不同贮藏温度下猪肉货架期预测模型建立

党晓燕，朱迎春*，王凯丽，王玮，王文祥

（1.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学实验教学中心，山西太谷 030801；3.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457）

不同贮藏温度下猪肉货架期预测模型建立

党晓燕1，朱迎春1*，王凯丽1，王玮2，王文祥3

（1.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学实验教学中心，山西太谷 030801；3.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457）

为探讨不同贮藏温度对猪肉中生物胺含量影响并建立货架期预测模型，将猪肉背最长肌分别贮藏于-3、4及10℃条件下，在0、4、8、12、16、20、24、32、40、48 d测定样品中细菌总数（TVC）、挥发性盐基氮（TVB-N）及生物胺含量，利用阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程，建立预测猪肉货架期动力学模型。结果表明，随贮藏时间延长，猪肉中TVC，TVB-N、腐胺、酪胺、总生物胺含量增加。利用Arrhenius方程构建生物胺总量与贮藏温度、贮藏时间之间动力学模型相对误差在10%以内。试验表明，该模型可在-3～10℃范围内对猪肉货架期准确预测，为猪肉包装贮藏及流通智能化预测提供理论依据。

猪肉；生物胺；货架期；预测模型

食品货架期指食品贮藏在推荐条件下，保持食用安全，确保理想感官、理化和微生物特性，保留标签声明任何营养值的时间长度[1]。影响食品货架期因素有微生物、温度、相对湿度、pH等。温度是影响食品货架期主要因素[2]。吴奇子等探索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，采用Arrhenius方程构建贮藏温度、贮藏时间与K值、TVB-N值和TVC之间动力学模型，该模型可在0～15℃范围内对鲐鱼货架期准确预测[3]。陈建林等以碎虾肉为原材料，利用TVB-N变化速率常数与贮藏温度间Arrhenius方程以及TVB-N含量与贮藏时间之间一级动力学方程建立重组虾肉货架期预测模型，用于预测重组虾肉制品在贮藏过程中品质变化情况和货架期[4]。

生物胺（Biogenic amines，BA）是一类含氮脂肪族、芳香族或杂环族有机化合物，主要包括组胺、腐胺、尸胺、酪胺、色胺、β-苯乙胺、精胺和亚精胺等[5]。生物胺广泛存在于富含蛋白质和氨基酸食品中，如水产品、肉制品、乳制品及发酵饮料等[6]。生物胺由氨基酸脱羧酶作用于氨基酸而产生，原料肉在贮藏过程中由于微生物污染形成生物胺，影响肉品质以及安全性。Hernández-Jover等检测西班牙市售鲜肉和肉制品中生物胺含量，发现亚精胺和精胺普遍存在于鲜肉和肉制品中，而其他生物胺产生与肉新鲜程度和微生物数量有关[7]。李苗云等分析托盘包装冷却猪肉贮藏过程中品质变化，发现尸胺含量与微生物数量显著相关，可判断冷却猪肉腐败程度[8]。

由于微生物传统检测时间较长，而生物胺可快速定量测定[9]，因此以生物胺生成量作为限量指标评价产品质量研究受关注。近年来，肉品中生物胺研究主要集中于生物胺测定方法[10]、生物胺与肉品品质相关性分析[11]及肉品中生物胺生成抑制方面[12]，将生物胺作为评价指标预测肉品货架期鲜有研究。

本文采用高效液相色谱法测定不同贮藏温度猪肉中生物胺含量，将生物胺作为关键品质因子，研究一定温度范围内生物胺与贮藏时间动力学关系，结合阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程建立猪肉贮藏期预测模型，为快速预测猪肉货架期提供理论基础和数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

山西省晋中市太谷县屠宰基地无菌操作取常规屠宰后内部无污染猪背最长肌，修去筋键后，无菌薄膜包装后置于0～4℃冷却24 h。

腐胺（Putrescine）、尸胺（Cadaverine）、酪胺（Tyramine）、组胺（Histamine）、苯乙胺（Phenylethylamine），精胺（Spermine）及亚精胺（Spermidine），美国Sigma公司；丹磺酰氯，北京索莱宝科技有限公司；乙腈、丙酮为色谱纯；高氯酸、氢氧化钠、碳酸氢钠、氨水、盐酸、氧化镁均为分析纯；娃哈哈水，杭州娃哈哈有限公司。

