水產(chǎn)品新鮮度綜合評價與貨架期預(yù)測模型的構(gòu)建研究進(jìn)展

勵建榮, 李婷婷, 丁 婷

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715; 3.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無錫 214122;4.大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

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水產(chǎn)品新鮮度綜合評價與貨架期預(yù)測模型的構(gòu)建研究進(jìn)展

勵建榮1,2,3, 李婷婷2,4, 丁 婷3

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院/生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715; 3.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無錫 214122;4.大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

摘 要:對近年來水產(chǎn)品新鮮度的評價方法進(jìn)行了分析,包括傳統(tǒng)的評價方法和國內(nèi)外最新的方法;同時介紹了水產(chǎn)品的貨架期預(yù)測模型,包括一級、二級和三級模型;最后提出了水產(chǎn)品新鮮度綜合評價和貨架期模型構(gòu)建的主要問題和研究方向,以期為今后水產(chǎn)品的品質(zhì)和相關(guān)保鮮技術(shù)的研發(fā)提供一定參考。

關(guān)鍵詞:水產(chǎn)品;新鮮度;貨架期;預(yù)測模型

LI Jianrong,LI Tingting,DING Ting.Review on freshness comprehensive evaluation and establishment of prediction model for aquatic products[J].Journal of Food Science and Technology,2016,34(1):1-8.

我國是水產(chǎn)品生產(chǎn)和消費大國,水產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)24年居世界首位[1]。水產(chǎn)品營養(yǎng)豐富,味道鮮美,深受消費者的喜愛[2]。隨著生活水平的提高,消費者對水產(chǎn)品的感官品質(zhì)、營養(yǎng)價值和安全性的要求也越來越高。但水產(chǎn)品水分和可溶性蛋白質(zhì)含量高、不飽和脂肪酸易氧化,加之目前低溫保藏技術(shù)還不完善,從而很容易導(dǎo)致水產(chǎn)品的腐敗變質(zhì),造成經(jīng)濟損失[3-4]。因此控制水產(chǎn)品中微生物的生長,延長水產(chǎn)品貨架期,加強對水產(chǎn)品新鮮度綜合評價體系的研究和貨架期預(yù)測模型的構(gòu)建顯得十分必要。

本研究探討了水產(chǎn)品新鮮度綜合評價的各種指標(biāo),包括理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)、感官評價等傳統(tǒng)指標(biāo)和近年來各種新鮮度檢測的新指標(biāo)和新方法；介紹了貨架期的各級模型,包括貨架期一級模型、二級模型和三級模型,以期為開發(fā)水產(chǎn)品的冷藏保鮮技術(shù)提供一定的理論參考。

1 水產(chǎn)品新鮮度和貨架期的影響因素

食品的貨架期(food shelf-life)是指從感官和食用安全角度分析,食品品質(zhì)保持在消費者可接受程度下的貯藏時間[5]。延長水產(chǎn)品的貨架期是生產(chǎn)者、加工者和銷售者共同關(guān)注的問題。水產(chǎn)品的腐敗是各種因素綜合作用的結(jié)果,影響水產(chǎn)品新鮮度以及貨架期的因素包括內(nèi)部因素和外部因素兩方面[6]。內(nèi)部因素是指水產(chǎn)品本身特性,包括水產(chǎn)品的pH值、含水量、營養(yǎng)成分、抵抗微生物成分、生物結(jié)構(gòu)因素、水產(chǎn)品本身的酶,還有生化反應(yīng)(主要是氧化還原反應(yīng))。外部因素是指水產(chǎn)品所處的環(huán)境因素,包括溫度、濕度、水分含量、水分活度、金屬離子、氧化還原電勢、壓力和輻射、氣體成分、其他微生物組成和活性等；還有產(chǎn)品的包裝材料和包裝方式等也會影響水產(chǎn)品的貨架期。影響貨架期最主要的因素是微生物因素[7],由于水產(chǎn)品中富含大量的蛋白質(zhì),水分含量高,肌肉組織疏松而且pH值偏中性等,導(dǎo)致水產(chǎn)品特別適合微生物的生長。因此,當(dāng)水產(chǎn)品受到污染后,微生物會在水產(chǎn)品上迅速大量增殖,分解蛋白質(zhì)、脂肪以及糖類等物質(zhì)供自身生長繁殖需要,并且產(chǎn)生大量的不愉快氣味,如硫化氫、尸胺、腐胺醛、酮、酯、有機酸等以及各種有毒物質(zhì),致使水產(chǎn)品腐敗不可食用[8]。

