劉松昆 吳浩然 葉韜 姜紹通 林琳 陸劍鋒

摘 要：以河蟹邊角料為原料，加工成河蟹調(diào)味汁。為了能夠迅速、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)常溫（25 ℃）環(huán)境下河蟹調(diào)味汁的貨架期，將河蟹調(diào)味汁置于37、45、55 ℃下貯藏，以加速變質(zhì)。以總揮發(fā)性鹽基氮含量為指標(biāo)建立一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，貨架期的預(yù)測(cè)值通過動(dòng)力學(xué)模型和阿倫尼烏斯方程來確定。結(jié)果表明：阿倫尼烏斯方程中的活化能（Ea）為29.28 kJ/mol，指前因子（k0）為1.443×103，河蟹調(diào)味汁在25 ℃環(huán)境下的貨架期為183 d。

關(guān)鍵詞：河蟹調(diào)味汁;揮發(fā)性鹽基氮;動(dòng)力學(xué)模型;阿倫尼烏斯方程;貨架期

Kinetic Modelling for Prediction of Shelf Life of River Crab Sauce

LIU Songkun， WU Haoran， YE Tao， JIANG Shaotong， LIN Lin， LU Jianfeng*

（Engineering Research Center of Bio-Process， Ministry of Education， Key Laboratory for Agricultural Products Processing of?Anhui Province， School of Food and Biological Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

Abstract： In order to rapidly and accurately predict the shelf life of river crab sauce， prepared from river crab processing waste， during storage at 25 ℃， river crab sauce was stored at 37， 45 or 55 ℃ to accelerate its quality deterioration. A first-order kinetic model was established with total volatile basic nitrogen （TVB-N） as the dependent variable. The predicted value of shelf life was determined by the kinetic model and the Arrhenius equation. The results showed that the activation energy （Ea） and pre-exponential factor （k0） obtained from the Arrhenius equation were 29.28 kJ/mol and 1.443 × 103， respectively， and the shelf life of river crab sauce at 25 ℃ was calculated to be 183 days.

Keywords： river crab sauce; total volatile basic nitrogen; kinetic model; Arrhenius equation; shelf life

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220421-041

中圖分類號(hào)：TS254.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2022）06-0048-05

引文格式：

劉松昆， 吳浩然， 葉韜， 等. 采用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)河蟹調(diào)味汁貨架期[J]. 肉類研究， 2022， 36（6）： 48-52. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220421-041.? ? http：//www.rlyj.net.cn

LIU Songkun， WU Haoran， YE Tao， et al. Kinetic modelling for prediction of shelf life of river crab sauce[J]. Meat Research， 2022， 36（6）： 48-52. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220421-041.? ? http：//www.rlyj.net.cn

河蟹又稱中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis），是我國(guó)特有的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品[1]。根據(jù)《2021中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[2]顯示，2020年河蟹總產(chǎn)量為77.59 萬t[3]，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[4-5]。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[6-7]。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[8]。B3DF7516-7F80-4257-AEE1-4179866CFA95

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[9-10]。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)[11-12]。樊沁昕等[13]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[14]

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[15]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[16]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[17-18]。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[19]，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[20]的方法，相關(guān)工藝如圖1所示。

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[21]。參考吳浩然等[22]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[23]。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》[24]。

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)[25]。

參考綦艷梅[26]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[27]的方法略有改動(dòng)，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

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：t為貯藏時(shí)間/d;B為貯藏t d后調(diào)味汁TVB-N含量/（mg/100 g）;B0為調(diào)味汁初始TVB-N含量/（mg/100 g）;k為變化速率常數(shù)/s-1。

阿倫尼烏斯方程如式（2）所示。

式中：Ea為活化能/（kJ/mol）;k0為指前因子/s-1;T為熱力學(xué)溫度/K;R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）。B3DF7516-7F80-4257-AEE1-4179866CFA95

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k不同，再利用Excel擬合直線，可得到Ea和k0;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，P<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

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[28]的溫度與TVB-N含量成正比的結(jié)論相一致，也與袁穎[29]、胡力[30]、李瑩[31]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[32]。

魚類和肉類等食品的新鮮度與TVB-N含量有很大的關(guān)系[33]，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[34]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。

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。

由表5可知，在3 個(gè)不同貯藏溫度下的B0分別為7.019 3、8.233 4、7.154 4 mg/100 g，k分別為0.016 0、0.024 3、0.030 2 s-1。根據(jù)k、1/T及l(fā)nk，進(jìn)行線性回歸分析，可計(jì)算出Ea=29.28 kJ/mol，k0=1.443×103 s-1。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lnk=-3.521 8×100 0/T+7.274 2。將Ea和k0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。

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收稿日期：2022-04-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-48）;安徽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（AARS-08）

第一作者簡(jiǎn)介：劉松昆（1998—）（ORCID： 0000-0003-0194-0371），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工及貯藏工程。

E-mail： 1765900270@qq.com

*通信作者簡(jiǎn)介：陸劍鋒（1976—）（ORCID： 0000-0002-5887-9455），男，教授，博士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工及綜合利用。

E-mail： lujf@sibs.ac.cnB3DF7516-7F80-4257-AEE1-4179866CFA95