冷藏鯉魚鮮度特征和貨架期預(yù)測模型建立

郭全友，王錫昌，楊憲時(shí)*，許 鐘，李學(xué)英

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部海洋與河口漁業(yè)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，上海 200090；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

冷藏鯉魚鮮度特征和貨架期預(yù)測模型建立

郭全友1,2，王錫昌2，楊憲時(shí)1,*，許 鐘1，李學(xué)英1

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部海洋與河口漁業(yè)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，上海 200090；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

對0～15℃冷藏鯉魚的感官、理化和微生物指標(biāo)進(jìn)行研究，確定產(chǎn)品貨架期，用指數(shù)相對腐敗速率方程描述溫度與魚品鮮度的關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建貨架期預(yù)測模型并加以驗(yàn)證。結(jié)果表明，0、5、10℃和15℃冷藏鯉魚貨架期分別為29.7、15.9、6.1d和3.6d，菌落總數(shù)、假單胞菌數(shù)、嗜冷菌數(shù)分別為(7.23±0.29)、(6.67±0.33)、(6.96±0.37) lg(CFU/g)，TVBN為(20.41±1.14)mg/100g。0～15℃冷藏鯉魚的貨架期預(yù)測模型為SL(T)= 29.7/[Exp (0.15×T)]，用0℃和15℃冷藏鯉魚貨架期實(shí)測值驗(yàn)證模型，相對誤差為3.3%～23.8%。

養(yǎng)殖鯉魚；鮮度；貨架期；建模

鯉魚隸屬于鯉科，廣泛分布于全國各地，多棲息于江河、湖泊等的水體底層，以食底棲動(dòng)物為主，是我國淡水養(yǎng)殖的主要品種之一，具有養(yǎng)殖面積大，產(chǎn)量高，市場需求旺盛的特點(diǎn)。目前多以活魚流通，但運(yùn)輸成本高，且遠(yuǎn)地運(yùn)銷困難，難以符合產(chǎn)業(yè)化和大流通的要求，因此發(fā)展冷卻鏈鮮魚物流產(chǎn)業(yè)，是解決養(yǎng)殖淡水魚過分依靠活魚流通的有效途徑。冷卻鏈?zhǔn)且环N特殊的供貨鏈，指魚類從生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯藏、銷售直到消費(fèi)者食用的各個(gè)環(huán)節(jié)，采用冷卻方法保持鮮魚質(zhì)量的綜合性措施。但冷卻鏈過程中經(jīng)常偏離推薦的溫度條件，溫度在很大程度上決定微生物活動(dòng)速率和貨架期，因此，對溫度的監(jiān)測和控制至關(guān)重要[1-2]。尤其是對于一批或運(yùn)輸單元的某單一產(chǎn)品，當(dāng)溫度發(fā)生偏離時(shí)，這個(gè)問題顯得更為復(fù)雜。最為有效的方法就是在

整個(gè)流通過程中分別監(jiān)測食品的溫度情況，建立溫度和貨架期之間關(guān)系動(dòng)力學(xué)模型，才能標(biāo)識出產(chǎn)品真實(shí)的質(zhì)量和安全性。

魚品變質(zhì)的速度取決于本身成分、加工程度、儲(chǔ)藏條件等。加工者根據(jù)常識、經(jīng)驗(yàn)和食品貯藏、流通、銷售過程中的具體情況來判斷特定貯藏條件下產(chǎn)品的貨架期。然而實(shí)際中，最終產(chǎn)品的品質(zhì)各不相同，消費(fèi)前產(chǎn)品的外界條件(特別是溫度)也和理想狀態(tài)有所出入，這往往導(dǎo)致對商品貨架期的錯(cuò)誤估計(jì)。準(zhǔn)確預(yù)測產(chǎn)品的剩余貨架期可以最大程度地減少衛(wèi)生食品不正當(dāng)處理的風(fēng)險(xiǎn)，也最大程度地減少消費(fèi)者購買變質(zhì)食品的風(fēng)險(xiǎn)，對生產(chǎn)者、流通商和消費(fèi)者三者都有好處。本實(shí)驗(yàn)通過對冷藏養(yǎng)殖鯉魚感官、化學(xué)和微生物學(xué)指標(biāo)的研究，確定產(chǎn)品貨架期，采用指數(shù)相對腐敗速率方程描述溫度與魚品鮮度的關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建貨架期預(yù)測模型并加以驗(yàn)證，通過監(jiān)測包裝食品的環(huán)境條件，提供在運(yùn)輸和貯藏期間食品品質(zhì)和安全的信息，有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，為減少來自零售商和消費(fèi)者的投訴提供數(shù)值化依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料處理

