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    扇貝貯藏貨架期預(yù)測(cè)模型的建立與評(píng)價(jià)

    2014-03-08 06:33:41吳雪麗劉紅英韓冬嬌
    食品科學(xué) 2014年22期
    關(guān)鍵詞:鮮度扇貝貨架

    吳雪麗,劉紅英,2,*,韓冬嬌

    (1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,河北 保定 071000;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院,河北 秦皇島 066000)

    扇貝貯藏貨架期預(yù)測(cè)模型的建立與評(píng)價(jià)

    吳雪麗1,劉紅英1,2,*,韓冬嬌1

    (1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,河北 保定 071000;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院,河北 秦皇島 066000)

    以扇貝為研究對(duì)象,采用不同溫度283、278、273、271.8 K(10、5、0、-1.2 ℃) 的貯藏環(huán)境對(duì)扇貝進(jìn)行保鮮處理,探討其在保鮮過程中揮發(fā)性鹽基氮(volatile basic nitrogen,TVB-N)含量、菌落總數(shù)、鮮度指標(biāo)K值與感官指標(biāo)的相關(guān)性,建立TVB-N 含量、菌落總數(shù)以及貯藏溫度和時(shí)間的動(dòng)力學(xué)模型和扇貝保鮮貨架期的預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明:一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和Arrhenius方程對(duì)TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的變化具有較高的模擬精度(R2>0.9)??筛鶕?jù)對(duì)扇貝在不同溫度條件下貯藏的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化規(guī)律的研究對(duì)扇貝剩余貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè),經(jīng)驗(yàn)證扇貝的貨架期預(yù)測(cè)模型的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。

    扇貝;模型;貨架期

    海灣扇貝(Argopectens irradias Lamarck),屬瓣鰓綱,珍珠貝目,扇貝科,海灣扇貝屬,是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)品種之一[1-2],2011年海水貝類總產(chǎn)量為1 154萬t,占海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的74.4%,隨著貝類養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展,貝類的低脂肪、高蛋白、高氨基酸含量等特點(diǎn)更是合理膳食結(jié)構(gòu)中不可或缺的要素,深受廣大消費(fèi)者的青睞[3-4]。目前對(duì)貝類的研究主要集中在貝類產(chǎn)品的加工和養(yǎng)殖等方面,貝類的保鮮[5-6]已有研究,但對(duì)扇貝進(jìn)行保鮮研究的相當(dāng)少。

    食品的貨架壽命是指從感官和食用安全角度分析,食品品質(zhì)保持在消費(fèi)者可接受程度的貯藏時(shí)間。而食品品質(zhì)改變一般指生產(chǎn)于貯藏過程中化學(xué)、物理和微生物的變化,因此,以化學(xué)、微生物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型可以較好地反映食品品質(zhì)的變化[7-9]。由于扇貝的水分和蛋白質(zhì)含量較高,在貯藏過程中因TVB-N含量、細(xì)菌總數(shù)、K值引起的品質(zhì)變化較大,影響了其耐貯性與貨架期。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)水產(chǎn)類食品鮮度的要求不斷提高,快速評(píng)估水產(chǎn)品的鮮度及準(zhǔn)確預(yù)測(cè)剩余貨架期顯得十分重要。因此,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)扇貝在貯藏過程中的品質(zhì)變化和貨架期對(duì)于扇貝保鮮的質(zhì)量安全具有重要的實(shí)際意義。

