不同贮藏温度下半滑舌鳎货架期预测模型建立与评价

李 娜 谢 晶，，3 梅 俊

(1.上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海 201306；2. 上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海 201306；3. 上海海洋大学食品学院，上海 201306)

半滑舌鳎(half-smooth tongue sole，HTS)主要分布于亚洲东部，在中国主要集中于渤海、黄海水域。近年来，随着养殖技术的日益提高，半滑舌鳎发展成为中国重要的鲆鲽类经济鱼种，在中国居民日常饮食中所占比例不断上升。从营养角度出发，半滑舌鳎中含有的蛋白质易被机体消化吸收，还含有丰富的不饱和脂肪酸，矿物质种类丰富[1-2]。同时，半滑舌鳎营养物质丰富极易因环境因素的改变而腐败变质，而失去使用价值。因此，即时监控半滑舌鳎品质状况对其贮藏、运输、销售具有重要的指导意义。

目前，动力学模型被广泛应用于食品货架期的预测，从而达到实时监控其品质特性的目的。其中基于温度变化的动力学规律结合Arrhenius方程被广泛用于生鲜水产品货架期预测模型的研究中，吴奇子等[3]采用Arrhenius方程建立了不同贮藏温度鲐鱼的理化指标随贮藏温度、时间变化的货架期模型，经进一步验证可知所建立的货架期模型可以准确地预测于273～288 K贮藏鲐鱼的货架期。雷志方等[4]比较分析了一级与零级动力学模型结合Arrhenius方程构建的货架期模型用于金枪鱼货架期预测的有效性，综合各指标结果得出零级动力学模型结合Arrhenius方程更具有优势。Fabiane等[5]研究表明零级动力学模型更适合于微生物、理化指标变化，且Arrhenius方程适用于零级模型的速度常数更高，可准确预测鱼片货架期。吴行印等[6]基于理化、微生物检测指标建立了三文鱼各指标的一级动力学模型，利用Arrhenius方程拟合度高，经验表明预测值比实际值低5%，准确性高。但是，目前应用于半滑舌鳎的货架期预测模型研究几乎没有，因此研究其货架期模型的建立具有重要的指导意义。

本试验将新鲜的半滑舌鳎贮藏于不同的温度(270，273，277，283 K)，通过检测贮藏期间感官、理化、微生物指标变化，说明其品质特性的变化规律，并建立270～283 K的货架期预测模型。同时，利用贮藏于280 K的半滑舌鳎对预测模型的适用性验证其有效性，以期为半滑舌鳎在冷链物流过程中品质特性及货架期的预测提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料与试剂

半滑舌鳎：购于上海市浦东新区芦潮港水产批发市场，规格基本一致，采用一层碎冰一层半滑舌鳎的方式置于泡沫箱中，30 min内运回实验室进行后续处理；

高氯酸、氧化镁、甲基红、溴甲酚绿：分析纯，生工生物工程(上海)股份有限公司；

甲醇、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾：色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司。

1.1.2 仪器与设备

恒温恒湿箱：BPS-100CB型，上海一恒科学仪器有限公司；

电导率仪：FiveEasy Plus型，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；

凯氏定氮仪：Kjeltec8400型，丹麦FOSS公司；

高效液相色谱仪：Waters e2695型，美国Waters公司；

高速冷冻离心机：H-2050R型台式，湖南湘怡实验室仪器开发有限公司。

1.2 试验内容

1.2.1 样品前处理 将新鲜半滑舌鳎去头、尾和内脏，取背部肌肉切为6 cm× 4 cm× 1 cm的小块，随机分为4组并分装于聚乙烯包装袋中，分别于270，273，277，283 K贮藏，定期取样进行各指标检测，其中283 K每天进行测定，273，277 K 每2 d 测定一次，270 K每4 d测定一次，各指标均做3次平行，取平均值为最终结果。

1.2.2 感官特性 依据文献[7]的方法，随机选择10名(5名男性，5名女性)感官评定人员分别从色泽、气味、组织形态、弹性、黏液四个方面对半滑舌鳎鱼块的感官特性进行评估。感官实验室的温度、湿度分别为(293±1) K、(55±2)%，评分标准见表1[8]。

1.2.3 电导率的测定 参照文献[9]的方法，并稍作修改。称取2.5 g鱼样于离心管，添加25 mL蒸馏水，匀浆并在3 000 r/min、277 K离心5 min，利用电导仪测定上清液的电导率值。