2009年06月，對取自上海銅川路批發(fā)市場的活鯉魚運(yùn)達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，立即冰水休克致死。分成4組，1組層冰層魚裝入帶有滴水孔的干凈塑料泡沫箱中，放入高精度低溫培養(yǎng)箱中，控制貯藏溫度(3±0.1)℃，適時(shí)加冰；另外3組分別放入下有篦子能瀝水的塑料盆中，蓋上有漏氣孔的蓋，放入高精度低溫培養(yǎng)箱中，分別控制貯藏溫度在(5±0.1)、(10±0.1) 和(15±0.1)℃，根據(jù)感官、化學(xué)和微生物指標(biāo)綜合判斷貨架期。每次隨機(jī)抽取2尾試樣魚，先進(jìn)行生魚感官評價(jià)，然后參照GB/ T 18108—2008《鮮海水魚》進(jìn)行樣品處理[3]。

1.2 儀器與設(shè)備

MIR 553高精度低溫培養(yǎng)箱 日本Sanyo公司。

1.3 感官、化學(xué)和細(xì)菌學(xué)指標(biāo)

感官評價(jià)、菌落總數(shù)、假單胞菌數(shù)、嗜冷菌數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮(TVBN)和貨架期判定方法參照文獻(xiàn)[4-5]。

1.4 相對腐敗速率模型的構(gòu)建與評價(jià)

將0、5、10、15℃冷藏鯉魚實(shí)驗(yàn)得到的貨架期，擬合指數(shù)相對腐敗速率(exponential relative rate of spoilage)方程(式1)[6]，其中RRS為相對腐敗速率(relative rate of spoilage，RRS)，RRS(T)定義為參考溫度時(shí)的貨架期除以溫度T時(shí)的貨架期，K1為常數(shù)，A為方程系數(shù)，T為溫度/℃，為了公正客觀地應(yīng)用該模型，采用偏差度和準(zhǔn)確度加以評價(jià)[7]；準(zhǔn)確度(式2)和偏差度(式3)兩者均由幾何平均值得到，以比率的形式加以表示。偏差度用來檢查預(yù)測值的上下波動(dòng)幅度，準(zhǔn)確度是衡量預(yù)測值和實(shí)測值之間的差異。

1.5 貨架期預(yù)測模型構(gòu)建與評價(jià)

貨架期預(yù)測值與實(shí)測值的評價(jià)用相對誤差表示。方程4為指數(shù)腐敗貨架期模型[6]，方程4結(jié)合RRS定義可推導(dǎo)出指數(shù)剩余貨架期模型(方程5)，方程6為相對誤差[8]，其中Tref為參考溫度，A為方程系數(shù)(同方程1中A)，SL為貨架期(shelf life)，RSL為剩余貨架期(remaining shelf life，RSF)，ST為經(jīng)歷的時(shí)間，Tn為溫度，SL(pre)和SL(obs)分別為預(yù)測貨架期和實(shí)測貨架期。

2 結(jié)果與分析

2.10 ～15℃冷藏鯉魚鮮度

魚肉微生物狀況與捕獲方法和環(huán)境因子相關(guān)，貨架期受革蘭氏陰性嗜冷細(xì)菌(假單胞菌、腐敗希瓦氏菌、不動(dòng)桿菌和莫氏桿菌等)的生長和生化活動(dòng)的限制，初始菌數(shù)和包裝條件也是影響貨架期的重要因素。綜合考慮上述影響產(chǎn)品貨架期因素，綜合感官評分、微生物和化學(xué)指標(biāo)判斷，0、5、10℃和15℃冷藏大黃魚貨架期分別為29.7、15.9、6.1d和3.6d(表1)。貨架期終點(diǎn)時(shí)菌落總數(shù)、假單胞菌數(shù)、嗜冷菌數(shù)分別為(7.23±0.29)、(6.67±0.33)、(6.96±0.37) lg (CFU/g)，TVBN為(20.41 ±1.14)mg/100g。

表1 0～15℃冷藏鯉魚化學(xué)、微生物品質(zhì)和貨架期Table1 Sensory, physicochemical and microbiological properties and shelf life time of chilled Cyprinus carpio stored at 0－15 ℃

