羅氏沼蝦仁制品貨架期模型的建立

李瑩 李建 夏偉榮

摘要：以羅氏沼蝦仁為研究對象，探討其在不同貯藏溫度（4、20、40 ℃）下總揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）值、菌落總數(shù)以及感官指標(biāo)隨時間的變化趨勢及相關(guān)性。通過分析，選取TVB-N值作為其反應(yīng)動力學(xué)模型的指標(biāo)因子，建立阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程。結(jié)果表明，羅氏沼蝦仁制品的菌落總數(shù)、TVB-N值隨著貯藏時間的延長而增加，其感官品質(zhì)隨著貯藏時間的延長而降低。貨架期隨著貯藏溫度的升高而變短，貯藏溫度越高各項指標(biāo)變化越快。根據(jù)Arrhenius方程建立的貨架期模型的預(yù)測值和實(shí)測值具有較高的擬合度，其反應(yīng)活化能為21.11 kJ/mol。經(jīng)驗(yàn)證，羅氏沼蝦仁制品貨架期模型的相對誤差在10%以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：羅氏沼蝦;蝦仁;貨架期;感官評價;品質(zhì)變化;腐敗變質(zhì);評價依據(jù);動力學(xué)模型;貯藏溫度;保藏期限

中圖分類號： TS254.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）17-0225-04

羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii），別稱馬來西亞大蝦，是世界上養(yǎng)殖量最高的三大蝦種之一，素有淡水蝦王之稱[1-3]。該蝦殼薄體肥，肉質(zhì)細(xì)嫩，營養(yǎng)豐富，味道鮮美。除富有一般淡水蝦類的風(fēng)味之外，成熟的羅氏沼蝦頭胸甲內(nèi)充滿了生殖腺，具有近似于蟹黃的特殊鮮美之味[4-5]。每百克蝦肉含蛋白質(zhì)20.6 g，脂肪0.7 g，并含有多種維生素及人體必須的微量元素，是高蛋白營養(yǎng)水產(chǎn)品[5]。由于其頭胸部粗大，且雄性第2步足特別大，因此不宜整只加工，非常適合制成蝦仁產(chǎn)品。

近年來，隨著人們生活品質(zhì)的提升，消費(fèi)者對水產(chǎn)品感官品質(zhì)、營養(yǎng)價值和安全性的要求越來越高。國家《“十三五”食品科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》指出，食品品質(zhì)變化新型評價和貨架期預(yù)測已成為保障食品安全的研究重點(diǎn)之一[6]。由于蝦等水產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)和水分含量較高，在內(nèi)源酶及微生物的作用下，極易發(fā)生蛋白腐敗變質(zhì)，其衰敗速度較其他肉品更快[7-8]，因此貨架期模型的建立可以更好地對水產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測和控制。目前，大多采用阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程預(yù)測食品的貨架期，如對凍蝦[9]、三文魚[10]、即食花蛤[11]、果汁[12]、發(fā)酵蔬菜[13]、河蟹[14]等貨架期的預(yù)測。然而，沒有一種模型適合所有產(chǎn)品，本研究擬采用阿倫尼烏斯方程建立即食羅氏沼蝦仁的貨架期預(yù)測模型，影響即食蝦仁貨架期的關(guān)鍵因素包括細(xì)菌總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮，首先分析總揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）值和細(xì)菌總數(shù)在一定貯藏溫度下隨時間的變化規(guī)律，然后采用感官評定法檢驗(yàn)即食羅氏沼蝦的品質(zhì)變化，確定貨架期的評判依據(jù)，建立貨架期預(yù)測的動力學(xué)模型，以期為預(yù)測即食羅氏沼蝦仁在不同溫度下的保藏期限提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試劑

羅氏沼蝦（每尾40～50 g），購自江蘇省南京市孝陵衛(wèi)菜場。挑選時盡量挑選鮮活、無傷、體表光滑的個體。調(diào)味品（市售食品級），復(fù)合包裝袋（江陰豪盛包裝廠）。其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

