基于三甲胺/氧化三甲胺物质的量比值动力学模型预测带鱼粉的货架期

唐 森，吴国勇,*，赵海燕，张义浩，方毅林

（1.广西科技师范学院食品与生化工程学院，广西 来宾 546119；2.广西科技师范学院 功能性食品配料工程技术研究中心，广西 来宾 546119）

带鱼（Trichiurus lepturus），硬骨鱼纲、鲈形目、带鱼科，与大黄鱼、小黄鱼及乌贼并称为中国的四大海产[1-3]。带鱼性温、味甘，具有暖胃、补气、养血、健美以及强心补肾、舒筋活血、消炎化痰、清脑止泻、消除疲劳、提精养神之功效[4-6]。食用鱼粉的制备方法很多，如酶法水解、湿压法、干压法、酒精萃取脱脂等，其中以酶解制备法为佳[7-10]。

食品的品质与质量优劣的改变一般是指食品贮藏中化学的、物理的和微生物的变化，这些变化影响食品的货架期[11-13]。尽管食品变质反应较为复杂，但通过对食品劣变机制的深入研究还是能找到确定食品货架寿命的方法[14-15]。为此，准确预测带鱼鱼粉贮藏过程中的品质变化和货架寿命对于确保该产品的质量安全具有重要的实际意义。由于带鱼鱼粉中含有氧化三甲胺（trimethylamine oxide，TMAO），且TMAO在贮藏期间容易受到空气、温度等因素的影响发生分解，生成三甲胺（trimethylamine，TMA），降低鱼粉的营养价值[16-17]。因此可以利用TMA/TMAO物质的量比值对带鱼鱼粉进行新鲜程度优劣的评价，且目前应用TMA/TMAO物质的量比值评价水产品新鲜程度已有报道[18-19]。而上述分解过程是一种化学反应，其反应规律符合化学动力学规律，Arrhenius公式是预测食品新鲜程度随温度变化的经典公式[20-22]。故此，以TMA/TMAO物质的量为评价带鱼鱼粉新鲜度的技术指标，利用动力学模拟可以在较短时间内预测带鱼鱼粉的货架期，为带鱼鱼粉的安全贮藏提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

酶解法制得的带鱼粉（水分含量7.12%、蛋白质78.04%、总灰分6.37%、粗脂肪7.78%） 广东兴亿海洋生物工程股份有限公司。

1.2 仪器与设备

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市予华仪器公司；LD4-2低速离心机 北京医用离心机厂；PHS-25CW微机型pH/mV计 上海般特仪器有限公司；Agilent Cary 60紫外-可见分光光度计 安捷伦科技（中国）有限公司；SPX-250B-Z生化培养箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；LRH-250A生化培养箱广东省医疗器械厂；ZFD-A5040A全自动新型鼓风干燥箱 上海智城分析仪器制造有限公司；JJ200电子天平常熟市双杰测试仪器厂；改良式微量凯氏定氮蒸馏器天长市旭立玻璃仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 实验设计

将带鱼鱼粉用聚乙烯包装袋密封包装，每袋分装50 g，分别置于37、20、5 ℃条件下贮藏。分别于贮藏2、3、7 d对样品进行检测。

1.3.2 感官性状评定

由7 名感官评定人员进行感官评价，分别从外观观察鱼粉的形状、结构、色泽、质地、气味和颗粒度等特征，评价鱼粉新鲜度。其中冲调性的评定方法如下：取5.00 g样品放入盛有100 mL 40 ℃水的烧杯中，用搅拌棒搅拌均匀后，观察样品溶解情况[23]。

1.3.3 TMA/TMAO物质的量比值的测定

应用苦味酸比色法对食用鱼粉中的TMA和TMAO进行同时测定，此方法主要依靠TiCl3将样品中的TMAO全部还原成TMA，此时，被还原的样品中包含固有的TMA和TMAO还原得到的TMA，样品中的TMAO含量由TMA总量与样品中原有的TMA的量的差值换算得出。因此，此方法在测定样品中TMAO含量的同时也将TMA含量同时测出。具体方法参照李丰[24]的方法。

1.3.4 TMA/TMAO物质的量比值货架期动力学的建立

通常认为，食品的新鲜程度或品质、质量可以用某一指标的损失或增加进行判定，当该指标的变化由微生物的繁殖或化学反应所引起时，该指标表示的动力学模型数据大多遵循零级或一级模式[25-27]。水产品及其制品在贮藏中的反应动力学通常遵循一级模式[28-31]，如公式（1）所示。

式中：A为贮藏t d后某理化指标的值；A0为某理化指标的初始值；t为贮藏时间/d；k为一级反应速率常数。

将公式（1）等号两边取对数，可得公式（2）。

式中：食品新鲜程度指标的变化速率k和贮藏温度T之间的关系满足Arrhenius方程，即：

式中：ka为温度T时的反应速率常数；ka0为指前因子（单位与k相同）；Ea为反应的活化能/（kJ/mol）；T为贮藏温度/K；R为气体常数（8.314 J/（mol·K））。

对等式（3）两边同时取对数可得：

由等式（4）可知，lnka与呈线性关系，根据ln ka对所做的Arrhenius曲线图，可求出ka0与Ea。将公式（3）代入公式（2）中，可以得出货架期的预测模型：

式中：SL为食品的货架期。

2 结果与分析

2.1 带鱼粉贮藏期间的感官性状变化

图1 不同贮藏温度条件下带鱼粉感官评分的变化Fig. 1 Changes in sensory quality of hairtail fishmeal at different storage temperatures

