生鮮鯇魚(yú)片貨架期預(yù)測(cè)模型的建立與評(píng)價(jià)

朱耀強(qiáng)，龔 婷，趙思明，熊善柏

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，國(guó)家大宗淡水魚(yú)加工技術(shù)研發(fā)分中心，湖北省水產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430070)

生鮮鯇魚(yú)片貨架期預(yù)測(cè)模型的建立與評(píng)價(jià)

朱耀強(qiáng)，龔 婷，趙思明，熊善柏*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，國(guó)家大宗淡水魚(yú)加工技術(shù)研發(fā)分中心，湖北省水產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430070)

以生鮮鯇魚(yú)片為對(duì)象，研究在15.0、10.0、5.0、－0.7℃貯藏的鯇魚(yú)片在貯藏期間其細(xì)菌總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB－N)和感官評(píng)定變化，以探討鯇魚(yú)片貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化并建立其剩余貨架期的預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，魚(yú)片肌肉的感官指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，而細(xì)菌總數(shù)和TVB－N值呈上升趨勢(shì)。用修正的Gompertz模型描述各溫度下細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)規(guī)律，優(yōu)于一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和Logistic模型。貯藏溫度對(duì)細(xì)菌最大比生長(zhǎng)速率μm和延滯時(shí)間λ的影響，采用Arrhennius方程描述，呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，R2分別為0.956和0.990。在－0.7～15.0℃貯藏時(shí)，以細(xì)菌總數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)建立貨架期預(yù)測(cè)模型，所預(yù)測(cè)貨架期分別為1.0、1.9、4.6、17.5d，與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差均小于12.5%，表明該模型可以快速可靠地預(yù)測(cè)－0.7～15℃貯藏生鮮鯇魚(yú)片的剩余貨架期。

鯇魚(yú)片，貯藏，貨架期預(yù)測(cè)，動(dòng)力學(xué)模型

鯇(Ctenopharyngodon idellus)，俗稱(chēng)草魚(yú)，是我國(guó)產(chǎn)量最大的淡水魚(yú)品種，2008年我國(guó)鯇魚(yú)總產(chǎn)量為370.71萬(wàn)t［1］。因鯇魚(yú)個(gè)體大、味道鮮美、肌間刺少等特點(diǎn)而倍受消費(fèi)者青睞。隨著我國(guó)人民消費(fèi)習(xí)慣的改變以及我國(guó)超市生鮮食品市場(chǎng)的快速發(fā)展，經(jīng)宰殺、清洗、分切包裝的生鮮鯇魚(yú)片以其方便衛(wèi)生的特點(diǎn)受到消費(fèi)者普遍歡迎［2］。由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)生鮮魚(yú)片品質(zhì)的要求不斷提高以及生鮮魚(yú)片流通量變大和流通距離變長(zhǎng)，建立貯藏過(guò)程中生鮮鯇魚(yú)片鮮度及其剩余貨架期的快速評(píng)估系統(tǒng)顯得十分重要。通過(guò)對(duì)水產(chǎn)品貯藏期間品質(zhì)變化的研究來(lái)預(yù)測(cè)其貨架壽命一直受到很多學(xué)者的關(guān)注，先后建立了沙丁魚(yú)［3］、銀鯧［4］、大黃魚(yú)［5］、魚(yú)丸［6］、熟貽貝［7］和太平洋牡蠣［8］等可預(yù)測(cè)剩余貨架期的細(xì)菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，而對(duì)鯇魚(yú)片貯藏過(guò)程中動(dòng)力學(xué)模型的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以生鮮鯇魚(yú)片為原料，研究不同貯藏溫度下鯇魚(yú)片的細(xì)菌總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮和感官評(píng)分的變化規(guī)律，并以細(xì)菌總數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)建立品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)模型，以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的貨架期。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

新鮮鯇魚(yú) 購(gòu)自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)菜市場(chǎng)，大小約1500g/尾。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鯇魚(yú)片的制作與處理 新鮮鯇魚(yú)經(jīng)宰殺、清洗、去頭、去尾、去骨后切片，用3%檸檬酸溶液(20℃)浸泡鯇魚(yú)片10min，再用無(wú)菌水沖洗后瀝干、裝入保鮮袋，分別置于15.0、10.0、5.0、－0.7℃(鯇魚(yú)片的冰點(diǎn))下貯藏，定期取樣測(cè)定細(xì)菌總數(shù)、TVB－N值和感官品質(zhì)，至樣品開(kāi)始出現(xiàn)感官腐敗為止。