1.2.4 蒸煮损失率的测定 参考文献[10]的方法，略作修改。用刀片切取约3 cm×3 cm×1 cm的鱼块，密封并在353 K 水浴蒸煮15 min，记录蒸煮前后鱼样的质量(精确到0.000 1 g)，则蒸煮损失率按式(1)计算：

(1)

式中：

CL——蒸煮损失率，%；

m1——蒸煮前鱼样质量，g；

m2——蒸煮后鱼样质量，g。

1.2.5 滴水损失率的测定 参照参考文献[11]的方法，稍作修改。用刀片切取约3 cm×3 cm×1 cm的鱼块，将其置于聚乙烯包装袋中放置1 h，记录放置前后的鱼样质量(精确到0.000 1 g)，按式(2)计算滴水损失率。

表1 半滑舌鳎感官特性评分标准

(2)

式中：

DL——滴水损失率，%；

m1——放置前鱼样质量，g；

m2——放置后鱼样质量，g。

1.2.6 TVB-N值的测定 按GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》执行。

1.2.7 K值的测定 样品前处理参考文献[12]的方法，色谱条件：色谱柱ODS C18(250 mm×4.6 mm)，流动相A为100%甲醇，流动相B为pH 5.7的磷酸盐缓冲液(0.02 mol/L KH2PO4和0.02 mol/L K2HPO4等体积混合)，样品进样量20 μL，流速1 mL/min，柱温310 K，波长254 nm。

1.2.8 菌落总数的测定 按GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》执行。

1.3 数据分析

采用Origin8.5对各指标变化趋势进行分析、模型构建及拟合操作，利用SPSS19.0、Excel对数据进行统计处理。

2 结果与分析

2.1 品质特性的变化

感官是直接反映水产品颜色、气味、质构等诸多品质特性方面的综合表观指标，也是实际水产品市场中决定消费者购买欲望的决定性因素。相对于色泽、黏液，半滑舌鳎感官品质特性劣变在气味、弹性、组织形态方面变化尤其明显，新鲜的半滑舌鳎感官评分值可达24.32，表明品质特性良好。由图1可知，283 K贮藏的样品在贮藏期间感官特性急剧下降，于7 d后感官已超出可接受范围，而其他温度贮藏的半滑舌鳎感官评分值下降速率明显延缓，特别是270 K环境。277 K贮藏条件下的半滑舌鳎在第12天已超过感官可接受极限值，273 K贮藏的半滑舌鳎达到可接受极限值的时间比277 K贮藏环境延长了3 d，而270 K半滑舌鳎在贮藏12 d后感官仍保持较好的状态，感官评分接近19。而且，270 K的半滑舌鳎在整个贮藏周期感官评分明显低于同时期其他温度贮藏的，这是因为低温贮藏在很大程度上可通过延缓鱼肉内源酶活性引起的各种生化反应及其抑制腐败微生物的生长繁殖，从而长时间保持其实用价值[13]。

Figure 1 Changes of sensory scores of HTS fillets under different temperature condition

滴水损失、蒸煮损失通常用来反映水产品的保水性能，保水性能的降低也表现为鱼肉在贮藏过程中发生汁液流失现象，从而导致营养物质损失，影响鱼肉的质地和可食用性。据报道[14]，保水性能的降低主要是因鱼肉蛋白质变性引起细胞结构破坏，组织内的水分截留作用随之下降。如图2所示，各温度贮藏环境中的半滑舌鳎滴水损失率、蒸煮损失率均逐渐上升，且283，277 K贮藏的半滑舌鳎表现为极显著升高(P<0.01)，与新鲜的半滑舌鳎相比较，283，277 K条件下贮藏的半滑舌鳎在前9 d滴水损失率分别增加了68.79%，68.36%，而蒸煮损失率分别增加了80.39%，79.80%。相比较于283，277，273 K贮藏的半滑舌鳎随着贮藏时间的延长而显著增长(P<0.05)，其中滴水损失率在贮藏12 d后由最初的3.18%上升为8.24%，蒸煮损失率也由最初的10.18%增加为36.93%。而270 K贮藏的鱼样在前12 d变化不明显，随后表现为显著增长(P<0.05)，在贮藏28 d后滴水损失率才达到9.34%，此时蒸煮损失率为44.77%，保水性能明显优于其他温度贮藏。由于内源性酶活性直接影响蛋白质的变性速率及变性程度[15]，以上的试验结果说明贮藏期间降低温度可很大程度上降低酶活性，从而抑制蛋白质降解变性，保持其原有结构的稳定性，减少营养物质的流失。同时，经相关性研究，滴水损失与蒸煮损失率相关系数可达0.973 8，说明这两者在表征半滑舌鳎保水性能方面具有良好的相关性。

