不同貯藏溫度對暗紋東方鲀水分遷移、質構和色澤的影響及其貨架期預測

汪經邦，李沛韻，謝晶1,,3*，劉大勇

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)2(上海水產品加工及貯藏工程技術中心，上海，201306)3(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心，上海，201306)4(江蘇中洋生態魚類股份有限公司，江蘇 南通，226600)

暗紋東方鲀(Takifugu obscures)是一種富含必需氨基酸和蛋白質的海淡水洄游魚類，其味道鮮美，深受消費者的喜愛[1]。但是新鮮的暗紋東方鲀魚肉極易腐敗變質，冷藏(4 ℃)條件下的貨架期僅4 d[2]。暗紋東方鲀魚肉的平均含水量為75.50%～78.24%，水分是決定微生物和各種腐敗反應活性的重要因素之一，研究水分的變化對延長魚肉的貨架期具有重要參考意義[3-4]。此外，水分和魚肉的質構、色澤也有密切關系。

低場核磁共振技術(low field nuclear magnetic resonance， LF-NMR)是一種快速且無損的光譜檢測技術，是目前研究食品中水分遷移和相對含量變化的重要檢測技術之一[5]。LF-NMR因其無損和快速的檢測特點，已經在研究水產品的水分存在狀態方面取得了很好的效果，結合部分品質指標的檢測，能為研究水分變化與貯藏品質之間的關系提供理論基礎。HE等[6]利用LF-NMR發現鮑魚的結合水和剪切力之間具有較強的相關性。朱丹實等[7]通過LF-NMR發現冰溫(-2 ℃)和冷藏(4 ℃)條件下鯉魚的T21對應的結合水對彈性影響較大。

不同溫度下水產品的品質變化差異較大，通過建立動力學模型可以對貨架期進行預測。雷志方等[8]通過構建貯藏時間-溫度-品質指標之間的Arrhenius動力學模型，能較準確地預測金槍魚貨架期。馬妍等[9]研究了不同凍藏溫度對暗紋東方鲀品質變化的影響，得到揮發性鹽基氮(total volatile base nitrogen，TVB-N)、鹽溶性蛋白和巰基濃度的Arrhenius常數和活化能。目前有關暗紋東方鲀于-3～15 ℃貯藏的貨架期研究較少。

本研究的目的是評估暗紋東方鲀在微凍(-3 ℃)、冰溫(-1 ℃)、冷藏(4 ℃)、10 ℃和15 ℃貯藏條件下的水分遷移、質構和色澤的變化，通過相關性分析等方法，研究水分遷移對暗紋東方鲀的質構和色澤的影響，探究水產品的保鮮機理，為暗紋東方鲀的無損品質檢測提供理論借鑒；對暗紋東方鲀貯藏在上述溫度下的TBA、TVB-N及TVC值的變化規律進行研究，在此基礎上對暗紋東方鲀的貨架期進行預測，以期為企業在生產、貯藏、運輸和銷售過程中的品質監控提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

暗紋東方鲀購于江蘇省中洋集團，體長25～32 cm、質量0.25～0.3 kg。

硫代巴比妥酸(分析純)、MgO(分析純)，上海安譜實驗科技有限公司；甲基紅(分析純)、溴甲酚綠(分析純)，上海生工生物工程有限公司。

1.2 儀器與設備

MesoMR23-060H.I低場核磁共振成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；Kjeltec8400凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；高溫高壓滅菌鍋HVE-50，日本Hi-rayama制造有限公司；F2640 溫度采集儀，美國福祿克制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理

暗紋東方鲀宰殺后立即去皮、眼睛和內臟，魚樣裝入聚乙烯拉鏈袋(尺寸：35 cm×14 cm)后貯藏于15、10、4、-1、-3 ℃的恒溫恒濕箱(濕度90%～95%)中，按照預先編號順序取樣，不同貯藏組根據魚樣的感官特性狀況不定期取樣。

1.3.2 凍結曲線

參考胡玥等[10]的方法，采用自動溫度采集儀記錄溫度隨時間變化的數據制得凍結曲線。

1.3.3 指標測定

1.3.3.1 水分遷移

參考WANG 等[11]的方法進行LF-NMR分析，略有修改。取暗紋東方鲀的背部肌肉切成2.0 cm×2.0 cm×3.0 cm魚塊測定T2馳豫時間。核磁共振儀設置參數：磁體-探針選項：MesoMR23-060H-I-70 mm，質子共振頻率21 MHz；τ值為200 μs，間隔TR時間2 500 ms，回波數為4 500，重復采樣NS為3次，迭代反演后得到向弛豫時間T2圖譜。