2.2 RRS模型的構(gòu)建與評價(jià)

當(dāng)RRS準(zhǔn)確度=1.0時(shí)，表明實(shí)測值與預(yù)測值是相同的，當(dāng)RRS準(zhǔn)確度＞1時(shí)，表明實(shí)測值與預(yù)測值存在差異性。雖然指數(shù)相對腐敗速率模型成功驗(yàn)證的上限還未建立，但RRS準(zhǔn)確度因子達(dá)到1.3時(shí)，表明實(shí)測值與預(yù)測值存在較大偏差[7-8]。0、10、15℃構(gòu)建的指數(shù)相對腐敗速率模型(方程7)，R2=0.99(圖1)。表2可見，依據(jù)方程2可知準(zhǔn)確度為1.04，說明預(yù)測值和實(shí)際值之間的平均差異是4%；偏差1.0表示預(yù)測值沒有系統(tǒng)錯(cuò)誤，0.75～1.25被認(rèn)為是可靠的[9]，依據(jù)方程3可知偏差度為1.01，表示預(yù)計(jì)值的偏差為1%。準(zhǔn)確度和偏差度結(jié)果顯示構(gòu)建的鯉魚的指數(shù)相對腐敗速率模型是可靠的。

圖1 冷藏鯉魚相對腐敗速率Fig.1 Relative spoilage rates of chilled Cyprinus carpio stored at different temperatures

表2 指數(shù)相對腐敗速率模型構(gòu)建與評價(jià)Table2 Establishment and assessment of the model for exponential relative spoilage rate

2.3 貨架期預(yù)測模型構(gòu)建與驗(yàn)證

由方程7可知，A=0.15，可以推導(dǎo)出冷藏鯉魚的0～15℃之間貨架期預(yù)測模型(方程8)。表3可見，在0～15℃范圍內(nèi)，Tref設(shè)為0、5、10、15℃時(shí)，相對誤差分別為－11.9%～13.9%、－8.5%～13.5%、－18.9%～0和0～24.5%，表明0、5、10、15℃設(shè)為參考溫度來預(yù)測貨架期均是可靠的。然而，鯉魚多以冰藏冷鏈流通，故設(shè)0℃為參考溫度，可得方程9，并用文獻(xiàn)[4]中0℃和15℃冷藏時(shí)的鯉魚貨架期來驗(yàn)證，預(yù)測值和實(shí)測值的相對誤差為3.3%～23.8%，見表4。

表4 鯉魚貨架期預(yù)測模型驗(yàn)證Table4 Validation of shelf life model of chilled Cyprinus carpio

2.4 剩余貨架期模型的構(gòu)建與應(yīng)用

在實(shí)際冷卻鏈中魚體所經(jīng)歷的溫度-時(shí)間處于波動(dòng)中，導(dǎo)致不同階段魚體鮮度的差異。設(shè)定0℃(1d)、5℃(1.5d)、3℃(2d)、和7℃(2.5d)的時(shí)間-溫度履歷后，利用方程7和0～15℃范圍內(nèi)鯉魚剩余貨架期預(yù)測模型(方程10)，可以導(dǎo)出所經(jīng)歷的時(shí)間履歷與不同溫度(0、5、10、15℃)條件下的剩余貨架期。表5顯示經(jīng)過所述履歷后，在0、5、10、15℃條件下的剩余貨架期分別為2.0、0.9、0.4d和0.2d。同理可以計(jì)算0～15℃范圍內(nèi)經(jīng)過任意時(shí)間溫度履歷(ST1, ST2, ST3,…,STn)后的剩余貨架期。

表5 鯉魚貨架期預(yù)測模型波動(dòng)溫度時(shí)的應(yīng)用Table5 Application of shelf life model of chilled Cyprinus carpio under non-isothermal conditions

表3 冷藏鯉魚指數(shù)腐敗貨架期模型參考溫度的評價(jià)Table3 Assessment of reference temperature for exponential spoilage shelf life model of chilled Cyprinus carpio