图2 不同贮藏温度下半滑舌鳎滴水损失率、蒸煮损失率的变化

Figure 2 Changes of drip loss and cooking loss of HTS fillets under different temperature condition

水产品营养物质丰富的特性使其肌肉中含有的蛋白质、脂质等营养物质极易因外源性微生物蛋白酶的作用而分解产生小分子物质，其中离子及带电基团浓度会随之增加，表现为电导率的升高[16]。图3可明显看出，283，277，273 K贮藏环境中的半滑舌鳎电导率随着贮藏时间的延长而迅速增加(P<0.05)，且增长速率随着温度的升高而加快。270 K环境下的半滑舌鳎电导率值在贮藏前期增长缓慢，在贮藏12 d时仅为1.64 mS/cm，此时277，273 K条件下的鱼样已经分别达到3.16，2.61 mS/cm，而283 K环境下的半滑舌鳎电导率在贮藏8 d后即可达到3.52 mS/cm，表明低温贮藏在抑制营养物质降解方面具有明显优势，这也符合前面保水性的研究结果，同时与刘彩华等[16]的研究结果也一致。

图3 不同贮藏温度下半滑舌鳎电导率的变化

Figure 3 Changes of electrical conductivity of HTS fillets under different temperature condition

TVB-N值用来衡量蛋白质受腐败菌和蛋白质分解酶影响而分解的肽、氨基酸等经进一步反应最终生成的氨、胺类等具有挥发性的含氮物质含量，在衡量水产品品质特性及预测货架期中具有重要的参考价值[17]。如图4所示，初始的TVB-N值仅为9.86 mg N/100 g，随着贮藏时间的延长，其增长速率随着温度的降低而下降，各组在贮藏前4 d无明显差异(P>0.05)。随后283 K条件下TVB-N值增长极显著(P<0.01)，在贮藏第8天已达到32.53 mg N/100 g，超过通常在水产品中规定的30 mg N/100 g极限值。此时相比较于283 K，277，273，270 K的半滑舌鳎TVB-N值分别为18.02，16.12，12.53 mg N/100 g，仍处于二级鲜度范围。对于270 K贮藏的半滑舌鳎，其TVB-N值的增长速率在整个试验周期都相对平缓，直至28 d后才超出可接受极限值(33.68 mg N/100 g)，这是由于低温限制了相关酶的活性，减缓了蛋白质分解速率而蛋白质特性保持相对稳定，从而保持了半滑舌鳎的良好品质特性。

K值作为一种常用的水产品新鲜度评价指标，主要衡量的是腺苷三磷酸(ATP)由于自溶现象经一系列分解生成次黄嘌呤核苷(HxR)、次黄嘌呤(Hx)在ATP及相关化合物总量中所占的比重，可直接影响水产品的风味特性[18-19]。根据文献[20]报道，K值低于20%，产品处于一级鲜度，品质特性良好；处于20%与40%之间时，为二级鲜度范围，适宜食用；超过40%，产品开始进入腐败状态，高于60%则认为不可食用。从图5可看出，新鲜半滑舌鳎的K值为11.23%，283 K贮藏条件下的K值急剧增长(P<0.01)，贮藏8 d后即超出所规定的食用可允许值(52.83%)。其他温度贮藏的半滑舌鳎K值变化速率有所降低，且270 K条件下的增长速率明显低于277，273 K，直至贮藏16 d后增长速率才开始大幅度上升(P<0.05)，其值在贮藏16～28 d过程中增长了53.45%，很大程度上减缓了ATP的降解。若K值以50%作为可接受极限值，则283，277，273，270 K贮藏的半滑舌鳎超过可食用范围的时间分别为8，12，16，28 d，可见降低贮藏温度可明显延缓ATP的降解程度，特别是270 K。

图4 不同贮藏温度下半滑舌鳎TVB-N值的变化

Figure 4 Changes of TVB-N value of HTS fillets under different temperature condition

