Global Stability Index方法在大骨雞保質期預測中的應用

薛偉鋒 沈葆真 田卓 于雪 劉東言

摘 要：目的：建立了基于全面穩(wěn)定性指數(shù)（global stability index，GSI）理論預測莊河大骨雞保質期的新方法。方法：基于恒溫加速實驗，測定大骨雞于4、10、20、30 ℃儲藏溫度下的感官、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮變化規(guī)律，建立大骨雞GSI保質期預測模型。結果：計算得到的GSI值滿足零級動力學模型。活化能和指前因子分別為25.52 kJ/mol和11 027。GSI實驗值和預測值相對誤差絕對值在10%范圍內。通過GSI模型預測，獲得大骨雞在4、10、20、30 ℃下的保質期分別為5.9、4.7、3.2、2.3 d。結論：建立的 GSI 預測模型在4～30 ℃儲藏溫度范圍內能夠有效預測大骨雞的新鮮度。

關鍵詞：莊河大骨雞;保質期;溫度;全面穩(wěn)定性指數(shù)

莊河大骨雞因肉質鮮美而深受消費者喜愛。據(jù)文獻[1]報道，散戶飼養(yǎng)的大骨雞已達200萬只，占整個大骨雞年飼養(yǎng)量的87%，成為大骨雞養(yǎng)殖的最主要方式。相較于大骨雞加工企業(yè)具備的完整、成熟的儲藏系統(tǒng)，散戶所宰殺的大骨雞多以熱鮮雞存放于環(huán)境中。因剛宰殺的熱鮮雞保留了雞肉最初的豐富營養(yǎng)，故容易被微生物侵蝕而腐敗變質，這種熱鮮雞在常溫下保質期可能不足半日[2]。為了確保上述大骨雞在上桌前整體品質良好，滿足消費者需求，其保質期的研究就具有重要意義。對于保質期的預測，大骨雞加工企業(yè)往往選取一個雞肉品質評價指標，通過監(jiān)視該指標的變化情況而推測保質期，這種方法雖然簡單易控制，但應用于復雜的雞肉基質卻存在考慮過于簡單和片面性的問題[3-4]。因此，迫切需要發(fā)展一種全面的、可靠的用于大骨雞保質期預測的模型。

目前，食品保質期預測模型種類較多，包括阿倫尼烏斯模型、初均速法、Q10法、威布爾風險分析（WHA）模型法和基于全面穩(wěn)定性指數(shù)（GSI）理論的多因素預測模型等。最為經(jīng)典的阿倫尼烏斯模型應用于與溫度有關的食品保質期預測。經(jīng)過不斷改進和發(fā)展，越來越多的食品保質期預測模型應運而生[5-21]。范云龍等[5]建立的初均速法就是阿倫尼烏斯模型的成功變體，主要應用于藥類研究。從Vant Hoff經(jīng)驗規(guī)律衍生而來的Q10法，主要應用于食品和藥物研究[6]。WHA模型法主要用于食品和化妝品，其原理是統(tǒng)計消費者拒絕貯藏后產(chǎn)品的概率達到保質期預測[7-11]。GSI預測模型考慮的是產(chǎn)品綜合品質隨溫度變化情況，遵循熱力學反應規(guī)律，將包括感官、理化和微生物等多個指標統(tǒng)一為一個綜合指標，通過考察該綜合指標變化規(guī)律，達到揭示產(chǎn)品保質期的目的。目前，GSI預測模型在魚類[12-14]、蔬菜[15-19]和果汁[20]等食品保質期預測中發(fā)揮了重要作用。雞肉基質復雜，選取適用于雞肉基質的合適指標用于預測保質期非常關鍵，閆文杰等[21]以感官、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮等4個指標考察了雞肉品質變化。基于此，本研究同樣選取上述4個指標用于整合為1個綜合指標，通過溫度加速實驗，考察該指標隨貯藏時間變化情況，最終達到預測大骨雞保質期的目的，為大骨雞品質監(jiān)控提供一種有效的科學預測方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