1.2.2 細(xì)菌總數(shù)測(cè)定 按GB4789.2－2010規(guī)定的方法進(jìn)行稀釋平板計(jì)數(shù)。

1.2.3 TVB－N值測(cè)定 按GB5009.44－2003中的微量擴(kuò)散法測(cè)定。

1.2.4 感官評(píng)定 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)參考方敏等［11］方法。其中滿分為10分，最好為9～10分;較好為6～8分;較差為2～4分;最差為0～1分;6分以上為鮮度良好。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析 應(yīng)用SAS 8.1軟件和Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用最小二乘法進(jìn)行非線性回歸［9］。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取3次平行測(cè)量的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 生鮮鯇魚(yú)片貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化

2.1.1 細(xì)菌總數(shù)的變化 不同溫度下貯藏過(guò)程中鯇魚(yú)片細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，在貯藏過(guò)程中，細(xì)菌總數(shù)隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而增加，且貯藏溫度越高，細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)速度越快。在15℃貯藏1d后，鯇魚(yú)片的細(xì)菌總數(shù)達(dá)到2.0×106CFU/g，此時(shí)出現(xiàn)明顯的感官腐敗;在10℃貯藏2d后，鯇魚(yú)片細(xì)菌總數(shù)達(dá)到1.5×106CFU/g;在5.0℃貯藏6d，其細(xì)菌總數(shù)為3.3×107CFU/g;而在－0.7℃貯藏時(shí)，鯇魚(yú)片的細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)緩慢，貯藏20d后細(xì)菌總數(shù)才上升到5.0 ×105CFU/g，仍在國(guó)標(biāo)GB2733－2005要求的鮮度范圍內(nèi)(≤106CFU/g)，說(shuō)明溫度對(duì)細(xì)菌總數(shù)的影響顯著，－0.7℃的冰溫貯藏能更好地抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖。如果以細(xì)菌總數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，－0.7℃冰溫貯藏保持鯇魚(yú)片二級(jí)鮮度的時(shí)間要比冷藏保鮮法延長(zhǎng)14d。

2.1.2 TVB－N值的變化 TVB－N是由于微生物的活動(dòng)使蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)的含氮化合物降解而產(chǎn)生的，是魚(yú)肉新鮮度的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一［10］。在不同貯藏溫度下，不同貯藏時(shí)間鯇魚(yú)片TVB－N含量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2中可知，鯇魚(yú)片的TVB－N值隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，貯藏溫度越高其增長(zhǎng)速度越快，貨架期越短。在15℃貯藏時(shí)，鯇魚(yú)片的TVB－N值增加非常迅速，貯藏 2d后，其 TVB－N值達(dá)13.23mg/100g;在10℃貯藏時(shí)，5d后其TVB－N值達(dá)20.30mg/100g;在5.0℃和－0.7℃貯藏時(shí)，鯇魚(yú)片的TVB－N值貯藏前期變化緩慢，在后期逐漸升高。5.0℃貯藏的鯇魚(yú)片在第 11d時(shí) TVB－N值達(dá)到15.40mg/100g，而－0.7℃貯藏的鯇魚(yú)片在第30d時(shí)，其TVB－N值才達(dá)到12.57mg/100g，仍低于淡水產(chǎn)品一級(jí)鮮度要求的TVB－N值(≤13mg/100g)。說(shuō)明冰溫保藏能有效地抑制魚(yú)體中嗜溫性微生物和酶的作用。以TVB－N值為標(biāo)準(zhǔn)，冰溫貯藏保持鯇魚(yú)片一級(jí)鮮度的時(shí)間要比冷藏保鮮法延長(zhǎng)19d。

圖1 不同貯藏溫度下鯇魚(yú)片細(xì)菌總數(shù)的變化Fig.1 Aerobic bacterial counts vs storage time at different storage temperatures

