基于揮發性鹽基氮快速預測冷鮮雞貨架期

瞿 洋，索玉娟，蔡 祥，劉海燕，豐東升，韓奕奕，楊曉君，周昌艷,

（1.上海市農業科學院，農產品質量標準與檢測技術研究所，上海 201403；2.上海市農產品質量安全中心，上海 201708）

雞肉作為我國第二大肉類消費品[1?2]，市場前景非常廣闊。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中占主要位置[1,3]。冷鮮雞營養豐富、水分含量高，易被微生物污染，其品質的變化制約著該產業的發展[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者的經濟損失。

一般來說，構建化學、微生物等動力學模型可以實現冷鮮雞貨架期的預測[6?7]。李苗云等[8]描述了假單胞菌在雞胸肉上的生長，確定了生鮮雞的貨架期；董颯爽等[9]測定了菌落總數，并建立了雞胸肉產品的貨架期；瞿洋等[10]建立了冷鮮雞貨架期微生物預測系統。由于微生物檢測耗時較長，無法實現冷鮮雞貨架期的快速預測?；瘜W方法相較于微生物檢測而言，具有簡潔，檢測時長短的優點，可實現冷鮮雞貨架期的快速預測[11]。

常用表征化學動力學模型的品質參數有pH[12]、揮發性鹽基氮（Total Volatile Basic Nitrogen，TVBN）[11,13?14]、硫代巴比妥酸反應物（Thiobarbituric Acid Reactive Substances，TBARS）[15?16]等。TVB-N反映了冷鮮雞在微生物和內源性酶的作用下，分解蛋白質和非蛋白質產生腐敗性物質的情況，是冷鮮雞新鮮度相關性最高的品質指標[11,17?18]。目前，已有研究報道應用TVB-N構建化學動力學模型來預測食品的貨架期[19?21]，鮮有研究用其來預測冷鮮雞。因此，本文研究了冷鮮雞在5、10和15℃下的TVB-N變化規律，構建了TVB-N隨貯藏溫度和時間變化的動力學模型，建立結合感官評價和細菌總數，確定了基于TVB-N值的冷鮮雞貨架期，以快速預測冷鮮雞在某一貯藏溫度下的貨架期，為生產企業和監管部門制定貨架期標準提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷鮮雞 由上海圣華食品銷售公司提供，為當天排酸結束后出廠的樣品，冷藏（0～4℃）條件下2 h內運輸回實驗室；氧化鎂、36%～38%鹽酸溶液、99.5%乙醇 分析純，國藥集團化學試劑有限公司；硼酸 分析純，上海泰坦化學有限公司；甲基紅、亞甲基藍 阿達瑪斯試劑公司；鄰苯二甲酸氫鉀p H標準緩沖液（pH4.00）、混合磷酸鹽pH標準緩沖液（p H6.86） 國家二級標準物質，上海市計量測試技術研究院；平板計數瓊脂培養基（PCA） 廣東環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 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 上海精宏實驗設備有限公司；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）；Medcenter Einrichtungen GmbH型恒溫培養箱Friocell公司（德國）；Vortex Genie 2漩渦混勻儀Scientific Industries公司（美國）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 無菌條件下分割冷鮮雞，取雞腿跟雞胸肉于無菌均質袋中，參照李苗云等[8]和邱春強等[19]的方法，將樣品置于5、10、15℃恒溫培養箱中貯藏，每隔一定時間取出1份樣品（1只雞腿、1份雞胸肉），無菌操作剪取雞腿肉和雞胸肉樣品混合后測定相關參數。每個溫度設置3組平行。

1.2.2 品質參數測定 按照GB 5009.3-2016直接干燥法測定水分；按照GB 5009.237-2016肉及肉制品含量測定p H；按照GB 5009.228-2016半微量定氮法測定揮發性鹽基氮；按GB 4789.2-2016測定菌落總數。

1.2.3 感官評定 感官評定小組由5人組成，經培訓后通過自身感受客觀評價樣品屬性。評價內容包括色澤、黏性和氣味，參照周果等[22]研究，詳細標準見表1，并按照一級鮮肉8～10分，二級鮮肉5～7分，腐敗變質0～4分，進行鮮度分級，擬定6分為冷鮮雞貨架期終點。

表1 冷鮮雞感官評價標準Table 1 Standard for sensory evaluation of Chilled chicken

1.2.4 Arrhenius方程的構建 冷鮮雞品質變化與貯藏時間之間遵循零級動力學模型（1）或一級動力學模型（2）：

零級動力學模型：

一級動力學模型：

式中：A：t時刻TVB-N值，mg/100 g；A0：初始TVB-N值，mg/100 g；k：變化速率常數；t：貯藏時間，h。

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

對方程（2）兩邊取對數后得到：

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

1.2.5 實際樣本驗證 在奉賢區隨機采取3份市售冷鮮雞，見表2，冷藏（0～4℃）條件下2 h內運輸回實驗室，無菌操作將冷鮮雞一分為二，一半冷鮮雞按照1.2.3中揮發性鹽基氮的方法測定初始揮發性鹽基氮，剩余冷鮮雞按照1.2.1進行樣品制備。Huang[23]提出應選用建模溫度以外的溫度進行實際樣品驗證，采用額外的試驗所得數據引入模型中來評價所建預測模型的適用性和可靠性，其結果更具有說服力[24]。故選擇冷鮮雞售賣時常使用的4℃進行實際樣本驗證，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，開放的環境下，外界環境（如人手）中的細菌會交叉污染到雞肉中，無法準確反映無外界條件干擾時冷鮮雞自身腐敗進程中的細菌總數[25]，故該部分未測定微生物指標，只對冷鮮雞的感官進行評定。

