2016, Vol. 47
中国海洋湖沼学会主办。
文章信息
- 王欢, 白冬, 谢超, 林琳, 黄菊, 梁佳, 王婷. 2016.
- WANG Huan, BAI Dong, XIE Chao, LIN Lin, HUANG Ju, LIANG Jia, WANG Ting. 2016.
- 海捕大管鞭虾(Solenocera melantho)调理食品在常温保藏中的货架期预测及产品质量分析
- SHELF LIFE PREDICTION ON DRIED SEAFOOD OF RED SHRIMP SOLENOCERA MELANTHO AT DIFFERENT ROOM TEMPERATURES
- 海洋与湖沼, 47(2): 447-454
- Oceanologia et Limnologia Sinica, 47(2): 447-454.
- http://dx.doi.org/10.11693/hyhz20150400111
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文章历史
- 收稿日期：2015-04-13
- 改回日期：2015-12-09
近年来，全球海捕虾总产量明显提高，与此同时国际贸易对虾产品需求量也不断增大，为虾类食品的迅速发展提供了良好的市场环境。大管鞭虾(Solenocera melantho)又称红虾，海捕红虾体型较小，肉质鲜美，蛋白含量高，富含钾、碘、镁、磷等矿物质及维生素A、氨茶碱等成分，其肉质与鱼肉一样松软，易消化，是身体虚弱以及病后需要调养病人的极好的营养食物(王清亭等，2013)。常温贮藏的高水分调理海捕红虾含有丰富的镁，对心脏活动具有调节作用，能很好地保护心血管系统(Bensasson et al，2010)。并且高水分红虾的口感嫩滑，味道淡雅，有效地保持了原料虾本身的口感、外观和质构。
无论是对于生产厂家还是消费者来说，食品的保质期或货架寿命都至关重要。通过建立货架寿命预测模型并对其进行研究，可从理论上预测食品的保质期，同时还能对影响食品质量的关键因素进行严格控制，最终延长货架期(宋晨等，2010)。Arrhenius模型通常被用来预测食品的货架寿命，其主要优点在于: 依靠高温下测定到的数据，可推演得低温环境中产品的货架期。Arrhenius模型是当前食品货架寿命预测研究应用最为广泛、研究最为深入的热点之一。唐晓阳等(2010)研究猪肉中假单胞菌，预测并验证细菌生长情况; 章银良等(2008)以淡腌鳗鱼为研究对象，对不同条件下的活菌总(TVC)、挥发性盐基氮(TVB-N)以及可滴定酸度等进行研究。本文研究海捕大管鞭虾(Solenocera melantho)(俗称红虾，red shrimp)调理食品在不同温度下的品质，预测红虾常温贮藏的货架寿命，为产品规模生产提供理论参考。
1 材料与设备 1.1 实验材料海捕大管鞭虾(Solenocera melantho)(红虾，red shrimp)购于浙江舟山农贸市场; 碳酸钾、三氯乙酸(TCA)、浓硫酸、亚硫酸钠、氯化钠、阿拉伯胶、磷酸盐缓冲液、考马斯亮蓝G-250、氢氧化钠、小牛血清蛋白、三磷酸腺苷二钠(ATP)、甘油等，以上试剂均为分析纯。
1.2 实验设备WFZUV-2000紫外可见分光光度仪(尤尼柯仪器有限公司); MA35水分测定仪(德国赛多利斯有限公司); HH-4数显恒温水浴锅(上海跃进医疗器械厂); QUINTIX224-1CN电子天平[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司]; PHS-3S型pH值计(上海大普仪器有限公司); ALP-KT-30L全自动灭菌锅(日本ALP公司); GR21G高速冷冻离心机(日本日立)。
2 实验方法 2.1 实验工艺流程海捕红虾调理食品加工工艺为: 新鲜红虾→去头、去壳→清洗→称重→改性→调味→热风干燥→真空包装→灭菌→产品→常温保藏。
2.2 调理红虾测定项目本实验的理化测定项目为: 细菌总数、pH值、水分含量、TVB-N值、虾仁质构、感官指标。每隔一段时间就测量各个温度下的理化指标，记录下实验的各项数据，为预测产品的货架期做充足的数据准备。
2.2.1 细菌总数的检测本实验选用《GB 4789.2- 2010》“食品微生物学检验菌落总数测定”中的平板菌落计数法(中华人民共和国卫生部，2010)。选用营养琼脂培养基，取一无菌锥形瓶加入90mL无菌生理盐水，再加入虾肉10g，振荡均匀。所得溶液稀释成104、103、102等溶液置一边备用，配置完成后选取3—4个适宜样品均液，各取1mL于无菌培养皿内培养，温度为(30±1)°C，48h后计数，统计结果并记录数据。
