋白質受腐敗菌和蛋白質分解酶影響而分解的肽、氨基酸等經進一步反應最終生成的氨、胺類等具有揮發性的含氮物質含量，在衡量水產品品質特性及預測貨架期中具有重要的參考價值[17]。如圖4所示，初始的TVB-N值僅為9.86 mg N/100 g，隨著貯藏時間的延長，其增長速率隨著溫度的降低而下降，各組在貯藏前4 d無明顯差異(P>0.05)。隨后283 K條件下TVB-N值增長極顯著(P<0.01)，在貯藏第8天已達到32.53 mg N/100 g，超過通常在水產品中規定的30 mg N/100 g極限值。此時相比較于283 K，277，273，270 K的半滑舌鰨TVB-N值分別為18.02，16.12，12.53 mg N/100 g，仍處于二級鮮度范圍。對于270 K貯藏的半滑舌鰨，其TVB-N值的增長速率在整個試驗周期都相對平緩，直至28 d后才超出可接受極限值(33.68 mg N/100 g)，這是由于低溫限制了相關酶的活性，減緩了蛋白質分解速率而蛋白質特性保持相對穩定，從而保持了半滑舌鰨的良好品質特性。

K值作為一種常用的水產品新鮮度評價指標，主要衡量的是腺苷三磷酸(ATP)由于自溶現象經一系列分解生成次黃嘌呤核苷(HxR)、次黃嘌呤(Hx)在ATP及相關化合物總量中所占的比重，可直接影響水產品的風味特性[18-19]。根據文獻[20]報道，K值低于20%，產品處于一級鮮度，品質特性良好；處于20%與40%之間時，為二級鮮度范圍，適宜食用；超過40%，產品開始進入腐敗狀態，高于60%則認為不可食用。從圖5可看出，新鮮半滑舌鰨的K值為11.23%，283 K貯藏條件下的K值急劇增長(P<0.01)，貯藏8 d后即超出所規定的食用可允許值(52.83%)。其他溫度貯藏的半滑舌鰨K值變化速率有所降低，且270 K條件下的增長速率明顯低于277，273 K，直至貯藏16 d后增長速率才開始大幅度上升(P<0.05)，其值在貯藏16～28 d過程中增長了53.45%，很大程度上減緩了ATP的降解。若K值以50%作為可接受極限值，則283，277，273，270 K貯藏的半滑舌鰨超過可食用范圍的時間分別為8，12，16，28 d，可見降低貯藏溫度可明顯延緩ATP的降解程度，特別是270 K。

圖4 不同貯藏溫度下半滑舌鰨TVB-N值的變化

Figure 4 Changes of TVB-N value of HTS fillets under different temperature condition

圖5 不同貯藏溫度下半滑舌鰨K值的變化

腐敗菌的生長繁殖是引起水產品品質特性劣變的重要因素[21]。由圖6可得出，所有組別的菌落總數均呈一致的變化趨勢：菌落總數隨著貯藏時間的延長而逐漸上升，且增長速率隨溫度的升高而增加，這與之前TVB-N值、K值等理化指標的結果相一致。283 K在貯藏8 d時的菌落總數已達7.26 lg CFU/g，而同時期在277，273，270 K環境的半滑舌鰨菌落總數分別為5.69，4.63，3.47 lg CFU/g，充分表明了低溫貯藏在抑制半滑舌鰨腐敗菌的生長繁殖方面具有明顯的優勢。若以菌落總數作為半滑舌鰨貨架期的判斷指標，則283 K 貯藏的半滑舌鰨貨架期為7 d，277，273，270 K條件下的貨架期分別延長了4～5，6～7，18～21 d，可見貯藏溫度越低，半滑舌鰨貨架期的延長效果越明顯。

圖6 不同貯藏溫度下半滑舌鰨菌落總數的變化

Figure 6 Changes of total viable count of HTS fillets under different temperature condition

2.2 貨架期預測模型的建立

為實時監控食品品質隨著貯藏時間、溫度的變化規律以及對食品貨架期的預測，數學動力學模型是一種有效的工具和手段，具有廣泛的應用前景。已有大量文獻[6, 22-24]指出一級動力學模型結合Arrhenius方程在預測水產品貨架期中具有良好的準確性，在實際冷鏈物流過程中具有重要的應用價值。一級動力學如下：