研究發(fā)現(xiàn),并不是所有的微生物都會導(dǎo)致水產(chǎn)品的腐敗,那些在腐敗過程中起主要作用的微生物是水產(chǎn)品的特定腐敗菌(specific spoilage organism, SSO)[9]。據(jù)報道[10-11],在有氧冷藏中,水產(chǎn)品最常見的腐敗菌是假單胞菌(Pseudomonas spp.)和腐敗希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)；真空冷藏或氣調(diào)包裝的SSO包括磷發(fā)光桿菌(Photobacterium phosphoreum)、乳酸菌(Lactobacillus)和腸桿菌(Enerrobaceriaceae)；溫和加工水產(chǎn)品的SSO,通常為乳酸菌(Laxtobacillus),磷發(fā)光桿菌(Photobaceruium phosphoreum)和腸桿菌(Enerrobaceriaceae)。

2 水產(chǎn)品的新鮮度綜合評價標(biāo)準(zhǔn)與方法

目前,國內(nèi)外針對水產(chǎn)品新鮮度的檢測評價指標(biāo)包括:化學(xué)指標(biāo)、物理指標(biāo)、微生物指標(biāo)等。檢測方法包括傳統(tǒng)的檢測方法及新的檢測方法。傳統(tǒng)的檢測方法包括:感官評價、菌落總數(shù)、pH值、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的含量、揮發(fā)性脂肪酸硫代巴比妥酸(TBA)、色差值(L*值,a*值,b*值或ΔE 值)、滴水損失與水分含量、K值、電導(dǎo)率、生物胺的含量(包括尸胺、精胺、組胺等)、總氨含量、硫化氫的含量、三甲胺氮(TMA-N)的含量、剪切力值、失水率等[12]。

近年來各種新的檢測方法不斷涌現(xiàn),使得新鮮度的檢測更加準(zhǔn)確、方便和快捷。如電位傳感器(電子鼻、電子舌等)、智能檢測、多功能數(shù)字檢測儀、近紅外漫反射光譜法(NIRS)、流動注射-化學(xué)發(fā)光法、酶法、表面熒光光譜法、固相酶反應(yīng)器、NSPES膜電極法、液相色譜法、聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polmerase chain reaction,PCR)、計算機視覺檢測技術(shù)等。其中,電子鼻[13]法、計算機視覺檢測技術(shù)和光譜分析法[14]等應(yīng)用越來越廣泛；應(yīng)用聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)[15]可以定量檢測水產(chǎn)品中的微生物,對未來的研究意義重大。

2.1 傳統(tǒng)的檢測方法

2.1.1 感官評價

感官評價包括檢測水產(chǎn)品的色澤、黏度、組織彈性、氣味、嫩度、硬度、膠黏性等,是利用人的感覺器官對食品的感官性狀進(jìn)行評價[16],主要是通過專業(yè)評價人員進(jìn)行判別。王二霞等[17]研究表明,感官評價快速、簡便,是消費者判斷食品新鮮度的主要方式,但是由于存在主觀因素,會導(dǎo)致評價的結(jié)果不準(zhǔn)確,因此需要結(jié)合其他的理化檢測方法來判斷。

2.1.2 微生物的測定

水產(chǎn)品中的細(xì)菌數(shù)量是表示其腐敗程度的一個重要指標(biāo)[18]。細(xì)菌總數(shù)可以按照GB/T 4789.2—2008中的方法進(jìn)行測定[19]。適合在水產(chǎn)品中生存和繁殖并產(chǎn)生腐敗異味代謝產(chǎn)物的微生物,就是該水產(chǎn)品的優(yōu)勢腐敗菌。Sabrina等[20]研究表明,深入了解特定腐敗菌在微生物學(xué)檢驗、貨架期預(yù)測、新型保存及生產(chǎn)方法設(shè)計等方面的特性,將會有效減少由于微生物造成的腐敗而導(dǎo)致的損失,從而提高水產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.1.3 揮發(fā)性鹽基氮的測定