图5 不同贮藏温度下半滑舌鳎K值的变化

腐败菌的生长繁殖是引起水产品品质特性劣变的重要因素[21]。由图6可得出，所有组别的菌落总数均呈一致的变化趋势：菌落总数随着贮藏时间的延长而逐渐上升，且增长速率随温度的升高而增加，这与之前TVB-N值、K值等理化指标的结果相一致。283 K在贮藏8 d时的菌落总数已达7.26 lg CFU/g，而同时期在277，273，270 K环境的半滑舌鳎菌落总数分别为5.69，4.63，3.47 lg CFU/g，充分表明了低温贮藏在抑制半滑舌鳎腐败菌的生长繁殖方面具有明显的优势。若以菌落总数作为半滑舌鳎货架期的判断指标，则283 K 贮藏的半滑舌鳎货架期为7 d，277，273，270 K条件下的货架期分别延长了4～5，6～7，18～21 d，可见贮藏温度越低，半滑舌鳎货架期的延长效果越明显。

图6 不同贮藏温度下半滑舌鳎菌落总数的变化

Figure 6 Changes of total viable count of HTS fillets under different temperature condition

2.2 货架期预测模型的建立

为实时监控食品品质随着贮藏时间、温度的变化规律以及对食品货架期的预测，数学动力学模型是一种有效的工具和手段，具有广泛的应用前景。已有大量文献[6, 22-24]指出一级动力学模型结合Arrhenius方程在预测水产品货架期中具有良好的准确性，在实际冷链物流过程中具有重要的应用价值。一级动力学如下：

(3)

经换算得

A=A0×ekt，

(4)

式中：

t——贮藏时间，d；

A——贮藏t时间时的品质指标数值；

A0——品质指标初始值；

k——品质变化速率常数；

n——反应级数(n=1)。

而贮藏温度与品质变化速率常数之间的Arrhenius方程为：

(5)

式中：

k——品质变化速率常数；

k0——指前因子；

EA——活化能，kJ/mol；

R——气体常数；

T——热力学温度，K。

综合式(4)、(5)可得：

(6)

从以上可知，若已知品质指标初始值A、可接受极限值A0及贮藏温度T，只要求出k0、EA值，即可得到某一贮藏温度下半滑舌鳎的货架期。

试验中将各理化、微生物指标进行非线性拟合，所得动力学模型及相对应的反应速率常数k、回归系数R2见表2。从表2中可知，一级动力学模型针对于各指标的拟合度都比较高(R2>0.95)，充分表明其可很好地预测半滑舌鳎随贮藏温度、时间变化而发生的品质特性改变状况。此外，对于同一品质指标，反应速率常数k值随着贮藏温度的下降而降低，这也进一步说明了降低贮藏温度可一定程度上减缓贮藏期间肌肉中各反应速率。

根据式(5)将以上各指标针对的k值对不同温度进行拟合，结果如表3，则各指标所建立的货架期预测模型：

(7)

(8)

(9)

表2不同贮藏温度下半滑舌鳎各品质指标随贮藏时间变化的动力学模型参数

Table 2 Kinetic model parameters for all quality indexes of HTS fillets under different temperature condition

检测指标贮藏温度/K回归方程反应速率常数k回归系数R2电导率滴水损失率蒸煮损失率TVB-NK值菌落总数283A=1.053e0.151t0.151±0.0060.991 47277A=1.075e0.088t0.088±0.0040.989 94273A=1.162e0.065t0.065±0.0020.993 78270A=1.126e0.037t0.037±0.0010.992 89283A=3.724e0.115t0.115±0.0070.970 90277A=3.694e0.089t0.089±0.0100.969 74273A=3.503e0.07t0.070±0.0040.980 80270A=3.397e0.038t0.038±0.0030.973 75283A=13.593e0.155t0.155±0.0120.961 56277A=11.827e0.108t0.108±0.0040.993 40273A=10.62 e0.103t0.103±0.0020.997 99270A=10.83 e0.057t0.057±0.0020.994 00283A=7.821e0.175t0.175±0.0090.982 85277A=7.922e0.112t0.112±0.0060.982 33273A=8.676e0.079t0.079±0.0030.991 65270A=9.083e0.047t0.047±0.0010.996 08283A=12.000e0.187t0.187±0.0040.996 67277A=11.034e0.132t0.132±0.0040.995 22273A=9.047e0.11t0.110±0.0040.991 20270A=9.746e0.056t0.056±0.0030.983 24283A=2.643e0.13t0.130±0.0040.993 27277A=2.791e0.081t0.081±0.0050.981 51273A=2.577e0.074t0.074±0.0030.992 60270A=2.700e0.037t0.037±0.0030.969 97

表3不同贮藏温度下半滑舌鳎各品质指标的Arrhenius方程参数

Table 3 Parameters of Arrhenius equation for all quality indexes of HTS fillets under different temperature condition