(3)

經換算得

A=A0×ekt，

(4)

式中：

t——貯藏時間，d；

A——貯藏t時間時的品質指標數值；

A0——品質指標初始值；

k——品質變化速率常數；

n——反應級數(n=1)。

而貯藏溫度與品質變化速率常數之間的Arrhenius方程為：

(5)

式中：

k——品質變化速率常數；

k0——指前因子；

EA——活化能，kJ/mol；

R——氣體常數；

T——熱力學溫度，K。

綜合式(4)、(5)可得：

(6)

從以上可知，若已知品質指標初始值A、可接受極限值A0及貯藏溫度T，只要求出k0、EA值，即可得到某一貯藏溫度下半滑舌鰨的貨架期。

試驗中將各理化、微生物指標進行非線性擬合，所得動力學模型及相對應的反應速率常數k、回歸系數R2見表2。從表2中可知，一級動力學模型針對于各指標的擬合度都比較高(R2>0.95)，充分表明其可很好地預測半滑舌鰨隨貯藏溫度、時間變化而發生的品質特性改變狀況。此外，對于同一品質指標，反應速率常數k值隨著貯藏溫度的下降而降低，這也進一步說明了降低貯藏溫度可一定程度上減緩貯藏期間肌肉中各反應速率。

根據式(5)將以上各指標針對的k值對不同溫度進行擬合，結果如表3，則各指標所建立的貨架期預測模型：

(7)

(8)

(9)

表2不同貯藏溫度下半滑舌鰨各品質指標隨貯藏時間變化的動力學模型參數

Table 2 Kinetic model parameters for all quality indexes of HTS fillets under different temperature condition

檢測指標貯藏溫度/K回歸方程反應速率常數k回歸系數R2電導率滴水損失率蒸煮損失率TVB-NK值菌落總數283A=1.053e0.151t0.151±0.0060.991 47277A=1.075e0.088t0.088±0.0040.989 94273A=1.162e0.065t0.065±0.0020.993 78270A=1.126e0.037t0.037±0.0010.992 89283A=3.724e0.115t0.115±0.0070.970 90277A=3.694e0.089t0.089±0.0100.969 74273A=3.503e0.07t0.070±0.0040.980 80270A=3.397e0.038t0.038±0.0030.973 75283A=13.593e0.155t0.155±0.0120.961 56277A=11.827e0.108t0.108±0.0040.993 40273A=10.62 e0.103t0.103±0.0020.997 99270A=10.83 e0.057t0.057±0.0020.994 00283A=7.821e0.175t0.175±0.0090.982 85277A=7.922e0.112t0.112±0.0060.982 33273A=8.676e0.079t0.079±0.0030.991 65270A=9.083e0.047t0.047±0.0010.996 08283A=12.000e0.187t0.187±0.0040.996 67277A=11.034e0.132t0.132±0.0040.995 22273A=9.047e0.11t0.110±0.0040.991 20270A=9.746e0.056t0.056±0.0030.983 24283A=2.643e0.13t0.130±0.0040.993 27277A=2.791e0.081t0.081±0.0050.981 51273A=2.577e0.074t0.074±0.0030.992 60270A=2.700e0.037t0.037±0.0030.969 97

表3不同貯藏溫度下半滑舌鰨各品質指標的Arrhenius方程參數

Table 3 Parameters of Arrhenius equation for all quality indexes of HTS fillets under different temperature condition

指標指前因子k0活化能EA/(kJ·mol-1)決定系數R2電導率1.987×101060.2330.981 98滴水損失率7.112×10641.5270.956 70蒸煮損失率2.793×10638.4320.965 02TVB-N值3.559×10955.8180.994 29K值4.498×10745.3580.984 04菌落總數1.462×10849.0240.978 83

(10)

(11)

(12)