BSA124S型天平，德國Sartorius公司;THS-AOC-100AS型恒溫恒濕試驗機，廣東慶聲科技有限公司;K1100F型自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器股份有限公司;CL-40M型高壓滅菌鍋，日本ALP有限公司;S220型pH計，瑞士Mettler Toledo有限公司;400SW型均質器，法國Interscience有限公司;DK-80型恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司。

硼酸、鹽酸、95%乙醇，分析純，天津科密歐化學試劑有限公司;甲基紅指示劑，天津科密歐化學試劑有限公司;溴甲酚綠指示劑，國藥集團化學試劑有限公司;平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基，北京陸橋生物技術有限責任公司;氧化鎂、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉和氯化鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 溶液配制 硼酸溶液（20 g/L）：加水溶解20 g硼酸并定容至1 L。鹽酸標準滴定溶液（0.1 mol/L）：加水稀釋10 mL鹽酸并定容到1 L。甲基紅乙醇溶液（1 g/L）：用95%乙醇溶解0.1 g甲基紅并定容至0.1 L。溴甲酚綠乙醇溶液（1 g/L）：用95%乙醇溶解0.1 g溴甲酚綠并定容至0.1 L。混合指示液：甲基紅乙醇溶液與溴甲酚綠乙醇溶液按照1∶5的體積比臨用時混合。平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基配制：將23.5 g平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基溶于1 L超純水中，煮沸溶解。分裝錐形瓶中，121 ℃高壓滅菌15 min。待溫度降至55 ℃時，將20 mL培養(yǎng)基轉移至9 cm無菌培養(yǎng)皿中。氫氧化鈉溶液（1.0 mol/L）：用超純水溶解40.0 g氫氧化鈉并定容到1 L。磷酸鹽緩沖液（貯存液）：用0.5 L超純水溶解34.0 g磷酸二氫鉀，再加入1.0 mol/L氫氧化鈉溶液（約175 mL）至pH=7.2，用超純水定容至1 L后存于冰箱。磷酸鹽緩沖液（稀釋液）：用超純水將1.25 mL磷酸鹽貯存液定容至1 L，分裝于錐形瓶中，121 ℃高壓滅菌15 min。無菌生理鹽水：用超純水將8.5 g氯化鈉定容至1 L，然后121 ℃高壓滅菌15 min。

1.2.2 試樣制備和儲藏 從莊河大骨雞養(yǎng)殖場購買年齡、體重、個頭接近的大骨雞。取處理后雞胸肉于PE無菌袋中，立即運回實驗室。設置不同溫度（濕度均為50%RH）和避光條件下的恒溫恒濕試驗機用于儲藏雞肉樣品。本研究選取4、10、20、30 ℃等4個溫度用于模擬大骨雞被宰殺后，以熱鮮雞存放時的環(huán)境溫度（尤其是夏季）。

1.2.3 指標測定 在設定時間下，隨機取出各儲藏溫度下的3組樣品用于相應指標的檢測，包括：（1）感官得分：以Ojagh等[22]提出的方法為基礎，修改后用于本研究中。具體過程如下：選取6位實驗室人員，進行培訓后給雞肉品質打分。品質評價主要從雞肉顏色、氣味和肌肉情況（包括彈性和形態(tài)）考慮，每個評價參數(shù)得分范圍為1～5分，得分越高代表雞肉品質越好，3個評價參數(shù)得分總和為最終得分，9分作為可接受度臨界值。（2）汁液流失率：濾紙吸收雞肉表面汁液前后的差值與濾紙吸收汁液前雞肉質量的比值。（3）菌落總數(shù)的檢測：參照國家標準GB 4789.2—2016《食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》中方法測定[23]。（4）揮發(fā)性鹽基氮的檢測：參照國家標準GB 5009.228—2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》中第二法自動凱氏定氮儀法測定[24]。