    目前,應(yīng)用Arrhenius法[10]預(yù)測(cè)食品貨架壽命的研究已有大量報(bào)道,已有的研究對(duì)象包括南美白對(duì)蝦[11]、即食花蛤[12]和羅非魚片[13]等食品,但對(duì)于扇貝在貯藏過程中品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)模型及貨架期預(yù)測(cè)方面的研究卻未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)扇貝貯藏在283、278、273、271.8 K(10、5、0、-1.2℃)條件下,TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化規(guī)律的研究,結(jié)合與感官評(píng)定相關(guān)性分析,確定TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值作為扇貝品質(zhì)變化的關(guān)鍵因子,然后建立TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值指標(biāo)隨著貯藏溫度和時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)模型,以預(yù)測(cè)扇貝在某一貯藏溫度條件下的貨架期,從而為扇貝貯藏的質(zhì)量安全提供理論依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    海灣扇貝,鮮活,個(gè)體飽滿,大小均勻。

    1.2 方法

    1.2.1 扇貝冷藏處理

    用生理鹽水沖洗鮮活帶殼扇貝,室溫條件下開殼取肉,用生理鹽水清洗貝柱并隨機(jī)分組。然后將樣品取出、瀝干,立刻裝入無菌保鮮袋中,分別貯藏于不同溫度283、278、273、271.8 K(10、5、0、-1.2 ℃)的冰箱中冷藏,每天定時(shí)測(cè)定每組樣品的各項(xiàng)指標(biāo),每組樣品平行測(cè)定3 次。

    1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

    1.2.2.1 感官品質(zhì)的測(cè)定

    目前沒有扇貝的感官評(píng)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),故本研究參照GB 2733—2005《鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[14]制定的扇貝感官評(píng)分方案見表1。由6 人組成感官評(píng)定小組,對(duì)各個(gè)處理組的組織形態(tài)、體表色澤、彈性和氣味4 方面進(jìn)行綜合評(píng)分,總分值在20 分(極新鮮)和4 分(完全腐?。┲g,12 分以下表明樣品已不可食用。

    表1 扇貝肉感官描述檢驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of scallop

    1.2.2.2 菌落總數(shù)的測(cè)定

    按照GB 4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn):菌落總數(shù)測(cè)定》方法[15]測(cè)定。

    1.2.2.3 揮發(fā)性鹽基氮(volatile basic nitrogen,TVB-N)含量的測(cè)定

    按照GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》方法中的微量擴(kuò)散法[16]測(cè)定

    1.2.2.4 K值的測(cè)定

    取勻漿后的扇貝肉組織1.0 g加入2 mL預(yù)冷過的10%的高氯酸中,用玻璃棒攪勻后在(0~4)℃條件下離心(5 000 r/min)15 min,收集上清液,沉淀部分再用2 mL 5%的高氯酸抽提并離心,合并上清液,先后用10 mol/L KOH溶液和1 mol/L KOH溶液將其中和至pH 6.4~6.8,定容至10 mL,通過孔徑為0.22 μm的濾膜,濾液于-80 ℃保存,待測(cè)。色譜柱:C18(4.60 mm×250 mm,5 μm Catalog No:U35D5.S/N:9A7U73)。流動(dòng)相:pH 6.8的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液;檢測(cè)波長(zhǎng):254 nm;流速:1.0 mL/min;進(jìn)樣量:10 μL。計(jì)算如式(1)所示:

    1.3 數(shù)據(jù)處理

    采用Excel進(jìn)行繪圖,利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,利用t-檢驗(yàn)進(jìn)行組間分析,當(dāng)P<0.01時(shí)為差異極顯著,0.01<P<0.05時(shí)為顯著性差異,P>0.05時(shí)差異不顯著。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 貯藏過程中扇貝品質(zhì)的變化

    2.1.1 感官品質(zhì)的變化

    圖1 扇貝在不同溫度條件下感官品質(zhì)的變化Fig.1 Changes in sensory quality of scallops stored at different temperatures

    感官評(píng)價(jià)是對(duì)食品品質(zhì)變化的一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)。扇貝在貯藏期間由于各種物理、化學(xué)和微生物作用的影響,品質(zhì)會(huì)逐漸發(fā)生劣變,達(dá)到消費(fèi)者感官拒絕的程度,據(jù)此,可以根據(jù)扇貝的感官評(píng)價(jià)來確定其感官貨架壽命的終點(diǎn)。由圖1可知,0 d時(shí),新鮮扇貝的感官評(píng)價(jià)為18.67 分,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),各個(gè)溫度條件下貯藏的扇貝感官品質(zhì)呈下降趨勢(shì)。

