Global Stability Index方法在大骨雞保質(zhì)期預(yù)測中的應(yīng)用

薛偉鋒 沈葆真 田卓 于雪 劉東言

摘 要：目的：建立了基于全面穩(wěn)定性指數(shù)（global stability index，GSI）理論預(yù)測莊河大骨雞保質(zhì)期的新方法。方法：基于恒溫加速實(shí)驗(yàn)，測定大骨雞于4、10、20、30 ℃儲藏溫度下的感官、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮變化規(guī)律，建立大骨雞GSI保質(zhì)期預(yù)測模型。結(jié)果：計(jì)算得到的GSI值滿足零級動(dòng)力學(xué)模型?；罨芎椭盖耙蜃臃謩e為25.52 kJ/mol和11 027。GSI實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值相對誤差絕對值在10%范圍內(nèi)。通過GSI模型預(yù)測，獲得大骨雞在4、10、20、30 ℃下的保質(zhì)期分別為5.9、4.7、3.2、2.3 d。結(jié)論：建立的 GSI 預(yù)測模型在4～30 ℃儲藏溫度范圍內(nèi)能夠有效預(yù)測大骨雞的新鮮度。

關(guān)鍵詞：莊河大骨雞;保質(zhì)期;溫度;全面穩(wěn)定性指數(shù)

莊河大骨雞因肉質(zhì)鮮美而深受消費(fèi)者喜愛。據(jù)文獻(xiàn)[1]報(bào)道，散戶飼養(yǎng)的大骨雞已達(dá)200萬只，占整個(gè)大骨雞年飼養(yǎng)量的87%，成為大骨雞養(yǎng)殖的最主要方式。相較于大骨雞加工企業(yè)具備的完整、成熟的儲藏系統(tǒng)，散戶所宰殺的大骨雞多以熱鮮雞存放于環(huán)境中。因剛宰殺的熱鮮雞保留了雞肉最初的豐富營養(yǎng)，故容易被微生物侵蝕而腐敗變質(zhì)，這種熱鮮雞在常溫下保質(zhì)期可能不足半日[2]。為了確保上述大骨雞在上桌前整體品質(zhì)良好，滿足消費(fèi)者需求，其保質(zhì)期的研究就具有重要意義。對于保質(zhì)期的預(yù)測，大骨雞加工企業(yè)往往選取一個(gè)雞肉品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)，通過監(jiān)視該指標(biāo)的變化情況而推測保質(zhì)期，這種方法雖然簡單易控制，但應(yīng)用于復(fù)雜的雞肉基質(zhì)卻存在考慮過于簡單和片面性的問題[3-4]。因此，迫切需要發(fā)展一種全面的、可靠的用于大骨雞保質(zhì)期預(yù)測的模型。

目前，食品保質(zhì)期預(yù)測模型種類較多，包括阿倫尼烏斯模型、初均速法、Q10法、威布爾風(fēng)險(xiǎn)分析（WHA）模型法和基于全面穩(wěn)定性指數(shù)（GSI）理論的多因素預(yù)測模型等。最為經(jīng)典的阿倫尼烏斯模型應(yīng)用于與溫度有關(guān)的食品保質(zhì)期預(yù)測。經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展，越來越多的食品保質(zhì)期預(yù)測模型應(yīng)運(yùn)而生[5-21]。范云龍等[5]建立的初均速法就是阿倫尼烏斯模型的成功變體，主要應(yīng)用于藥類研究。從Vant Hoff經(jīng)驗(yàn)規(guī)律衍生而來的Q10法，主要應(yīng)用于食品和藥物研究[6]。WHA模型法主要用于食品和化妝品，其原理是統(tǒng)計(jì)消費(fèi)者拒絕貯藏后產(chǎn)品的概率達(dá)到保質(zhì)期預(yù)測[7-11]。GSI預(yù)測模型考慮的是產(chǎn)品綜合品質(zhì)隨溫度變化情況，遵循熱力學(xué)反應(yīng)規(guī)律，將包括感官、理化和微生物等多個(gè)指標(biāo)統(tǒng)一為一個(gè)綜合指標(biāo)，通過考察該綜合指標(biāo)變化規(guī)律，達(dá)到揭示產(chǎn)品保質(zhì)期的目的。目前，GSI預(yù)測模型在魚類[12-14]、蔬菜[15-19]和果汁[20]等食品保質(zhì)期預(yù)測中發(fā)揮了重要作用。雞肉基質(zhì)復(fù)雜，選取適用于雞肉基質(zhì)的合適指標(biāo)用于預(yù)測保質(zhì)期非常關(guān)鍵，閆文杰等[21]以感官、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮等4個(gè)指標(biāo)考察了雞肉品質(zhì)變化?；诖?，本研究同樣選取上述4個(gè)指標(biāo)用于整合為1個(gè)綜合指標(biāo)，通過溫度加速實(shí)驗(yàn)，考察該指標(biāo)隨貯藏時(shí)間變化情況，最終達(dá)到預(yù)測大骨雞保質(zhì)期的目的，為大骨雞品質(zhì)監(jiān)控提供一種有效的科學(xué)預(yù)測方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

