鱿鱼丝贮藏过程中甲醛含量变化动力学研究

辛学倩，薛勇，薛长湖，李兆杰，王玉明

（中国海洋大学，山东 青岛 266003）

鱿鱼丝味道鲜美、口味适中且营养丰富，是现代人喜爱的休闲食品。传统的鱿鱼丝加工原料主要有北太平洋鱿鱼，新西兰鱿鱼，阿根廷鱿鱼等。但近年来,随着北太平洋鱿鱼等产量的下降和价格的上升,以它们为主要原料的鱿鱼制品生产受到很大冲击。而秘鲁鱿鱼具有色白、肉质细嫩、营养丰富等特点,是一种高蛋白、低脂肪、低胆固醇的美味食品,而且资源非常丰富,渔获量大,价格低廉,十分适于各种鱿鱼制品的加工[1]，为此各加工企业竞相以秘鲁鱿鱼作为鱿鱼丝加工原料的替代品。

但是研究发现，秘鲁鱿鱼中氧化三甲胺（TMAO）含量较高。TMAO存在于大多数海洋动物中，主要起到调节渗透压的作用。研究表明，TMAO可以通过两种途径分解，一种是加热和化学成分引起的非酶降解，另一种是在氧化三甲胺脱甲基酶（TMAO-ase）的作用下进行的酶解，两种途径均会使TMAO降解产生二甲胺（DMA）和甲醛（FA）或三甲胺（TMA）。因此，随着贮藏时间的延长，秘鲁鱿鱼丝中甲醛含量会不断增加[2]。甲醛具有强烈刺激气味,对人的神经系统、肺、肝脏均可产生损害[3-4]。随着对甲醛产生机理和毒性研究的进一步深入，甲醛引起的水产品安全问题越来越受到人们的重视。但目前为止，对于秘鲁鱿鱼丝贮藏过程中，氧化三甲胺降解和甲醛产生的规律，国内外少见报道。

通过测定在不同温度（25℃，35℃，45℃）条件下，氧化三甲胺，二甲胺及甲醛含量的变化，并建立各化学指标与温度、时间之间的数学模型,从动力学角度分析氧化三甲胺的降解规律和甲醛的产生规律，为秘鲁鱿鱼丝中甲醛含量的限量标准的建立及其货架期的建立提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 材料

秘鲁鱿鱼鱿鱼丝，由浙江兴业集团鱿鱼丝加工厂提供，将鱿鱼丝分装，并按出厂标准进行包装，每袋30 g，分组设计如表1。

表1 实验设计Table 1 The design scheme of the experiment

每次取样后测定鱿鱼丝中氧化三甲胺，三甲胺，二甲胺和甲醛含量的变化。

1.2 方法

1.2.1 氧化三甲胺和二甲胺含量的测定[5]

样品处理：称取约3 g样品，按1∶2（g/mL）加入7.5%的三氯乙酸，以18000r/min匀浆，9000r/min离心15min，上清液过滤并定容，然后经过0.45 μm的滤膜，进离子色谱仪分析。

色谱条件：离子色谱仪：IC2000（戴安中国有限公司）；色谱柱：IonPacCS17阳离子分析柱（250mm×4mm）、IonPac CS17保护柱（50 mm×4 mm）（Dionex公司）；流动相：3 mmol/L甲基磺酸（MSA）；手动进样，进样体积：25 μL，流速：0.8 mL/min；柱温为35 ℃，非抑制电导检测，以峰面积定量，TMAO，DMA标准品色谱图见图1，得到其标准曲线方程见表2。

图1 TMAO、TMA、DMA的标准品的离子色谱图Fig.1 Chromatogram of a mixture standard solution of DMA,TMA and TMAO

表2 TMAO和DMA的标准曲线方程Table 2 The standard curve of TMAO and DMA

1.2.2 甲醛的测定

甲醛含量的测定用乙酰丙酮法,参照NY5172-2002《无公害食品水发水产品》附录A,食品中甲醛的测定，按具体操作有一定的改动。具体方法是:称取约5 g样品并匀浆，加入500 mL蒸馏瓶中,加入1滴～2滴硅油（消泡剂）和10%磷酸溶液10 mL，再加蒸馏水至200 mL。连接冷凝装置，冷凝管下口插入盛有30 mL蒸馏水且置于冰浴的250 mL锥形瓶中，立即加热蒸馏，收集蒸馏液约200 mL，移入250 mL容量瓶中，定容，同时做空白试验。分别移取样品蒸馏液5 mL于10 mL比色管中，加水至10 mL，再加入乙酰丙酮溶液1 mL，混合均匀，置于沸水浴中10 min，取出，冷却，以空白为参比，于波长435 nm处，以1 cm比色杯进行比色，测定吸光度。标准曲线为Y=0.0126X+0.0098,R2=0.9993。