2.2.2 水分含量的检测采用GB 5009.3-2010“食品中水分的测定”中的直接干燥法。取洁净称量瓶，注意重复干燥至恒重。再称取红虾虾仁样品5—10g于蒸发皿中，搅拌均匀后置于101—105°C干燥箱中干燥，注意用小玻璃棒随时搅拌，并及时擦去皿底水滴。在干燥箱中干燥4h后盖好取出，冷却30min后称量，重复以上操作直至恒重。记录好实验数据，计算出相应水分含量。
2.2.3 挥发性盐基氮(TVB-N)的检测每隔一段时间检测一下包装好的不同温度下的对虾的TVB-N值，TVB-N值以小于20 mg/100g为标准，并做好记录。具体检测方法按照水产品“SC/T 3032-2007中”测定(中华人民共和国农业部，2007)。称取试样10g于均质杯中，再加90mL高氯酸溶液均质2min，离心分离后得到滤液。再用标准液滴定得出数据。重复性条件下，得到的测定结果绝对误差不得超过算术平均值的10%。
2.2.4 pH值的测定称取碾碎的10g海捕红虾虾肉于烧杯中，加入90mL中性蒸馏水进行匀浆。搅拌均匀后制成1 : 10的浸提液，离心后静置30min浸出，过滤后取得上层清液，用pH值计测定读数。记录得出虾仁的pH值，剔除数据差异较大的值。
2.2.5 虾仁质构的测定采用美国F.T.C.公司的TMS-Pro物性测试仪对海捕红虾的TPA(Texture Profile Analysis)特性中的硬度与弹性进行测试(Larsen et al，2011)。研究设定测试数值: 测试的深度(压缩比)50%，测定时保持速度40mm/min，而测试前后速度保持一致为60mm/min。往复来回2次，回复时长2s。选用P/0.5柱形探头，测试速度1 mm/s，测试形变量50%(梁辉等，2006)。测试3个平行样品。记录得到红虾的黏聚度、弹性等指标数据。
2.2.6 感官品质评价感官品质评价小组由8名专业评定专家组成，参照表 1标准对海捕红虾调理食品的风味、外形、色泽和组织质构四方面品质进行判定(徐坤华等，2014)。感官得分算取8位专家的总分平均值，将其作为每个样品的最终分数，并做好相应的数值记录。
| 项目 | 1—3分 | -1—1分 | -3 — -1分 |
| 色泽 | 肉色鲜艳或黄亮色 | 肉体颜色变深 | 肉体颜色变褐 |
| 组织质构 | 有虾香味，香味浓郁 | 香味一般，轻微腥味 | 腥味较重 |
| 外形 | 整体完整，质地饱满 | 轻微破损，保持形状 | 形状破坏 |
| 风味 | 产品可口，咀嚼性好 | 虾肉中度柔软，咀嚼性一般 | 虾肉柔软，咀嚼性不好 |
通常食品的品质都会随食品加工和贮藏过程或多或少相应产生改变。但是这样改变一般都会遵循零级或着是一级动力学模式(Labuza et al，1978)，其中在实际运用中一级动力学模型应用较广泛，其方程式如下所示:
(1)式中，y0: 食品最初TVB-N值(mg/100g); y: 食品贮藏t天TVB-N值(mg/100g); k: 食品品质变化速率常数; t: 食品贮藏时间(d)。
2.3.2 Arrhenius方程不同温度下反应速率常数变化产生的数学模型依据Arrhenius方程进行分析，为:
(2)式中，k0: 方程前因子; Ea: 活化能(kJ/mol); T: 贮藏温度(K); R: 气体常数，为8.3144 J/(mol·K)。
对式(2)取对数:
(3)根据实验可得在35°C、40°C、45°C温度下红虾品质读数，将所得指标数值代入式(2)的动力学方程求得化学反应速率常数k，用lnk作纵坐标，热力学温度的倒数(1/T)为横坐标作图求出直线斜率为-Ea/R。依据细菌总数和TVB-N值速率常数k算出活化能Ea和指前因子k0。推导食品货架期预测方程: SL=ln(y/y0)k0·exp(-Ea/RT)。获得该反应动力学模型中各参数数值，就可以推算货架寿命及预测不同温度的产品质量(Nourian et al，2003)，并在一定范围内推演品质对应贮藏时间。
3 结果与分析 3.1 不同温度下产品品质分析 3.1.1 细菌总数测定结果在设定的温度(35，40，45°C)条件下，海捕红虾调理食品的细菌总数变化情况如图 1所示。整个贮藏过程中随时间推移，红虾中菌落总数不断在增多。贮藏前期繁殖比较缓慢，贮藏后期由于基数变大速率更快。
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| 图 1 不同贮藏温度下海捕红虾的细菌总数变化 Fig. 1 Changes in total number of bacteria of S. melantho at different storage temperatures |
在设定温度中，测定海捕红虾水分含量变化情况如图 2所示。海捕红虾产品中水分含量随贮藏时间延长而不断下降。其中贮藏温度越高，到实验后期红虾水分流失速度越快。在保藏期间产品的水分含量减少约4个百分点。