BSA124S型天平，德國Sartorius公司;THS-AOC-100AS型恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)，廣東慶聲科技有限公司;K1100F型自動(dòng)凱氏定氮儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司;CL-40M型高壓滅菌鍋，日本ALP有限公司;S220型pH計(jì)，瑞士Mettler Toledo有限公司;400SW型均質(zhì)器，法國Interscience有限公司;DK-80型恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司。

硼酸、鹽酸、95%乙醇，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;甲基紅指示劑，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;溴甲酚綠指示劑，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基，北京陸橋生物技術(shù)有限責(zé)任公司;氧化鎂、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉和氯化鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 溶液配制 硼酸溶液（20 g/L）：加水溶解20 g硼酸并定容至1 L。鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（0.1 mol/L）：加水稀釋10 mL鹽酸并定容到1 L。甲基紅乙醇溶液（1 g/L）：用95%乙醇溶解0.1 g甲基紅并定容至0.1 L。溴甲酚綠乙醇溶液（1 g/L）：用95%乙醇溶解0.1 g溴甲酚綠并定容至0.1 L。混合指示液：甲基紅乙醇溶液與溴甲酚綠乙醇溶液按照1∶5的體積比臨用時(shí)混合。平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基配制：將23.5 g平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基溶于1 L超純水中，煮沸溶解。分裝錐形瓶中，121 ℃高壓滅菌15 min。待溫度降至55 ℃時(shí)，將20 mL培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移至9 cm無菌培養(yǎng)皿中。氫氧化鈉溶液（1.0 mol/L）：用超純水溶解40.0 g氫氧化鈉并定容到1 L。磷酸鹽緩沖液（貯存液）：用0.5 L超純水溶解34.0 g磷酸二氫鉀，再加入1.0 mol/L氫氧化鈉溶液（約175 mL）至pH=7.2，用超純水定容至1 L后存于冰箱。磷酸鹽緩沖液（稀釋液）：用超純水將1.25 mL磷酸鹽貯存液定容至1 L，分裝于錐形瓶中，121 ℃高壓滅菌15 min。無菌生理鹽水：用超純水將8.5 g氯化鈉定容至1 L，然后121 ℃高壓滅菌15 min。

1.2.2 試樣制備和儲藏 從莊河大骨雞養(yǎng)殖場購買年齡、體重、個(gè)頭接近的大骨雞。取處理后雞胸肉于PE無菌袋中，立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。設(shè)置不同溫度（濕度均為50%RH）和避光條件下的恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)用于儲藏雞肉樣品。本研究選取4、10、20、30 ℃等4個(gè)溫度用于模擬大骨雞被宰殺后，以熱鮮雞存放時(shí)的環(huán)境溫度（尤其是夏季）。

1.2.3 指標(biāo)測定 在設(shè)定時(shí)間下，隨機(jī)取出各儲藏溫度下的3組樣品用于相應(yīng)指標(biāo)的檢測，包括：（1）感官得分：以O(shè)jagh等[22]提出的方法為基礎(chǔ)，修改后用于本研究中。具體過程如下：選取6位實(shí)驗(yàn)室人員，進(jìn)行培訓(xùn)后給雞肉品質(zhì)打分。品質(zhì)評價(jià)主要從雞肉顏色、氣味和肌肉情況（包括彈性和形態(tài)）考慮，每個(gè)評價(jià)參數(shù)得分范圍為1～5分，得分越高代表雞肉品質(zhì)越好，3個(gè)評價(jià)參數(shù)得分總和為最終得分，9分作為可接受度臨界值。（2）汁液流失率：濾紙吸收雞肉表面汁液前后的差值與濾紙吸收汁液前雞肉質(zhì)量的比值。（3）菌落總數(shù)的檢測：參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》中方法測定[23]。（4）揮發(fā)性鹽基氮的檢測：參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.228—2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》中第二法自動(dòng)凱氏定氮儀法測定[24]。

