基于三甲胺/氧化三甲胺摩爾比值動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)柴魚粉的貨架期

唐森 ，謝濟(jì)運(yùn)，覃逸明，藍(lán)群，趙海燕，張義浩，王小淑

(廣西科技師范學(xué)院 食品與生化工程學(xué)院，廣西 來(lái)賓　546119)

水產(chǎn)品及其制品的新鮮度的檢測(cè)與評(píng)定是人們最關(guān)心又最不放心的，故此人們盡可能地購(gòu)買食用鮮活的水產(chǎn)品和生產(chǎn)日期較近的魚制品[3]。水產(chǎn)品及其制品的新鮮度受到多種因素的影響，例如捕撈的方式、運(yùn)輸、溫度、魚的種類等[4]。如何快速而又準(zhǔn)確地評(píng)定水產(chǎn)品的新鮮度是目前水產(chǎn)品貯藏保鮮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。柴魚粉中含有TMAO，TMAO是魚產(chǎn)品中的鮮味成分且TMAO在貯藏期間易受到空氣、溫度等因素的影響分解成腐敗成分TMA[5]。因此可以利用TMA/TMAO摩爾比值對(duì)柴魚粉進(jìn)行新鮮程度優(yōu)劣的評(píng)價(jià)，且目前應(yīng)用TMA/TMAO摩爾比值評(píng)價(jià)水產(chǎn)品新鮮程度已有報(bào)道[6-8]。而此分解過(guò)程是一種化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)規(guī)律符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，Arrhenius 公式是預(yù)測(cè)食品新鮮程度隨溫度發(fā)生變化的經(jīng)典公式[9，10]。利用動(dòng)力學(xué)模擬可以在較短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)柴魚粉的貨架期，為柴魚粉的安全貯藏提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

酶解法制得柴魚粉：購(gòu)于廣東興億海洋生物工程股份有限公司。

1.1.1食用魚粉的營(yíng)養(yǎng)成分

水分10.37%，蛋白質(zhì)80.23%，總灰分6.43%，粗脂肪6.78%。

1.1.2主要儀器

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鞏義市予華儀器公司；LD4-2型低速離心機(jī)北京醫(yī)用離心機(jī)廠；PHS-25CW微機(jī)型pH/mV、Agilent Cary 60型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)安捷倫科技(中國(guó))有限公司；SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；LRH-250A型生化培養(yǎng)箱廣東省醫(yī)療器械廠；ZFD-A5040A型全自動(dòng)新型鼓風(fēng)干燥箱上海智城分析儀器制造有限公司；JJ200型電子天平常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；半微量凱氏定氮蒸餾器；冰箱。

1.2　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將柴魚粉用聚乙烯包裝袋密封包裝，每袋分裝50 g，分別置于37，20，5 ℃貯藏。選取合理的時(shí)間段對(duì)樣品的感官性狀，TMAO，TMA進(jìn)行檢測(cè)。

1.3　測(cè)定方法

1.3.1感官性狀的評(píng)定

由7名感官評(píng)定人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)，分別從外觀觀察魚粉成分的形狀、結(jié)構(gòu)、色澤、質(zhì)地、氣味、顆粒度等特征而進(jìn)行感官評(píng)定，來(lái)評(píng)價(jià)魚粉新鮮度。其中沖調(diào)性的評(píng)定方法如下：取5.00 g樣品放入盛有100 mL 40 ℃水的燒杯中，用攪拌棒攪拌均勻后，觀察樣品溶解狀況[11]。

1.3.2TMA/TMAO摩爾比值的測(cè)定

應(yīng)用苦味酸比色法對(duì)柴魚粉中的TMA和TMAO同時(shí)測(cè)定，此方法主要依靠TiCl3將樣品中的TMAO全部還原成TMA，此時(shí)，被還原的樣品中包含固有的TMA和TMAO還原的TMA兩部分，樣品中TMAO含量是由TMA總量與樣品中原有的TMA的量的差值換算所得出。所以，此方法在測(cè)定樣品TMAO的同時(shí)也將TMA含量同時(shí)測(cè)出。具體方法參照李豐[12]所用方法并稍做修改。

面向5G的MEC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) …………………………………………………………宋曉詩(shī)，閆巖，王夢(mèng)源 24-1-21