3 討 論

魚所棲息的環(huán)境條件，尤其是溫度和水污染情況，對魚體的初始菌數(shù)和細(xì)菌類型有重要影響，初始污染程度越低，到出現(xiàn)明顯腐敗之前的時(shí)間(貨架期)越長。漁獲后的二次污染以及魚死后變化(死后僵硬等)，也是影響魚品質(zhì)的重要因素，例如冰或設(shè)備中的污染菌落也易污染魚品，因而衛(wèi)生的操作能減少魚類的微生物腐敗[10-12]。同時(shí)，微生物的計(jì)數(shù)方法(溫度、培養(yǎng)基、鹽度等)和限量標(biāo)準(zhǔn)的差異，導(dǎo)致對產(chǎn)品品質(zhì)的判斷上也存在差異。傳統(tǒng)多采用瓊脂平板計(jì)數(shù)法30℃培養(yǎng)計(jì)數(shù)，有些研究者使用其他條件比如降低培養(yǎng)溫度(20℃或者15℃)、其他培養(yǎng)基、不同濃度的NaCl以及不同類型的培養(yǎng)平板[13-15]。ICMSF(1986)推薦的微生物限量是用需氧菌平板計(jì)數(shù)法分析時(shí)結(jié)果為107CFU/g，而另外一些研究人員推薦限量為3×106CFU/g[16-17]，一些研究人員認(rèn)為菌落總數(shù)與魚的腐敗能力沒有必然的聯(lián)系，因?yàn)樘囟ǜ瘮【?SSO)只是全部細(xì)菌的一部分[18]。在20℃時(shí)所發(fā)現(xiàn)的菌落總數(shù)可以說明在加工魚過程中的衛(wèi)生保持狀況，但對質(zhì)量和預(yù)測貨架期而言，還是值得懷疑的。

工業(yè)化國家中，鮮魚通常冰藏，在不同溫度貯藏時(shí)貨架期采用相對腐敗速率來加以表達(dá)。RRS模型不同溫度下依據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的貨架期來開發(fā)，主要有3個(gè)類型，平方根RRS模型，依據(jù)嗜冷菌的最小溫度來構(gòu)建，主要適用于溫帶和冷帶水域水產(chǎn)品，但研究顯示具有較大的偏差[19]；Arrhenius腐敗模型依據(jù)魚類不同溫度下表觀活化能(Ea)來構(gòu)建的，被用于構(gòu)建帶魚、熟貽貝不同溫度貯藏下的預(yù)測模型，是否適合冷藏大黃魚貨架期預(yù)測模型有待驗(yàn)證。ESM模型常用于預(yù)測溫度對暖帶和熱帶魚類腐敗速率的影響[6,19]，構(gòu)建的冷藏鯉魚ESM模型的RRS偏差度和準(zhǔn)確度均分別為1.04和1.04，說明模型是可靠適用的。在預(yù)測微生物學(xué)這一領(lǐng)域所得到的定量的信息為監(jiān)測儲(chǔ)藏、流通、零售過程中商品貨架期裝置的開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此本實(shí)驗(yàn)推測預(yù)測微生物學(xué)將成為準(zhǔn)確估算商品貨架期及計(jì)算剩余貨架期的有效手段得到發(fā)展。

[1]GENNARI M, TOMASELLI S, COTRONA V. The microflora of fresh and spoiled sardines(Sardina pilchardus) caught in Adriatic (Mediterranean) Sea and stored in ice[J]. Food Microbiology, 1999, 16: 15-28.

[2]OLA J B, OLADIPO A E. Storage life of croaker (Pseudotholitus senegalensis) in ice and ambient temperature[J]. African Journal of Biomedical Research, 2004, 7: 13-17.

[3]GB/T 18108—2008 鮮海水魚[S].

[4]張小偉, 許鐘, 郭全友, 等. 去除內(nèi)臟對冰藏鯉魚感官、化學(xué)和微生物變化的影響[J]. 中國水產(chǎn)科學(xué), 2010, 17(2): 337-343.

[5]郭全友, 許鐘, 楊憲時(shí). 冷藏養(yǎng)殖大黃魚品質(zhì)變化特征及細(xì)菌相分析[J]. 上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 15(2): 216-221.

[6]DALGAARD P, LASSE V J. Cooked and brined shrimps packed in a modified atmosphere have a shelf life of ＞7 months at 0 ℃, but spoil in 4－6 days at 25 ℃[J]. Int J of Food Science and Technology, 2000, 35: 431-442.

[7]ROSS T. Indices of performance evaluation of predictive models in food microbiology[J]. Journal of Bacteriology, 1996, 61: 501-508.

[8]MCMEEKIN T A , ROSS T. Shelf life prediction: status and future possibilities[J]. Int J Food Microbiology, 1996, 33: 65-83.

