基于三甲胺/氧化三甲胺物質的量比值動力學模型預測帶魚粉的貨架期

唐 森，吳國勇,*，趙海燕，張義浩，方毅林

（1.廣西科技師范學院食品與生化工程學院，廣西 來賓 546119；2.廣西科技師范學院 功能性食品配料工程技術研究中心，廣西 來賓 546119）

帶魚（Trichiurus lepturus），硬骨魚綱、鱸形目、帶魚科，與大黃魚、小黃魚及烏賊并稱為中國的四大海產[1-3]。帶魚性溫、味甘，具有暖胃、補氣、養血、健美以及強心補腎、舒筋活血、消炎化痰、清腦止瀉、消除疲勞、提精養神之功效[4-6]。食用魚粉的制備方法很多，如酶法水解、濕壓法、干壓法、酒精萃取脫脂等，其中以酶解制備法為佳[7-10]。

食品的品質與質量優劣的改變一般是指食品貯藏中化學的、物理的和微生物的變化，這些變化影響食品的貨架期[11-13]。盡管食品變質反應較為復雜，但通過對食品劣變機制的深入研究還是能找到確定食品貨架壽命的方法[14-15]。為此，準確預測帶魚魚粉貯藏過程中的品質變化和貨架壽命對于確保該產品的質量安全具有重要的實際意義。由于帶魚魚粉中含有氧化三甲胺（trimethylamine oxide，TMAO），且TMAO在貯藏期間容易受到空氣、溫度等因素的影響發生分解，生成三甲胺（trimethylamine，TMA），降低魚粉的營養價值[16-17]。因此可以利用TMA/TMAO物質的量比值對帶魚魚粉進行新鮮程度優劣的評價，且目前應用TMA/TMAO物質的量比值評價水產品新鮮程度已有報道[18-19]。而上述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變化的經典公式[20-22]。故此，以TMA/TMAO物質的量為評價帶魚魚粉新鮮度的技術指標，利用動力學模擬可以在較短時間內預測帶魚魚粉的貨架期，為帶魚魚粉的安全貯藏提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

酶解法制得的帶魚粉（水分含量7.12%、蛋白質78.04%、總灰分6.37%、粗脂肪7.78%） 廣東興億海洋生物工程股份有限公司。

1.2 儀器與設備

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低速離心機 北京醫用離心機廠；PHS-25CW微機型pH/mV計 上海般特儀器有限公司；Agilent Cary 60紫外-可見分光光度計 安捷倫科技（中國）有限公司；SPX-250B-Z生化培養箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；LRH-250A生化培養箱廣東省醫療器械廠；ZFD-A5040A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電子天平常熟市雙杰測試儀器廠；改良式微量凱氏定氮蒸餾器天長市旭立玻璃儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗設計

將帶魚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 ℃條件下貯藏。分別于貯藏2、3、7 d對樣品進行檢測。

1.3.2 感官性狀評定

由7 名感官評定人員進行感官評價，分別從外觀觀察魚粉的形狀、結構、色澤、質地、氣味和顆粒度等特征，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，觀察樣品溶解情況[23]。

1.3.3 TMA/TMAO物質的量比值的測定

應用苦味酸比色法對食用魚粉中的TMA和TMAO進行同時測定，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還原得到的TMA，樣品中的TMAO含量由TMA總量與樣品中原有的TMA的量的差值換算得出。因此，此方法在測定樣品中TMAO含量的同時也將TMA含量同時測出。具體方法參照李豐[24]的方法。

1.3.4 TMA/TMAO物質的量比值貨架期動力學的建立

通常認為，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[25-27]。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[28-31]，如公式（1）所示。

式中：A為貯藏t d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/d；k為一級反應速率常數。

將公式（1）等號兩邊取對數，可得公式（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：

式中：ka為溫度T時的反應速率常數；ka0為指前因子（單位與k相同）；Ea為反應的活化能/（kJ/mol）；T為貯藏溫度/K；R為氣體常數（8.314 J/（mol·K））。

對等式（3）兩邊同時取對數可得：

由等式（4）可知，lnka與呈線性關系，根據ln ka對所做的Arrhenius曲線圖，可求出ka0與Ea。將公式（3）代入公式（2）中，可以得出貨架期的預測模型：

式中：SL為食品的貨架期。

2 結果與分析

2.1 帶魚粉貯藏期間的感官性狀變化

圖1 不同貯藏溫度條件下帶魚粉感官評分的變化Fig. 1 Changes in sensory quality of hairtail fishmeal at different storage temperatures

由圖1可知，隨著貯藏時間的延長，帶魚粉感官評分逐漸下降，且貯藏溫度越高，感官評分下降越明顯。5 ℃貯藏時，樣品在第42天左右達到感官拒絕；20 ℃貯藏時，樣品在第24天達到感官拒絕；而樣品在37 ℃貯藏時，在第12天左右，樣品出現結塊、有較大魚腥味、沖調性明顯下降等現象。

2.2 帶魚粉貯藏期間的TMA含量變化

圖2 不同貯藏溫度條件下帶魚粉的TMA含量變化Fig. 2 Changes in TMA content in hairtail fishmeal at different storage temperature