BC/BD-829HN海尔冰箱（海尔有限公司）；U3000高效液相色谱仪（德国Thermo-fisher公司制造）；C18色谱柱（大连依利特有限公司）；LD5-2B低速离心机（北京雷勃尔医疗器械有限公司）；FA25高速剪切乳化分散机（上海弗鲁克流体机械制造有限公司）；HY-2调速多用振荡器（常州国华电器有限公司）；SW-CJ-2FD双人单面净化工作台（苏州净化设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

无菌操作将冷却猪肉切成90小块（100±10）g采用聚偏氯乙烯真空包装袋（透氧率23℃，2 mL·m-2·h-1·atm）真空包装，平均分成3组，分别贮藏于-3℃（微冻）、4℃（冷藏）、10℃（室温）三种温度下，0、4、8、12、16、20、24、32、40、48 d测定指标。

1.2.2 生物胺含量测定

①样品前处理[13]：取5 g待测肉样，加入20 mL 0.4 mol·L-1高氯酸，匀浆30 s，4℃冷冻离心机3 000 r·min-1离心10 min，沉淀部分采用上述方法再次提取，取两次得到上清液以0.4 mol·L-1高氯酸定容至50 mL，备用。

②样品衍生化[13]：取1 mL待测样液，先加入200 μL 2 mol·L-1氢氧化钠溶液使其呈碱性，加入300μL饱和碳酸氢钠溶液缓冲，再加入2 mL 10 mg·mL-1丹磺酰氯溶液（溶剂为丙酮），混合均匀后放置在40℃水浴中避光反应30 min，反应终止后加入100 μL氨水中止反应，去除残留丹磺酰氯溶液。用乙腈定容至5 mL，4℃冷冻离心机2 500r·min-1，离心3 min，最后0.22 μm有机膜过滤，待检测。

③色谱条件：采用Thermo Fisher高效液相色谱仪，大连依利特C18色谱柱（46 mm×150 mm）进行测定，UV检测器245 nm下检测。流动相A为水，流动相B为乙腈，梯度洗脱如表1所示。

表1 梯度洗脱程序Table 1Gradient elution program (%)

1.2.3 细菌总数测定

采用GB/T4789.2-2010《食品卫生微生物学检验菌落总数测定》方法操作[14]。在无菌环境下，取25 g剪碎肉样，置于装有225 mL无菌生理盐水三角瓶中，封口膜封口，振摇30 min，取1 mL上清液递增稀释，选择合适3个梯度，每个稀释梯度作3个重复，用营养琼脂培养基倾注于平板中恒温培养计数。培养条件：30℃/48 h。

1.2.4 挥发性盐基氮（TVB-N）测定

采用GB/T 5009.44-2003中挥发性盐基氮测定方法[15]，用半微量凯氏定氮法测定。

1.3 数据统计与分析

图1 不同贮藏温度下猪肉菌落总数变化Fig.1Changes of total amount of bacteria of pork in different temperatures during storage

试验均重复3次，结果用平均值±标准偏差表示。数据统计分析采用IBM SPSS作相关性分析，采用Tukey HSD程序作差异显著性分析（P＜0.05），采用SigmaPlot 12.0绘图软件作图。

2 结果与分析

2.1 猪肉在不同贮藏温度下菌落总数变化

细菌总数是判断动物性产品新鲜活性重要指标。贮藏温度越低越利于维持猪肉品质。由图1可知，肉样在0 d时菌落总数为4.47 lg（cfu·g-1），-3℃微冻贮藏过程中菌落总数在0～4 d呈下降趋势（P＞0.05），第4天时达4.43 lg（cfu·g-1），菌落总数下降原因是贮藏前期阶段为最大冰晶形成时期，组织中水分结冰，体积膨胀，对微生物产生挤压，菌体破裂死亡。第8天后微生物含量逐渐上升，原因是肉品中糖类和蛋白质等物质逐渐分解为小分子，细菌利用这些小分子不断生长。由于菌落总数上升较缓，在0～12 d内保持在4.43～4.85 lg（cfu·g-1）之间，直到第40天达到5.87 lg（cfu·g-1）（P＜0.05）。-3℃微冻条件下猪肉样品中部分自由水呈冻结状态，减缓微生物生长速率[16]。4℃冷藏条件下猪肉在第8天时菌落总数为5.51 lg（cfu·g-1），接近国家标准6 lg（cfu·g-1），第12天菌落总数超过6 lg（cfu·g-1）。而10℃贮藏条件下第4天菌落总数已超过国标规定，腐败变质。彭涛等研究发现：微冻贮藏在15 d内能保持猪肉一级鲜度，27 d内保持二级鲜度，而冷藏保质期仅6 d[16]。

