采用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)河蟹調(diào)味汁貨架期

劉松昆，吳浩然，葉 韜，姜紹通，林 琳，陸劍鋒

（合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)產(chǎn)品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009）

河蟹又稱中華絨螯蟹（），是我國(guó)特有的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品。根據(jù)《2021中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2020年河蟹總產(chǎn)量為77.59 萬t，是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖蟹類，在市場(chǎng)上很受歡迎。同時(shí)，河蟹也是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高的水產(chǎn)品，因?yàn)楹有分谐缓鞍踪|(zhì)、必需氨基酸和不飽和脂肪酸外，還含有游離氨基酸和維生素等各種對(duì)人體有益的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且還有絕佳的口感和風(fēng)味，因此一直備受人們的青睞。河蟹是季節(jié)性非常強(qiáng)的水產(chǎn)品，在淡季很難供應(yīng)，所以開發(fā)出具有河蟹風(fēng)味的產(chǎn)品很有必要。目前市場(chǎng)上主要出現(xiàn)的是以蟹鉗、蟹肉等為原料的加工產(chǎn)品，能在一定程度上滿足人們對(duì)蟹類產(chǎn)品的需求。但河蟹在加工處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的邊角料，如碎蟹黃、碎屑肉、碎骨、腹膜等副產(chǎn)物，所以可以將河蟹邊角料進(jìn)行綜合利用，調(diào)制成風(fēng)味獨(dú)特的調(diào)味汁等增值產(chǎn)品，不但能夠豐富蟹類產(chǎn)品，還能大大提高河蟹的經(jīng)濟(jì)附加值。

貨架期是指在食品標(biāo)簽上推薦的、在符合國(guó)家法律規(guī)定的條件下能夠保持食品品質(zhì)及可安全食用的最長(zhǎng)時(shí)間。在此期間，食品的各項(xiàng)指標(biāo)必須符合國(guó)家要求。對(duì)貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)所采用的方法通常是以感官評(píng)價(jià)為主，理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)為輔的評(píng)價(jià)方法，一般是借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合函數(shù)曲線，通過曲線建立貨架期預(yù)測(cè)方程模型（一級(jí)反應(yīng)模型、二級(jí)反應(yīng)模型、阿倫尼烏斯方程等）來對(duì)貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)。樊沁昕等對(duì)自熱咖喱雞塊建立一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和阿倫尼烏斯方程，以總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量作為判斷因子，并對(duì)自熱咖喱雞塊的貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，利用此模型計(jì)算得到的貨架期預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相符，誤差較小，驗(yàn)證了模型的有效性和準(zhǔn)確性。施伽等根據(jù)刺梨果汁中的功能性成分，利用動(dòng)力學(xué)模型和阿倫尼烏斯方程建立貨架期預(yù)測(cè)模型，果汁中VC含量預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的相對(duì)誤差低于10%，認(rèn)為阿倫尼烏斯方程可以用于刺梨果汁飲料的貨架期預(yù)測(cè)。陳月圓等利用阿倫尼烏斯模型和Belehradck模型對(duì)鮮切獼猴桃片進(jìn)行貨架期預(yù)測(cè)，分別檢測(cè)獼猴桃的脆性、色差及菌落總數(shù)。徐貞等對(duì)香辣蟹建立阿倫尼烏斯方程，并對(duì)常溫環(huán)境中真空軟包裝的香辣蟹進(jìn)行貨架期預(yù)測(cè)，認(rèn)為阿倫尼烏斯方程可以用于預(yù)測(cè)真空軟包裝香辣蟹的貨架期。因此利用食品的某些理化指標(biāo)和貯藏條件之間的相關(guān)性，結(jié)合阿倫尼烏斯方程等數(shù)學(xué)手段預(yù)測(cè)食品的貨架期有很好的可行性。