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| 图 2 不同贮藏温度下海捕红虾水分含量变化 Fig. 2 Changes in the moisture content of S. melantho at different storage temperatures |
直观可见图 3数据，产品的pH值随着时间的延长呈现U形变化，数值在5.5— 6.1之间波动。产生这个现象的原因可能是由于贮藏前期的红虾肌肉糖原开始代谢，产生乳酸后使得pH值降低。一段时间后，红虾虾仁在微生物作用下，蛋白质、氨基酸及其它含氮物质被分解为氨、组胺等物质，使得pH值逐渐回升(Tiencheu et al，2013)。
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| 图 3 不同贮藏温度下海捕红虾的 Fig. 3 Changes in pH value of S. melantho at different storage temperatures |
挥发性盐基氮(T-VBN)通常作为蛋白质食品新鲜化指标，与水产品新鲜或腐败程度有关，测定T-VBN数值可用来进行产品鲜度判断(Mu et al，2012)。水产品中测定T-VBN读数越小，产品越鲜美(迟海等，2010)。在35、40、45°C温度贮藏时，TVB-N值随贮藏时间(t)的变化情况如图 4。随着时间的延长，挥发性盐基氮含量增加; 且温度越高，产品达到T-VBN含量阈值的时间越短。
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| 图 4 不同贮藏温度下海捕红虾TVB-N值变化 Fig. 4 Changes in TVB-N value of S. melantho at different storage temperatures |
表 2、表 3及表 4分别列出35、40、45°C贮藏时，感官评定小组得出的感官评定分数。在不同贮藏温度下，观察样品的色泽、形态、组织状态和风味的分数。横向比较，随时间的推移所得分数逐渐降低; 纵向比较，随着温度提升，在相同时间内红虾的感官评分也不断下降。
| 时间(d) | 0 | 6 | 12 | 18 | 24 | 30 | 36 |
| 色泽 | 3.0 | 2.6 | 2.4 | 1.9 | 1.2 | 0.4 | -0.1 |
| 组织质构 | 2.9 | 2.4 | 2.1 | 1.5 | 1.1 | 0.6 | -0.3 |
| 外形 | 2.9 | 2.5 | 2.2 | 1.8 | 1.3 | 0.5 | -0.2 |
| 风味 | 3.0 | 2.7 | 2.2 | 1.7 | 1.2 | 0.4 | -0.3 |
| 时间(d) | 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 | 24 | 28 |
| 色泽 | 3.0 | 2.7 | 2.5 | 2.2 | 1.7 | 1.4 | 0.5 | -0.3 |
| 组织质构 | 2.9 | 2.5 | 2.1 | 1.9 | 1.5 | 1.4 | 0.6 | -0.2 |
| 外形 | 2.9 | 2.6 | 2.2 | 1.9 | 1.6 | 1.5 | 0.4 | -0.3 |
| 风味 | 3.0 | 2.6 | 2.3 | 2.1 | 1.7 | 1.4 | 0.5 | -0.2 |
| 时间(d) | 0 | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 |
| 色泽 | 3.0 | 2.6 | 2.4 | 2.2 | 1.8 | 1.3 | 0.6 | -0.2 |
| 组织质构 | 2.9 | 2.5 | 2.2 | 1.8 | 1.7 | 1.5 | 0.4 | -0.3 |
| 外形 | 2.9 | 2.5 | 2.2 | 2.1 | 1.6 | 1.3 | 0.5 | -0.1 |
| 风味 | 3.0 | 2.7 | 2.1 | 1.9 | 1.8 | 1.4 | 0.6 | -0.2 |
分别利用三个不同温度下的TVB-N值与色泽、组织质构、外形和风味分数进行SPSS软件分析，得相对应的Pearson相关系数(Wang et al，2013)，见表 5。由表 5可知，感官评价值和TVB-N值Pearson相关系数均大于0.95，可判定感官评价结果与TVB-N值间相关性最紧密(王金亮等，2011)。因此本研究最后选取TVB-N值作为海捕红虾调理产品质量变化和货架寿命的关键指示因子。
| 贮藏温度(°C) | 色泽 | 组织质构 | 外形 | 风味 |
| 35 | 0.994 | 0.985 | 0.983 | 0.972 |