由图1可知，随着贮藏时间的延长，带鱼粉感官评分逐渐下降，且贮藏温度越高，感官评分下降越明显。5 ℃贮藏时，样品在第42天左右达到感官拒绝；20 ℃贮藏时，样品在第24天达到感官拒绝；而样品在37 ℃贮藏时，在第12天左右，样品出现结块、有较大鱼腥味、冲调性明显下降等现象。

2.2 带鱼粉贮藏期间的TMA含量变化

图2 不同贮藏温度条件下带鱼粉的TMA含量变化Fig. 2 Changes in TMA content in hairtail fishmeal at different storage temperature

由图2可知，在3 种不同贮藏温度条件下，带鱼粉中的TMA含量随着贮藏时间的延长总体均呈持续积累状态。在20 ℃和37 ℃条件下，TMAO容易被腐败微生物分解，产生TMA，使得TMA含量在样品中积累；5 ℃贮藏条件下，样品中的TMA含量没有在货架期后急剧增加，这可能是由于不同批次样品所携带的腐败菌有差别和贮藏条件不同；在5、20、37 ℃贮藏温度条件下，样品达到感官拒绝时的TMA含量分别达0.309 7、0.403 4、0.237 5 mg/g。

2.3 带鱼粉贮藏期间的TMAO含量变化

图3 不同贮藏温度条件下带鱼粉的TMAO含量变化Fig. 3 Changes in TMAO content in hairtail fishmeal at different storage temperatures

由图3可知，随着贮藏时间的延长，带鱼粉中的TMAO含量总体呈下降趋势，这一变化趋势与大菱鲆[32]、鲈鱼[33]冷藏过程中TMAO含量的变化趋势类似，这可能是由于样品中存在着一条TMAO合成路径。在5、20、37 ℃贮藏温度条件下，样品达到感官拒绝时的TMAO含量分别下降至0.967 9、0.760 8、0.734 8 mg/g。同样地，可以利用TMAO稳定变化的趋势，对带鱼粉进行腐败程度的评价。

2.4 带鱼粉贮藏期间的TMA/TMAO物质的量比值变化

图4 不同贮藏温度条件下带鱼粉TMA/TMAO物质的量比值的变化Fig. 4 Changes in TMA/TMAO molar ratio in hairtail fishmeal at different storage temperatures

由图4可知，在3 个贮藏温度下，带鱼粉贮藏初期TMA/TMAO物质的量比值均呈缓慢上升趋势，且分别在0.406 4、0.403 4、0.410 4处出现拐点，由感官评定可知此时到达货架期。由此可知，样品中TMA/TMAO物质的量比值分别在达到感官拒绝时出现拐点，且TMA/TMAO物质的量比值在货架期所测得的数值均大于0.406 4。由此可以看出，不同温度贮藏时，当带鱼粉中TMA/TMAO物质的量比值小于0.406 4时为安全食用范围，并且在此范围内，数值越小，带鱼粉的新鲜程度越高。整个贮藏过程中，随着贮藏时间的延长，TMA/TMAO物质的量比值的变化呈逐渐增大趋势，且贮藏温度越高，变化速率越大。

对贮藏过程中带鱼鱼粉TMA/TMAO物质的量比值变化用指数方程进行回归分析，得到回归方程如表1所示。

表 1 不同贮藏温度条件下带鱼粉TMA/TMAO物质的量比值随时间变化的回归方程Table 1 Regression equations describing TMA/TMAO molar ratio in hairtail fishmeal as a function of storage time at different temperatures

2.5 贮藏过程中TMA/TMAO物质的量比值的动力学模型

根据食品中TMAO分解转化为TMA遵循一级化学反应动力学模型的理论，对带鱼粉贮藏过程中TMA/TMAO物质的量比值的变化规律进行描述，带鱼粉TMA/TMAO物质的量比值动力学模型参数如表2所示。

表 2 不同贮藏温度条件下带鱼粉TMA/TMAO物质的量比值变化动力学模型参数Table 2 Kinetic mode parameters for TMA/TMAO molar ratio changes in hairtail fishmeal at different storage temperatures

图5 带鱼粉TMA/TMAO物质的量比值变化的Arrhenius曲线Fig. 5 Arrhenius curve of TMA/TMAO molar ratio in hairtail fishmeal

带鱼粉的TMA/TMAO物质的量比值变化的速率常数ka是温度的函数，利用Arrhenius方程求出ka。由图5可知，lnka对1/T所做的Arrhenius曲线具有良好的线性关系（R2=0.999 6），由此曲线斜率计算所得活化能（Ea）为3.77 kJ/mol，计算所得的指前因子ka0=10.11。

根据公式（5）可以得到带鱼粉的TMA/TMAO物质的量比值的货架期预测模型，利用已建立的货架期模型可以求出不同贮藏温度条件下带鱼粉的货架期以及贮藏过程中任意时刻的新鲜程度。TMA/TMAO物质的量比值的货架期预测模型为

3 讨 论

根据感官评价结果得到的37、20、5 ℃贮藏条件下带鱼粉的货架期分别为12、24、42 d。带鱼粉中的TMA和TMAO受到贮藏条件和样品差异性的影响，因此不同贮藏条件下货架期终点时TMA和TMAO的含量有较大差异。故单一运用这2 个指标的评定结果会出现较大误差，不能真实反映出带鱼粉的新鲜程度。

不同贮藏温度条件下带鱼粉中的TMA/TMAO物质的量比值随着贮藏时间的延长不断增大，且随着温度的升高变化幅度增大，符合一级化学反应动力学模型。TMA/TMAO物质的量比值的变化对一级化学反应动力学以及Arrhenius方程有较高的拟合精度。Arrhenius方程中TMA/TMAO物质的量比值变化反应的活化能Ea为3.77 kJ/mol，指前因子ka0为10.11。带鱼粉的TMA/TMAO物质的量比值的货架期预测模型为