    按實(shí)驗(yàn)的扇貝感官質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中12 分為消費(fèi)者可以接受的界限,由圖1可知,樣品在283、278、273、271.8 K條件下的感官貨架壽命分別為2、3、5、7 d。在273 K和271.8 K條件下貯藏時(shí),扇貝的感官評(píng)價(jià)總分下降速度比283 K和278 K貯藏條件下的變化相對(duì)緩慢,貯藏7 d左右才接近12 分的接受界限。因此,降低扇貝的貯藏溫度能明顯延長(zhǎng)扇貝的貨架期。

    2.1.2 TVB-N含量的變化

    從圖2可見,在不同溫度條件下扇貝貯藏過程中,樣品的TVB-N含量隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加,貯藏溫度越高其增長(zhǎng)速度越快。這主要是由于低溫抑制了微生物的繁殖和酶的活性,從而抑制或減緩了微生物對(duì)蛋白質(zhì)的降解和腐敗作用。283 K條件下第3天的TVB-N含量為17.64 mg/100 g,超過GB 2733—2005中規(guī)定:海水貝類中TVB-N含量不大于15 mg/100 g,而271.8 K條件下的TVB-N含量變化緩慢,在第9天其含量達(dá)到15.21 mg/100 g,剛超過15 mg/100 g的上限值。可見,低溫能明顯抑制酶的活性和細(xì)菌的生長(zhǎng),減弱蛋白質(zhì)的分解,降低TVB-N含量的增長(zhǎng)幅度。

    圖2 扇貝在不同溫度條件下TVB-N含量的變化Fig.2 Changes in TVB-N of scallops stored at different temperatures

    2.1.3 菌落總數(shù)的變化

    圖3 扇貝在不同溫度條件下菌落總數(shù)的變化Fig.3 Changes in total number of colonies in scallops stored at different temperatures

    菌落總數(shù)測(cè)定是用來判定食品被細(xì)菌污染的程度及衛(wèi)生質(zhì)量,它反映食品在生產(chǎn)過程中是否符合衛(wèi)生要求,以便對(duì)被檢樣品做出適當(dāng)?shù)男l(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)。從圖3可見,貯藏初期樣品的菌落總數(shù)都有所下降,之后又開始上升。貯藏在283、278、273 K條件下的扇貝分別在貯藏了2、4、6 d后超過了國(guó)家二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn),而貯藏在271.8 K條件下的扇貝在第11天超過二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn)??梢姡蜏啬苡行У匾种莆⑸锏纳L(zhǎng)繁殖,延緩扇貝的腐敗變質(zhì)。

    2.1.4 K值的變化

    K值作為一種評(píng)價(jià)水產(chǎn)品鮮度的指標(biāo),其值越小表示鮮度越好,反之則鮮度越差。許多學(xué)者對(duì) K值與鮮度的關(guān)系進(jìn)行過研究[17-18],認(rèn)為利用K值評(píng)價(jià)大多數(shù)水產(chǎn)品貯藏早期的鮮度是比較適宜的。一般認(rèn)為即殺水產(chǎn)品的K值在10%以下,新鮮K值大約在20%以下,20%~40%為二級(jí)鮮度,60%~80%為初期腐敗[19]。如圖4所示,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),不同貯藏溫度的扇貝的K值均呈上升趨勢(shì)。283 K和278 K條件下貯藏的扇貝在貯藏到第3、5天后的K值已經(jīng)超過二級(jí)鮮度,而在較低的273 K和271.8 K貯藏條件下的變化緩慢,貯藏7 d和13 d后才達(dá)到40%的二級(jí)鮮度界限。相同貯藏溫度條件下扇貝的K值變化規(guī)律與TVB-N含量、菌落總數(shù)的變化基本趨于一致。