由圖2可知，在3 種不同貯藏溫度條件下，帶魚粉中的TMA含量隨著貯藏時間的延長總體均呈持續積累狀態。在20 ℃和37 ℃條件下，TMAO容易被腐敗微生物分解，產生TMA，使得TMA含量在樣品中積累；5 ℃貯藏條件下，樣品中的TMA含量沒有在貨架期后急劇增加，這可能是由于不同批次樣品所攜帶的腐敗菌有差別和貯藏條件不同；在5、20、37 ℃貯藏溫度條件下，樣品達到感官拒絕時的TMA含量分別達0.309 7、0.403 4、0.237 5 mg/g。

2.3 帶魚粉貯藏期間的TMAO含量變化

圖3 不同貯藏溫度條件下帶魚粉的TMAO含量變化Fig. 3 Changes in TMAO content in hairtail fishmeal at different storage temperatures

由圖3可知，隨著貯藏時間的延長，帶魚粉中的TMAO含量總體呈下降趨勢，這一變化趨勢與大菱鲆[32]、鱸魚[33]冷藏過程中TMAO含量的變化趨勢類似，這可能是由于樣品中存在著一條TMAO合成路徑。在5、20、37 ℃貯藏溫度條件下，樣品達到感官拒絕時的TMAO含量分別下降至0.967 9、0.760 8、0.734 8 mg/g。同樣地，可以利用TMAO穩定變化的趨勢，對帶魚粉進行腐敗程度的評價。

2.4 帶魚粉貯藏期間的TMA/TMAO物質的量比值變化

圖4 不同貯藏溫度條件下帶魚粉TMA/TMAO物質的量比值的變化Fig. 4 Changes in TMA/TMAO molar ratio in hairtail fishmeal at different storage temperatures

由圖4可知，在3 個貯藏溫度下，帶魚粉貯藏初期TMA/TMAO物質的量比值均呈緩慢上升趨勢，且分別在0.406 4、0.403 4、0.410 4處出現拐點，由感官評定可知此時到達貨架期。由此可知，樣品中TMA/TMAO物質的量比值分別在達到感官拒絕時出現拐點，且TMA/TMAO物質的量比值在貨架期所測得的數值均大于0.406 4。由此可以看出，不同溫度貯藏時，當帶魚粉中TMA/TMAO物質的量比值小于0.406 4時為安全食用范圍，并且在此范圍內，數值越小，帶魚粉的新鮮程度越高。整個貯藏過程中，隨著貯藏時間的延長，TMA/TMAO物質的量比值的變化呈逐漸增大趨勢，且貯藏溫度越高，變化速率越大。

對貯藏過程中帶魚魚粉TMA/TMAO物質的量比值變化用指數方程進行回歸分析，得到回歸方程如表1所示。

表 1 不同貯藏溫度條件下帶魚粉TMA/TMAO物質的量比值隨時間變化的回歸方程Table 1 Regression equations describing TMA/TMAO molar ratio in hairtail fishmeal as a function of storage time at different temperatures

2.5 貯藏過程中TMA/TMAO物質的量比值的動力學模型

根據食品中TMAO分解轉化為TMA遵循一級化學反應動力學模型的理論，對帶魚粉貯藏過程中TMA/TMAO物質的量比值的變化規律進行描述，帶魚粉TMA/TMAO物質的量比值動力學模型參數如表2所示。

表 2 不同貯藏溫度條件下帶魚粉TMA/TMAO物質的量比值變化動力學模型參數Table 2 Kinetic mode parameters for TMA/TMAO molar ratio changes in hairtail fishmeal at different storage temperatures

圖5 帶魚粉TMA/TMAO物質的量比值變化的Arrhenius曲線Fig. 5 Arrhenius curve of TMA/TMAO molar ratio in hairtail fishmeal

帶魚粉的TMA/TMAO物質的量比值變化的速率常數ka是溫度的函數，利用Arrhenius方程求出ka。由圖5可知，lnka對1/T所做的Arrhenius曲線具有良好的線性關系（R2=0.999 6），由此曲線斜率計算所得活化能（Ea）為3.77 kJ/mol，計算所得的指前因子ka0=10.11。

根據公式（5）可以得到帶魚粉的TMA/TMAO物質的量比值的貨架期預測模型，利用已建立的貨架期模型可以求出不同貯藏溫度條件下帶魚粉的貨架期以及貯藏過程中任意時刻的新鮮程度。TMA/TMAO物質的量比值的貨架期預測模型為

3 討 論

根據感官評價結果得到的37、20、5 ℃貯藏條件下帶魚粉的貨架期分別為12、24、42 d。帶魚粉中的TMA和TMAO受到貯藏條件和樣品差異性的影響，因此不同貯藏條件下貨架期終點時TMA和TMAO的含量有較大差異。故單一運用這2 個指標的評定結果會出現較大誤差，不能真實反映出帶魚粉的新鮮程度。

不同貯藏溫度條件下帶魚粉中的TMA/TMAO物質的量比值隨著貯藏時間的延長不斷增大，且隨著溫度的升高變化幅度增大，符合一級化學反應動力學模型。TMA/TMAO物質的量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物質的量比值變化反應的活化能Ea為3.77 kJ/mol，指前因子ka0為10.11。帶魚粉的TMA/TMAO物質的量比值的貨架期預測模型為