式中：

tE——以電導率衡量半滑舌鰨品質的剩余貨架期，d；

tD——以滴水損失率衡量半滑舌鰨品質剩余貨架期，d；

tC——以蒸煮損失率衡量半滑舌鰨品質剩余貨架期，d；

tT——以TVB-N值衡量半滑舌鰨品質剩余貨架期，d；

tK——以K值衡量半滑舌鰨品質剩余貨架期，d；

tB——以菌落總數衡量半滑舌鰨品質剩余貨架期，d；

AE——貯藏時間為t時的電導率值，mS/cm；

AD——貯藏時間為t時的滴水損失率，%；

AC——貯藏時間為t時的蒸煮損失率，%；

AT——貯藏時間為t時的TVB-N值，mg N/100 g;

AK——貯藏時間為t時的K值，%；

AB——貯藏時間為t時的菌落總數，lg CFU/g；

AE0——電導率的初始值，mS/cm；

AD0——滴水損失率的初始值，%；

AC0——蒸煮損失率的初始值，%；

AT0——TVB-N值的初始值，mg N/100 g;

AK0——K值的初始值，%；

AB0——菌落總數的初始值，lg CFU/g。

利用以上貨架期預測模型，若已知貯藏溫度、品質指標的初始值以及貯藏特定時間后的品質指標值即可得到半滑舌鰨剩余的貨架期，可很好地達到實時監控半滑舌鰨品質的目的。

2.3 貨架期預測模型的驗證

本研究前面以270，273，277，283 K 4個具有代表性的水產品貯藏溫度為基礎，建立了270～283 K的貨架期模型，為進一步驗證所得貨架期模型準確性，選取280 K貯藏的半滑舌鰨對貨架期預測模型的適用性進行驗證，其中電導率、滴水損失、蒸煮損失、TVB-N值、K值、菌落總數分別以3.0 mS/cm、10%、50%、30 mg N/100 g、50%、7 lg CFU/g為貨架期終點，檢測各指標實測值與預測值之間的誤差。從半滑舌鰨品質特性出發，試驗中發現貯藏于280 K的半滑舌鰨感官、理化、微生物指標變化趨勢與其他溫度一致，且變化速率介于283K與277 K之間，這也進一步證明了降低貯藏溫度可延緩半滑舌鰨的腐敗變質，與前面的結果相吻合。從貨架期預測模型角度出發，由表4可知，280 K貯藏環境條件下半滑舌鰨的貨架期實測值與預測值的相對誤差都低于±10%，特別是用電導率、TVB-N值、蒸煮損失率構建的模型準確度比其他指標更優(低于5%)，而用滴水損失率建立的貨架期模型準確度最低，相對誤差可達-8.43%。總之，上述構建的貨架期模型具有較好的準確度，可快速、實時、準確地預測270～283 K任一貯藏條件下半滑舌鰨的貨架期。

表4 280 K溫度貯藏過程中貨架期預測值與實測值的相對誤差

3 結論

為實時監測半滑舌鰨隨貯藏溫度、貯藏時間改變的品質特性變化規律及預測貨架期，本試驗研究了不同貯藏溫度下半滑舌鰨的感官、理化和微生物品質特性，表明隨著貯藏時間的延長，感官特性呈下降趨勢，而電導率、滴水損失率、蒸煮損失率、TVB-N值、K值呈逐漸上升的趨勢，且降低貯藏溫度可明顯延緩各指標的變化速率。同時，利用一級動力學模型結合Arrhenius方程建立的各品質指標貨架期預測模型具有很好的準確度，預測值與實測值之間的相對誤差低于±10%，特別是利用TVB-N值和蒸煮損失率構建的貨架期預測模型用于實時監測半滑舌鰨品質特性具有更大的優勢，這在實際半滑舌鰨冷鏈物流過程中用于貨架期的預測中具有重要的指導意義。

本研究中魚樣在貯藏期間始終保持溫度恒定，但實際冷鏈物流過程中溫度經常波動變化，因此關于海產品在溫度波動環境下貨架期預測模型的研究更加具有現實指導作用，這也會是未來海產品貨架期實時監測的重要發展方向。同時，海產品在貯藏前期、中期、末期不同的貯藏階段，各品質指標的敏感性可能存在差異，建立基于多指標的貨架期預測模型可更準確地表征海產品在貯藏期間的品質狀態，具有更廣闊的應用前景。