1.3.3.2 質構

參考DOLORES等[12]的方法進行魚肉質構分析。

1.3.3.3 色澤

取魚樣背部肌肉(3 cm×3 cm×3 cm)進行色澤分析，利用色差計對魚塊的6個面進行測定，平行3次，參考LAB表色系統進行色差分析[13]，白度計算見公式(1):

(1)

式中：L*為亮度；a*為紅度值；b*為綠度值。

1.3.3.4 硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)

參考KILINCCEKER等[14]的方法測定，結果以每千克魚肉中丙二醛的含量表示。

1.3.3.5 TVB-N

參考YU等[15]的方法，稱取5 g暗紋東方鲀背部肌肉使用全自動凱氏定氮儀測定TVB-N值。

1.3.3.6 TVC

參考GB4789.2—2016的方法測定。

1.3.4 感官評定

表1 暗紋東方鲀感官特性評分標準

1.4 數據分析

采用SPSS 22.0和Origin 9.0軟件進行統計學分析和繪制曲線。

2 結果與分析

2.1 凍結曲線

圖1是暗紋東方鲀在凍結過程中的時間-溫度曲線。由圖1可知，初始溫度(15.396 ℃)降至0 ℃左右時，降溫速度變慢，凍結90 min左右時，溫度降至-1.121 ℃，魚體溫度出現了短暫的上升后下降，且10 min內保持穩定，判定此溫度為暗紋東方鲀的凍結點[17]。根據微凍和冰溫保鮮的定義，選擇微凍和冰溫貯藏溫度分別為-3 ℃和-1 ℃。

圖1 暗紋東方鲀凍結曲線

2.2 魚肉水分變化的 LF-NMR研究

2.2.1 水分遷移

LF-NMR通過測定弛豫時間T2區分結合水、自由水和不易流動水在魚肉中的分布[18]，T2值反映各水分自由度，即各水分與魚肉結合程度，T2值越小，水分自由度越低，結合程度越緊密[19]。暗紋東方鲀的弛豫圖譜上出現3個峰，弛豫時間為1.27～6.42 ms時的峰(T21)代表與蛋白質等大分子緊密相關的結合水，49.26～89.36 ms時的峰(T22)代表肌纖維膜內部或肌原纖維之間的不易流動水，406.34～785.89 ms時的峰(T23)代表肌纖維膜外部空間中的自由水。

圖2是不同溫度條件下暗紋東方鲀水分弛豫時間隨著貯藏時間的變化趨勢，結合水通過氫鍵與蛋白質中的羥基和氨基等基團相連，流動性相對較差，由圖2-a和圖2-b可知，各組T21在1.27～6.42 ms隨貯藏時間波動上升，溫度越高，水分遷移運動越劇烈，T21的上升速度越快。如圖2-c和圖2-d，不同溫度組魚肉的T22無明顯的變化規律性，總體上，T22隨貯藏時間呈先下降后上升的變化，貯藏初期的溫度驟降和蛋白酶、氫鍵自由能的作用導致膜內疏水作用力的降低[20]，間接引起纖維膜網狀結構的破壞，持水力降低，部分水分流向膜外，膜內流動性相對較大的水分的遷移導致T22呈上升趨勢，而后期網狀結構的大量破壞也導致膜內水分結合力的下降，故T22又出現下降的趨勢[21]。如圖2-e和圖2-f所示，T23隨貯藏時間呈波動上升的趨勢。隨著貯藏時間的增加，蛋白質的降解導致內層水持續流向膜外，自由水含量緩慢增加，故T23呈現上升的現象。高溫組(15、10 ℃)T23在貯藏末期呈明顯的上升后下降的趨勢，朱丹實等[7]認為可能是高溫組魚肉較快的腐敗變質速度，引起脫水多空層的產生，導致貯藏后期T23的顯著增加，而低溫能減緩脫水多空層的形成。