1.3 GSI預(yù)測模型

1.3.1 GSI計(jì)算 如式（1）所示，將描述雞肉品質(zhì)的幾個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個(gè)綜合指標(biāo)GSI[20]。

GSIj=1-∑αiVij（1）

式（1）中，j為儲藏時(shí)間;∑為i=1～n的相應(yīng)值的總和（n為用于雞肉品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)數(shù)量）;Vij為指標(biāo)i于第j天的變化率;αi為指標(biāo)i重要性的權(quán)重系數(shù)，∑αi=1。

式（1）中Vij可以通過式（2）計(jì)算獲得：

Vij=Cij-Ci0Li-Ci0（2）

式（2）中，Cij為指標(biāo)i于第j天的測定值;Ci0為指標(biāo)i第0天的初始值;Li為指標(biāo)i的保質(zhì)期終點(diǎn)臨界值。

1.3.2 GSI預(yù)測模型建立 通過零級和一級動(dòng)力學(xué)模型[如式（3）和式（4）所示]擬合后，獲得最優(yōu)反應(yīng)級別，計(jì)算得到大骨雞GSI的預(yù)測值。

[GSI]=[GSI]0-kθt（3）

[GSI]=[GSI]0exp（-kθt）（4）

式（3）、（4）中，[GSI]為t時(shí)刻綜合品質(zhì)計(jì)算值;[GSI]0為綜合品質(zhì)初始值;kθ為速率常數(shù);t為儲藏時(shí)間。

1.3.3 模型驗(yàn)證 采用式（5）計(jì)算不同儲藏溫度下GSI實(shí)測值與預(yù)測值的相對誤差，確定GSI模型可靠性[25]。

P（%）=Cei-CciCei×100（5）

式（5）中，Cei為指標(biāo)i的實(shí)測值;Cci為指標(biāo)i的模型計(jì)算值。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞肉品質(zhì)指標(biāo)變化

如表1所示，感官是雞肉品質(zhì)評價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)，但不是唯一主導(dǎo)參數(shù)。本研究所選取的感官、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮等4個(gè)參數(shù)很好地描述了雞肉品質(zhì)的變化情況。其中，只有感官得分隨著儲藏時(shí)間增加而逐漸降低，其余3個(gè)參數(shù)均呈現(xiàn)增長趨勢。另外，發(fā)現(xiàn)4個(gè)品質(zhì)參數(shù)變化率均隨溫度升高而加快。

2.2 GSI模型

2.2.1 雞肉各指標(biāo)臨界值和權(quán)重系數(shù)的確定 式（2）中的指標(biāo)臨界值Li可通過標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)和消費(fèi)者評價(jià)判定。本研究中，當(dāng)評價(jià)小組判定雞肉感官得分已劣變至9分時(shí)，此時(shí)雞肉已達(dá)到失效點(diǎn)。根據(jù)前人[21]的研究，確定雞肉汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮的保質(zhì)期終點(diǎn)臨界值分別為10%、61 gCFU/g和15 mg/100 g。作為產(chǎn)品品質(zhì)和可接受程度的關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)—感官評價(jià)[26]，受消費(fèi)者自身喜厭程度影響很大[27]，與其他評價(jià)指標(biāo)具有同等的重要性。因此，本研究設(shè)定雞肉品質(zhì)評價(jià)的4個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)αi均為0.25。

2.2.2 雞肉綜合品質(zhì)穩(wěn)定性指數(shù)GSI的變化 將雞肉感官評價(jià)、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮4個(gè)指標(biāo)的實(shí)測值（C1j、C2j、C3j、C4j）及其臨界閾值L1～L4 （分別為9、10、6、15）代入式（2），計(jì)算出各指標(biāo)變化率Vij，再將Vij和各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)α1～α4 （均為0.25）代入式（1），獲得不同溫度條件下雞肉GSI值隨時(shí)間變化曲線（圖1）。大骨雞在儲藏期間GSI值由1.0逐漸降低，下降速率隨著溫度升高而加快。由此可知，通過降低儲藏溫度可以延緩大骨雞雞肉品質(zhì)劣變。Achour等[20]指出，當(dāng)實(shí)驗(yàn)測定的參數(shù)數(shù)值超過該參數(shù)保質(zhì)期臨界值（即Cij>Li）時(shí)，對該數(shù)據(jù)的分析是沒有意義的。因此，本研究僅考慮當(dāng)實(shí)驗(yàn)測定的參數(shù)數(shù)值不超過該參數(shù)保質(zhì)期臨界值情況下，獲得GSI模型預(yù)測得到的保質(zhì)期。

