扇貝貯藏貨架期預測模型的建立與評價

吳雪麗，劉紅英,2,*，韓冬嬌

（1.河北農業大學食品科技學院，河北 保定 071000；2.河北農業大學海洋學院，河北 秦皇島 066000）

扇貝貯藏貨架期預測模型的建立與評價

吳雪麗1，劉紅英1,2,*，韓冬嬌1

（1.河北農業大學食品科技學院，河北 保定 071000；2.河北農業大學海洋學院，河北 秦皇島 066000）

以扇貝為研究對象，采用不同溫度283、278、273、271.8 K（10、5、0、-1.2 ℃） 的貯藏環境對扇貝進行保鮮處理，探討其在保鮮過程中揮發性鹽基氮（volatile basic nitrogen，TVB-N）含量、菌落總數、鮮度指標K值與感官指標的相關性，建立TVB-N 含量、菌落總數以及貯藏溫度和時間的動力學模型和扇貝保鮮貨架期的預測模型。結果表明：一級化學反應動力學模型和Arrhenius方程對TVB-N含量、菌落總數、K值的變化具有較高的模擬精度（R2＞0.9）。可根據對扇貝在不同溫度條件下貯藏的TVB-N含量、菌落總數、K值變化規律的研究對扇貝剩余貨架期進行預測，經驗證扇貝的貨架期預測模型的相對誤差在10%以內。

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，是我國重要的經濟品種之一[1-2]，2011年海水貝類總產量為1 154萬t，占海水養殖總產量的74.4%，隨著貝類養殖業的不斷發展，貝類的低脂肪、高蛋白、高氨基酸含量等特點更是合理膳食結構中不可或缺的要素，深受廣大消費者的青睞[3-4]。目前對貝類的研究主要集中在貝類產品的加工和養殖等方面，貝類的保鮮[5-6]已有研究，但對扇貝進行保鮮研究的相當少。

食品的貨架壽命是指從感官和食用安全角度分析，食品品質保持在消費者可接受程度的貯藏時間。而食品品質改變一般指生產于貯藏過程中化學、物理和微生物的變化，因此，以化學、微生物的反應動力學模型可以較好地反映食品品質的變化[7-9]。由于扇貝的水分和蛋白質含量較高，在貯藏過程中因TVB-N含量、細菌總數、K值引起的品質變化較大，影響了其耐貯性與貨架期。當前國內外市場對水產類食品鮮度的要求不斷提高，快速評估水產品的鮮度及準確預測剩余貨架期顯得十分重要。因此，準確預測扇貝在貯藏過程中的品質變化和貨架期對于扇貝保鮮的質量安全具有重要的實際意義。

目前，應用Arrhenius法[10]預測食品貨架壽命的研究已有大量報道，已有的研究對象包括南美白對蝦[11]、即食花蛤[12]和羅非魚片[13]等食品，但對于扇貝在貯藏過程中品質變化的動力學模型及貨架期預測方面的研究卻未見報道。本實驗通過對扇貝貯藏在283、278、273、271.8 K（10、5、0、-1.2℃）條件下，TVB-N含量、菌落總數、K值變化規律的研究，結合與感官評定相關性分析，確定TVB-N含量、菌落總數、K值作為扇貝品質變化的關鍵因子，然后建立TVB-N含量、菌落總數、K值指標隨著貯藏溫度和時間變化的動力學模型，以預測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量安全提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

海灣扇貝，鮮活，個體飽滿，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，每天定時測定每組樣品的各項指標，每組樣品平行測定3 次。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 感官品質的測定

目前沒有扇貝的感官評定國家標準，故本研究參照GB 2733—2005《鮮、凍動物性水產品衛生標準》[14]制定的扇貝感官評分方案見表1。由6 人組成感官評定小組，對各個處理組的組織形態、體表色澤、彈性和氣味4 方面進行綜合評分，總分值在20 分（極新鮮）和4 分（完全腐敗）之間，12 分以下表明樣品已不可食用。