2.2.2 相對水分含量

各水分相對含量表示為圖譜的峰面積比例，pT21、pT22和pT23分別表示結合水、不易流動水和自由水的相對含量。圖3是不同溫度條件下暗紋東方鲀不同狀態水分的相對含量隨著貯藏時間的變化趨勢。由圖3-a～圖3-b可知，不同溫度條件下魚肉的pT21隨貯藏時間波動上升，且溫度越高，波動幅度越大。圖3-c和圖3-f所示，pT22呈先上升后下降的變化趨勢，而pT23則呈先下降后上升的變化趨勢。貯藏前期，由于肌肉細胞內發生無氧等化學反應導致細胞膜通透性的增加，引起胞內空間的膨脹，胞內吸水性增強，導致pT22和pT23分別增加和減少[23]，而貯藏后期內源蛋白酶活性的增強以及大分子之間氫鍵自由能的變化，導致胞內水外流，胞外水含量增加，即自由水增加和不易流動水下降，且貯藏溫度越高，蛋白酶和微生物活性越高，這也解釋了高溫組(10和15 ℃)pT23上升較為顯著，而微凍和冰溫組變化趨勢較為平緩[24]。如圖3-e所示，雖然低溫有助于減緩魚肉的水分遷移的變化，但是微凍(-3 ℃)的pT23卻較冰溫(-1 ℃)組下降更顯著。一方面可能由于冰溫較微凍組的魚肉的自溶作用更強，貯藏后期的蛋白質大量水解，同蛋白質緊密聯系的結合水游離出來，冰溫組的pT23增加；另一方面可能是因為微凍組中的冰晶造成肌原纖維斷裂，導致自由水大量流失，微凍組的pT23降低。

a,b-T21弛豫時間;c,d-T22弛豫時間;e,f-T23弛豫時間

a，b-pT21;c，d-pT22;e，f-pT23

2.3 質構

質構(texture profile analysis，TPA)是反映魚肉品質的重要指標之一。不同貯藏溫度下暗紋東方鲀質構參數隨著貯藏時間的變化趨勢如圖4所示，彈性和硬度隨貯藏時間呈下降趨勢，且溫度越高，下降越顯著(P<0.05)。隨著貯藏時間的延長，蛋白酶和微生物的作用導致魚肉變軟且喪失彈性，這與朱丹實等[7]發現冰溫(-2 ℃)和冷藏(4 ℃)對鯉魚彈性的影響結果相似。如圖4-e所示，微凍(-3 ℃)組魚肉的硬度呈先急劇下降后趨于平穩，最后緩慢下降的趨勢。新鮮魚樣(第0天)的硬度值分別為31 440.04 g，貯藏至3.33 d，微凍(-3 ℃)條件下硬度值顯著下降了35.78%(P<0.05)。可能因為-3 ℃低于暗紋東方鲀魚肉的凍結點，導致細胞、組織內的水分形成冰晶，破壞了細胞骨架結構[25-26]，使魚肉在解凍后的硬度值降至很低。黏聚性的上升反映魚肉細胞間的結合力隨著貯藏時間逐漸下降，如圖4-c所示，微凍(-3 ℃)和冰溫(-1 ℃)組的黏聚性整體呈上升趨勢，但是總體趨勢不明顯且波動幅度較大。

a,b-彈性;c,d-黏聚性;e,f-硬度

2.4 色澤

色澤是反應魚肉鮮度的重要指標之一，不同貯藏溫度下暗紋東方鲀的白度和a*值的變化如圖5所示。白度可以量化魚肉的色澤變化，新鮮暗紋東方鲀的魚肉為透明白色，如圖5-a和圖5-b所示，不同溫度組的白度值隨著貯藏時間呈上升的趨勢，貯藏過程中微生物的生長與繁殖、水分流失和脂質氧化均可能引起魚肉白度值的變化[26]。其中，微凍(-3 ℃)和冰溫(-1 ℃)組的白度值在貯藏前期上升緩慢，可能是低溫會抑制微生物繁殖和脂質氧化的速度。不同溫度組a*值的變化如圖5-c和圖5-d所示，總體來說，到貯藏結束不同溫度組的a*值都呈現一定程度的減小，15、10和4 ℃組的a*值隨著貯藏時間先減小后增大，可能由于貯藏前期魚肉的血紅蛋白及血紅素的大量減少，a*值降低，而貯藏后期魚肉的肌紅蛋白發生大量氧化，導致魚肉的a*值顯著升高(P<0.05)[26]。

