不同贮藏温度条件下鲐鱼货架期预测模型的构建

2015-12-20吴奇子方旭波陈小娥林燕国

食品科学 2015年22期

吴奇子，陈雪，刘欢，方旭波,2，陈小娥,*，林燕国

（1.浙江海洋学院食品与医药学院，浙江舟山 316022；2.浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室，浙江舟山 316022；3.舟山中茂水产有限公司，浙江舟山 316102）

吴奇子1，陈雪1，刘欢1，方旭波1,2，陈小娥1,*，林燕国3

为了探索海上移动运输船上东海鲐鱼新鲜度随温度变化规律及其动力学特性，将鲐鱼贮藏在0、5、10、15 ℃条件下，测定K值、挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）值与菌落总数（total viable count，TVC），并进行感官评分，研究其货架期预测模型。结果显示，随贮藏时间的延长，鲐鱼的感官品质指标逐渐下降，K值、TVB-N值和TVC均逐渐上升。实验用Arrhenius方程构建了贮藏温度、贮藏时间与K值、TVB-N值和TVC之间的动力学模型，其中，K值变化的活化能（Ea）及速率常数（k0）分别为30.54 kJ/mol和1.54×104；TVB-N变化的Ea及k0分别为41.21 kJ/mol和4.40×105；TVC变化的Ea及k0分别为46.78 kJ/mol 和2.93×106。建立的动力学模型可以在0～15 ℃范围内对鲐鱼的货架期进行准确预测。

东海鲐鱼；贮藏温度；货架期；预测模型；Arrhenius方程

东海鲐鱼（Scomber japonicus）又称青占鱼，为中上层暖水性鱼类，分布于我国东海和南海地区，年捕捞量为50万 t左右，列东海鱼种产量的第3位，尤其在当地渔民的海洋捕捞中占有重要地位[1]。

目前我国鲐鱼多沿用海上捕捞→冷海水（或冰藏）保鲜运输→陆上冷冻加工的传统生产加工方式，但存在渔获破损率20%～30%、质量得不到保障、销售价格低等问题。随着海上移动运输船加工技术的突破，舟山中茂水产有限公司建造的集精深加工、冷藏保鲜于一体的大型海上冷冻加工船，使鲐鱼在海上就能进行低温速冻，大大缩短了从捕捞到加工的时间，提高了鲐鱼的品质。

目前，对黄鳍金枪鱼、智利竹筴鱼和鲣鱼的船上贮藏品质的变化都有报道[2-4]，但鲐鱼船上贮藏品质变化的研究较少。因此有必要建立能较为准确预测海上移动运输船鲐鱼原料货架期的方法。本研究模拟船上环境，分析鱼体冷藏过程中感官评定、K值、挥发性盐基氮（totalvolatile base nitrogen，TVB-N）值与菌落总数（total viable count，TVC）的变化规律，评价冰藏预处理对鲐鱼冷藏品质的影响。同时，用动力学模型建立货架期预测模型，为海上移动运输船上鲐鱼原料的品质变化监控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

鲐鱼由舟山中茂水产有限公司提供，鲐鱼已经过（-1±0.5）℃、10 h的冷海水保鲜。

1.2 仪器与设备

AR124CN电子分析天平美国Ohaus公司；HH-6系列恒温水浴锅金坛市荣华仪器制造有限公司；BPS-250CB恒温恒湿保温箱上海一恒科学仪器有限公司；H2050R冷冻离心机长沙湘仪有限公司；XBLL-23A绞肉机上海帅佳电子科技有限公司；LC-10AD高效液相色谱仪日本Shinwa公司。

1.3 方法

1.3.1 鲐鱼原料的预处理

将经捕鱼船水冷保鲜10 h的鱼样随机分成4 组，分别装于密实袋中，贮藏于0、5、10、15 ℃条件下（±0.5 ℃），保藏0、12、24、36、48、60、72、84 h后取样测定。每次测定时随机取3 条鲐鱼，切取鱼背部肌肉混合后定量取样，进行感官评定、K值、TVB-N值和TVC的测定。