1.3 GSI預測模型

1.3.1 GSI計算 如式（1）所示，將描述雞肉品質的幾個指標轉化為一個綜合指標GSI[20]。

GSIj=1-∑αiVij（1）

式（1）中，j為儲藏時間;∑為i=1～n的相應值的總和（n為用于雞肉品質評價指標數(shù)量）;Vij為指標i于第j天的變化率;αi為指標i重要性的權重系數(shù)，∑αi=1。

式（1）中Vij可以通過式（2）計算獲得：

Vij=Cij-Ci0Li-Ci0（2）

式（2）中，Cij為指標i于第j天的測定值;Ci0為指標i第0天的初始值;Li為指標i的保質期終點臨界值。

1.3.2 GSI預測模型建立 通過零級和一級動力學模型[如式（3）和式（4）所示]擬合后，獲得最優(yōu)反應級別，計算得到大骨雞GSI的預測值。

[GSI]=[GSI]0-kθt（3）

[GSI]=[GSI]0exp（-kθt）（4）

式（3）、（4）中，[GSI]為t時刻綜合品質計算值;[GSI]0為綜合品質初始值;kθ為速率常數(shù);t為儲藏時間。

1.3.3 模型驗證 采用式（5）計算不同儲藏溫度下GSI實測值與預測值的相對誤差，確定GSI模型可靠性[25]。

P（%）=Cei-CciCei×100（5）

式（5）中，Cei為指標i的實測值;Cci為指標i的模型計算值。

2 結果與分析

2.1 雞肉品質指標變化

如表1所示，感官是雞肉品質評價的一個重要參數(shù)，但不是唯一主導參數(shù)。本研究所選取的感官、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮等4個參數(shù)很好地描述了雞肉品質的變化情況。其中，只有感官得分隨著儲藏時間增加而逐漸降低，其余3個參數(shù)均呈現(xiàn)增長趨勢。另外，發(fā)現(xiàn)4個品質參數(shù)變化率均隨溫度升高而加快。

2.2 GSI模型

2.2.1 雞肉各指標臨界值和權重系數(shù)的確定 式（2）中的指標臨界值Li可通過標準、法律法規(guī)和消費者評價判定。本研究中，當評價小組判定雞肉感官得分已劣變至9分時，此時雞肉已達到失效點。根據(jù)前人[21]的研究，確定雞肉汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮的保質期終點臨界值分別為10%、61 gCFU/g和15 mg/100 g。作為產(chǎn)品品質和可接受程度的關鍵評價指標—感官評價[26]，受消費者自身喜厭程度影響很大[27]，與其他評價指標具有同等的重要性。因此，本研究設定雞肉品質評價的4個指標的權重系數(shù)αi均為0.25。

2.2.2 雞肉綜合品質穩(wěn)定性指數(shù)GSI的變化 將雞肉感官評價、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮4個指標的實測值（C1j、C2j、C3j、C4j）及其臨界閾值L1～L4 （分別為9、10、6、15）代入式（2），計算出各指標變化率Vij，再將Vij和各指標權重系數(shù)α1～α4 （均為0.25）代入式（1），獲得不同溫度條件下雞肉GSI值隨時間變化曲線（圖1）。大骨雞在儲藏期間GSI值由1.0逐漸降低，下降速率隨著溫度升高而加快。由此可知，通過降低儲藏溫度可以延緩大骨雞雞肉品質劣變。Achour等[20]指出，當實驗測定的參數(shù)數(shù)值超過該參數(shù)保質期臨界值（即Cij>Li）時，對該數(shù)據(jù)的分析是沒有意義的。因此，本研究僅考慮當實驗測定的參數(shù)數(shù)值不超過該參數(shù)保質期臨界值情況下，獲得GSI模型預測得到的保質期。