    圖4 扇貝在不同溫度條件下K值的變化Fig.4 Changes in K value of scallops stored at different temperatures

    2.2 扇貝貯藏貨架期預(yù)測(cè)模型的建立

    2.2.1 扇貝貯藏期間理化指標(biāo)與感官品質(zhì)的相關(guān)性分析

    從表2可見,在4 個(gè)不同貯藏溫度條件下TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值與感官評(píng)定結(jié)果之間具有極顯著的相關(guān)性,其Pearson相關(guān)系數(shù)均大于0.9,所以選擇TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值作為扇貝品質(zhì)變化和貨架期預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵指示因子。扇貝貯藏期間的理化指標(biāo)和感官評(píng)分之間有很好的相關(guān)性,并且貯藏溫度越低,Pearson相關(guān)系數(shù)越高。

    2.2.2 扇貝貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的動(dòng)力學(xué)模型

    通過研究食品品質(zhì)損失動(dòng)力學(xué)來預(yù)測(cè)食品的貨架期一直受到很多學(xué)者的關(guān)注。在食品加工和貯藏過程中,大多數(shù)與食品質(zhì)量有關(guān)的品質(zhì)變化都遵循零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律[20]。

    其中一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型[21]應(yīng)用廣泛,反應(yīng)速度常數(shù)與溫度的關(guān)系用Arrhenius方程來描述。零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程分別為:

    式中:t為食品的貯藏時(shí)間/d;A0為食品的初始品質(zhì)指標(biāo)值;A為食品貯藏第t天時(shí)的品質(zhì)指標(biāo)值;kn為n(n=0、1)級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。

    對(duì)不同貯藏條件下扇貝的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化進(jìn)行動(dòng)力學(xué)回歸分析得到回歸方程見表3。

    表3 扇貝在不同貯藏條件下TVB-N含量、菌落總數(shù)、值隨時(shí)間變化的回歸方程Table 3 Regression equations of TVB-N, total number of colonies and value of scallops under different storage temperatures

    不同溫度條件下品質(zhì)函數(shù)中的反應(yīng)速度常數(shù)采用Arrhenius一級(jí)反應(yīng)關(guān)系,見式(4)。

    式中:k0為指前因子(又稱頻率因子);Ea為活化能/(J/mol);T為絕對(duì)溫度/K;R為氣體常數(shù),8.3144J/(mol·K)。

    對(duì)方程(4)取對(duì)數(shù)可得公式(5):

    圖5 TVB-N含量、菌落總數(shù)、值A(chǔ)rrhenius 曲線Fig.5 Arrhenius curve of TVB-N, total number of colonies and K value

    求得不同溫度條件下的反應(yīng)速率常數(shù)后,由lnk對(duì) 1/T作圖得線性方程,見圖5,由直線斜率求得E;

    a截距l(xiāng)nk0求得k0。計(jì)算求得TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的活化能分別為EA=63.75 kJ/mol;EB=42.84 kJ/mol;EC=42.41 kJ/mol(式中:A為TVB-N含量;B為菌落總數(shù);C為K值);指前因子k0分別為kA=1.87×1011;kB=6.58×106;kC=2.94×107。由圖5可知,擬合方程的R2值均大于0.9,說明線性方程擬合度較高。

    將求得的Ea、k0帶入動(dòng)力學(xué)方程A=的變形公式lnA=lnA0+k中,得到貯藏扇貝的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化的動(dòng)力學(xué)方程,再結(jié)合Arrhenius公式計(jì)算得貨架期預(yù)測(cè)模型,如表4所示。

    表4 TVB-N含量、菌落總數(shù)、值隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)方程和貨架期預(yù)測(cè)模型Table 4 Kinetics equations and shelf life prediction models of TVB-N, total number of colonies and value