1.3.2 感官评定

感官评定采用Brady等[5]的方法进行评分，评分项目和标准见表1。

表1 鲐鱼鲜度感官评分项目和标准Table1 Sensory evaluation of Scomber japonicus

1.3.3 K值测定

参照Yokoyama等[6]对ATP及其关联产物含量进行提取的方法并稍作修改，在15 mL 7%高氯酸溶液加入4 g剪碎鲐鱼样品，搅拌均匀，-2 ℃条件下5 000 r/min离心15 min，取上清液。加入5%高氯酸溶液对沉淀进行洗涤，继续冷冻离心，取上清液，重复操作2 次。将所获上清液合并，并用1 mol/L KOH溶液将其中和至pH 6.5～6.8，定容至50 mL，利用孔径为0.45 μm的微孔滤膜过滤。

参照Ryder[7]的方法对ATP及其关联产物含量进行测定，并加以修改。LC-10AD高效液相色谱仪，紫外检测器，色谱柱：OD-2（150 mm×4.66 mm）；流动相：0.05 mol/L pH 6.8的磷酸钾缓冲溶液；流速：1 mL/min；检测波长：254 nm；进样量：10 μL。外标法定量。计算公式[3]如下：

式中：ATP为三磷酸腺苷；AMP为一磷酸腺苷；ADP为二磷酸腺苷；IMP为肌苷酸；HxR为次黄嘌呤核苷；Hx为次黄嘌呤。

1.3.4 TVB-N值测定

参考SC/T 3032—2007《水产品中挥发性盐基氮测定方法》操作[8]。

1.3.5 微生物TVC测定

按GB 4789.2—2010《食品中细菌总数的测定方法》操作[9]。

1.4 统计方法

实验均重复3次，采用Origin pro 8.5软件绘图。结果均以±s进行表示。

2 结果与分析

2.1 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的感官评分变化

图1 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的感官评分变化Fig.1 Sensory evaluation of Scomber japonicas at different temperatures during storage

由图1可知，不同贮藏温度的感官评分随着贮藏时间的延长呈下降趋势，且在同一贮藏时间内，0 ℃条件下鲐鱼的感官评分均高于5、10、15 ℃。保藏84 h后，0、5、10 ℃条件下贮藏的鲐鱼感官评分分别为9.15、7.71、6.27、4.49 分，只有0 ℃冰藏的鲐鱼处于“好”范围，5、10 ℃保藏条件下的鲐鱼均处在“较好”水平，15 ℃保藏条件下的鲐鱼已经处于“一般”水平，说明0℃冰藏保鲜能很好地抑制鲐鱼体内内源性酶系活性和微生物的生长繁殖，同时减弱脂肪氧化的进程，使鲐鱼的各项感官指标处在一个较高的水平。

2.2 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的K值变化

图2 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的K值变化Fig.2 Changes in K value of Scomber japonicus during storage at different temperatures

鱼体死后早期内在质量变化通常用K值来衡量，利用K值来评价大多种鱼种的鲜度已经被广泛接受[10-14]。图2结果表明，随贮藏时间的延长，K值在不同贮藏温度条件下均呈上升趋势。这反映鱼体死后，随着机体内环境因子发生变化而引发核苷酸类的生化降解(ATP→AMP→ADP→IMP→HxR→Hx)，ATP含量不断减少，HxR和Hx含量逐渐增加，致使鱼鲜度不断下降的规律[15-17]。据Ozogul等[18]的统计调查，即杀的鱼K值一般在10%以下，可供生鱼片食用的K值在20%以下，K值为20%～40%为一般鲜度，K值超过40%认定为初期腐败。如果按照这一标准，鲐鱼在0℃冰藏中保存84 h时，K值为15.65%＜20%，符合“生鱼片”标准；在5 ℃保存84 h时，K值为25.19%＜40%，处于“一般鲜度”范围；鲐鱼在10、15 ℃条件下贮藏84 h后，K值分别为48.14%和98.74%，均超过40%，处于“初期腐败”范围。由此可知，以K值为40%（一般鲜度）为标准进行比较，0 ℃冰藏保鲜一般可比15 ℃常温保藏延长特鲜品保质期至少24 h，优势明显。

2.3 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的TVB-N值变化

图3 鲐鱼在不同贮藏温度下的TVB-N值变化Fig.3 Changes in TVB-N content in Scomber japonicus during storage at different temperatures