表1 扇貝肉感官描述檢驗評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of scallop

1.2.2.2 菌落總數的測定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》方法[15]測定。

1.2.2.3 揮發性鹽基氮（volatile basic nitrogen，TVB-N）含量的測定

按照GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛生標準的分析方法》方法中的微量擴散法[16]測定

1.2.2.4 K值的測定

取勻漿后的扇貝肉組織1.0 g加入2 mL預冷過的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。色譜柱：C18（4.60 mm×250 mm，5 μm Catalog No：U35D5.S/N：9A7U73）。流動相：pH 6.8的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液；檢測波長：254 nm；流速：1.0 mL/min；進樣量：10 μL。計算如式（1）所示：

1.3 數據處理

采用Excel進行繪圖，利用SPSS 17.0軟件進行實驗數據分析，利用t-檢驗進行組間分析，當P＜0.01時為差異極顯著，0.01＜P＜0.05時為顯著性差異，P＞0.05時差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 貯藏過程中扇貝品質的變化

2.1.1 感官品質的變化

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

感官評價是對食品品質變化的一個綜合性評價。扇貝在貯藏期間由于各種物理、化學和微生物作用的影響，品質會逐漸發生劣變，達到消費者感官拒絕的程度，據此，可以根據扇貝的感官評價來確定其感官貨架壽命的終點。由圖1可知，0 d時，新鮮扇貝的感官評價為18.67 分，隨著貯藏時間的延長，各個溫度條件下貯藏的扇貝感官品質呈下降趨勢。

按實驗的扇貝感官質量評分標準中12 分為消費者可以接受的界限，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，扇貝的感官評價總分下降速度比283 K和278 K貯藏條件下的變化相對緩慢，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含量隨貯藏時間的延長而逐漸增加，貯藏溫度越高其增長速度越快。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蛋白質的降解和腐敗作用。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菌的生長，減弱蛋白質的分解，降低TVB-N含量的增長幅度。

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 菌落總數的變化

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

菌落總數測定是用來判定食品被細菌污染的程度及衛生質量，它反映食品在生產過程中是否符合衛生要求，以便對被檢樣品做出適當的衛生學評價。從圖3可見，貯藏初期樣品的菌落總數都有所下降，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后超過了國家二級鮮度標準，而貯藏在271.8 K條件下的扇貝在第11天超過二級鮮度標準。可見，低溫能有效地抑制微生物的生長繁殖，延緩扇貝的腐敗變質。

2.1.4 K值的變化

K值作為一種評價水產品鮮度的指標，其值越小表示鮮度越好，反之則鮮度越差。許多學者對 K值與鮮度的關系進行過研究[17-18]，認為利用K值評價大多數水產品貯藏早期的鮮度是比較適宜的。一般認為即殺水產品的K值在10%以下，新鮮K值大約在20%以下，20%～40%為二級鮮度，60%～80%為初期腐敗[19]。如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，不同貯藏溫度的扇貝的K值均呈上升趨勢。283 K和278 K條件下貯藏的扇貝在貯藏到第3、5天后的K值已經超過二級鮮度，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后才達到40%的二級鮮度界限。相同貯藏溫度條件下扇貝的K值變化規律與TVB-N含量、菌落總數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 扇貝貯藏貨架期預測模型的建立

2.2.1 扇貝貯藏期間理化指標與感官品質的相關性分析

從表2可見，在4 個不同貯藏溫度條件下TVB-N含量、菌落總數、K值與感官評定結果之間具有極顯著的相關性，其Pearson相關系數均大于0.9，所以選擇TVB-N含量、菌落總數、K值作為扇貝品質變化和貨架期預測模型的關鍵指示因子。扇貝貯藏期間的理化指標和感官評分之間有很好的相關性，并且貯藏溫度越低，Pearson相關系數越高。