揮發(fā)性鹽基氮也稱揮發(fā)性堿基總氮,是水產(chǎn)品新鮮度評價中的經(jīng)典評定方法,最能反映水產(chǎn)品的新鮮度變化。水產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)經(jīng)過微生物的分解會產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì),這些物質(zhì)可按照GB/T 5009.44—2003中的方法進(jìn)行測定。國際上主要是用半微量凱氏定氮法和微量擴散法來測定TVB-N,結(jié)果精確,但是過程煩瑣,而且耗時較長。陳莎莎等[21]對國標(biāo)中的半微量定氮法進(jìn)行改進(jìn),使測定方法更加快捷、方便,還可用自動定氮儀來測定,該方法快捷、精確[22]。

2.1.4 pH值的測定

水產(chǎn)品如活魚的pH值為7.0～7.3。魚體死后,由于體內(nèi)的糖類酵解及ATP酶的作用導(dǎo)致乳酸積累,pH值降低。但是經(jīng)過一段時間后,魚體內(nèi)的蛋白質(zhì)在微生物的作用下開始分解,生成氨、三甲胺、硫化氫等堿性物質(zhì),pH值又開始上升,因此可以通過測定pH值的變化來評價水產(chǎn)品的新鮮度。檢測方法多采用肉浸液的pH試紙法、比色法和酸度計法等。由于pH值會受到各種因素的影響,因此這種檢測方法不做唯一的標(biāo)準(zhǔn),要結(jié)合其他的理化指標(biāo)進(jìn)行綜合檢測。

2.1.5 顯色法[23]

顯色法主要包括:1)氨的測定(納氏試劑法, Nessler)。特征產(chǎn)物氨及胺類化合物與納氏試劑反應(yīng)可生成黃色沉淀,即碘化汞銨。通過觀察試劑消耗量,顏色變化可以判斷水產(chǎn)品的新鮮度,但是此法檢測結(jié)果并不準(zhǔn)確,可作為輔助參考。2)H2S和氨的測定。在酶的作用下,含-SH基的氨基酸分解產(chǎn)生的H2S與可溶性鉛鹽反應(yīng)可產(chǎn)生黑色的硫化鉛沉淀。此法一般可用乙酸鉛試紙法進(jìn)行檢測。具體方法是將肉絞碎后置于三角瓶中,用10%的醋酸鉛堿溶液浸濕后的濾紙懸于瓶內(nèi)壁上,接近肉塊但不觸及,15 min后,觀察濾紙條顏色變化。若濾紙條顏色無變化,則水產(chǎn)品新鮮；如果變成淡褐色,則較新鮮；如果下部變?yōu)樯詈稚?則水產(chǎn)品已經(jīng)腐敗。這種方法也不做唯一測定方法,要與其他方法結(jié)合進(jìn)行判定。3)過氧化物酶反應(yīng)實驗(聯(lián)苯胺法)。取水產(chǎn)品浸液滴加聯(lián)苯胺溶液和1%H2O2溶液。這種方法不太準(zhǔn)確,需要跟其他方法聯(lián)用進(jìn)行判斷。4)對二氨基苯甲醛法。利用酸性條件下對二氨基苯甲醛與鹽基態(tài)氮進(jìn)行顯色反應(yīng)。在一定條件下,吸光度與溶液濃度成正比。此種方法可用分光光度法測定,這種方法實現(xiàn)了水產(chǎn)品新鮮度的快速檢測。5)茚三酮顯色法。水產(chǎn)品中的氨和氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物,且隨著水產(chǎn)品新鮮度的下降,顏色逐漸加深。此方法可實現(xiàn)對水產(chǎn)品的快速檢測。6)TTC顯色法(2,3,5-氯化三苯基四氮唑法)。水產(chǎn)品在腐敗過程中產(chǎn)生的酶能使TTC試劑還原成紅色化合物,因此根據(jù)顏色變化可以判斷水產(chǎn)品的新鮮度,這種方法適合于現(xiàn)場檢測。7)碘吸收判定法。氨基酸、NH3以及H2S是細(xì)菌分解水產(chǎn)品的產(chǎn)物,產(chǎn)物越多,吸收碘的能力越大。根據(jù)此原理可對水產(chǎn)品的新鮮度進(jìn)行測定,但此法不能作為唯一的判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.6 K值的測定