如图3所示，不同贮藏温度下鲐鱼的TVB-N值总体呈上升趋势，初始值均为10.00 mg/100 g。贮藏12 h后，0、5、10、15 ℃条件下鲐鱼的TVB-N值分别上升0.33、0.36、0.94、1.92 mg/100 g，由于鲐鱼体内的蛋白质尚未被分解，尚未产生的氨、伯胺、仲胺及叔胺等碱性含氮且具挥发性物质[19]。贮藏84 h后，0、5、10、15 ℃条件下鲐鱼的TVB-N值分别为16.26、19.52、25.46、34.97 mg/100 g，根据我国海水鱼的鲜度等级标准[20]，鲐鱼鲜度等级规定为一级品TVB-N值不超过15 mg/100 g，二级品TVB-N值不超过30 mg/100 g，此时0 ℃贮藏条件下冰藏鲐鱼刚好从一级鲜度进入二级鲜度标准，5、 10 ℃贮藏条件下的鲐鱼已经处于二级鲜度范围，15 ℃贮藏条件下的鲐鱼未达到二级鲜度标准，说明0 ℃冰藏保鲜对于抑制鲐鱼体内胺类物质的产生和降低TVB-N值有积极作用。

2.4 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的TVC变化

鲐鱼中的微生物多为常见的海产品微生物，它们不耐低温，对鲐鱼进行低温保存能杀死大多数微生物，但仍有部分仍以较低活性存活地嗜冷微生物，这些嗜冷微生物表现为假死或生长受抑制状态，当鲐鱼解冻升温后，又恢复活力[21-23]。这些微生物中的致病菌和腐败菌仍会影响鲐鱼的食用安全和品质[24-25]。

图4 鲐鱼在不同贮藏温度条件下的TVC变化Fig.4 Changes in TVC of Scomber japonicas during storage at different temperatures

通过比较不同贮藏温度对鲐鱼中微生物的抑制效果，来优选鲐鱼的适宜保藏温度。由图4可得，0、5、10、15 ℃贮藏条件下冻鲐鱼的初始TVC均为3.20（lg（CFU/g））。当贮藏12 h后，0、5、10、15 ℃贮藏条件下冻鲐鱼的TVC分别为3.26、3.33、3.34、3.58（lg（CFU/g）），捕获初期，鲐鱼新鲜度非常高，TVC较少。84 h后，0、5、10、15 ℃贮藏条件下鲐鱼的TVC分别为4.15、4.82、5.81、7.00（lg（CFU/g）），按照海水鱼类卫生标准[20]，一级鲜度的TVC规定为3×104CFU/g，即4.48（lg（CFU/g）），二级鲜度的TVC规定为1×106CFU/g，即6.00（lg（CFU/g））。0℃条件下保藏的鲐鱼还处于一级鲜度，5、10 ℃条件下保藏的鲐鱼处于二级鲜度，15 ℃条件下保藏的鲐鱼已经不属于二级鲜度，因此选择0 ℃冰藏保鲜能有效控制微生物总量。

2.5 鲐鱼贮藏过程中品质变化的动力学模型

在生产加工过程中，食品的品质改变可以利用动力学模型进行描述[26]，而与食品有关的品质变化大多都遵循零级或一级反应模式[27-29]，其中一级反应动力学模型[30]应用广泛，见式（2）：

式中：B为鲐鱼t时的品质指标值；B0为鲐鱼初始的品质指标值；kB为鲐鱼的品质变化速率（常数）；t为鲐鱼的贮藏时间/h。

在不同贮藏温度条件下得到该反应的Arrhenius方程[31]，然后确定反应级数和计算反应常数，见式（3）：

式中：k0为频率因子；T为绝对温度/K；R为气体常数，8.314 4 J/（mol·K）；Ea为活化能/（J/mol）。

在0、5、10、15 ℃条件下，利用一级化学反应动力学模型得到海上运输船鲐鱼原料不同指标的货架期，见式（4）：

得到的各个数据见表2。由式（3）得到不同贮藏温度条件下鲐鱼的K值、TVB-N值和TVC变化的活化能（Ea）分别为30.54、41.21、46.78 kJ/mol。由此根据式（4）得到鲐鱼的K值、TVB-N值和TVC的货架期预测模型。

表2 鲐鱼在不同贮藏温度条件下品质变化的动力学模型参数Table2 Kinetic model parameters for K value, TVB-N and TVC of Scomber japonicus during storage at different temperatures

K值预测模型见式（5），TVB-N预测模型式（6），TVC预测模型见式（7）。

式（5）～（7）中：BK、BTVB-N和BTVC为贮藏一定时间后鲐鱼K值、TVB-N和TVC的测定值；BK0、BTVB-N0和BTVC0为鲐鱼K值、TVB-N和TVC的初始测定值。