圖2 不同貯藏溫度下鯇魚(yú)片TVB－N值的變化Fig.2 Total volatile basic nitrogen vs storage time at different storage temperatures

2.1.3 感官指標(biāo)的變化 不同溫度下貯藏過(guò)程中鯇魚(yú)片感官指標(biāo)評(píng)定結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，貯藏過(guò)程中感官評(píng)價(jià)總分隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而迅速下降，貯藏溫度越高，感官評(píng)價(jià)總分下降越快。在－0.7℃貯藏時(shí)，鯇魚(yú)片的感官評(píng)價(jià)總分下降速度比其它3種貯藏溫度的緩慢，貯藏16d后才出現(xiàn)感官腐敗，表明－0.7℃的冰溫貯藏能更好地保持感官品質(zhì)。

圖3 不同貯藏溫度下鯇魚(yú)片感官指標(biāo)的變化Fig.3 Sensory quality vs storage time at different storage temperatures

2.2 鯇魚(yú)片貯藏過(guò)程中貨架期預(yù)測(cè)模型的建立

2.2.1 貨架期預(yù)測(cè)模型評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定 通過(guò)測(cè)定魚(yú)肉中揮發(fā)性鹽基氮的含量、細(xì)菌總數(shù)就可反映魚(yú)肉鮮度的變化［10］。國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鯇魚(yú)鮮度等級(jí)規(guī)定細(xì)菌總數(shù)≤104CFU/g、TVB－N值≤13mg/100g為一級(jí)鮮度，細(xì)菌總數(shù)≤106CFU/g、TVB－N值≤20mg/ 100g為二級(jí)鮮度。以達(dá)到我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)鮮度上限為標(biāo)準(zhǔn)，將細(xì)菌總數(shù)和TVB－N值超過(guò)二級(jí)鮮度時(shí)作為貨架壽命的終點(diǎn)，與感官評(píng)定貨架期終點(diǎn)進(jìn)行比較。表1是以細(xì)菌總數(shù)、感官評(píng)定和TVB－N值為評(píng)價(jià)指標(biāo)的貨架期SLT、SLS、SLN。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)SLN均大于SLS，即不同貯藏溫度下以TVB－N值為評(píng)價(jià)指標(biāo)的貨架期比較滯后，不宜作為貨架期預(yù)測(cè)模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)。而SLT與SLS相接近，并呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，可以作為鯇魚(yú)片貯藏過(guò)程中貨架期預(yù)測(cè)模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，可以選擇細(xì)菌總數(shù)為判定標(biāo)準(zhǔn)，建立鯇魚(yú)片品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型。

表1 不同品質(zhì)變化指標(biāo)的貨架期比較Table 1 Comparisons on shelf－life of quality indexs

表2 細(xì)菌總數(shù)回歸方程的統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Statistical analyze for the regression equations of aerobic bacterial counts

表3 細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及預(yù)測(cè)貨架期Table 3 Dynamics parameters and predicted shelf life of aerobic bacterial counts

2.2.2 貨架期預(yù)測(cè)模型的建立 依據(jù)不同貯藏條件下魚(yú)片細(xì)菌總數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行回歸分析，建立鯇魚(yú)片細(xì)菌總數(shù)變化動(dòng)力學(xué)模型，采用以下三種數(shù)學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合:

一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程:

式中，Nt－細(xì)菌總數(shù)，CFU/g;N0－初始菌數(shù)，CFU/g; k－細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)的速率常數(shù)，d－1;t－貯藏時(shí)間，d。

修正的Gompertz方程:

式中:Nt－細(xì)菌總數(shù)，CFU/g;N0－初始菌數(shù)，CFU/g;Nmax－增加到穩(wěn)定期時(shí)最大的細(xì)菌總數(shù)，CFU/g;μm－最大比生長(zhǎng)速率，d－1;λ－延滯時(shí)間，d; t－貯藏時(shí)間，d。

Logistic方程:

式中各參數(shù)意義見(jiàn)式(2)。

分別采用一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型、修正的Gompertz模型以及Logistic模型對(duì)不同貯藏溫度下細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)曲線進(jìn)行回歸分析，回歸曲線的部分統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。表2中對(duì)3種模型的決定系數(shù)R2和殘差(MSE)進(jìn)行了比較。