2.2.3 GSI保質期預測模型的建立 對不同溫度下大骨雞雞肉GSI值的下降進行零級和一級動力學擬合，發(fā)現(xiàn)零級和一級反應均符合線性規(guī)律，擬合結果見表2。通過比較兩種模型的回歸系數(shù)R2和∑R2，發(fā)現(xiàn)零級動力學模型要比一級動力學模型更加準確地反映大骨雞雞肉品質變化。因此，本研究采用零級反應速率常數(shù)建立大骨雞雞肉保質期預測模型。如式（6）所示，阿倫尼烏斯方程能夠揭示雞肉品質隨溫度變化的關系。

k=k0e-Ea/RT（6）

式（6）中，k為反應速率常數(shù);k0為指前因子;Ea為反應活化能（kJ/mol）;R為摩爾氣體常數(shù)，8.314 4 J/（mol·K）;T為熱力學溫度（K）。

將描述GSI變化的零級動力學方程[式（3）]代入式（6），可推導出本研究中用于雞肉保質期預測的GSI模型，如式（7）所示。

SL=[GSI]0-[GSI]k0exp（-Ea/RT） （7）

圖2高回歸系數(shù)（R2=0.993 6）說明阿倫尼烏斯方程能夠有效建立速率與溫度之間的關系模型。擬合直線斜率的絕對值3.069 8和e的9.308 1次冪分別代表Ea/R和k0，計算得到Ea和k0分別為25.52 kJ/mol和11 027，帶入式（7）獲得雞肉保質期預測方程，如式（8）所示。初始時刻[GSI]0=1，當雞肉品質達到保質期終點時，[GSI]=0，由此計算獲得4、10、20、30 ℃下雞肉的保質期分別為5.9、4.7、3.2、2.3 d。

SL=[GSI]0-[GSI]11 027exp（-3 070/T）（8）

2.2.4 GSI保質期預測模型的驗證 如表3所示，計算得到4、10、20、30 ℃下GSI實測值與預測值的相對誤差，其絕對值均低于10%，說明本研究建立的基于GSI變化動力學的大骨雞保質期預測模型是可靠有效的[25-28]。經(jīng)本研究建立的保質期預測模型計算，雞肉在4、10、20、30 ℃存放條件下的保質期分別為5.9、4.7、3.2、2.3 d，通過實驗獲得的實用保質期分別為6、5、3.5、2.5 d，實驗值和預測值相對誤差均小于10%，預測結果可靠。另外，本研究還設置1個對照組（40 ℃條件），該實驗結果不參與預測模型構建，僅用于驗證模型在外推溫度下是否仍舊可靠。結果發(fā)現(xiàn)，在40 ℃存放條件下，實驗測定大骨雞保質期為1.5 d，與GSI模型預測值（約1.6 d）非常接近，相對誤差仍小于10%，再次證明本研究所建立的GSI模型的可靠性，并且說明該模型可適用于更寬溫度范圍。

