基于三甲胺/氧化三甲胺摩爾比值動力學模型預測柴魚粉的貨架期

唐森 ，謝濟運，覃逸明，藍群，趙海燕，張義浩，王小淑

(廣西科技師范學院 食品與生化工程學院，廣西 來賓　546119)

水產品及其制品的新鮮度的檢測與評定是人們最關心又最不放心的，故此人們盡可能地購買食用鮮活的水產品和生產日期較近的魚制品[3]。水產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、運輸、溫度、魚的種類等[4]。如何快速而又準確地評定水產品的新鮮度是目前水產品貯藏保鮮領域的研究熱點。柴魚粉中含有TMAO，TMAO是魚產品中的鮮味成分且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摩爾比值對柴魚粉進行新鮮程度優劣的評價，且目前應用TMA/TMAO摩爾比值評價水產品新鮮程度已有報道[6-8]。而此分解過程是一種化學反應，其反應規律符合化學動力學規律，Arrhenius 公式是預測食品新鮮程度隨溫度發生變化的經典公式[9，10]。利用動力學模擬可以在較短時間內預測柴魚粉的貨架期，為柴魚粉的安全貯藏提供基礎依據。

1　材料與方法

1.1　材料

酶解法制得柴魚粉：購于廣東興億海洋生物工程股份有限公司。

1.1.1食用魚粉的營養成分

水分10.37%，蛋白質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型低速離心機北京醫用離心機廠；PHS-25CW微機型pH/mV、Agilent Cary 60型紫外可見分光光度計安捷倫科技(中國)有限公司；SPX-250B-Z型生化培養箱上海博迅實業有限公司醫療設備廠；LRH-250A型生化培養箱廣東省醫療器械廠；ZFD-A5040A型全自動新型鼓風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試儀器廠；半微量凱氏定氮蒸餾器；冰箱。

1.2　實驗設計

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。選取合理的時間段對樣品的感官性狀，TMAO，TMA進行檢測。

1.3　測定方法

1.3.1感官性狀的評定

由7名感官評定人員進行感官評價試驗，分別從外觀觀察魚粉成分的形狀、結構、色澤、質地、氣味、顆粒度等特征而進行感官評定，來評價魚粉新鮮度。其中沖調性的評定方法如下：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摩爾比值的測定

應用苦味酸比色法對柴魚粉中的TMA和TMAO同時測定，此方法主要依靠TiCl3將樣品中的TMAO全部還原成TMA，此時，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，此方法在測定樣品TMAO的同時也將TMA含量同時測出。具體方法參照李豐[12]所用方法并稍做修改。

面向5G的MEC系統關鍵技術 …………………………………………………………宋曉詩，閆巖，王夢源 24-1-21

1.3.3TMA/TMAO摩爾比值貨架期動力學的建立

通常研究人員認為，食品的新鮮程度或品質、質量可以用某一指標的損失或增加進行判定，當該指標的變化由微生物的繁殖或化學反應所引起時，該指標表示的動力學模型數據大多遵循零級或一級模式[13]。水產品及其制品在貯藏中的反應動力學通常遵循一級模式[14]。

A=A0exp(kt)。

(1)

式中：A為貯藏t天后某理化指標的值；A0為某理化指標的初始值；t為貯藏時間，天；k為一級反應速度常數。

將(1)式等號兩邊取對數，可得：

lnA=kT+lnA0。

(2)

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

(3)

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

對等式(3)兩邊同時取對數可得：

(4)

(5)

式(5)中：SL為食品的貨架期(shelf life)。

2　結果與分析

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，隨著貯藏時間延長，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天達到感官拒絕。影響感官評價的因素主要是適口性、氣味、沖調性等；而樣品在37 ℃貯藏時，在第14天左右，樣品出現結塊、有較大魚腥味、沖調性明顯下降等特點。

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，隨著貯藏時間延長，柴魚粉中TMA含量總體均呈現積累態勢，且在貯藏初期TMA的含量呈緩慢上升狀態，但是在貯藏后期TMA的變化趨勢明顯增強，這是因為TMA主要由TMAO經細菌的作用分解而來。在貯藏后期樣品中微生物、細菌的總數很高，從而導致TMA含量的急劇增加，且增加速率與溫度呈現正比關系。貯藏溫度在5，20，37 ℃，樣品達到感官拒絕時，樣品中TMA的含量分別達到了0.4288，0.597，0.5466 mg/g。 同溫度條件貯藏時達到貨架期時TMA含量均不同。這是因為受到樣品的制備方式、批次、貯藏條件等影響。故此，可利用樣品中TMA含量在貯藏期間穩定上升的趨勢，對食用魚粉進行腐敗程度的判斷。

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，隨著貯藏時間的延長，TMAO大體呈下降趨勢，但是在20，37 ℃條件下的樣品分別在28天和6 天，TMAO又開始逐漸累積，貯藏后期又回復到下降趨勢，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 ℃，樣品達到感官拒絕時，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穩定變化的趨勢，對柴魚粉進行腐敗程度的評價。

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，而分別在0.412，0.5471與0.6199處TMA/TMAO摩爾比值出現拐點，由感官評定可知此時達到貨架期。由此可知，樣品中TMA/TMAO摩爾比值分別在達到感官拒絕時出現拐點，且TMA/TMAO摩爾比值在貨架期所測得的數值均大于0.412。由此可知，可以利用TMA/TMAO摩爾比值這一穩定的變化趨勢對柴魚粉進行新鮮程度的評價，且不同溫度貯藏時，當柴魚粉中TMA/TMAO摩爾比值小于0.412時為安全食用范圍，并在此范圍內數值越小，柴魚粉新鮮程度越高。對貯藏過程中柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值變化用指數方程進行回歸分析，得到回歸方程，見表1。

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

2.5　貯藏過程中TMA/TMAO摩爾比值的動力學模型

根據魚肉中TMAO分解轉化為TMA遵循一級化學反應動力學模型的理論[15]，對柴魚粉在貯藏過程中TMA/TMAO摩爾比值的變化規律進行描述, 柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值動力學模型參數見表2，一級化學反應動力學模型為公式(1)。

表2　貯藏柴魚粉TMA/TMAO摩爾比值變化動力學摸型參數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ka是溫度的函數，利用Arrhenius方程，lnka對1/T所做的Arrhenius曲線具有良好的線性關系(R2=0.9993)，見圖5。由此曲線斜率計算所得活化能(Ea)為2.5 kJ/mol，計算所得的指前因子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

根據式(5)可得到柴魚粉的TMA/TMAO摩爾比值的貨架期預測模型，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程中任意時刻的新鮮程度。TMA/TMAO摩爾比值的貨架期預測模型：

3　結論與討論

根據感官評價的結果得到的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TMA和TMAO的含量產生較大差異。故此單一的運用這2個指標評定結果會出現較大的誤差，從而不能真實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摩爾比值隨著儲藏時間的延長不斷增大，且隨著溫度的升高，TMA/TMAO摩爾比值變化幅度增大，符合一級化學反應動力學模型。且TMA/TMAO摩爾比值的變化對一級化學反應動力學以及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測模型：

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