加速實(shí)驗(yàn)是指在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)能夠比在正常條件下獲得更多信息的方法，可以較好地在預(yù)設(shè)溫度下對(duì)產(chǎn)品貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)，是常用并且有效的實(shí)驗(yàn)方法，能夠更快速、低成本預(yù)測(cè)產(chǎn)品的貨架期。鑒于此，為對(duì)河蟹調(diào)味汁的貨架期進(jìn)行迅速和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，本研究對(duì)河蟹調(diào)味汁進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)，分別在3 個(gè)超正常水平下（37、45、55 ℃）貯藏調(diào)味汁，使其加速腐敗，記錄實(shí)驗(yàn)過程中TVB-N含量、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的變化，分析各指標(biāo)對(duì)河蟹調(diào)味汁貨架期的影響，并建立以TVB-N含量為指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)模型，可為水產(chǎn)調(diào)味品的生產(chǎn)和貯藏提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

河蟹分割加工邊角料 安徽省明光市永言水產(chǎn)食品有限公司。

味精、料酒、白糖、鹽，呈味核苷酸二鈉（I+G）、淀粉、卡拉膠、焦糖色 合肥翡翠湖大潤(rùn)發(fā)超市；堿性蛋白酶、木糖、氫氧化鈉、鹽酸、甲醛、硼酸、濃硫酸（均為分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑（北京）有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

RZ-5286A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；T18高速分散器 德國(guó)IKA公司；HZ-2兩孔數(shù)顯水浴鍋 江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠；DHG-9123J精密恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；純水儀 力康生物醫(yī)療科技控股集團(tuán)；CT15RT臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 上海天美生化儀器設(shè)備工程有限公司；K9840自動(dòng)凱氏定氮儀 煙臺(tái)海能儀表科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 河蟹調(diào)味汁制備工藝流程

將河蟹加工邊角料清洗干凈，調(diào)味汁的制備過程參考朱亞軍等的方法，相關(guān)工藝如圖1所示。

圖 1 河蟹調(diào)味汁制作工藝Fig. 1 Flow chart of the production process of river crab sauce

1.3.2 貨架期預(yù)測(cè)

在不添加任何防腐劑的情況下，預(yù)測(cè)樣品在常溫條件下能夠貯藏的最短時(shí)間。按照上述過程對(duì)樣品進(jìn)行巴氏滅菌（90 ℃、30 min），調(diào)味汁經(jīng)過殺菌、冷卻后等分成3 組，分別在37、45、55 ℃ 3 個(gè)溫度條件下貯藏，其中37 ℃組貯藏105 d，45、55 ℃組貯藏49 d。檢測(cè)并分析比較調(diào)味汁菌落總數(shù)、TVB-N含量和感官評(píng)分在貯藏過程中的變化，其中37 ℃組15 d檢測(cè)1 次，45、55 ℃組7 d檢測(cè)1 次。

1.3.2.1 菌落總數(shù)的測(cè)定

菌落總數(shù)可以反映調(diào)味汁貯藏過程中微生物的生長(zhǎng)情況，平板計(jì)數(shù)法是測(cè)定菌落總數(shù)的常用方法之一。參考吳浩然等的方法，精確稱量1 g樣品加入到含有9 mL無菌鹽水溶液（0.9 g/100 mL）的無菌試管中。隨后，利用無菌鹽水溶液逐步稀釋每組樣品，并用平板計(jì)數(shù)瓊脂（PCA）計(jì)數(shù)菌落總數(shù)。將稀釋后樣品溶液約1 mL注入到瓊脂平板上，鋪平后倒置培養(yǎng)。最后計(jì)算菌落總數(shù)，單位為CFU/g。

1.3.2.2 TVB-N含量的測(cè)定

凱氏定氮法是檢測(cè)TVB-N含量的常用方法。TVB-N含量的測(cè)定參考GB 2005.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》。

1.3.2.3 感官評(píng)價(jià)

調(diào)味汁的食用品質(zhì)直接影響消費(fèi)者的滿意度，是決定河蟹調(diào)味汁價(jià)值的重要因素。感官評(píng)價(jià)是食品品質(zhì)分析中的重要手段，能夠直觀反映出調(diào)味汁的食用品質(zhì)。參考綦艷梅的評(píng)定方法進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，分別針對(duì)河蟹調(diào)味汁品質(zhì)特性及實(shí)際應(yīng)用方面的感官品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)小組的平均分作為調(diào)味汁質(zhì)量評(píng)價(jià)的最終得分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考陳啟航等的方法略有改動(dòng)，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表 1 河蟹調(diào)味汁感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of river crab sauce