3 討論

本研究通過考察大骨雞在感官得分、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮等評價指標隨時間和溫度變化情況，將上述指標整合為一個綜合評價指標GSI，并基于該指標建立了可以用于大骨雞雞肉保質期預測的數(shù)學模型。相較于僅通過單一指標推斷雞肉保質期的方法，本研究建立的保質期預測模型是通過將多個品質評價指標整合為一個綜合指標，這種方法既考慮了評價指標的多樣性，避免了單一指標預測保質期的片面性，同時又把雞肉品質變化看作一個整體變化，通過引入一個綜合指標GSI，將各自獨立的評價指標有效聯(lián)系起來，全面考慮雞肉品質變化。大骨雞雞肉在4、10、20、30 ℃貯存條件下的保質期實測值與通過本研究建立的預測模型計算值很好的吻合（相對誤差均小于10%），預測結果可靠。而且，通過模型外推到40 ℃貯存條件下雞肉的保質期實驗值與模型預測值的相對誤差仍小于10%，再次證明了模型的可靠性和在更寬溫度范圍的適用性。由于散戶宰殺的大骨雞有相當一部分以熱鮮雞的形式存放，該類雞肉品質受現(xiàn)場環(huán)境影響很大。其中，溫度變化是導致雞肉腐敗變質的一個關鍵因素。針對熱鮮雞可能存放的現(xiàn)場環(huán)境溫度，本研究設定的4～30 ℃溫度范圍，基本可用于模擬莊河地區(qū)熱鮮雞存放溫度，而基于該溫度范圍建立的GSI模型也能夠更真實地反映出雞肉品質受現(xiàn)場環(huán)境溫度的影響，增加了GSI模型的實用性。本研究建立的保質期預測模型在4～30 ℃范圍內能夠比較準確地反映大骨雞雞肉的品質劣變過程，揭示了溫度對雞肉品質的影響，為大骨雞生產(chǎn)、運輸、儲存過程的品質評價及保質期的確認工作提供了一種新的預測方法。本研究模型預測結果顯示，大骨雞在4～30 ℃的保質期僅為2.3～5.9 d，不利于雞肉保存，而冷藏條件（0～4 ℃）不僅可以提高大骨雞雞肉保質期，還保留了雞肉中絕大部分營養(yǎng)物質，以及鮮美嫰滑多汁的口感。因此，建議剛宰殺的大骨雞在處理后及時冷藏并盡快食用。◇

參考文獻

[1]周孝峰，曹悅. 莊河地區(qū)大骨雞種質資源及養(yǎng)殖狀況調研[J]. 現(xiàn)代畜牧獸醫(yī)，2012（7）：69-70.

[2]劉朏. 不同貯藏溫度對冷鮮雞微生物和肉品品質的影響研究[D]. 陜西楊凌：西北農林科技大學，2015.

[3]管恩平，于新春，石明漢，等. 出口冰鮮雞肉保質期限的研究[J]. 肉類研究，2002（4）：33-34.

[4]管恩平，于新春，石明漢，等. 出口冰鮮雞肉最佳保質期限的確定[J]. 中國動物檢疫，2002，19（11）：20-22.

[5]范云龍，周善堯，李維剛，等. 初均速法測定藥劑貯存穩(wěn)定性的誤差估算[J]. 中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，1997，28（3）：141-143.

[6]徐志州，張桂芳. Q10法預測卡莫氟片熱穩(wěn)定性[J]. 中國藥師，2000，3（6）：342-343.

[7]周兆清，曹蕊，王楠，等. 感官評價在化妝品中的應用[J]. 日用化學品科學，2015，38（10）：10-13.

[8]叢琳，鄧慧，鄧燕檸，等. 感官評價及其在化妝品上的應用[J]. 廣東化工，2015，42（13）：161-162.

[9]殷園園，吳夢潔，林文強. 化妝品感官分析評價小組的測試實踐[J]. 北京日化，2016（1）：18-24.

[10]馬萍，林文強，霍剛. 感官評估在遮瑕產(chǎn)品市場研究中的應用[J]. 日用化學品科學，2015，38（8）：13-16.

[11]職蕾蕾，於勤，魯楠. 消費者對保濕乳感官評價的性別差異[J]. 日用化學品科學，2015，38（1）：34-37.

[12]Hong H，Luo Y，Zhu S，et al. Application of the general stability index method to predict quality deterioration in bighead carp （Aristichthys nobilis）heads during storage at different temperatures [J]. J Food Eng，2012，113（4）：554-558.

[13]Bao Y，Luo Y，Zhang Y，et al. Application of the global stability index method to predict the quality deterioration of blunt-snout bream （Megalobrama amblycephala）during chilled storage [J]. Food Sci Biotechnol，2013，22（5）：1-5.

[14]Yao L，Luo Y，Sun Y，et al. Establishment of kinetic models based on electrical conductivity and freshness indictors for the forecasting of crucian carp （Carassius carassius）freshness [J]. J Food Eng，2011，107（2）：147-151.