指标指前因子k0活化能EA/(kJ·mol-1)决定系数R2电导率1.987×101060.2330.981 98滴水损失率7.112×10641.5270.956 70蒸煮损失率2.793×10638.4320.965 02TVB-N值3.559×10955.8180.994 29K值4.498×10745.3580.984 04菌落总数1.462×10849.0240.978 83

(10)

(11)

(12)

式中：

tE——以电导率衡量半滑舌鳎品质的剩余货架期，d；

tD——以滴水损失率衡量半滑舌鳎品质剩余货架期，d；

tC——以蒸煮损失率衡量半滑舌鳎品质剩余货架期，d；

tT——以TVB-N值衡量半滑舌鳎品质剩余货架期，d；

tK——以K值衡量半滑舌鳎品质剩余货架期，d；

tB——以菌落总数衡量半滑舌鳎品质剩余货架期，d；

AE——贮藏时间为t时的电导率值，mS/cm；

AD——贮藏时间为t时的滴水损失率，%；

AC——贮藏时间为t时的蒸煮损失率，%；

AT——贮藏时间为t时的TVB-N值，mg N/100 g;

AK——贮藏时间为t时的K值，%；

AB——贮藏时间为t时的菌落总数，lg CFU/g；

AE0——电导率的初始值，mS/cm；

AD0——滴水损失率的初始值，%；

AC0——蒸煮损失率的初始值，%；

AT0——TVB-N值的初始值，mg N/100 g;

AK0——K值的初始值，%；

AB0——菌落总数的初始值，lg CFU/g。

利用以上货架期预测模型，若已知贮藏温度、品质指标的初始值以及贮藏特定时间后的品质指标值即可得到半滑舌鳎剩余的货架期，可很好地达到实时监控半滑舌鳎品质的目的。

2.3 货架期预测模型的验证

本研究前面以270，273，277，283 K 4个具有代表性的水产品贮藏温度为基础，建立了270～283 K的货架期模型，为进一步验证所得货架期模型准确性，选取280 K贮藏的半滑舌鳎对货架期预测模型的适用性进行验证，其中电导率、滴水损失、蒸煮损失、TVB-N值、K值、菌落总数分别以3.0 mS/cm、10%、50%、30 mg N/100 g、50%、7 lg CFU/g为货架期终点，检测各指标实测值与预测值之间的误差。从半滑舌鳎品质特性出发，试验中发现贮藏于280 K的半滑舌鳎感官、理化、微生物指标变化趋势与其他温度一致，且变化速率介于283K与277 K之间，这也进一步证明了降低贮藏温度可延缓半滑舌鳎的腐败变质，与前面的结果相吻合。从货架期预测模型角度出发，由表4可知，280 K贮藏环境条件下半滑舌鳎的货架期实测值与预测值的相对误差都低于±10%，特别是用电导率、TVB-N值、蒸煮损失率构建的模型准确度比其他指标更优(低于5%)，而用滴水损失率建立的货架期模型准确度最低，相对误差可达-8.43%。总之，上述构建的货架期模型具有较好的准确度，可快速、实时、准确地预测270～283 K任一贮藏条件下半滑舌鳎的货架期。

表4 280 K温度贮藏过程中货架期预测值与实测值的相对误差

3 结论

为实时监测半滑舌鳎随贮藏温度、贮藏时间改变的品质特性变化规律及预测货架期，本试验研究了不同贮藏温度下半滑舌鳎的感官、理化和微生物品质特性，表明随着贮藏时间的延长，感官特性呈下降趋势，而电导率、滴水损失率、蒸煮损失率、TVB-N值、K值呈逐渐上升的趋势，且降低贮藏温度可明显延缓各指标的变化速率。同时，利用一级动力学模型结合Arrhenius方程建立的各品质指标货架期预测模型具有很好的准确度，预测值与实测值之间的相对误差低于±10%，特别是利用TVB-N值和蒸煮损失率构建的货架期预测模型用于实时监测半滑舌鳎品质特性具有更大的优势，这在实际半滑舌鳎冷链物流过程中用于货架期的预测中具有重要的指导意义。

本研究中鱼样在贮藏期间始终保持温度恒定，但实际冷链物流过程中温度经常波动变化，因此关于海产品在温度波动环境下货架期预测模型的研究更加具有现实指导作用，这也会是未来海产品货架期实时监测的重要发展方向。同时，海产品在贮藏前期、中期、末期不同的贮藏阶段，各品质指标的敏感性可能存在差异，建立基于多指标的货架期预测模型可更准确地表征海产品在贮藏期间的品质状态，具有更广阔的应用前景。