不同貯藏溫度下3個(gè)回歸方程的決定系數(shù)R2均在0.8以上，說(shuō)明了一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型、修正的Gompertz模型以及Logistic模型對(duì)各溫度下細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)曲線擬和效果均較好。從決定系數(shù)來(lái)看，在不同貯藏溫度下，一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的決定系數(shù)均略低于另外2個(gè)模型的決定系數(shù)，說(shuō)明在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)用S形曲線模型比指數(shù)模型能夠較好地模擬微生物的生長(zhǎng)，這與其它文獻(xiàn)的研究結(jié)果一致［12－13］。修正的Gompertz模型和 Logistic模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果無(wú)明顯的差異，修正的Gompertz模型的決定系數(shù)略高。不同貯藏溫度下修正的Gompertz模型對(duì)應(yīng)的 MSE要小于Logistic模型，表明修正的Gompertz模型的參數(shù)效應(yīng)曲率(變量的增量隨參數(shù)μm的變化速率)較小，因而修正的Gompertz方程優(yōu)于Logistic方程。

以國(guó)標(biāo)規(guī)定的細(xì)菌總數(shù)≤106CFU/g為貨架期的判定標(biāo)準(zhǔn)，利用修正的Gompertz模型計(jì)算出不同貯藏溫度下細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和預(yù)測(cè)貨架期(見(jiàn)表3)。

由表3可知，最大比生長(zhǎng)速率μm和延滯時(shí)間λ隨貯藏溫度不同發(fā)生顯著變化，而最大菌數(shù)Nmax受貯藏溫度影響不大，平均值在(8.8±0.31)lgCFU/g。隨著貯藏溫度的升高，貨架期逐漸縮短。15.0、10.0、5.0、－0.7℃貯藏時(shí)，鯇魚(yú)片的預(yù)測(cè)貨架期分別為1.0、1.9、4.6、17.5d。

修正的Gompertz模型能很好的預(yù)測(cè)不同溫度下細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)，但無(wú)法描述溫度的變化對(duì)細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)的影響。溫度對(duì)細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，一般可由Arrhennius方程和Blehrádek方程描述。

Arrhenius方程:

式中:T－絕對(duì)溫度，K;Tr－基準(zhǔn)溫度，273K;μr－基準(zhǔn)溫度時(shí)的最大比生長(zhǎng)速率，d－1;λr－基準(zhǔn)溫度時(shí)的延滯時(shí)間，d;EA－活化能，J;R－通用氣體常數(shù)。

式中:T－攝氏溫度，℃;Tmin－最低溫度，℃;b－方程的常數(shù)。

綜上所述，國(guó)標(biāo)GB2733－2005要求的鮮度范圍內(nèi)細(xì)菌總數(shù)的對(duì)數(shù)值lgNt為6.0，增加到穩(wěn)定期時(shí)最大的細(xì)菌總數(shù)的對(duì)數(shù)值lgNmax為8.8，由Arrhennius方程(6)和修正的Gompertz方程(2)得到的－0.7～15.0℃貯藏過(guò)程中鯇魚(yú)片貨架期預(yù)測(cè)模型。

2.2.3 貨架期預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證和評(píng)價(jià) 表4為鯇魚(yú)片在15.0、10.0、5.0、－0.7℃貯藏的貨架期實(shí)測(cè)值和由剩余貨架期預(yù)測(cè)模型得到的預(yù)測(cè)值的比較。從表4可以看出，各溫度下貯藏的鯇魚(yú)片貨架期預(yù)測(cè)值均略小于實(shí)測(cè)值，相對(duì)誤差分別為 0%、－5.0%、－8.0%、－12.5%。隨著溫度的降低，相對(duì)誤差的絕對(duì)值逐漸增大，可能是因?yàn)榈蜏叵卤２赜行У匾种屏唆~(yú)肉中嗜溫性微生物的增長(zhǎng)，以細(xì)菌總數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)建立的貨架期預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)低溫下保藏的鯇魚(yú)片剩余貨架期誤差相對(duì)較大。另外，10℃和15℃貯藏的鯇魚(yú)片取樣時(shí)間間隔短，貨架期實(shí)測(cè)值比較精確，而－0.7℃和5.0℃取樣時(shí)間間隔比較長(zhǎng)，貨架期實(shí)測(cè)值的人為誤差比較大，這也是造成低溫保藏的鯇魚(yú)片剩余貨架期誤差相對(duì)較大的原因之一。所以應(yīng)用本研究建立的生鮮鯇魚(yú)片剩余貨架期預(yù)測(cè)模型，可以快速可靠地實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)－0.7～15.0℃貯藏鯇魚(yú)片的鮮度和剩余貨架期。