魚體死亡后,體內(nèi)發(fā)生一系列生化反應(yīng),是魚體新鮮度變化的本質(zhì)。劉亞等[24]研究表明,魚體內(nèi)的腺苷三磷酸(ATP)在酶的作用下進(jìn)行有規(guī)律的變化,依次變?yōu)槎姿嵯佘?ADP)、一磷酸腺苷(AMP)、肌苷酸(IMP)、肌苷(HxR)、次黃嘌呤(Hx)。隨著肌苷和次黃嘌呤比值的增大,水產(chǎn)品的新鮮度越差。

K值的計算公式為

K值的測定方法有化學(xué)滴定法、紫外比色法、離子交換樹脂法、高效液相色譜法(HPLC)以及酶比色法等,其中高效液相色譜法比較常用。佟懿等[25]通過測定鮮帶魚在不同溫度下的K值,并基于其變化規(guī)律建立了貨架期模型,而酶比色法則是新興起的一種檢測方法。

2.1.7 組織結(jié)構(gòu)鏡檢法

在顯微鏡下觀察水產(chǎn)品完整脂肪細(xì)胞含量或者個數(shù),可反映其新鮮度變化,此法不做唯一的判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.8 電導(dǎo)率、含水量的測定

隨著儲藏時間的增加,水產(chǎn)品電導(dǎo)率增大、黏度增加,保水率也會發(fā)生變化[26],因此可通過水產(chǎn)品肉浸液的電導(dǎo)率值變化來判斷水產(chǎn)品的新鮮度。通過微波法和核磁共振法可快速檢測水產(chǎn)品中的水分和脂肪含量,對于新鮮度的測定快速簡便,但是檢測位置不同,結(jié)果會有差異。

2.1.9 色差、質(zhì)構(gòu)的測定

色差值是色差計測定的樣品顏色的偏差值,比人眼更客觀、準(zhǔn)確,通過水產(chǎn)品色澤的變化可對其新鮮度進(jìn)行評價[27]。色差值可以用評分色板、波長測定儀、白度儀、色差儀等測定。Giménez等[28]研究表明,食品儲藏過程中硬度、彈性、可恢復(fù)形變、黏差性、內(nèi)聚性、咀嚼性等均會發(fā)生改變,因此對這些指標(biāo)的測定也可反應(yīng)新鮮度的變化。水產(chǎn)品的上述特性可用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定。

2.1.10 脂肪氧化值的測定

過氧化物是含脂肪食物在酸敗過程中生成的一種中間產(chǎn)物,并能繼續(xù)分解成酸類、酮類和一些氧化物。過氧化值是衡量含油脂食品酸敗程度和貯存品質(zhì)的又一重要指標(biāo)。一般來說,過氧化值越高,表明食品酸敗越嚴(yán)重。魏艷麗等[29]對乳化型香腸脂肪氧化值(TBA)的測定方法做出了研究,以提高TBA的回收率。測定脂肪氧化的化學(xué)方法有過氧化值法、硫代巴比妥酸(TBA)實驗、共軛雙烯法、熒光分析法和免疫法等[30]。常用的方法是紫外分光光度計法。

2.1.11 三甲胺的測定

氧化三甲胺廣泛分布在水產(chǎn)品中,在微生物和酶的作用下,可分解為二甲胺和三甲胺。隨水產(chǎn)品新鮮度的下降,三甲胺含量也越來越高。馬妍等[31]通過對暗紋東方鲀不同貯藏溫度下三甲胺含量的測定,探究三甲胺含量的變化規(guī)律并建立其貨架期預(yù)測模型。三甲胺的測定用的是苦味酸法。

2.2 水產(chǎn)品新鮮度檢測的新方法

2.2.1 近紅外光譜分析技術(shù)

水產(chǎn)品在儲藏過程中蛋白質(zhì)發(fā)生分解,導(dǎo)致其對不同波長的可見光吸收不同,根據(jù)這一現(xiàn)象,可以用光譜技術(shù)來測定水產(chǎn)品的新鮮度。王麗等[32]利用近紅外光譜技術(shù)建立了豬肉新鮮度指標(biāo)快速檢測方法,發(fā)現(xiàn)該方法與傳統(tǒng)的化學(xué)分析相比,具有快速、無損、簡單的特點。近紅外分析法是一種高效、綠色的分析測試技術(shù),其光譜穩(wěn)定、信息量大,能夠反映樣品的綜合信息,可通過多元校正模型實現(xiàn)多組分同時測定。該方法可與傳統(tǒng)的理化檢測結(jié)合,實現(xiàn)水產(chǎn)品的快速檢測。