2.5 相關性分析

不同溫度(15、10、4、-1和-3 ℃)下暗紋東方鲀貯藏時間和質構、色澤參數的相關性如表2所示，不同條件組的彈性、硬度、白度和貯藏時間均顯著相關，故著重分析了魚肉水分遷移與彈性、硬度和白度的相關性，以及各狀態水分和貯藏時間的相關性。表3是不同溫度下暗紋東方鲀水分遷移指標和彈性、硬度、白度、貯藏時間的相關性。各組魚肉的T21、pT21和T23均與貯藏時間顯著相關(P<0.05)，貯藏時間可能對魚肉水分變化有較大影響。其中，冰溫(-1 ℃)組的T23和貯藏時間的相關性最強，相關性系數達到0.933**，雖然低溫可能有助于抑制劇烈的水分遷移運動，但是微凍(-3 ℃)條件下產生的冰晶對魚肉自由水的遷移運動影響較大，導致T23隨貯藏時間無明顯變化規律，故冰溫(-1 ℃)條件下貯藏時間與T23相關性最大，這和朱丹實等[7]發現冰溫(-2 ℃)條件下鯉魚的水分遷移更穩定的研究結果一致。值得注意的是，微凍(-3 ℃)和冰溫(-1 ℃)組的pT22、pT23與貯藏時間顯著相關(P<0.05)，貯藏時間可能對低溫貯藏下魚肉不易流動水和自由水的相對含量影響較大。

a,b-白度值;c,d-a*值

不同溫度貯藏組的硬度、彈性、白度與T21、pT21均顯著相關(P<0.05)，說明結合水對魚肉的硬度、彈性和白度有較大影響，可能由于微生物和酶促相關反應等作用導致與結合水緊密聯系的肌原纖維蛋白發生降解[27]，黃文博等[28]發現結合水對美國紅魚的白度具有較大影響。此外，肌原纖維的降解與胞外間隙的自由水也密切相關，故不同溫度組的硬度、彈性和白度均與T23顯著相關，其中，10 ℃條件下硬度和T23的相關性系數高達-0.957**。

表2 不同溫度下暗紋東方鲀貯藏時間和質構、色澤參數的相關性

注：*代表顯著性水平(P<0.05)；**代表極顯著性水平(P<0.01)(下同)

表3 不同溫度下暗紋東方鲀水分相關指標和彈性、硬度、白度、貯藏時間的相關性

2.6 TVC、TVB-N、TBA值和感官變化

TVB-N、TBA和TVC值分別表征暗紋東方鲀的蛋白氧化、脂質氧化和微生物的變化。不同貯藏溫度下暗紋東方鲀TVC、TVB-N、TBA和感官評分的變化如圖6所示，TVB-N和TVC值隨貯藏時間呈上升趨勢。如圖6-c所示，TVC的初值為1.32 lgCFU/g，15 和10 ℃組分別在2.67 d和3.33 d達到7.13 lgCFU/g和7.53 lgCFU/g，超過國際微生物標準委員會規定的7.00 lg CFU/g[8]，4和-1 ℃組在6 d和10 d接近可接受閾值，而-3 ℃組貯藏21 d后，菌落數才超過可接受上限，說明低溫抑制微生物生長與繁殖。不同魚類的TVB-N可接受的上限各異[2]，微生物是導致貯藏過程中TVB-N值變化的直接原因[29]。故本研究中，根據現有的TVC值結果獲得貨架期，設定TVB-N為12 mg/100g為暗紋東方鲀的可接受上限，-1 ℃組貯藏至9 d的TVB-N值達到12.9 mg/100g，而-3 ℃組在貯藏19 d后才超過可接受閾值。如圖6-b所示，TBA初值為0.045 mg/kg，不同溫度組的TBA值隨貯藏時間先上升后下降，微生物的大量繁殖導致脂肪氧化，TBA值上升。貯藏末期，TBA值稍有降低，可能是因為丙二醛(malondialdehyde，MDA)與蛋白質和糖原等之間發生了相互作用，從而導致TBA值的降低。圖6-d為暗紋東方豚的感官評分變化，15、10和 4 ℃組的暗紋東方鲀在貯藏2.67、3.17和6 d后感官超過可接受范圍，-1 ℃和-3 ℃組貯藏7 d后出現顯著性差異(P<0.05)，在貯藏10 d、20 d后超出感官不可接受的上限值。