| 40 | 0.992 | 0.971 | 0.968 | 0.974 |
| 45 | 0.983 | 0.979 | 0.985 | 0.981 |
通过不同温度条件下测定得到菌落总数，结合时间因素可以得到相应的回归方程以及对应的k值，见表 6。
| 贮藏温度(°C) | 回归方程 | R2 | k值 |
| 35 | y=0.13214x-0.03571 | 0.99459 | 0.13214 |
| 40 | y=0.16935x-0.18333 | 0.98081 | 0.16935 |
| 45 | y=0.22579x-0.38333 | 0.96702 | 0.22579 |
根据方程式读得三个温度下细菌总数变化速率常数k分别为 0.13214、0.16935、0.22579。将lnk数值为纵坐标，贮藏温度的倒数1/T为横坐标作图(图 5)，得到线性方程 y = -5.3544x + 15.361(R2=0.99182)。
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| 图 5 细菌总数下温度倒数与k值的自然对数关系 Fig. 5 The relationship curve between temperature reciprocal and logarithm of k values |
由线性方程组计算得出活化能Ea=44.51 kJ/mol，指前因子k0=6.98×106。在贮藏过程中，根据已得数据建立细菌总数变化速率常数k与贮藏温度T的阿伦尼乌斯方程:
菌落总数货架寿命预测模型:
以菌落总数为品质指标，菌落总数104 CFU/g为检测终点，大于104 CFU/g时表示红虾调理食品已腐败。记录三个温度下红虾调理食品的实际货架寿命，并利用动力学方程计算货架寿命的理论预测值。根据得到的数据，将实测值和理论预测值对比，验证动力学方程的准确性(潘广坤等，2014)，用相对偏差表示准确性。根据表 7数值，在35、40、45°C条件下的红虾调理食品货架预测值与实测值的相对偏差分别为9.83%、4.08%、5.13%，较好地检验了方程可信度。
| 品质指标 | 贮藏温度 (°C) | 货架寿命预测值 (d) | 实测值 (d) | 相对偏差 (%) |
| 细菌总数 | 35 | 32 | 29 | 9.83 |
| 40 | 25 | 24 | 4.08 | |
| 45 | 20 | 19 | 5.13 |
综合三个不同温度下TVB-N的检测值，可以得到不同贮藏温度中TVB- N值与贮藏时间的回归方程及其k值，如表 8所示。
| 贮藏温度(°C) | 回归方程 | R2 | k值 |
| 35 | y=0.47405x+0.61286 | 0.96815 | 0.47405 |
| 40 | y=0.63937x+1.08000 | 0.98206 | 0.63939 |
| 45 | y=0.96706x+0.84333 | 0.97465 | 0.96706 |
从表 8可知，依据三个温度的方程式，读取对应TVB-N变化速率常数k分别为0.47405、0.63939、0.96706。将lnk数值为纵坐标，贮藏温度的倒数1/T为横坐标作图(图 6)，得到线性方程y = -6.6393x + 20.801(R2=0.97185)。
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| 图 6 TVB-N下温度倒数与k值的自然对数关系 Fig. 6 The relationship curve between temperature reciprocal and logarithm of k values |
依据线性方程组得活化能Ea=55.21 kJ/mol，指前因子 k0 =1.08×109。并以方程数据为基础，建立TVB-N值变化速率常数k与贮藏温度T的阿伦尼乌斯方程:
代入一级动力学模型得:
总挥发性盐基氮货架寿命预测模型为:
以TVB-N值为品质指标，记录贮藏在35、40、45°C条件下红虾调理食品的实际货架期，同样记录依照方程算取的红虾调理产品货架寿命理论值(Dalgaard et al，2000)，比较两者相对偏差，验证动力学方程的准确性，结果如表 9所示。根据表 9中数据，在35、40、45°C条件下贮藏的红虾调理食品的货架寿命预测值与实测值的相对偏差分别为6.67%、8.33%、14.63%，其值表明方程具有准确性。
| 品质指标 | 贮藏温度(°C) | 货架寿命预测值 (d) | 实测值 (d) | 相对偏差 (%) |
| TVB-N值 | 35 | 31 | 29 | 6.67 |
| 40 | 25 | 24 | 4.08 | |
| 45 | 22 | 19 | 14.63 |