2.2.2 電子鼻、電子舌技術(shù)

電子鼻和電子舌技術(shù)是模擬人的嗅覺和味覺系統(tǒng),用各種傳感器區(qū)分因水產(chǎn)品腐敗產(chǎn)生的各種氣體,如氨氣、醇類、含硫化合物和各種胺類,從而預(yù)測水產(chǎn)品的新鮮程度。電子鼻技術(shù)可以利用主成分分析(principal component analysis,PCA)、負(fù)荷加載分析(loading analysis,LA)以及判別因子分析(linear discriminant analysis,LDA)方法,與理化指標(biāo)結(jié)合,客觀、準(zhǔn)確、快捷地進(jìn)行氣味區(qū)分,重復(fù)性好,從而達(dá)到無損檢測目的。李來好等[33]用電子鼻檢測冷凍羅非魚肉,考察冷凍貯藏時間對羅非魚肉揮發(fā)性物質(zhì)的影響；楊華等[34]用電子鼻對不同儲藏溫度下的美國紅魚風(fēng)味成分進(jìn)行檢測分析,為探索方便快捷的美國紅魚新鮮程度的無損檢測提供了依據(jù)。電子舌是一種分析、識別液體的新型檢測手段。可以用主成分分析(PCA)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(self-organizing map,SOM)、模糊識別(fuzzy recognition,FR)和混沌識別(chaos recognition,CR)等來進(jìn)行模式識別。韓劍眾等[35]用電子舌探究宰后不同品種生鮮肉品的品質(zhì)和新鮮度,發(fā)現(xiàn)電子舌對雞肉品質(zhì)和新鮮度的辨識評價是有效的。一些國外研究者建議把電子舌和電子鼻結(jié)合來測定相關(guān)指標(biāo),這樣可以有效地解決食品評價手段對食品工業(yè)化的制約[36]。

2.2.3 基于計算機視覺技術(shù)的檢測方法

計算機視覺技術(shù)檢測方法是基于對圖像的處理和分析,從中提取特征參數(shù),模擬人的視覺和判別準(zhǔn)則來理解圖像和識別圖像,從而對產(chǎn)品進(jìn)行分類或分級,實現(xiàn)新鮮度的評價。計算機視覺技術(shù)包括攝像頭、光源、采集箱、圖像采集卡和計算機等幾部分。首先要將水產(chǎn)品的色澤量化,通過數(shù)碼攝像機,基于紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的模型圖片,轉(zhuǎn)化成人眼觀察到的色彩模型,即色度(H)、飽和度(S)、亮度(I),再應(yīng)用圖像數(shù)字技術(shù),對其色澤等特征值進(jìn)行量化處理。以[R,G,B]或[H,S,I]或[C,M,Y,K]作為圖像顏色特征信息,構(gòu)建圖像的數(shù)據(jù)庫。構(gòu)成評價新鮮度的特征值組成特征向量,以該特征值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,進(jìn)行新鮮度的評定[37]。

2.2.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法

近年來,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在判斷新鮮度中應(yīng)用較多。BP(back propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸入層(input)、隱層(hide layer)和輸出層(output layer)。輸入層各神經(jīng)元負(fù)責(zé)接收來自外界的輸入信息,并傳遞給中間層的各神經(jīng)元；中間層是內(nèi)部信息處理層,負(fù)責(zé)信息變換與處理,最后再將信息傳遞到輸出層的各神經(jīng)元,經(jīng)進(jìn)一步處理,輸出層完成信息的處理過程。當(dāng)實際輸出與期望輸出不符時,進(jìn)入誤差的反向傳播階段,各層權(quán)值通過不斷調(diào)整,最終得數(shù)滿足誤差要求[38]。