2.2 猪肉在不同贮藏温度下TVB-N变化

TVB-N是动物性食品在腐败过程中由于酶和细菌作用，导致蛋白质分解而产生碱性含氮物质。肉品中所含TVB-N数量随腐败进程而逐渐增加，与肉品腐败程度成正比，可鉴定肉品新鲜度[17-18]。由图2可知，随贮藏时间延长，TVB-N值在不同贮藏温度条件下均呈增长趋势。猪肉在10℃温度下增长速率较快，贮藏4 d时TVB-N值达30.61 mg·100 g-1，已超出GB2707-2005规定范围（≤15 mg·100 g-1）[19]。而在4℃贮藏8 d时TVB-N值为15.13 mg·100 g-1（由于样品腐败变质，10℃和4℃条件下猪肉样品贮藏终点分别为12 d、20 d）。样品贮藏于-3℃，整个贮藏期间TVB-N值变化缓慢，第20天为14.00 mg·100 g-1，贮藏至48 d时TVB-N值为23.89 mg·100 g-1，说明微冻贮藏可减缓微生物生长繁殖，降低蛋白质分解程度。

2.3 猪肉在不同贮藏温度下生物胺变化

生物胺是低分子质量、非挥发性有机含氮化合物，存在于蛋白质和氨基酸含量丰富食品中。本研究检测包括腐胺、尸胺、色胺等在内8种生物胺，除色胺在所有样品中均未检出外，表2列出猪肉在贮藏过程中其他7种生物胺生成及变化情况。由表2可知，腐胺和酪胺含量变化明显。腐胺由最初1.53 mg·kg-1增长至91.41 mg·kg-1（4℃样品第20天）和144.85 mg·kg-1（10℃样品第12天）（P＜0.05），而贮藏于-3℃，腐胺含量维持在0.55～2.23 mg·kg-1。酪胺含量在贮藏期均呈现上升趋势，在24 d（-3℃）、8 d（4℃）和4 d（10℃）后迅速增长，至贮藏终点最高，含量分别为99.45、126.73和135.10 mg·kg-1（P＜0.05）。苯乙胺在贮藏过程中变化趋势不明显。在-3℃和4℃样品中尸胺含量较为稳定，分别维持在2.94～4.54和2.39～4.23 mg·kg-1（P＞0.05），而在10℃样品中则由最初4.23 mg·kg-1，到第8天增长为8.26 mg·kg-1（P＜0.05）。组胺在贮藏前期均未检出，这可能是低温环境下，与组胺形成有关嗜温性细菌和组氨酸脱羧酶活性较低，影响组胺形成[20-21]。不同温度贮藏过程中在16 d（-3℃）、8 d（4℃）、4 d（10℃）检出组胺，随时间延长组胺含量逐渐增加，贮藏终点分别达22.82、26.98和32.43 mg·kg-1。本试验中亚精胺含量维持在0.33～3.42 mg·kg-1；精胺含量呈先升后降趋势，但初始含量与最终含量差异不显著（P＞0.05）。原因是精胺和亚精胺是猪肉中组成性胺类，受外界贮藏环境影响较小[22]。研究表明精胺和亚精胺与微生物腐败无关，供给微生物生长繁殖导致其含量减少[23]。在不同贮藏条件下，生物胺总胺均呈上升趋势，贮藏终点达163.96 mg· kg-1（-3℃）、274.40 mg·kg-1（4℃）、332.80 mg·kg-1（10℃），-3℃贮藏显著延缓生物胺积累。

图2 不同贮藏温度下猪肉TVB-N值变化Fig.2Changes of total-volatile basic nitrogen of pork in different temperatures during storage

2.4 TVB-N与生物胺含量相关性分析

生物胺与TVB-N值Pearson相关性分析见表3。由表3可知，在不同贮藏温度下，生物胺中总胺、酪胺、腐胺均与TVB-N值显著相关（P＜0.05），因此可考虑将三个指标作为猪肉货架期预测模型评价指标。国标GB2707-2005[19]中规定新鲜肉品TVB-N值≤15 mg·100 g-1方可食用，当TVB-N值为15 mg·100 g-1时，三种贮藏温度下猪肉中生物胺总胺含量达50 mg·kg-1，酪胺含量达6 mg·kg-1，腐胺含量达2 mg·kg-1，将数值带入Arrhenius方程建立动力学模型。