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

1.3 數據處理

實驗數據采用Mir osoft Office Excel 2007進行分析處理，采用IBM SPSS 21進行差異性分析。

2 結果與分析

2.1 冷鮮雞貯藏期品質變化

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

從感官評價來看，冷鮮雞出現品質劣變的時間隨溫度的升高而變短。5℃貯藏時第4 d雞胸變橘黃、雞腿變梅紅，觸摸時粘手并出現一絲腥味，感官評分為5.9分，達到貨架期終點；繼續貯藏，冷鮮雞品質變得越來越差，主要表現為刺激性氣味嚴重，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，貨架期終點值縮短至58和42 h，與陳曉宇等[6]的研究結果一致。

菌落總數隨著貯藏時間的增加而增加，符合微生物生長趨勢[10,26]。高燦燦[27]、董颯爽[9]、瞿洋[10]等指出冷鮮雞菌落總數的腐敗閾值為5 lg CFU/g。表3～表5顯示，冷鮮雞菌落總數小于該腐敗閾值時，冷鮮雞感官評分在6～10分之間；超過該腐敗閾值，冷鮮雞的感官評分小于貨架期終點值6。微生物指標與感官評分表現出一致性。

表3 5℃時冷鮮雞品質變化Table3 Quality characteristicsof chilled chicken at 5℃

表4 10℃時冷鮮雞品質變化Table 4 Quality characteristicsof chilled chicken at 10℃

表5 15℃時冷鮮雞品質變化Table 5 Quality characteristicsof chilled chicken at 15℃

冷鮮雞貯藏過程中TVB-N值逐漸升高，貯藏溫度越高，TVB-N值越大，與已有報道一致[2?3,28?29]。5℃貯藏時，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，TVB-N值沒有超過國家標準的限量值（15 mg/100 g），但感官評分降至5.9分并超過菌落總數的腐敗閾值，接近貨架期終點值。而后持續顯著上升并在第7 d達到最大值15.43 mg/100 g，該狀態下冷鮮雞出現腐敗變質現象且菌落總數超標。10和15℃貯藏時均出現TVB-N值與感官評分存在差異現象，該差異與王玉靜等[29]、王天佑等[17]的結果一致，可能與雞肉冷凍程度及雞肉部位選取有關[29?30]。綜合微生物指標和感官評價，將12.0 mg/100 g作為TVB-N貨架期的終點值。

從水分含量來看，雞肉貯藏期間水分含量始終保持在74%～76%之間，無顯著性差異（P>0.05），與冷鮮雞腐敗無顯著相關性。從p H來看，其變化范圍也在2%以內，無顯著性差異（P>0.05）。邵磊等[28]的研究表明：貯藏期間細胞的呼吸作用會分解肌糖元生成酸性物質使pH下降，該改變可以作為雞肉腐敗的信號但不能用于評價雞肉的腐敗。

2.2 冷鮮雞貯藏期間TBV-N動力學模型的建立

冷鮮雞TVB-N值隨貯藏時間（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，一級動力學模型R2均大于零級動力學模型，表明一級動力學模型更適合用于描述冷鮮雞中TVB-N值的變化，后續可結合Arrhennius方程預測冷鮮雞不同溫度下的貨架期。

圖1 冷鮮雞5℃貯藏時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℃溫度下的一級動力學模型的變化速率常數k值分別為0.0048、0.0069和0.0116。對lnk和貯藏溫度的倒數1/T進行回歸擬合，結果如圖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

結合式（2），冷鮮雞貨架期公式為：

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

比較5、10和15℃下貯藏的冷鮮雞實際貨架期與動力學模型計算得到的貨架期預測值，用相對誤差來驗證動力學模型的準確性，如表6所示。5、10和15℃條件下貯藏的冷鮮雞的Arrhenius法預測值與實測值的相對誤差分別為：6.30%，6.00%和3.91%，均小于10%，與文獻[19?20,22]一致，該動力學預測模型具有較好的準確性和實際應用價值。

表6 冷鮮雞在5、10和15℃貯藏時貨架期預測值和實測值Table 6 Predicted and measured shelf life of chilled chicken at 5,10 and 15℃

2.3 冷鮮雞TBV-N動力學模型的驗證

本研究選擇用實際樣本對基于TVB-N的冷鮮雞貨架期模型進行驗證，結果見表7。從表7可以看出，二次多項式冷鮮雞貨架期公式預測的貨架期預測平均值與貨架期實測值的最大相對誤差為-10.5%，具有較好的準確度。

表7 冷鮮雞貨架期公式驗證Table 7 Verification of chilled chicken shelf life

3 結論

測定了冷鮮雞貯藏期間水分含量、p H、揮發性鹽基氮和細菌總數的變化，利用一級動力學模型結合Arrhenius方程獲得了基于TVB-N值的冷鮮雞貨架期預測模型，具體為SLTVB-N=（2.485?lnA0）/｛3.8×107exp（?6.331×103/T）｝，其中A0為揮發性鹽基氮初始值，T為貯藏溫度。公式內部驗證相對誤差均小于10%，實際樣本驗證最大相對誤差為?10.5%。因此，此模型可有效預測相應貯藏條件下冷鮮雞的貨架期，切實減少冷鮮雞腐敗變質問題。后期可開展市場冷鮮雞TVB-N值的摸底篩查，為生產企業和監管部門制定標準提供準確的理論依據。