中华管鞭虾调理食品动力学预测产品货架期

毛鹏权，俞群娣，郑霖波，谢 超

（浙江海洋大学食品与医药学院，浙江舟山 316022）

中华管鞭虾Solenocera crassicornis，在我国主要分布于东海附近海域，在海捕虾中占有十分重要的地位[1]，在我国为四季优势虾，其空间生态位宽度和实践生态位宽度在多种虾种类中均排名前列，相对重要性指数排名第一[2]，表明海捕红虾生物量高及分布范围广[3]。中华管鞭虾营养丰富，蛋白质含量及总氨基酸含量均很高[4]，不仅能够抵抗早衰、增强免疫力[5]，还能够消除时差反应产生的一些病症[6]。但是因为中华管鞭虾捕捞出水立即死亡，且极易变质，难以贮藏，只有极少数能够鲜售，地域限制较强，因此大部分中华管鞭虾会进行精深加工成品后售卖[1]。

本研究的研究对象为中华管鞭虾经过一系列工艺处理加工而成的高水分调理食品。中华管鞭虾调理食品在经过真空包装以及高压灭菌之后拥有较好的货架期，但是在生产过程中需要更优良的工艺流程以获得更长的货架期。社会不断进步，人们对食品品质的要求也更加的严格，较为准确的预测食品货架期也愈来愈成为社会热点，一级动力学模型能够模拟产品的物理化学以及微生物的变化，获得预期的货架期[7]。在国内外有诸多对于货架期的研究，如新鲜虹鳟鱼[8]、金头鲷鱼片[9]、猪肉香肠[10]以及鱼糜制品[11]等的货架期，并且学者们研究表明一级动力学模型能够很好的表示产品品质变化以及预测产品的货架期。

本研究将在25℃、30℃、35℃的贮藏温度下，通过测定菌落总数、挥发性盐基氮(TVB-N)以及过氧化值的变化，探讨这些指标的变化与产品货架期之间的关系，以此来对中华管鞭虾高水分调理食品进行货架期预测。本研究将会为中华管鞭虾及相似食品的开发贮藏等提供一定的理论基础，具备一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

中华管鞭虾高水分调理食品，由舟山昌国水产食品有限公司提供；氢氧化钾、乙醇、乙醚、酚酞、营养琼脂等，杭州滨和微生物试剂有限公司。

1.2 设备与仪器

SW-CJ-2FD 超洁净工作台，苏州赛卡实验室设备系统工程有限公司；XK-600W 外抽真空机，苏州肖卡特自动化设备有限公司；HH 系列-1 数显恒温水浴锅，青岛聚创环保设备有限公司；HWHS-50L 恒温恒湿箱，上海廷翌仪器设备厂。

1.3 实验流程

实验流程如下：

1.4 货架期预测

将足量的中华管鞭虾高水分调理食品等分为3 组，置于3 台恒温恒湿箱中，固定温度条件为25、30、35℃，湿度保持一致。实验开始第0 天测定3 组样品的品质指标，之后每相隔5 d 在相同的时间测定3 组样品品质，测定指标确定为挥发性盐基氮[12]、菌落总数[13]及过氧化值[14]。依据每个时间段的测定数据，进行数据分析，计算需要的相应值，从而得到相应反应的Arrhenius 方程并且获得动力学模型，最后分析计算对货架期进行预测。实验过程中各项测定指标均按照《GB 2733-2015 食品安全国家标准鲜、冻动物性水产品》：挥发性盐基氮30 mg·100-1·g-1、菌落总数30 000 cfu·g-1、过氧化值0.6 g·100-1·g-1；在实验中，只要样品出现任意的一项指标超过国标，便将该样品视作变质食品。

1.4.1 菌落总数的测定

参照GB4789.2-2016 食品微生物菌落总数的测定操作。

1.4.2 挥发性盐基氮

参照GB5009228-2016 食品中挥发性盐基氮的测定操作。

1.4.3 过氧化值的测定

参照GB5009227-2016 食品中过氧化值的测定操作。

1.5 中华管鞭高水分调理食品预测模型的建立

食品的保存贮藏阶段中，对食品品质影响的因素较多，主要分为物理、化学变化以及微生物的生长3个方面，3 因素对其品质的影响也不尽相同，而采用一级动力学模型可以较为准确的进行预测。该模型在国内[15]及国外[16]众多学者研究产品货架期使用较广，因此在预测产品的货架期时，可采用该模型进行预测。一级反应的动力学模型的形式如下：

式中：B 为贮藏第t 天时品质指标；B0 为品质指标初始值；t 为产品贮藏时间；k 为品质指标的变化速率常数。

将等式(1)两边取对数，可得：

将中华管鞭虾高水分调理食品贮藏在25℃、30℃、35℃温度条件下，通过测定得到贮藏期间菌落总数、挥发性盐基氮值、过氧化值3 个指标，产品品质指标的变化速率k 与贮藏温度T 之间的关系符合Arrhenius 方程，即：

式中：Ea 为反应的活化能；T 为绝对温度(贮藏温度)；k0 为回归系数；R 为气体常数8.314 J·mol-1·K-1。

对等式(3)取对数，可得：

由等式(4)可知，lnk 与1/T 呈线性关系，求出不同贮藏温度下的k 值后，用lnk 与对应的1/T 作图，从而得到k0 与Ea。将等式(3)代入等式(2)中，即可得出货架期的预测模型，即：