1.3.2.4 基于TVB-N含量的貨架期預(yù)測(cè)模型建立

在貯藏期間，調(diào)味汁中TVB-N含量遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，如式（1）所示。

式中：為貯藏時(shí)間/d；為貯藏d后調(diào)味汁TVB-N含量/（mg/100 g）；為調(diào)味汁初始TVB-N含量/（mg/100 g）；為變化速率常數(shù)/s。

阿倫尼烏斯方程如式（2）所示。

式中：為活化能/（kJ/mol）；為指前因子/s；為熱力學(xué)溫度/K；為氣體常數(shù)（8.314 4 J/（mol·K））。

對(duì)式（1）、（2）兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)，可得方程（3）、（4）。

將式（2）代入式（3）中，可得方程（5）。

調(diào)味汁在3 個(gè)超常溫度下貯藏得到的不同，再利用Excel擬合直線，可得到和；將得到的值代入式（5）并計(jì)算，最終可以求得在25 ℃溫度下河蟹調(diào)味汁的貨架期。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、Orign 2018和SPSS 24.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；利用SPSS 24.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并用最小顯著性差異法進(jìn)行顯著性比較，＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度貯藏過程中河蟹調(diào)味汁品質(zhì)的變化

表 2 河蟹調(diào)味汁37 ℃貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數(shù)和感官評(píng)分變化Table 2 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 37 ℃

表 3 河蟹調(diào)味汁45 ℃貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數(shù)和感官評(píng)分變化Table 3 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 45 ℃

表 4 河蟹調(diào)味汁55 ℃貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數(shù)和感官評(píng)分變化Table 4 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 55 ℃

在本研究中TVB-N含量的上限值為50 mg/100 g，菌落總數(shù)的上限值為2 000 CFU/g，感官評(píng)分的下限值為60。由表2～4可知，河蟹調(diào)味汁在37 ℃溫度下貯藏，45 d內(nèi)未檢測(cè)到菌落，75 d內(nèi)檢測(cè)到的菌落總數(shù)小于1.00 CFU/g，75 d后檢測(cè)到少量菌落，但是均未達(dá)到限量值，這說明巴氏殺菌效果較好，能夠在灌裝密封后將調(diào)味汁中細(xì)菌全部殺滅。所以，可以排除微生物原因?qū)е碌漠a(chǎn)品變質(zhì)。但是產(chǎn)品的TVB-N含量明顯升高，而且隨著貯藏溫度上升，TVB-N含量升高的趨勢(shì)愈發(fā)明顯。這可能是因?yàn)槊冈谳^高溫度（如55 ℃）下更加活躍，加快了對(duì)氨基酸的分解速率。由于酶將氨基酸分解會(huì)產(chǎn)生TVB-N，這也正是調(diào)味汁感官品質(zhì)劣變的主要原因，從而導(dǎo)致調(diào)味汁感官評(píng)分下降。表2中TVB-N含量不斷升高，在105 d內(nèi)從7.03 mg/100 g上升到35.72 mg/100 g，而感官評(píng)分的下降也非常明顯，0 d時(shí)為88.03 分，45 d后為81.13 分，最終降低到了70.93 分。在3 個(gè)溫度環(huán)境下貯藏，調(diào)味汁品質(zhì)的變化相似，菌落總數(shù)在貯藏期間未超過限量值。由此可見，TVB-N含量的升高和感官評(píng)分的降低是導(dǎo)致調(diào)味汁品質(zhì)發(fā)生劣變的主要原因。

由表2～4的分析結(jié)果可知，溫度對(duì)調(diào)味汁品質(zhì)有顯著影響，溫度越高，調(diào)味汁變質(zhì)就越快。這與賈培紅等的溫度與TVB-N含量成正比的結(jié)論相一致，也與袁穎、胡力、李瑩等的研究結(jié)果相似。