2.2.3 GSI保質(zhì)期預(yù)測模型的建立 對不同溫度下大骨雞雞肉GSI值的下降進(jìn)行零級和一級動(dòng)力學(xué)擬合，發(fā)現(xiàn)零級和一級反應(yīng)均符合線性規(guī)律，擬合結(jié)果見表2。通過比較兩種模型的回歸系數(shù)R2和∑R2，發(fā)現(xiàn)零級動(dòng)力學(xué)模型要比一級動(dòng)力學(xué)模型更加準(zhǔn)確地反映大骨雞雞肉品質(zhì)變化。因此，本研究采用零級反應(yīng)速率常數(shù)建立大骨雞雞肉保質(zhì)期預(yù)測模型。如式（6）所示，阿倫尼烏斯方程能夠揭示雞肉品質(zhì)隨溫度變化的關(guān)系。

k=k0e-Ea/RT（6）

式（6）中，k為反應(yīng)速率常數(shù);k0為指前因子;Ea為反應(yīng)活化能（kJ/mol）;R為摩爾氣體常數(shù)，8.314 4 J/（mol·K）;T為熱力學(xué)溫度（K）。

將描述GSI變化的零級動(dòng)力學(xué)方程[式（3）]代入式（6），可推導(dǎo)出本研究中用于雞肉保質(zhì)期預(yù)測的GSI模型，如式（7）所示。

SL=[GSI]0-[GSI]k0exp（-Ea/RT） （7）

圖2高回歸系數(shù)（R2=0.993 6）說明阿倫尼烏斯方程能夠有效建立速率與溫度之間的關(guān)系模型。擬合直線斜率的絕對值3.069 8和e的9.308 1次冪分別代表Ea/R和k0，計(jì)算得到Ea和k0分別為25.52 kJ/mol和11 027，帶入式（7）獲得雞肉保質(zhì)期預(yù)測方程，如式（8）所示。初始時(shí)刻[GSI]0=1，當(dāng)雞肉品質(zhì)達(dá)到保質(zhì)期終點(diǎn)時(shí)，[GSI]=0，由此計(jì)算獲得4、10、20、30 ℃下雞肉的保質(zhì)期分別為5.9、4.7、3.2、2.3 d。

SL=[GSI]0-[GSI]11 027exp（-3 070/T）（8）

2.2.4 GSI保質(zhì)期預(yù)測模型的驗(yàn)證 如表3所示，計(jì)算得到4、10、20、30 ℃下GSI實(shí)測值與預(yù)測值的相對誤差，其絕對值均低于10%，說明本研究建立的基于GSI變化動(dòng)力學(xué)的大骨雞保質(zhì)期預(yù)測模型是可靠有效的[25-28]。經(jīng)本研究建立的保質(zhì)期預(yù)測模型計(jì)算，雞肉在4、10、20、30 ℃存放條件下的保質(zhì)期分別為5.9、4.7、3.2、2.3 d，通過實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)用保質(zhì)期分別為6、5、3.5、2.5 d，實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值相對誤差均小于10%，預(yù)測結(jié)果可靠。另外，本研究還設(shè)置1個(gè)對照組（40 ℃條件），該實(shí)驗(yàn)結(jié)果不參與預(yù)測模型構(gòu)建，僅用于驗(yàn)證模型在外推溫度下是否仍舊可靠。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在40 ℃存放條件下，實(shí)驗(yàn)測定大骨雞保質(zhì)期為1.5 d，與GSI模型預(yù)測值（約1.6 d）非常接近，相對誤差仍小于10%，再次證明本研究所建立的GSI模型的可靠性，并且說明該模型可適用于更寬溫度范圍。