1.3.3TMA/TMAO摩爾比值貨架期動(dòng)力學(xué)的建立

通常研究人員認(rèn)為，食品的新鮮程度或品質(zhì)、質(zhì)量可以用某一指標(biāo)的損失或增加進(jìn)行判定，當(dāng)該指標(biāo)的變化由微生物的繁殖或化學(xué)反應(yīng)所引起時(shí)，該指標(biāo)表示的動(dòng)力學(xué)模型數(shù)據(jù)大多遵循零級(jí)或一級(jí)模式[13]。水產(chǎn)品及其制品在貯藏中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)通常遵循一級(jí)模式[14]。

A=A0exp(kt)。

(1)

式中：A為貯藏t天后某理化指標(biāo)的值；A0為某理化指標(biāo)的初始值；t為貯藏時(shí)間，天；k為一級(jí)反應(yīng)速度常數(shù)。

將(1)式等號(hào)兩邊取對(duì)數(shù)，可得：

lnA=kT+lnA0。

(2)

式中：食品新鮮程度指標(biāo)的變化速率k和貯藏溫度T之間的關(guān)系滿足Arrhenius方程，即：

(3)

式中：ka0為指前因子；Ea為反應(yīng)的活化能；T為貯藏溫度；R為氣體常數(shù)8.314 J/(mol·K)。

對(duì)等式(3)兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)可得：

(4)

(5)

式(5)中：SL為食品的貨架期(shelf life)。

2　結(jié)果與分析

2.1　柴魚粉貯藏期間感官性狀的變化

圖1　不同貯藏溫度下柴魚粉感官性狀的變化Fig.1 Changes of sensory properties of bonito fishmeal at different storage temperatures

由圖1可知，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，柴魚粉感官性狀逐漸下降，且貯藏溫度越高，感官性狀下降越明顯，貯藏溫度20 ℃下，樣品在第27天達(dá)到感官拒絕。影響感官評(píng)價(jià)的因素主要是適口性、氣味、沖調(diào)性等；而樣品在37 ℃貯藏時(shí)，在第14天左右，樣品出現(xiàn)結(jié)塊、有較大魚腥味、沖調(diào)性明顯下降等特點(diǎn)。

2.2　柴魚粉貯藏期間TMA的變化

圖2　不同貯藏溫度下柴魚粉TMA的變化Fig.2 Changes of TMA of bonito fishmeal at different storage temperatures

由圖2可知，在5，20，37 ℃貯藏條件下，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，柴魚粉中TMA含量總體均呈現(xiàn)積累態(tài)勢(shì)，且在貯藏初期TMA的含量呈緩慢上升狀態(tài)，但是在貯藏后期TMA的變化趨勢(shì)明顯增強(qiáng)，這是因?yàn)門MA主要由TMAO經(jīng)細(xì)菌的作用分解而來(lái)。在貯藏后期樣品中微生物、細(xì)菌的總數(shù)很高，從而導(dǎo)致TMA含量的急劇增加，且增加速率與溫度呈現(xiàn)正比關(guān)系。貯藏溫度在5，20，37 ℃，樣品達(dá)到感官拒絕時(shí)，樣品中TMA的含量分別達(dá)到了0.4288，0.597，0.5466 mg/g。 同溫度條件貯藏時(shí)達(dá)到貨架期時(shí)TMA含量均不同。這是因?yàn)槭艿綐悠返闹苽浞绞?、批次、貯藏條件等影響。故此，可利用樣品中TMA含量在貯藏期間穩(wěn)定上升的趨勢(shì)，對(duì)食用魚粉進(jìn)行腐敗程度的判斷。

2.3　酶解法制得柴魚粉貯藏期間TMAO的變化

圖3　不同貯藏溫度下柴魚粉TMAO的變化Fig.3 Changes of TMAO of bonito fishmeal at different storage temperatures

由圖3可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，TMAO大體呈下降趨勢(shì)，但是在20，37 ℃條件下的樣品分別在28天和6 天，TMAO又開(kāi)始逐漸累積，貯藏后期又回復(fù)到下降趨勢(shì)，這可能是樣品中存在著一條TMAO合成路徑。貯藏溫度在5，20，37 ℃，樣品達(dá)到感官拒絕時(shí)，樣品中TMAO的含量分別下降到1.3032，1.3857，1.1557 mg/g。同樣地，可以利用TMAO穩(wěn)定變化的趨勢(shì)，對(duì)柴魚粉進(jìn)行腐敗程度的評(píng)價(jià)。