BSA124S-CW型電子分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司;DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;CH-8853型水分活度儀，Novasina AG;CR400型色彩色差儀，日本Konica Minolta公司;TVT-300XP型質(zhì)構(gòu)儀，波通瑞華科學(xué)儀器（北京）有限公司;KG-SX-500型高壓滅菌鍋，日本TOMY公司;SHZ-22型水浴恒溫振蕩器，太倉華美生化儀器廠;XT-500S型真空包裝機(jī)，上海星田機(jī)械有限公司;SW-CJ-2G型凈化工作臺，蘇州凈化設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 即食羅氏沼蝦仁的加工工藝 采用溫度≤20 ℃的水清洗原料蝦;去除蝦頭、殼、內(nèi)臟（包括腸腺），將剝蝦仁時間控制在1 h內(nèi)，保持蝦體溫度低于10 ℃;將蝦仁浸于2%食鹽水溶液中，在（75±5） ℃下煮2～5 min;撈出蝦體，置于調(diào)味液中浸漬6 h，用紗布過濾后，置于55 ℃烘箱內(nèi)烘烤1 h;冷卻后進(jìn)行真空包裝，在溫度為105 ℃下殺菌15 min。其中調(diào)味液由調(diào)味品加入20倍質(zhì)量的純水煮沸2 h熬制而成。調(diào)味品以總量10份計，包括食鹽5份、糖1份、花椒1份、大蒜1份、生姜0.5份、料酒0.3份、八角0.2份、桂皮0.2份、小茴香0.2份、砂仁0.2份、紅茶0.2份、紫蘇0.2份。

1.3.2 總揮發(fā)性鹽基氮值的測定 總揮發(fā)性鹽基氮值采用GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》中的半微量定氮法，略有改動進(jìn)行測定。取5 g樣品，加入 20 mL 5%高氯酸溶液進(jìn)行提取，勻漿，在10 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min，取上清。向沉淀中加入20 mL 5%高氯酸，重復(fù)上述提取步驟2次，合并上清，用蒸餾水定容到65 mL，用于測定TVB-N值。

1.3.3 菌落總數(shù)的測定 采用稀釋平板計數(shù)法，按照 GB 4789.2—2016《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)》測定菌落總數(shù)（TVC）。

1.3.4 感官評價 采用十分制對樣品某一特征指標(biāo)進(jìn)行感官評價，具體見表1。將樣品隨機(jī)編號，提供給每位感官評定人員進(jìn)行評價，評定小組由10名（男女各5名）具有食品專業(yè)知識的評定人員組成，取10人評定數(shù)據(jù)的平均值作為樣品的感官得分，并對各指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計算，計算方法如式（1）。

總分=滋味×0.3+質(zhì)地×0.4+色澤×0.3。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法 所有測試至少取3個平行樣，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，運(yùn)用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA），比較各組之間的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同貯藏溫度下羅氏沼蝦仁菌落總數(shù)的變化

菌落總數(shù)是判定食品被細(xì)菌污染程度及衛(wèi)生質(zhì)量的指標(biāo)，根據(jù)GB 2733—2005《鮮、凍動物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，細(xì)菌總數(shù)≤4 lg CFU/g為一級品，4 lg CFU/g<細(xì)菌總數(shù)≤6 lg CFU/g為二級品，超過6 lg CFU/g表示已經(jīng)發(fā)生腐敗變質(zhì)。根據(jù)一些學(xué)者的研究，細(xì)菌總數(shù)達(dá)到6 lg CFU/g時被認(rèn)為不可食用[15]。不同貯藏溫度下即食羅氏蝦仁細(xì)菌總數(shù)隨時間的變化見表2。同一溫度下，細(xì)菌總數(shù)變化在貯藏初始階段有一個滯緩期，后期隨著基數(shù)的增大，細(xì)菌繁殖速率加快，導(dǎo)致細(xì)菌總數(shù)顯著上升;在不同溫度同一貯藏時間下（15 d 后），隨著溫度的升高，菌落總數(shù)整體升高。4 ℃下貯藏90 d時，蝦仁的細(xì)菌總數(shù)為2.7 lg CFU/g，即3個月內(nèi)均為一級品標(biāo)準(zhǔn);20 ℃下貯藏90 d時，蝦仁的細(xì)菌總數(shù)達(dá) 4.7 lg CFU/g，仍在可食用范圍內(nèi);40 ℃下貯藏30 d時，蝦仁的細(xì)菌總數(shù)為4.1 lg CFU/g，貯藏45 d時，達(dá)到 6.1 lg CFU/g。因此，在40 ℃下貯藏的羅氏沼蝦仁最好在 30 d 內(nèi)食用，45 d達(dá)到腐敗臨界值。