3 討論

本研究通過考察大骨雞在感官得分、汁液流失率、菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮等評價(jià)指標(biāo)隨時(shí)間和溫度變化情況，將上述指標(biāo)整合為一個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)GSI，并基于該指標(biāo)建立了可以用于大骨雞雞肉保質(zhì)期預(yù)測的數(shù)學(xué)模型。相較于僅通過單一指標(biāo)推斷雞肉保質(zhì)期的方法，本研究建立的保質(zhì)期預(yù)測模型是通過將多個(gè)品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)整合為一個(gè)綜合指標(biāo)，這種方法既考慮了評價(jià)指標(biāo)的多樣性，避免了單一指標(biāo)預(yù)測保質(zhì)期的片面性，同時(shí)又把雞肉品質(zhì)變化看作一個(gè)整體變化，通過引入一個(gè)綜合指標(biāo)GSI，將各自獨(dú)立的評價(jià)指標(biāo)有效聯(lián)系起來，全面考慮雞肉品質(zhì)變化。大骨雞雞肉在4、10、20、30 ℃貯存條件下的保質(zhì)期實(shí)測值與通過本研究建立的預(yù)測模型計(jì)算值很好的吻合（相對誤差均小于10%），預(yù)測結(jié)果可靠。而且，通過模型外推到40 ℃貯存條件下雞肉的保質(zhì)期實(shí)驗(yàn)值與模型預(yù)測值的相對誤差仍小于10%，再次證明了模型的可靠性和在更寬溫度范圍的適用性。由于散戶宰殺的大骨雞有相當(dāng)一部分以熱鮮雞的形式存放，該類雞肉品質(zhì)受現(xiàn)場環(huán)境影響很大。其中，溫度變化是導(dǎo)致雞肉腐敗變質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵因素。針對熱鮮雞可能存放的現(xiàn)場環(huán)境溫度，本研究設(shè)定的4～30 ℃溫度范圍，基本可用于模擬莊河地區(qū)熱鮮雞存放溫度，而基于該溫度范圍建立的GSI模型也能夠更真實(shí)地反映出雞肉品質(zhì)受現(xiàn)場環(huán)境溫度的影響，增加了GSI模型的實(shí)用性。本研究建立的保質(zhì)期預(yù)測模型在4～30 ℃范圍內(nèi)能夠比較準(zhǔn)確地反映大骨雞雞肉的品質(zhì)劣變過程，揭示了溫度對雞肉品質(zhì)的影響，為大骨雞生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存過程的品質(zhì)評價(jià)及保質(zhì)期的確認(rèn)工作提供了一種新的預(yù)測方法。本研究模型預(yù)測結(jié)果顯示，大骨雞在4～30 ℃的保質(zhì)期僅為2.3～5.9 d，不利于雞肉保存，而冷藏條件（0～4 ℃）不僅可以提高大骨雞雞肉保質(zhì)期，還保留了雞肉中絕大部分營養(yǎng)物質(zhì)，以及鮮美嫰滑多汁的口感。因此，建議剛宰殺的大骨雞在處理后及時(shí)冷藏并盡快食用。◇

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Application of Global Stability Index Method in Shelf Life Prediction for Zhuanghe Dagu Chicken

XUE Wei-feng1，SHEN Bao-zhen1，TIAN Zhuo1，YU Xue2，LIU Dong-yan1

（1Technical Center of Dalian Customs，Dalian 116600，China;2China Inspection （Dalian）Test Technology Co. Ltd.，Dalian 116600，China）

Abstract：Objective A new shelf life predicting method based on Global Stability Index （GSI）theory was established for Zhuanghe Dagu Chicken.Method For the purpose of establishing GSI-based model，quality degradation trend of the chicken including sensory score，drip loss，total aerobic counts and volatile base nitrogen was monitored via accelerating testing at 4，10，20 and 30 ℃.Result The calculated results of GSI were satisfactorily described by a zero-order kinetic model. The activation energy and the corresponding pre-exponential constant of GSI were 25.52 kJ/mol and 11 027，respectively. Relative error absolute values between predicted and observed GSI values were all below 10%. The product shelf life at 4，10，20 and 30 ℃ was calculated to be 5.9，4.7，3.2 and 2.3 d，respectively.Conclusion The established model based on GSI could effectively predict the freshness of Zhuanghe Dagu Chicken at the range of 4 and 30 ℃ during different temperatures storage.

Keywords：Zhuanghe Dagu Chicken;shelf life;temperature;Global Stability Index