2.2.5 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

近幾年,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到與水產(chǎn)品相關(guān)物質(zhì)的檢測中。由于色譜儀可用于復(fù)雜混合物的分離,一般用于對化合物的定量分析,而質(zhì)譜分析具有良好的定性功能,可用來測定化合物的相對分子質(zhì)量和化學(xué)結(jié)構(gòu)。GC-MS技術(shù)則兼具二者的優(yōu)點,尤其適合揮發(fā)性物質(zhì)的分析,該技術(shù)已越來越多地被用于食品的檢測與分析[39-40]。在貯藏過程中,水產(chǎn)品在某些微生物(特別是SSO)的作用下,鮮度下降,體內(nèi)各種蛋白質(zhì)、脂肪降解成氧化三甲胺、三甲胺、吲哚、硫化物、組氨、醇及有機酸等小分子化合物,并伴有明顯腐敗特征的氣味,因此分析揮發(fā)性氣體,可以間接研究相關(guān)微生物在腐敗過程中的行為特征,并對水產(chǎn)品的新鮮度進(jìn)行評價。

3 水產(chǎn)品貨架期模型的構(gòu)建研究

預(yù)測微生物學(xué)是用數(shù)學(xué)模型來預(yù)測微生物的生長從而預(yù)測產(chǎn)品貨架期的一門學(xué)科。沒有一種模型適合所有的產(chǎn)品,因此要構(gòu)建水產(chǎn)品貨架期模型,首先,應(yīng)該了解研究對象的性質(zhì),弄清預(yù)測食品的貨架期主要受哪些因素影響,確定該產(chǎn)品的優(yōu)勢腐敗菌,然后選擇合適的模型和方法來預(yù)測產(chǎn)品的貨架期和新鮮度[41-42]。

水產(chǎn)品在儲藏過程中會發(fā)生一系列的品質(zhì)變化。食品品質(zhì)變化一般是指水產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中一些化學(xué)、物理、微生物的變化,這些變化可以用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型來描述。近年來,關(guān)于如何延長食品的貨架期,以及快速檢測食品的貨架期成為研究的熱點。李學(xué)英等[43]建立了用于預(yù)測冷藏大黃魚微生物學(xué)質(zhì)量和剩余貨架期的產(chǎn)H2S菌生長動力學(xué)模型和剩余貨架期模型,可以快速實時地預(yù)測其在有氧冷藏過程中的鮮度品質(zhì)和剩余貨架期。Stefanie等[44]建立了豬肉和家禽在儲藏過程中的貨架期預(yù)測模型,來預(yù)測產(chǎn)品的品質(zhì)變化和貨架期。溫度是影響微生物生長最重要的因素,也是導(dǎo)致水產(chǎn)品腐敗的重要原因,因此目前大多數(shù)貨架期預(yù)測模型根據(jù)溫度來建立[45-48]。微生物的預(yù)測模型按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以有不同的分類,但是只有一級模型、二級模型和三級模型能把大部分的模型明確歸類[49-50]。3個級別的模型歸類如表1。

表1　微生物預(yù)測模型的3個級別模型Tab.1 Three-stages of microbial prediction shelf-life model

3.1 一級模型的研究

一級模型是指在一定的環(huán)境和條件下微生物的數(shù)量隨時間變化的關(guān)系。常用的一級模型有:線性模型、邏輯斯蒂克方程(logistic function)、Gompertz模型、修正的Gompertz模型、Monod模型、Baranyi&Robertz模型、Richards模型、Stannard模型和Schnute模型等。一級模型可以計算微生物的遲滯期,增殖速率和最大增殖密度值。一級模型使用方便簡單,但是不夠準(zhǔn)確,適合生長環(huán)境和影響因素單一的情況,如果條件復(fù)雜時要用其他模型[51]。1)線性模型。其表達(dá)式為logN=A+kt,其中l(wèi)ogN是微生物在時間t時常用對數(shù)值,A是隨時間無限減小時漸進(jìn)對數(shù)值(初始菌數(shù)),k是生長速率。2) Gompertz方程。表達(dá)式為logN=A+C×exp{-exp[-B(t-M)]},其中l(wèi)ogN是微生物在時間t時常用對數(shù)值,A是隨時間無限減小時漸進(jìn)對數(shù)值(相當(dāng)于初始菌數(shù)),C是隨時間無限增加時菌增量的對數(shù)值,B是在時間M時相對最大生長速率,M是達(dá)到相對最大生長速率所需要的時間。Gompertz模型沒有考慮延滯期的影響,因此準(zhǔn)確性有問題。3)修正的Gompertz模型。近年來使用修正的Gompertz模型比較多[52],修正的Gompertz模型表達(dá)式為,其中t為時間,h； N(t)為時間t時的菌數(shù)；Nmax,N0為最大和初始菌數(shù),CFU/g；μmax為最大生長速率,h-1；lag為生長延滯時間,h。4)Barany&Roberts模型。其表達(dá)式為N=其中N,t時微生物的數(shù)量；N0,0時微生物的數(shù)量；Nmin,最小微生物數(shù)量；kmax,最大相對死亡率；r,s是參數(shù)。Barany&Roberts模型廣泛應(yīng)用,而且比較方便準(zhǔn)確。