圖4 Arrhennius和Blehrádek方程描述溫度與μm、λ的關(guān)系Fig.4 Temperature dependences on μmand λ showed by Arrhennius and Blehrádek models

表4 鯇魚(yú)片貯藏過(guò)程中貨架期(SL)的預(yù)測(cè)值(prd)和實(shí)測(cè)值(obs)Table 4 Predicted(prd)and observed(obs)shelflives(SL) of grass carp slices stored

3 結(jié)論

貯藏溫度對(duì)鯇魚(yú)片品質(zhì)和貨架期有顯著的影響。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，魚(yú)片肌肉的感官指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，而細(xì)菌總數(shù)和TVB－N值呈上升趨勢(shì)。用修正的Gompertz模型對(duì)各溫度下細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)曲線進(jìn)行擬和得到生鮮鯇魚(yú)片的貨架期預(yù)測(cè)模型，計(jì)算得到在15.0、10.0、5.0、－0.7℃貯藏鯇魚(yú)片的預(yù)測(cè)貨架期分別為1.0、1.9、4.6、17.5d，并且與感官評(píng)價(jià)總分結(jié)果相一致，與實(shí)測(cè)貨架期的相對(duì)誤差均小于12.5%。表明該預(yù)測(cè)模型能夠應(yīng)用于生鮮鯇魚(yú)片的冷鏈物流中，為預(yù)測(cè)生鮮鯇魚(yú)片的剩余貨架期提供理論依據(jù)，有望成為預(yù)測(cè)和監(jiān)控冷藏鏈生鮮鯇魚(yú)片剩余貨架期的有效工具。

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Evaluation and establishment of shelf－life prediction model for fresh grass carp slices

ZHU Yao－qiang，GONG Ting，ZHAO Si－ming，XIONG Shan－bai*
(College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，National R＆D Branch Center for Conventional Freshwater Fish Processing，Aquatic Product Engineering and Technology Research Center of Hubei Province，Wuhan 430070，China)

Fresh grass carp slices were under storage at 15.0、10.0、5.0℃ and－0.7℃，respectively.The aerobic bacterial counts，total volatile basic nitrogen(TVB－N)value and sensory quality during storage were measured in order to investigate the qualities of grass carp slices and establish predictive models for the shelf－life under the different storage temperatures.The results showed that the sensory quality of fresh grass carp slices stored at different temperatures decreased with storage time extended，while both aerobic bacterial counts and TVB－N value increased.In terms of describing variation of aerobic bacterial counts of fresh grass carp slices stored at different temperatures，modified Gompertz model was better than the first order kinetics model and Logistic model，respectively.The correlation regression showed that Arrhennius model could well describe the influence of the storage temperatures on maximum specific growth rate μmand lag phase λ with R2of 0.956 and 0.990，respectively.According to aerobic bacterial counts，the predictive shelf－life at 15，10，5.0℃ and－0.7℃ was 1.0，1.9，4.6d and 17.5d，respectively.Relative errors between predicted and real values were less than 12.5%，indicated the developed models were valuable for rapid and realistic prediction of remaining shelf－life of fresh grass carp slices stored from－0.7℃ to 15.0℃.

grass carp slices;storage;shelf－life prediction;kinetics model

TS254.4

A

1002－0306(2012)02－0380－05

2011－01－25 *通訊聯(lián)系人

朱耀強(qiáng)(1985－)，男，碩士研究生，研究方向:水產(chǎn)品加工。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)基金(nycytx－49－23);廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2007A090302072)。