    2.3 貨架期預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)

    表5 扇貝貨架壽命的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值Table 5 Predicted and measured shelf-lives of scallops

    將國(guó)標(biāo)規(guī)定鮮度指標(biāo)的限定值作為判定標(biāo)準(zhǔn),可以計(jì)算出由預(yù)測(cè)模型得到的理論貨架期。將新鮮扇貝在 280、275、270 K貯藏條件下,用貨架期實(shí)測(cè)值驗(yàn)證貨架期預(yù)測(cè)模型。根據(jù)GB 2733—2005并結(jié)合感官評(píng)分與TVB-N、菌落總數(shù)、K值之間的比較,將TVB-N含量15 mg/100 g、菌落總數(shù)6.0(lg(CFU/g))、K值40%作為扇貝貨架期的終點(diǎn)。扇貝的貨架期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的比較見表5。由表5可知,應(yīng)用本研究建立的扇貝貨架期預(yù)測(cè)模型所得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差在10%以內(nèi),顯示建立的模型可以快速可靠地預(yù)測(cè)不同溫度貯藏條件下扇貝的品質(zhì)和剩余貨架期。

    3 結(jié) 論

    通過測(cè)定在不同貯藏溫度條件下的扇貝的鮮度指標(biāo)和感官指標(biāo)發(fā)現(xiàn)貯藏溫度對(duì)扇貝的品質(zhì)和貨架期有顯著的影響(Pearson相關(guān)系數(shù)均大于0.9),因此,可以選擇TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值作為扇貝品質(zhì)變化和貨架期預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵指示因子。在不同溫度條件下貯藏的扇貝的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值含量隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)的變化規(guī)律與感官評(píng)價(jià)基本一致,且都符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。 貯藏溫度越高,其變化速率越大,反應(yīng)速率常數(shù)用Arrhenius方程描述,Arrhenius方程和一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程相關(guān)系數(shù)均大于0.9,具有較高的擬合精度。其反應(yīng)的活化能分別為63.75、42.84、42.41 kJ/mol。

    本研究得到TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)而求得了扇貝的貨架期預(yù)測(cè)模型,經(jīng)驗(yàn)證,貨架期的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。因此可根據(jù)扇貝在不同溫度條件下貯藏的TVB-N含量、菌落總數(shù)、K值變化規(guī)律的研究對(duì)扇貝剩余貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè),為扇貝貯藏貨架期和質(zhì)量安全的研究提供了理論依據(jù)。

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    Establishment and Evaluation of Shelf-Life Prediction Model for Scallops

    WU Xue-li1, LIU Hong-ying1,2,*, HAN Dong-jiao1
    (1. College of Food Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China; 2. Ocean College of Hebei Agricultural University, Qinhuangdao 066000, China)

    The correlations of sensory evaluation scores with volatile basic nitrogen (TVB-N), total number of colonies and the freshness indicator K value were analyzed for scallops stored at different temperatures (10, 5, 0 and -1.2 ℃). Further studies were carried out to establish kinetics models for the three parameters as a function of storage temperature and time and shelf-life prediction models based on each of these parameters. The experimental results showed that fi rst-order kinetics model and Arrhenius equation could describe TVB-N, total colony number and K value with high accuracy (R2> 0.9). All these parameters were useful to predict the shelf-life of scallops stored at different temperatures. It was validated that the relative error of prediction was less than 10%.

    scallops; model; shelf life

    S983

    A

    1002-6630(2014)22-0315-05

    10.7506/spkx1002-6630-201422061

    2014-03-08

    國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201205031)

    吳雪麗(1987—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)檗r(nóng)副產(chǎn)品資源轉(zhuǎn)化及開發(fā)。E-mail:sherry428@sina.cn

    *通信作者:劉紅英(1962—),女,教授,博士,研究方向?yàn)槭称钒踩-mail:liu066000@sina.cn

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