a-TVB-N;b-TBA;c-TVC;d-感官評分

2.7 暗紋東方鲀貨架期預測模型的建立

2.7.1 暗紋東方鲀在貯藏期間理化指標與感官評分間的線性擬合

在5個不同貯藏溫度(288、283、277、272和270 K)下測定了多個品質指標，首先通過各指標和感官評分的線性擬合分析確定構建貨架期模型的指標，然后利用一級動力學方程對指標數據進行建模。線性擬合方程中，r和R2分別表征擬合方程中2種變量的線性關系的強弱和擬合優度的大小，兩者的絕對值越接近1，說明變量之間的相關性越強。圖7表示不同貯藏溫度下暗紋東方鲀的TVB-N、TVC與感官評分值之間存在良好的相關性(|r|> 0.95，R2>0.90)，因此將TVB-N和TVC值作為暗紋東方鲀貨架期預測模型的建模指標。

2.7.2 暗紋東方鲀在貯藏期間的貨架期模型

在食品貯藏保鮮的過程中，食品品質的某種反應產物濃度(物質含量)隨貯藏時間的延長遵循一級反應動力學模型[22]。見公式(2):

A=A0×eKt

(2)

式中：t,貯藏時間,d；A0和A分別代表第0和t天的品質指標數值；K,反應速率常數。

在272、277、283、298 K條件下得到時間-溫度-品質的Arrhenius方程[24]，見公式(3)：

(3)

式中：R和T分別為氣體常數和熱力學溫度，K；K0，指前因子；EA，活化能，kJ/mol。

利用一級反應動力學模型得到暗紋東方鲀的TVB-N和TVC值的貨架期模型，見公式(4):

a-感官評分和TVB-N的擬合方程圖;b-感官評分和TBA的擬合方程圖;c-感官評分和TVC的擬合方程圖;d-TVC和TVB-N的擬合方程圖

(4)

由公式(2)和(3)得到不同貯藏溫度下暗紋東方鲀的TVB-N和TVC值的EA和K0，具體數據見表4和表5。

表4 不同貯藏溫度下暗紋東方鲀品質指標隨貯藏時間變化的動力學模型參數

表5 TVB-N和TVC值變化預測模型中的指前因子(K0)和活化能(EA)

公式(5)和(6)分別是暗紋東方鲀的TVB-N和TVC的貨架期預測模型：

(5)

(6)

式中：AC、和AE分別代表貯藏t時間的TVB-N和TVC值；AC0和AE0分別代表TVB-N和TVC的初始值。

2.7.3 暗紋東方鲀貨架期預測模型的驗證與評價

為了驗證該動力學預測模型的準確性，比較270 K溫度下暗紋東方鲀TVB-N和TVC值的實際測量值與模擬預測值，結果見表6。

表6 270 K溫度下暗紋東方鲀的貨架期預測誤差

由表6可知，貨架期模型的預測值相對誤差在±10%以內，根據此動力學模型可較準確地預測-3～15 ℃貯藏溫度條件下暗紋東方鲀的貨架期。

3 結論

本文研究了暗紋東方鲀在不同貯藏溫度(-3、-1、4、10和15 ℃)條件下的水分遷移、質構和色澤的變化規律，分析了水分遷移對質構和色澤的影響，此外，依托TVB-N和TVC值建立了貨架期預測模型。研究表明,隨著貯藏時間延長，不同溫度組魚肉的結合水、不易流動水和自由水的相對含量(pT21、pT22和pT23)分別呈上升、上升后下降和下降后上升的趨勢，而結合水和自由水分別對應的T21和T23波動上升，不易流動水對應的T22先上升后下降，不同貯藏溫度組的不易流動向自由水的遷移均較明顯。貯藏溫度越高，彈性、硬度、黏聚性和白度值隨貯藏時間均變化越顯著(P<0.05)，且不同貯藏溫度組魚肉的a*值的變化趨勢有較大差異。各組魚肉的T21和pT21對應的結合水變化對彈性、硬度和白度有較大影響，總體來看，貯藏溫度越高，魚肉水分的遷移運動更劇烈。

根據TVB-N、TBA、TVC值和感官評分的線性擬合結果，選擇TVB-N和TVC作為構建貨架期預測模型的評價指標，獲得的模型能較準確地預測-3～15 ℃貯藏溫度暗紋東方鲀的貨架期。