[9]HUSS H H. Quality and quality changes in fresh fish [M]. Roma: FAO, 1995: 348.

[10]LINSAY G J H . The significance of chitinolytic enzymes and lysozyme in rainbow trout (Salmo gairdneri) defence[J]. Aquaculture,1986, 51: 169-173.

[11]CAKLI S, KILINC B, CADUN A, et al. Effect of ungutting on microbiological, chemical and sensory properties of aqua-cultured sea bream (Sparus aurata) and sea bass (Dicentrarchus labrax) stored in ice [J]. Eur Food Res Technol, 2006, 222: 719-726.

[12]矢野信禮, 小林登史夫, 藤川浩. 食品への予測微生物學(xué)の適用[M].東京: サィェソスフホ－ヲム株式會(huì)社, 2001: 162-176.

[13]MOKHELE K, JOHNSON A R, BARRET E, et al. Microbiological analysis of Rock Cod (Sebastes spp.) stored under elevated carbon dioxide atmospheres[J]. App Environ Microbiol, 1983, 45: 878-883.

[14]奧積昌世. 鮮魚のチルド.フローズン貯蔵における細(xì)菌相の変化[J].冷凍, 1986, 61(4): 120-130.

[15]藤井建夫. 水產(chǎn)食品の微生物檢查法の檢討-Ⅰ, 培地組成, 培養(yǎng)溫度ぉょび平板法につぃて[J]. 東海區(qū)水產(chǎn)研究所研究報(bào)告, 1985, 118 (12): 71-118.

[16]ICMSF (International Commission on Microbiological Specifications for Foods). Microorganisms in foods, 2: sampling for microbiological analysis: principles and specific applications[M]. 2nd ed. London: Blackwell Scientific Publications, 1986.

[17]CHANG K L B, CHANG J, SHIAU C Y, et al. Biochemical, microbiological and sensory changes of sea bass (Lateolabrax japonicus) under partial freezing and refrigerated storage[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1998, 46(2): 682-686.

[18]GRAM L, TROLL G, HUSS H H. Detection of specific spoilage bacteria from fish stored at low(0 ℃) and high(20 ℃)temperature[J]. Int J Food Microbiol, 1987, 4: 65-72.

[19]DALGAARD P. Freshness, quality and safety in seafoods[EB]. http// www.exp.ie/flair.html, 2000.

Prediction Model Establishment for Shelf Life and Freshness of Chilled Cyprinus carpio

GUO Quan-you1,2，WANG Xi-chang2，YANG Xian-shi1,*，XU Zhong1，LI Xue-ying1
(1. Key and Open Laboratory of Marine Estuarine Fisheries, Ministry of Agriculture, East China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200090, China；2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

Sensory, physicochemical and microbiological indices of chilled Cyprinus carpio stored at low temperature from 0－15 ℃ were explored to determine the shelf life time of chilled Cyprinus carpio during storage. A relationship between temperature and freshness of chilled Cyprinus carpio was described by exponential relative rate of spoilage equation. A prediction model for the shelf life time of chilled Cyprinus carpio was also established and validated. Results indicated that the shelf life time of chilled Cyprinus carpio at 0, 5, 10 ℃ and 15 ℃ were 29.7, 15.9, 6.1 and 3.6 days, respectively. At the end of shelf life, the counts of total bacteria, Pseudomonas and Psychrotrophs were (7.23 ± 0.29), (6.67 ± 0.33), (6.96 ± 0.37) lg (CFU/g); total volatile basic nitrogen was (20.41 ± 1.14) mg/100 g. The shelf life (SL) model for chilled Cyprinus carpio stored at 0－15 ℃ can be described as SL(T)= 29.7/[Exp(0.15×T]. Shelf life model was validated by shelf life of chilled Cyprinus carpio at 0－15 ℃ with relative standard error of 3.3%－23.8%.

Cyprinus carpio；freshness；shelf life；modeling

S984.1

A

1002-6630(2010)22-0484-04

2010-08-01

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30771675)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2007M05)；上海市教委重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(J50704)

郭全友(1974—)，男，助理研究員，博士研究生，主要從事水產(chǎn)食品微生物安全和控制研究。E-mail：quanyouguo21@hotmail.com

*通信作者：楊憲時(shí)(1954—)，男，研究員，本科，主要從事水產(chǎn)品貯藏與加工研究。E-mail：yangxianshi@126.com