为了获得鲐鱼在一定贮藏温度条件下某一指标的货架期，根据所得到的预测模型，确定鲐鱼该指标的初始品质值和终点品质值即可。此外，当鲐鱼某一指标的初始品质值和贮藏温度被确定，该指标在一定贮藏时间下的终点品质值便可获得。

2.6 货架寿命的动力学模型验证和预测

用货架期实测值验证鲐鱼在0、15 ℃进行贮藏时的货架期预测模型，并根据文献等建议的二级鲜度极限值（即K≤40%、TVB-N≤30 mg/100 g和TVC≤106CFU/g）。因此，综合上述3 项指标，当鲐鱼的指标超过二级鲜度时作为货架期终点。表3为0、15 ℃贮藏条件下，鲐鱼3 项指标对货架期的实测值与预测值的比较。

表3 鲐鱼在0、15 ℃贮藏条件下货架期的预测值和实测值Table3 Predicted and observed shelf-life of Scomber japoniccuuss aatt 0 and 15 ℃

由表3可知，运用本研究建立的鲐鱼货架期预测模型的预测值准确率在±10%以内。因此，根据此动力学预测模型即可实时、快速、可靠地预测0～15 ℃贮藏温度条件下海上运输船鲐鱼原料的货架期。

3 结论

研究了冰藏保鲜处理对海上移动运输船鲐鱼品质的影响，结果表明，在0～84 h的时间范围内，随着贮藏时间的延长，鲐鱼的感官指标呈下降趋势，K值、TVB-N值和TVC均呈上升趋势。84 h时，冰藏保鲜鲐鱼的感官评定为9.15 分，处于“好”的范围，K值为15.65%，符合“生鱼片标准”，TVB-N值为16.26 mg/100 g，刚好进入二级鲜度，TVC为1.41×104CFU/g，处于一级鲜度，说明冰藏保鲜处理能减缓核苷酸的降解，抑制内源性酶的活性和微生物生长，较好地保持鱼肉的品质。鲐鱼在贮藏过程中，K值、TVB-N值和TVC项指标的变化规律均符合一级动力学，反应速率随贮藏温度的升高均不断加快。研究建立的K值、TVB-N值和TVC的动力学模型，通过动力学模型，根据鲐鱼生产加工的实际要求，选择适宜的贮藏温度和品质指标，对海上移动运输船鲐鱼原料的货架期进行预测。

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Predictive Modelling of Shelf Life for Scomber japonicus Stored at Different Temperatures

WU Qizi1, CHEN Xue1, LIU Huan1, FANG Xubo1,2, CHEN Xiao’e1,*, LIN Yanguo3
(1. School of Food and Pharmacy, Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316022, China; 2. Joint Key Laboratory of Aquatic Products Processing Technology Research of Zhejiang Province, Zhoushan 316022, China; 3. Zhoushan Zhongmao Aquatic Products Co. Ltd., Zhoushan 316102, China)

Kinetic models were developed to study the freshness and shelf life of Scomber japonicus on board at different storage temperatures. Sensory evaluation, K value, total-volatile basic nitrogen (TVB-N) value, and total viable count (TVC) during storage at 0, 5, 10 and 15 ℃ were examined to fi nd out the relationship between the shelf life and storage temperature. The predictive models of K value, TVB-N value and TVC with respect to temperature and storage time were developed based on Arrhenius equation. Activation energies (Ea) and rate constants (k0) of K value, TVB-N value and TVC were 30.54 kJ/mol, 1.54 × 104, 41.21 kJ/mol, 4.40 × 105, 46.78 kJ/mol, and 2.93 × 106, respectively. The results indicate that K value, TVB-N value and TVC increased with increasing storage time and temperature. It was also observed that the sensory quality decreased with increasing storage time and temperature. The remaining shelf-life of Scomber japonicus can be predicted at a storage temperature ranging from 0 to 15 ℃ based on K value, TVB-N value and TVC.

Scomber japonicus; storage temperature; shelf life; predictive modelling; Arrhenius equation

TS254.4

1002-6630（2015）22-0232-05

10.7506/spkx1002-6630-201522044

2015-02-15

浙江科技厅重点农业项目（2013C02016）；舟山市科技计划项目（2014C11014）

吴奇子（1991—），男，硕士研究生，研究方向为食品加工与安全。E-mail：1181896551@qq.com

*通信作者：陈小娥（1968—），女，教授，博士，研究方向为水产品加工与贮藏。E-mail：xiaoechen@163.com