2.5 猪肉贮藏期间生物胺变化动力学模型建立

2.5.1 猪肉贮藏期间动力学方程能级确定

大多数与食品质量有关品质变化遵循零级或一级反应[24]，动力学方程分别表示为:

式中：A0、A为初始品质和t时间后品质；k为反应速率常数；t为贮藏时间（h）。

根据式（1）和式（2），在-3℃、4℃、10℃贮藏条件下可分别得到猪肉生物胺总胺、酪胺及腐胺含量在不同级数下反应速率常数k和线性回归决定系数R2。如表4所示。

由表4可知，1级反应中R2整体较大，说明总体线性关系较好。因此，生物胺动力学方程选择一级方程。

表2 不同贮藏温度下猪肉中生物胺含量变化Table 2Concentration of biogenic amines in samples of pork in different temperatures during storage(mg·kg-1)

表3 生物胺与TVB-N值Pearson相关性分析Table 3Pearson correlation coefficient between biogenic amines and TVB-N

表4 品质变化动力学参数Table 4Crucian carp quality changesin kinetic model parameters

2.5.2 猪肉贮藏期间生物胺一级动力学方程

生物胺总胺、酪胺和腐胺ln值可反应三种贮藏温度下生物胺随时间变化规律。由表5可知，随贮藏时间延长，生物胺含量不断增加，与贮藏时间呈线性关系，总胺三个回归方程相关系数R2均大于0.90，表明回归方程反映生物胺总胺与贮藏条件关系。因此，选择生物胺总胺作为品质因子建立货架期预测模型。

2.5.3 猪肉贮藏期间生物胺总胺Arrhenius方程

生物胺值变化速率常数k与贮藏温度T关系符合Arrhenius方程[25]：

式中：k0方程指前因子；Ea活化能（kJ·mol-1）；R为气体常数8.314 J·（mol·K）-1；贮藏温度T取绝对温度（K）。k0和Ea为与反应系统物质本性有关经验常数。对方程（3）取对数后得到方程（4）。

从式（4）中看出，lnk与贮藏温度倒数1/T成线性关系，直线斜率为-Ea/R，在Y轴上截距为lnk0。在求得三个不同贮藏温度下速率常数k后，可计算Ea和k0。

表5 猪肉在不同贮藏温度下生物胺随贮藏时间变化回归方程Table 5Regression equation between biogenic amine and storage time of pork in different temperatures during storage

以lnk和贮藏温度倒数1/T为坐标作图，如图3。

由图3可得线性方程：y=-9.8525x+33.4596（R2=0.98663），即生物胺总胺Arrhenius曲线，并计算得Ea为81.91 kJ·mol-1，k0为exp（33.4596）。根据Ea、k0和式（3）k=k0exp（-Ea/RT），构建猪肉贮藏期间总胺变化速率k与贮藏温度T间Arrhenius方

2.5.4 猪肉货架期预测模型

将Ea值81.91 kJ·mol-1和k0值为exp（33.4596）代入猪肉Arrhenius一级反应动力学方程A=A0exp

式（6）中：A为贮藏一定时间后猪肉生物胺总胺含量，A0为生物胺总胺初始测定值。

根据该货架期预测模型可知，如果确定猪肉中生物胺总胺初始值和终点值，即可获得猪肉在一定贮藏温度条件下该指标货架期；如果确定猪肉中生物胺总胺初始值和贮藏温度，该指标在一定贮藏时间下获得终点品质值。

本试验中检测到猪肉样品初始品质指标生物胺总胺含量为18.13 mg·kg-1（第0天），取品质指标终点值为50 mg·kg-1，即可确定生物胺总胺货架期预测模型为：

图3 猪肉中总胺含量变化Arrhenius曲线Fig.3Arrhenius curve of TBA change in pork

2.5.5 猪肉货架期预测模型验证

式中，X1和X0分别为预测值和实测值预测值。

建立动力学模型目的在于生产应用并在一定温度范围内验证，合理预测产品货架期[26]。实测-3、4和10℃贮藏样品实际货架期，同时利用式（6）中货架期预测模型预测理论货架期，对比结果如表6所示。

表6 猪肉预测和实际货架期Table 6Predicted and observed shelf-life of pork

通过货架期预测值和实测值对比可知，相对误差均小于10%。因此，以生物胺总胺为关键品质因子建立动力学预测模型可实时、快速预测-3～10℃贮藏温度下猪肉货架期，具有实际应用价值[3]。