2.2 不同溫度下羅氏沼蝦仁總揮發(fā)性鹽基氮值的變化

總揮發(fā)性鹽基氮值通常被用來衡量富含蛋白質(zhì)食品的新鮮度，TVB-N值在新鮮樣品和變質(zhì)樣品之間差異較為顯著，是目前國際上較為普遍的衡量水產(chǎn)品新鮮度的指標(biāo)[16-18]。TVB-N是指在水產(chǎn)品死后，因內(nèi)源酶或細(xì)菌仍在作用機(jī)體蛋白，從而分解產(chǎn)生二甲胺、三甲胺、氨等堿性含氮物質(zhì)，造成機(jī)體pH值由酸性向中性回升，導(dǎo)致死亡水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)[19]。根據(jù)GB 2733—2005《鮮、凍動物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，淡水蝦TVB-N值超過20 mg/100 g時可以判定為腐敗變質(zhì)。

從表3可以看出，相同貯藏時間不同貯藏溫度下羅氏沼蝦仁的TVB-N值隨著儲藏溫度的升高而增加，這主要是由于在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，較高的溫度更接近細(xì)菌繁殖的適宜溫度，且溫度越高，細(xì)菌繁殖速度越快，同時可提高內(nèi)源酶的活性，導(dǎo)致蝦仁蛋白快速分解，進(jìn)而使TVB-N值快速升高[20-21]。貯藏在 4 ℃ 下的羅氏沼蝦仁具有較長的貨架期，貯藏84 d時蝦仁的TVB-N值為9.6 mg/100 g;貯藏在20 ℃下的羅氏沼蝦仁貨架期為 84 d;在40 ℃條件下貯藏35 d時，羅氏沼蝦仁達(dá)到食用的臨界值。

2.3 不同貯藏溫度下羅氏沼蝦仁感官品質(zhì)的變化

感官評價是對蝦仁產(chǎn)品接受性的綜合評價，可以確定產(chǎn)品的價值，甚至其可接受性，由于通常化學(xué)方法測得的定量指標(biāo)并不能較好地解釋感官元素間的相互作用，因此感官評價有著不可替代的作用，可為作出正確合理的決定提供依據(jù)[22]。貯藏溫度可直接影響蝦仁制品的新鮮度、彈性、持水性、滋味及色澤，同時對其感官品質(zhì)產(chǎn)生直接影響，不同溫度下即食羅氏沼蝦仁的感官變化見圖1，可以看出，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，貯藏溫度越高，蝦仁的感官品質(zhì)變化越快，尤其在貯藏后期，感官評分迅速下降，這與李蕾蕾關(guān)于南美白對蝦品質(zhì)變化的研究結(jié)果[23]一致。以感官評分5分作為可接受標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)感官評價結(jié)果可判定，蝦仁在4、20、40 ℃貯藏溫度下的貨架期分別為91 d以上、84 d和35 d。結(jié)合表2、表3可知，TVB-N值與感官評分具有較好的相關(guān)性，菌落總數(shù)指示的蝦仁產(chǎn)品貨架期長于感官評分的范圍，因此，選擇TVB-N值作為即食羅氏沼蝦仁的貨架期模型指標(biāo)。

2.4 羅氏沼蝦仁制品貨架期模型的建立

在3個不同的貯藏溫度（4、20、40 ℃）下進(jìn)行貯藏試驗(yàn)，定期測定TVB-N值，作不同貯藏溫度下TVB-N值對貯藏時間的變化曲線，并進(jìn)行線性回歸，由圖2、圖3和圖4可知，同一溫度下，隨著時間的延長，lnTVB-N值呈上升趨勢，其中4 ℃下蝦仁的TVB-N值隨時間的變化最為緩慢，在初始階段變化平緩。