1.2.3 动力学模型的建立

一般认为，如果食品的某种成分的变化是由化学反应引起的，其反应产物浓度随时间变化而降低（A）或升高（B），则用该成分表示的动力学模型数据大多遵循零级或一级模式。其中一级反应[6]动力学模型应用广泛。食品成分在贮藏中的反应动力学一般遵循一级模式。

式中：[A]为贮藏t d后某理化指标的含量，（mg/kg）；[A0]为某理化指标的初始含量，（mg/kg）；t为贮藏时间，d；k1为1级反应速度常数。

取不同温度下品质函数中的k值，通过Arrhenius关系[7]：

式中：kB为指数前因子；EA为活化能，（J/mol）；R为气体常数，8.3144 J/（mol·K）；T为热力学温度，K0；k0和EA都是与反应系统物质本身有关的经验常数。

对式（2）进行微分：

在求得不同温度下的速率常数后，用lnkB对热力学温度的倒数（1/T）作图可得到一条斜率为-EA/R的直线，从而可以到不同温度下TMAO等指标的EB和K0。Arrhenius关系式的主要价值在于：可以在高温（1/T）下借助加速试验获得数据，然后用外推法求得在较低温度下的鱿鱼丝中甲醛、氧化三甲胺等指标变化的情况。

2 结果与分析

2.1 不同温度下TMAO、DMA和FA含量变化的动力学模型

秘鲁鱿鱼丝在不同温度贮藏过程中，TMAO逐渐降解产生DMA和FA，TMAO呈下降趋势，DMA和FA呈 上升趋势，结果如表3所示。

表3 各温度下鱿鱼丝在不同贮藏期内TMAO、DMA和FA含量的变化Table 3 The change of content of TMAO，DMA，and FA of Dried-seasoned Dosidicus gigas at different temperature

秘鲁鱿鱼丝各项指标在不同级数下反应速率常数和线性回归决定系数R2统计于表4。

∑R2越大,说明总体的线型关系越好[9]。经过分析比较，TMAO，DMA，FA的反应动力学能级均可以选择1级k。

2.2 反应速率常数分析

根据Arrhenius方程进行分析，由式（3），lnKB对1/T作图，得到一条直线，由直线斜率可求出反应活化能EA，由截据可求出指前因子K0。

TMAO，DMA和FA3个指标的回归方程，如表5所示。

所有回归方程的的R2值均大于0.98，表明方程的相关性显著。3个指标的活化能分别为22778.6、31555.0、9504.6 J/mol。

水产动物本身含有的TMAO有两种分解途径：一种是加热和化学成分引起的非酶降解，另一种是在氧化三甲胺脱甲基酶（TMAO-ase）的作用下进行的酶解，其产物包括TMA，DMA和FA等。此反应受温度、pH、无机离子等因素的影响[10]。3个指标的活化能之间关系的不确定性，从动力学角度证明了TMAO分解反应的复杂性。

表4 各项指标在不同级数下反应速率常数和线型回归决定常数R2Table 4 The reaction rate constant and linear regression constant R2under different series

表5 TMAO、DMA和FA的回归方程和反应活化能Table 5 The regression function and activation energy

3 结论

1）通过对秘鲁鱿鱼丝贮藏过程中TMAO、DMA和FA的变化进行动力学分析，确定其反应级数均为1级反应，得到其反应活化能分别为22778.6、31555.0、9504.6 J/mol，活化能之间的不确定性，可以从反应动力学角度证明TMAO分解途径和反应产物的复杂性。

2）由Arrhenius方程推出的各个指标的回归方程，相关性均大于0.98，具有较高的可信度，为水产品中甲醛限量标准的制定以及鱿鱼丝货架期的研究提供了参考。

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