3.2 二級模型的研究

二級模型是描述環(huán)境因子的變化如何影響一級模型中的參數(shù),即一個或多個因子,如溫度、pH值、水活性等對微生物增殖的影響[53-54]。二級模型包括:反應(yīng)表模型、平方根模型(square-root model)、阿留烏斯等式方程(Arrhenius relationship)、響應(yīng)面模型(response surface model)、WLF(Williams-Landel-Ferry)方程、Z值模型、Q值模型、Ratkow sky model等。1)反應(yīng)表模型。這個模型是將微生物生長參數(shù)定義為一個多項式,方程為Y=a+b1x1+b2x2+ bixi+…+bnxi2+…+bixi+bnxi2+…+btxi2+bx1x2+ …+bmxixj,其中,a,b～bm是回歸系數(shù)；xi～xj是溫度、時間、pH值、水分活度、aw等影響微生物生長的因素。2)平方根模型。其表達(dá)式為平方根模型比較簡單,但是對于多個影響因素共同作用的微生物生長的預(yù)測性較差。3)響應(yīng)面模型。要先確定出溫度范圍、pH值等其他必要的參數(shù),多于3個控制因素時,響應(yīng)面模型會相對比較復(fù)雜,但是結(jié)果比較準(zhǔn)確。4)Arrhenius方程。Arrhenius方程最為常用,其方程式為。其中,k0為前因子(又稱頻率因子)；Ea為活化能,J/mol(品質(zhì)因子A或B變化或形成過程中所需克服的能耗)；T為絕對溫度,K；R為摩爾氣體常數(shù),8.314 4 J/(mol·K)；k0和Ea都是與反應(yīng)系統(tǒng)物質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。5)Belehradek方程。方程式為。式中, bμ和blag為系數(shù),單位為℃-1h-0.5；T為培養(yǎng)溫度,℃；Tmin為最低生長溫度,℃,Tmin為通過延長回歸線與溫度軸相交得到溫度,是一個假設(shè)的概念,表示的是微生物沒有代謝活動時的溫度。6)Q10模型。Q10貨架期預(yù)測模型SL=θs(T0)×Q10(T0-T)/10。式中,T0指已知的較大貯藏溫度點；T指所要求貨架期的溫度點；θs指貨架壽命終點切分值,d；T0＞T。。其中Q10為溫度差為10 K時,品質(zhì)降低速度的比值；θs為貨架壽命,d。近年來,有學(xué)者探究了一些新的模型,并將其應(yīng)用于預(yù)測水產(chǎn)品的貨架期[54],如基于最小二乘法支持向量機的識別模型(support vector machines, SVM),解決了在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中無法避免的局部極小值問題[55],這一模型比傳統(tǒng)的模型更能符合水產(chǎn)品貨架期的預(yù)測。

3.3 三級模型的研究

三級模型是模型的最終形式,主要是通過計算機程序,將一個或者多個一級模型和二級模型整合成計算機軟件包。該模型可應(yīng)用于食品工業(yè)和研究領(lǐng)域。三級模型有Growth predictor、PMP(pathogen modelling program)、海產(chǎn)食品腐敗和安全預(yù)測器(seafood spoilage and safety predictor,SSSP)、相對腐敗速率(relative rate of spoilage,RRS)模型、微生物腐敗(microbial spoilage,MS)模型、Sym’Previus模型、ComBase模型等。