在食品加工和貯藏過程中，食品品質(zhì)變化大多遵循一級動力學(xué)反應(yīng)規(guī)律，反應(yīng)速度常數(shù)與時間的關(guān)系可用Arrhenius方程A=A0exp（kt）來描述[24]， 其中A為TVB-N值，A0為樣品貯藏初始的TVB-N值，k為TVB-N值變化速率常數(shù)，t為貯藏時間。對一級動力學(xué)方程兩邊取對數(shù)，得到回歸方程lnA=lnA0+kt，在貯藏溫度為4、20、40 ℃下，羅氏沼蝦仁的TVB-N值變化速率常數(shù)k值即圖2、圖3、圖4的斜率。用線性方程對曲線進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程（表4），計算得到3個貯藏溫度下回歸方程的回歸系數(shù)均大于0.97，表明各貯藏溫度下羅氏沼蝦仁TVB-N值與時間的相關(guān)性極顯著。

羅氏沼蝦仁制品的TVB-N值變化速率常數(shù)k與貯藏溫度T的關(guān)系符合Arrhenius方程k=k0exp[-Ea/（RT）]，其中k0為方程指前因子;Ea為反應(yīng)活化能;R為氣體常數(shù)，8.314 J/（mol·K）;貯藏溫度T取絕對溫度[25]。k0和Ea均是與反應(yīng)系統(tǒng)物質(zhì)本性有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。對方程兩邊取對數(shù)后得到方程lnk=-Ea/RT+lnk0，可以看出，lnk與貯藏溫度的倒數(shù)1/T成線性關(guān)系，直線斜率為-Ea/R，在y軸上截距為lnk0。因此，對lnk與貯藏溫度的倒數(shù)1/T作圖（圖5），分析得其回歸方程為y=-2.539 1x+5.243 9，回歸系數(shù)為 0.910 9，表明二者具有較好的相關(guān)性。根據(jù)方程lnk=-Ea/（RT）+lnk0，得到反應(yīng)活化能Ea為21.11 kJ/mol，指前因子k0為189.41。由此建立羅氏沼蝦仁制品貯藏過程中 TVB-N 值變化速率常數(shù)k與貯藏溫度T之間的Arrhenius方程，具體為k=189.41exp[-21.11×103/（RT）]。

2.5 貨架期的動力學(xué)模型驗(yàn)證

根據(jù)建立的動力學(xué)模型，預(yù)測貯藏溫度為10、30 ℃下羅氏沼蝦仁制品的貨架期，然后將該溫度下羅氏沼蝦仁制品的實(shí)際貨架期與預(yù)測值進(jìn)行比較，結(jié)果見表5，可以看出，在貯藏溫度為10 ℃下，羅氏沼蝦仁制品的實(shí)測貨架期為93 d，根據(jù)模型計算的預(yù)測貨架期為100 d，相對誤差分別為7.00%;在貯藏溫度為30 ℃下，羅氏沼蝦仁制品的實(shí)測貨架期為 52 d，根據(jù)模型計算的預(yù)測貨架期55 d，相對誤差5.45%，驗(yàn)證貯藏溫度下貨架期的誤差范圍均在10%以內(nèi)，說明羅氏沼蝦仁制品貨架期動力學(xué)模型的準(zhǔn)確性較高。

3 結(jié)論

測定在不同貯藏溫度（4、20、40 ℃）條件下即食羅氏沼蝦仁的鮮度指標(biāo)、微生物指標(biāo)和感官指標(biāo)，結(jié)果顯示，貨架期和貯藏溫度有顯著相關(guān)性，貨架期隨著貯藏溫度的升高而變短，貯藏溫度越高，各項指標(biāo)變化越快。本研究結(jié)果表明，即食羅氏沼蝦仁的菌落總數(shù)、TVB-N值隨著貯藏時間的延長而增加，其感官品質(zhì)隨著貯藏時間的延長而降低。TVB-N值與感官評價具有較好的相關(guān)性，菌落總數(shù)指示的產(chǎn)品貨架期長于感官評分，因此，選擇TVB-N值作為即食羅氏沼蝦仁貨架期模型的指示因子。根據(jù)Arrhenius方程建立的貨架期模型的預(yù)測值和實(shí)測值具有較高的擬合度，其反應(yīng)活化能為 21.11kJ/mol。經(jīng)驗(yàn)證，貨架期的預(yù)測值與實(shí)測值之間的相對誤差在10%以內(nèi)。根據(jù)建立的貨架期模型，可以準(zhǔn)確預(yù)測即食羅氏沼蝦仁制品的貨架期，并可對其食用安全性進(jìn)行判別。

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