通过比较两者在35、40、45°C时的货架期预测，可以发现两者的准确性基本相近。根据实验结果，取菌落总数值1.0×104 CFU/g作为即食对虾货架寿命的判定终点。依据Arrhenius方程外推出20°C和25°C温度下细菌总数变化速率常数分别为k20°C=0.0754和k25°C=0.0828。同理，取TVB-N值18.0 mg/100g作为即食对虾货架寿命的判定终点。利用Arrhenius方程外推法知道20°C和25°C温度下的TVB-N变化速率常数分别为k20°C=0.1405和k25°C=0.2386。根据方程(1)计算红虾调理产品货架寿命的理论值，结果如表 10所示。
| 品质指标 | 贮藏温度 (°C) | 货架寿命预测值 (d) | 实测值 (d) | 相对偏差 (%) |
| 细菌总数 | 20 | 173.9 | 160 | 8.33 |
| 25 | 95.7 | 92 | 3.94 | |
| TVB-N值 | 20 | 153.6 | 135 | 6.45 |
| 25 | 92.1 | 90 | 1.21 |
将理论值与实际货架寿命进行比较，验证上述动力学模型的准确性，其值以两者的相对误差表示(郭全友等，2012)。结果从表 10中可知，细菌总数和TVB-N值在20°C和25°C下海捕红虾调理产品Arrhenius法预测值与实测值相对误差均小于9%，模型具有较高的准确性。
3.3 红虾产品保藏期间的质构特性变化如图 7所示，在保藏期间，海捕红虾调理食品硬度随时间的延长而增大。其原因可能由于常温保藏下肌肉蛋白之间氢键增加，导致肌动蛋白与肌球蛋白质之间结合变弱。而红虾弹性随时间增长逐渐变小，这可能是由于改变了原先肌原蛋白与弹性蛋白质间的连接而造成的(Canto et al，2012)。
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| 图 7 保藏期间产品质构变化 Fig. 7 The product texture change during preservation |
从表 11中可以看出，红虾食品在保藏过程中色泽、组织质构、外形和风味的感官评定值都不断下降。其中以色泽变化跟风味变化更为明显，红虾产品的外形趋势相对较平缓。根据感官评定结果，实测90 d时各项感官评定分数维持在1分，说明红虾产品还能保持较好的性状。
| 时间(d) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| 色泽 | 3.0 | 2.8 | 2.6 | 2.5 | 2.3 | 1.9 | 1.5 | 1.4 | 1.3 | 1.1 | 0.4 |
| 组织质构 | 3.0 | 2.7 | 2.4 | 2.3 | 2.1 | 1.7 | 1.6 | 1.3 | 1.2 | 1.0 | 0.6 |
| 外形 | 3.0 | 2.8 | 2.7 | 2.4 | 2.2 | 2.0 | 1.8 | 1.5 | 1.5 | 1.3 | 1.1 |
| 风味 | 3.0 | 2.7 | 2.5 | 2.2 | 2.1 | 1.8 | 1.6 | 1.5 | 1.3 | 1.0 | 0.5 |
(1) 在35、40、45°C三个不同的贮藏温度下，海捕红虾产品的色泽、组织质构、外形和风味都随着时间的延长而降低，即随TVB-N值的增加而降低。通过对红虾肉色泽、组织质构、风味和外形四方面的检测，最终选取TVB-N值作为红虾品质变化和货架寿命的关键指示因子，并且确定35、40、45°C下的货架期分别为29、24、19 d。
(2) 用菌落总数作为红虾调理食品品质变化和货架寿命的指示指标，通过一级动力学方程以及Arrhenius方程，计算得出对虾即食产品的货架寿命理论预测值，预测值与真实值之间能较好符合。由线性方程组计算得出反应活化能Ea=44.51 kJ/mol，指前因子k0= 6.98×106。分别在35、40、45°C温度下验证动力学模型的可行度，计算出货架期预测值与实际值的相对偏差分别为9.83%、4.08%、5.13%。
(3) 用TVB-N值作为红虾调理食品品质变化和货架寿命的指示指标，根据线性方程组可得反应活化能Ea=55.21 kJ/mol，指前因子k0 = 1.08×109。利用Arrhenius方程外推法算出20°C和25°C时TVB-N变化速率常数分别为k20°C=0.1405和k25°C=0.2386。进一步求得该条件下保藏的对虾即食产品的理论货架寿命分别为153.6 d和92.1 d。
(4) 采用质构仪分析发现，红虾产品弹性随贮藏时间的延长而有所下降，但硬度却逐渐增加。与此同时，产品色泽、外形、组织质构和风味评分也逐步降低，虾仁最终变化程度感官评定员表示可以接受。综合细菌总数与TVB-N值测定结果，确定海捕红虾产品在常温贮藏条件下的保质期为3个月。