2.4　酶解法制得柴魚粉貯藏期間TMA/TMAO摩爾比值的變化

圖4　不同貯藏溫度下柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值的變化Fig.4 Changes of mole ratio of TMA/TMAO of bonito fishmeal at different storage temperatures

由圖4可知，在5，20，37 ℃貯藏條件下，貯藏初期柴魚粉樣品中的TMA/TMAO摩爾比值均呈緩慢的上升趨勢(shì)，而分別在0.412，0.5471與0.6199處TMA/TMAO摩爾比值出現(xiàn)拐點(diǎn)，由感官評(píng)定可知此時(shí)達(dá)到貨架期。由此可知，樣品中TMA/TMAO摩爾比值分別在達(dá)到感官拒絕時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，且TMA/TMAO摩爾比值在貨架期所測(cè)得的數(shù)值均大于0.412。由此可知，可以利用TMA/TMAO摩爾比值這一穩(wěn)定的變化趨勢(shì)對(duì)柴魚粉進(jìn)行新鮮程度的評(píng)價(jià)，且不同溫度貯藏時(shí)，當(dāng)柴魚粉中TMA/TMAO摩爾比值小于0.412時(shí)為安全食用范圍，并在此范圍內(nèi)數(shù)值越小，柴魚粉新鮮程度越高。對(duì)貯藏過(guò)程中柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值變化用指數(shù)方程進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程，見(jiàn)表1。

表1　柴魚粉在不同貯藏條件下TMA/TMAO摩爾比值隨時(shí)間變化的回歸方程Table 1 The regression equation of molar ratio of TMA/TMAO of bonito fishmeal at different storage conditions changed with time

2.5　貯藏過(guò)程中TMA/TMAO摩爾比值的動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)魚肉中TMAO分解轉(zhuǎn)化為TMA遵循一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的理論[15]，對(duì)柴魚粉在貯藏過(guò)程中TMA/TMAO摩爾比值的變化規(guī)律進(jìn)行描述, 柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)見(jiàn)表2，一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型為公式(1)。

表2　貯藏柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值變化動(dòng)力學(xué)摸型參數(shù)Table 2 The dynamics model parameters of molar ratio of TMA/TMAO changes in the storage process of bonito fishmeal

柴魚粉的TMA/TMAO摩爾比值變化的速率常數(shù)ka是溫度的函數(shù)，利用Arrhenius方程，lnka對(duì)1/T所做的Arrhenius曲線具有良好的線性關(guān)系(R2=0.9993)，見(jiàn)圖5。由此曲線斜率計(jì)算所得活化能(Ea)為2.5 kJ/mol，計(jì)算所得的指前因子ka0=15.88。

圖5　柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值變化的Arrhenius曲線Fig.5 Arrhenius curves of molar ratio of TMA/TMAO of bonito fishmeal

根據(jù)式(5)可得到柴魚粉的TMA/TMAO摩爾比值的貨架期預(yù)測(cè)模型，利用已建立的貨架期模型，可求出不同溫度貯藏條件下，柴魚粉的貨架期以及貯藏過(guò)程中任意時(shí)刻的新鮮程度。TMA/TMAO摩爾比值的貨架期預(yù)測(cè)模型：

3　結(jié)論與討論

根據(jù)感官評(píng)價(jià)的結(jié)果得到的37，20，5 ℃貯藏條件下的貨架期分別為14，27，42 天。柴魚粉中TMA和TMAO受到貯藏條件和樣品差異性的影響，使不同貯藏條件下貨架期時(shí)TMA和TMAO的含量產(chǎn)生較大差異。故此單一的運(yùn)用這2個(gè)指標(biāo)評(píng)定結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，從而不能真實(shí)地反映出柴魚粉的新鮮程度。

不同貯藏溫度條件下柴魚粉中的TMA/TMAO摩爾比值隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增大，且隨著溫度的升高，TMA/TMAO摩爾比值變化幅度增大，符合一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。且TMA/TMAO摩爾比值的變化對(duì)一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及Arrhenius方程有較高的擬合精度。Arrhenius 方程中TMA/TMAO摩爾比值變化反映的活化能Ea 為 2.5 kJ/mol，指前因子 k0為 15.88。柴魚粉的TMA/TMAO摩爾比值的貨架期預(yù)測(cè)模型：

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