4 模型的檢驗方法

模型的檢驗方法主要包括:1)作圖法。分別做出預(yù)測的貨架期模型曲線和實際測量的貨架期曲線,進(jìn)行客觀比較。這種方法往往需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對數(shù)或其他形式,使圖像容易對比和觀察。2)代入法。此種方法用得較多,在做出貨架期預(yù)測模型后,找一個合適的溫度,測定其細(xì)菌總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮含量、三甲胺的含量等,把得到的數(shù)據(jù)帶入模型,從而檢驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確率。3)比較法。比較預(yù)測模型所得到的貨架期或微生物的生長速率等數(shù)據(jù)是否跟文獻(xiàn)提供的一樣,如果不同,則要通過實驗來進(jìn)行比較。4)統(tǒng)計學(xué)方法。通過一些統(tǒng)計學(xué)方法來檢測,如F檢驗、t檢驗、均方誤相關(guān)因子、偏差因子、準(zhǔn)確因子等?？刹捎孟嚓P(guān)矩陣分析(correlation matrices)方法來研究兩組或多組變量之間的密切程度,或者采用主成分分析法(factor analysis),將復(fù)雜的指標(biāo)問題轉(zhuǎn)化成為少數(shù)幾個獨立變量的問題,也可通過相關(guān)的軟件,使分析變得簡單。此外還可使用威布爾危險值分析法(Weibull hazard analysis, WHA),這是一種能夠直接預(yù)測食品貨架期的統(tǒng)計學(xué)方法,可使分析更直觀、全面。

5 結(jié) 論

通過研究水產(chǎn)品的新鮮度和貨架期預(yù)測模型方面的內(nèi)容,可以更好地對水產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測和控制,對提高水產(chǎn)品的質(zhì)量意義重大。水產(chǎn)品的貨架期模型還有很多需要提高和改進(jìn)的地方,比如在研究多菌種混合培養(yǎng)方面以及溫度波動條件方面,需要對模型進(jìn)行改進(jìn)以提高貨架期模型的預(yù)測精度。此外,將貨架期初級模型和二級模型進(jìn)行結(jié)合,構(gòu)建貨架期預(yù)測模型的三級專家軟件,建立起一套完善的預(yù)測系統(tǒng)仍是亟待解決的問題。

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(責(zé)任編輯:葉紅波)

專家論壇專欄

編者按:乳中各種營養(yǎng)素齊全,構(gòu)成比例合理,且含多種生物活性成分,是符合人體健康需求的高營養(yǎng)物質(zhì)。乳制品種類豐富,各有特色,上期欄目對奶粉、干酪的質(zhì)量安全問題及控制對策進(jìn)行了闡述,本期對另2種乳制品——鮮乳和發(fā)酵乳進(jìn)行分析。希望專家深入的分析和中肯的建議,對消費者吃到健康又放心的乳制品有所裨益,為預(yù)警此類食品安全問題的發(fā)生提供有益幫助。

(欄目策劃:李 寧)

Review on Freshness Comprehensive Evaluation and Establishment of Prediction Model for Aquatic Products

LI Jianrong1,2,3, LI Tingting2,4, DING Ting3
(1.College of Food Science and Technology,Bohai University/National and Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China；2.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China；3.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China；4.College of Life Science,Dalian Nationality University,Dalian 116600,China)

Abstract:Aquatic product freshness evaluation standards were reviewed in this paper,including the traditional freshness evaluation methods and some kinds of new methods in recent years.Meanwhile,shelflife predicting models of aquatic products were also introduced,including primary shelf-life model, secondary shelf-life model and tertiary shelf-life model.Moreover,the main problems and the research tendency of freshness comprehensive evaluation and establishment of shelf-life model of aquatic products were discussed,aiming to provide the convenience for the future research of aquatic products.

Key words:aquatic products；freshness；shelf-life；prediction model

作者簡介:勵建榮,男,教授,博士生導(dǎo)師,博士,主要從事水產(chǎn)品和果蔬貯藏加工及質(zhì)量安全控制方面的研究。

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(31301572；31471639)；“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAD29B06)；中國博士后科學(xué)基金資助項目(2014M552302)；重慶市博士后基金資助項目(Xm2014041)。

收稿日期:2015-08-20

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2016.01.001

文章編號:2095-6002(2016)01-0001-08

中圖分類號:TS254.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

引用格式:勵建榮,李婷婷,丁婷.水產(chǎn)品新鮮度綜合評價與貨架期預(yù)測模型的構(gòu)建研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報,2016, 34(1):1-8.