[15]Ansorena M R，Goni M G，Aguero M V，et al. Application of the General Stability Index method to assess the quality of butter lettuce during postharvest storage using a multi-quality indices analysis [J]. J Food Eng，2009，92（3）：317-323.

[16]Ansorena M R，Aguero M V，Goni M G，et al. Assessment of lettuce quality during storage at low relative humidity using Global Stability Index methodology [J]. Ciência Tecnol Alime，2012，32（2）：366-373.

[17]高麗偉，張良偉，黃丹楓，等. 不同栽培方式對雞毛菜貯藏保鮮品質的影響[J]. 食品安全質量檢測學報，2013，4（6）：1757-1763.

[18]李強，顧海寧，杜依登，等. 綜合穩(wěn)定性指數(shù)法在菠菜貯存期預測中的應用[J]. 食品工業(yè)科技，2013，34（16）：330-333.

[19]潘夢垚，盧立新，唐亞麗，等. 基于Global Stability Index（GSI）理論的水煮筍軟罐頭貨架期預測[J]. 食品工業(yè)科技，2013，34（17）：86-90.

[20]Achour M. A new method to assess the quality degradation of food products during storage [J]. J Food Eng，2006，75（4）：560-564.

[21]閆文杰，李興民. 保鮮劑浸泡和PE無菌袋包裝處理對雞胸肉品質的影響[J]. 食品科技，2017，42（1）：163-166.

[22]Ojagh S M，Rezaei M，Razavi S H，et al. Effect of chitosan coatings enriched with cinnamon oil on the quality of refrigerated rainbow trout [J]. Food Chem，2010，120（1）：193-198.

[23]GB 4789.2—2016 食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定[S].

[24]GB 5009.228—2016 食品安全國家標準 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定[S].

[25]Kaymak-Ertekin F，Gedik A. Kinetic modelling of quality deterioration in onions during drying and storage [J]. J Food Eng，2005，68（4）：443-453.

[26]史波林，趙鐳，支瑞聰. 食品感官貨架期確定的一般原則與方法[J]. 食品科技，2012，37（10）：296-301.

[27]袁亞宏，王周利，李彩霞，等. 鮮榨蘋果汁理化特性和感官品質相關性[J]. 食品科學，2012，33（19）：1-5.

[28]王眾，梁早清，鄭業(yè)魯，等.語義網(wǎng)技術與區(qū)塊鏈技術的交集在農產(chǎn)品質量安全追溯領域的應用[J].農業(yè)圖書情報，2019，31（1）：60-68.

Application of Global Stability Index Method in Shelf Life Prediction for Zhuanghe Dagu Chicken

XUE Wei-feng1，SHEN Bao-zhen1，TIAN Zhuo1，YU Xue2，LIU Dong-yan1

（1Technical Center of Dalian Customs，Dalian 116600，China;2China Inspection （Dalian）Test Technology Co. Ltd.，Dalian 116600，China）

Abstract：Objective A new shelf life predicting method based on Global Stability Index （GSI）theory was established for Zhuanghe Dagu Chicken.Method For the purpose of establishing GSI-based model，quality degradation trend of the chicken including sensory score，drip loss，total aerobic counts and volatile base nitrogen was monitored via accelerating testing at 4，10，20 and 30 ℃.Result The calculated results of GSI were satisfactorily described by a zero-order kinetic model. The activation energy and the corresponding pre-exponential constant of GSI were 25.52 kJ/mol and 11 027，respectively. Relative error absolute values between predicted and observed GSI values were all below 10%. The product shelf life at 4，10，20 and 30 ℃ was calculated to be 5.9，4.7，3.2 and 2.3 d，respectively.Conclusion The established model based on GSI could effectively predict the freshness of Zhuanghe Dagu Chicken at the range of 4 and 30 ℃ during different temperatures storage.

Keywords：Zhuanghe Dagu Chicken;shelf life;temperature;Global Stability Index