2.2 以TVB-N含量為指標(biāo)建立貨架期預(yù)測(cè)的動(dòng)力學(xué)模型

在食物貯藏過程中，氨基酸在酶、微生物等作用下產(chǎn)生TVB-N，產(chǎn)生影響因素包括溫度、微生物、時(shí)間等。魚類和肉類等食品的新鮮度與TVB-N含量有很大的關(guān)系，而且溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的TVB-N就會(huì)越多，這與沈旺旺等的研究相似。結(jié)合2.1節(jié)的研究結(jié)果可知，貯藏溫度的升高及貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)都會(huì)使調(diào)味汁品質(zhì)發(fā)生劣變，導(dǎo)致劣變的主要原因是TVB-N含量的增加，所以TVB-N含量可以作為判斷調(diào)味汁品質(zhì)的重要依據(jù)，通過TVB-N含量可以預(yù)測(cè)河蟹調(diào)味汁的貨架期。圖2為上述3 個(gè)溫度下貯藏時(shí)調(diào)味汁中TVB-N含量隨時(shí)間變化的擬合曲線。

圖 2 河蟹調(diào)味汁37（A）、45（B）、55 ℃（C）貯藏時(shí)TVB-N含量隨時(shí)間變化的擬合曲線Fig. 2 Changes in TVB-N content of river crab sauce stored at 37 (A),45 (B), and 55 ℃ (C)

表 5 河蟹調(diào)味汁不同溫度貯藏過程中TVB-N含量隨時(shí)間變化的回歸方程及參數(shù)Table 5 Regression equations with parameters for TVB-N content of river crab sauce stored at different temperatures as a function of storage time

在不同溫度下貯藏時(shí)，調(diào)味汁中的TVB-N含量會(huì)產(chǎn)生變化，對(duì)其進(jìn)行回歸分析可得到回歸方程。由表5可知，TVB-N含量的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程回歸系數(shù)均大于0.9，表明回歸方程擬合良好。

圖 3 河蟹調(diào)味汁TVB-N含量變化的阿倫尼烏斯曲線Fig. 3 Arrhenius curve of TVB-N content of river crab sauce

由表5可知，在3 個(gè)不同貯藏溫度下的分別為7.019 3、8.233 4、7.154 4 mg/100 g，分別為0.016 0、0.024 3、0.030 2 s。根據(jù)、1/及l(fā)n，進(jìn)行線性回歸分析，可計(jì)算出=29.28 kJ/mol，=1.443×10s。結(jié)合式（4）及阿倫尼烏斯方程擬合曲線（圖3），其線性方程為ln=-3.521 8×100 0/+7.274 2。將和代入式（5），可求得在常溫25 ℃下河蟹調(diào)味汁的貨架期為183 d。此外，也可通過式（5）求得任意溫度下調(diào)味汁的貨架期。

3 結(jié) 論

河蟹調(diào)味汁的貨架期與貯藏溫度有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)探究河蟹調(diào)味汁在37、45、55 ℃ 3 個(gè)超正常水平下貯藏品質(zhì)的變化。分別分析實(shí)驗(yàn)過程中感官評(píng)分、菌落總數(shù)及TVB-N含量在不同貯藏溫度下對(duì)調(diào)味汁貨架期的影響。最終以TVB-N含量為指標(biāo)，建立河蟹調(diào)味汁的貨架期動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)調(diào)味汁品質(zhì)有顯著影響，在相同貯藏時(shí)間下，溫度越高，調(diào)味汁的品質(zhì)越差，具體體現(xiàn)在TVB-N含量升高導(dǎo)致感官評(píng)分降低。所以溫度越低，調(diào)味汁貨架期就會(huì)越長(zhǎng)。通過方程模型的建立，可計(jì)算并預(yù)測(cè)出調(diào)味汁在25 ℃條件下的最佳貯藏時(shí)間。以TVB-N含量為指標(biāo)，最終得到河蟹調(diào)味汁在常溫25 ℃條件下的預(yù)測(cè)貨架期為183 d。