3 讨论

本试验-3℃微冻条件下贮藏鲜猪肉在0～12 d内菌落总数维持在4.43～4.85 lg（cfu·g-1），低于猪肉在4和10℃贮藏过程中菌落总数，这是因为低温阻遏微生物生长繁殖，降低某些酶活性，某些微生物死亡或进入休眠状态。宋华静等对鲜猪肉微冻保鲜研究发现，经微冻贮藏猪肉细菌总数呈先降低后增长趋势，贮藏30 d时细菌总数为4.02 lg（cfu·g-1），小于初始值[27]。

过量摄入生物胺会产生中毒症状，以生物胺生成量为限量指标评价产品质量研究较多，Vinci发现产品中尸胺含量可作为评价鸡肉和牛肉品质变化指标[28]；Rossi报道尸胺和组胺含量可用作金枪鱼和大眼金枪鱼品质变化评价指标[29]；Poli发现欧洲海鲈鱼肌肉中腐胺含量随贮藏时间延长而显著增加，两者有较强相关性[30]；王真真等发现真空包装冷却猪肉中生物胺与微生物数量、TVB-N值等理化指标显著相关[11]；Li等研究发现腐胺、尸胺可作为冷冻猪肉腐败指标，反映猪肉腐败程度[31]。但将生物胺作为评价指标预测猪肉货架期，目前未见报道。

顾海宁等以理化因子或微生物数量作为指标建立货架期预测模型[32-33]，本研究以生物胺为指标建立货架期预测模型，与理化因子分析相比，准确性、可信度高；与微生物指标相比，时间短、效率高。货架期预测模型对试验误差有较高要求，本研究以生物胺为指标建立Arrhenius方程评价猪肉货架期，验证试验误差小于10%，表明该试验结果可靠。张利平等预测食品货架期虽在数学模型方面有所突破[34]，但受肉品特性等较多条件限制，目前研究动力学模型只针对特定对象，无法应用于常规肉品，同一类型不同温度猪肉，也需重新确定参数，参数波动性和多样性处理有待研究。

4 结论

本研究利用阿伦尼乌斯方程（Arrhenius）建立生物胺总胺与贮藏温度、贮藏时间动力学模型。该模型预测值与实测值相对误差在10%以内，拟合度较高，说明-3～10℃范围内该模型可准确预测猪肉货架期，可靠性好，为控制冷却猪肉安全性提供理论依据。

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Establishment of shelf life prediction model for pork at different storagetemperatures/

DANG Xiaoyan1,ZHU Yingchun1,WANG Kaili1,WANG Wei2,WANG Wenxiang3(1.School of Food Science and Engineering,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030801, China;2.School of Experimental Teaching Center,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030801,China;3.School of Food Science and Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China)

To investigate the influence of the biogenic amine content in pork under different temperatures and develop the predictive model of shelf life,total viable counts(TVC)value,total-volatile basic nitrogen(TVB-N)value and biogenic amines content of the longissimus of pork during storage at-3,4 and 10℃were examined in 0,4,8,12,16,20,24,32,40,48 d.Its shelf life prediction model was established with combining Arrhenius equation.The results showed that the TVC value,TVB-N value, putrescine content,tyramine content,and total biogenic amines content increased with increasing storage time.Used Arrhenius equation to establish a kinetic model of total biogenic amines content and storage temperature,storage time.The relative error of shelf life prediction model was less than 10%. The shelf life of pork could be predicted at a storage temperature ranging from-3 to 10℃.This paper provided a basis for intelligent predictive of package,storage and circulation of pork.

pork;biogenic amines;shelf life;predictive model

TS251.5+1

A

1005-9369（2016）11-0076-09

时间2016-11-30 15:34:12[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20161130.1534.010.html

党晓燕,朱迎春,王凯丽,等.不同贮藏温度下猪肉货架期预测模型建立[J].东北农业大学学报,2016,47(11)：76-84.

Dang Xiaoyan,Zhu Yingchun,Wang Kaili,et al.Establishment of shelf life prediction model for pork at different storage temperatures[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(11)：76-84.(in Chinese with English abstract)

2016-07-12

山西省科技攻关项目（20130311034-1，20140311025-6）

党晓燕（1992-），女，硕士研究生，研究方向为畜产品加工与贮藏。E-mail:18203541836@163.com *通讯作者：朱迎春，副教授，博士，研究方向为肉制品品质与安全。E-mail:yingchun0417@163.com