2.2.2 扇貝貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數、K值的動力學模型

通過研究食品品質損失動力學來預測食品的貨架期一直受到很多學者的關注。在食品加工和貯藏過程中，大多數與食品質量有關的品質變化都遵循零級或一級反應的動力學規律[20]。

其中一級反應動力學模型[21]應用廣泛，反應速度常數與溫度的關系用Arrhenius方程來描述。零級或一級反應動力學方程分別為：

式中：t為食品的貯藏時間/d；A0為食品的初始品質指標值；A為食品貯藏第t天時的品質指標值；kn為n（n=0、1）級反應速率常數。

對不同貯藏條件下扇貝的TVB-N含量、菌落總數、K值變化進行動力學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、值隨時間變化的回歸方程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函數中的反應速度常數采用Arrhenius一級反應關系，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為絕對溫度/K；R為氣體常數，8.3144J/（mol·K）。

對方程（4）取對數可得公式（5）：

圖5 TVB-N含量、菌落總數、值Arrhenius 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速率常數后，由lnk對 1/T作圖得線性方程，見圖5，由直線斜率求得E；

a截距lnk0求得k0。計算求得TVB-N含量、菌落總數、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；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帶入動力學方程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、K值變化的動力學方程，再結合Arrhenius公式計算得貨架期預測模型，如表4所示。

表4 TVB-N含量、菌落總數、值隨時間變化的動力學方程和貨架期預測模型Table 4 Kinetics equations and shelf life prediction models of TVB-N, total number of colonies and value

2.3 貨架期預測模型的驗證和評價

表5 扇貝貨架壽命的預測值和實測值Table 5 Predicted and measured shelf-lives of scallops

將國標規定鮮度指標的限定值作為判定標準，可以計算出由預測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，用貨架期實測值驗證貨架期預測模型。根據GB 2733—2005并結合感官評分與TVB-N、菌落總數、K值之間的比較，將TVB-N含量15 mg/100 g、菌落總數6.0（lg（CFU/g））、K值40%作為扇貝貨架期的終點。扇貝的貨架期預測值與實測值之間的比較見表5。由表5可知，應用本研究建立的扇貝貨架期預測模型所得到的預測值與實測值之間的相對誤差在10%以內，顯示建立的模型可以快速可靠地預測不同溫度貯藏條件下扇貝的品質和剩余貨架期。

3 結 論

通過測定在不同貯藏溫度條件下的扇貝的鮮度指標和感官指標發現貯藏溫度對扇貝的品質和貨架期有顯著的影響（Pearson相關系數均大于0.9），因此，可以選擇TVB-N含量、菌落總數、K值作為扇貝品質變化和貨架期預測模型的關鍵指示因子。在不同溫度條件下貯藏的扇貝的TVB-N含量、菌落總數、K值含量隨著貯藏時間的延長的變化規律與感官評價基本一致，且都符合一級動力學模型。 貯藏溫度越高，其變化速率越大，反應速率常數用Arrhenius方程描述，Arrhenius方程和一級化學反應動力學方程相關系數均大于0.9，具有較高的擬合精度。其反應的活化能分別為63.75、42.84、42.41 kJ/mol。

本研究得到TVB-N含量、菌落總數、K值的動力學模型進而求得了扇貝的貨架期預測模型，經驗證，貨架期的預測值與實測值之間的相對誤差在10%以內。因此可根據扇貝在不同溫度條件下貯藏的TVB-N含量、菌落總數、K值變化規律的研究對扇貝剩余貨架期進行預測，為扇貝貯藏貨架期和質量安全的研究提供了理論依據。

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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

國家海洋局海洋公益性行業科研專項（201205031）

吳雪麗（1987—），女，碩士研究生，研究方向為農副產品資源轉化及開發。E-mail：sherry428@sina.cn

*通信作者：劉紅英（1962—），女，教授，博士，研究方向為食品安全。E-mail：liu066000@sina.cn