1.6 统计分析

采用SPSS 25.0 软件对实验数据进行分析，数据结果用平均值的±标准偏差来表示，以P＜0.05 表示显著性差异。

2 结果与分析

2.1 中华管鞭虾高水分调理食品在不同温度保藏过程中的品质变化

作为评价食品安全卫生的一个重要指标，菌落总数能够有效的评价食品被细菌微生物污染的程度，是检测食品安全卫生必要的检测项目，其意义非凡[17]。挥发性盐基氮(TVB-N)，该指标表达了在动物性食品中氨基酸被破坏程度的指标，检测得到的挥发性盐基氮数值越小，表明产品的新鲜度越高，产品的品质就越好；相反，数值越高即代表了产品品质的下降[18]。过氧化值评价食品是否酸败，也是食品品质评价指标中的重要一项，过氧化值过高会对人体的健康造成伤害[19]。

表1、表2、表3 显示了在3 个不同温度下(25℃、30℃、35℃)中华管鞭高水分虾调理食品的菌落总数、挥发性盐基氮和过氧化值随时间的变化。分析表中数据可得，在3 个设定温度条件下，中华管鞭虾高水分调理食品的3 项指标都与温度呈现了正相关性，随着温度的上升，3 项指标的变化速率都加快了；同时可以发现，3 项指标都随着贮藏时间的延长一直在升高。

表1 25℃下中华管鞭虾高水分调理食品的品质特征Tab.1 Quality characteristics of S.crassicornis high-moisture conditioning food at 25℃

表2 30℃下中华管鞭虾高水分调理食品的品质特征Tab.2 Quality characteristics of S.crassicornis high-moisture conditioning food at 30℃

表3 35℃下中华管鞭虾高水分调理食品的品质特征Tab.3 Quality characteristics of S.crassicornis high-moisture conditioning food at 35℃

表格显示中华管鞭虾高水分调理食品的菌落总数第0 天初始值为6.23×103cfu·g-1，在第35 天温度为25℃检测菌落总数为8.13×103cfu·g-1，而相同时间下温度在35℃条件下检测得到中华管鞭虾高水分调理食品的菌落总数为9.41×103cfu·g-1，相较于25℃变化更加明显，而温度在30℃相同时间下菌落总数值处于前两者之间，数值为8.74×103cfu·g-1。因此可以得出结论，在温度恒定的情况下，中华管鞭虾高水分调理食品的菌落总数随时间的延长不断增加；而在相同时间条件下，温度越高，菌落总数的数值也越高，表示增加速率也更高。分析原因可能为细菌随时间延长在繁殖，而温度越高则提供了更好的繁殖条件。

观察3 个表格中挥发性盐基氮的数值，可以得出，中华管鞭虾高水分调理食品的挥发性盐基氮初始值为13.92 mg·100-1·g-1。在25℃条件下的挥发性盐基氮值变化最小，35 d 后数值为16.73 mg·100-1·g-1，随着温度的升高，数值的变化速率变大。随着时间的延长，3 组样品的挥发性盐基氮数值均在提高。其原因可能是因为温度的升高，导致了酶和细菌对中华管鞭虾高水分调理食品中蛋白质腐败作用增强，因此数值也在提高。

中华管鞭虾高水分过氧化值的变化情况与挥发性盐基氮的变化大致相同，初始值为0.223 g·100-1·g-1，变化相对平缓的是贮藏于25℃的样品，35 d 后的数值为0.302 g·100-1·g-1。随着温度的上升和时间的延长，过氧化值在不断升高，且变化速率也在提高。

2.2 中华管鞭虾高水分调理食品动力学模型的建立

使用SPSS 25.0 软件处理检测获得的数据，得到各项指标在不同温度下的回归方程以及常数K，分析结果如表4。

分析表4，可以得出，该动力学模型模拟中华管鞭虾高水分调理食品贮藏过程中的品质变化可信度较高，取得了比较理想的效果。得到的回归方程中的反应常数速率k、回归系数等，是对实验过程中3 项检测指标(菌落总数、挥发性盐基氮、过氧化值)的影响反映。可以看出，随着温度的升高，3 项指标的K 值也在升高，表明了温度的正向影响。3 项指标的回归系数数值均很大，可以证明所求得的回归方程对中华管鞭虾高水分调理食品的品质指标变化趋势拟合精度很高。

表4 不同温度下菌落总数、挥发性盐基氮和过氧化值的回归方程Tab.4 The regression equation of total bacterial count，TVBN and peroxide value at different temperatures

对检测中华管鞭虾高水分调理食品品质的3 项指标，以lnk 对贮藏温度的倒数1/T(*1 000)作图，得出相应的图表，结果见图1、图2、图3、表5。

图1 中华管鞭虾高水分调理食品菌落总数变化的Arrhenius 曲线Fig.1 Arrhenius curve of total bacterial count change in S.crassicornis highmoisture conditioning food

图2 中华管鞭虾高水分调理食品挥发性盐基氮变化的Arrhenius 曲线Fig.2 Arrhenius curve of TVBN change in S.crassicornis high-moisture conditioning food

图3 中华管鞭虾高水分调理食品过氧化值变化的Arrhenius 曲线Fig.3 Arrhenius curve of peroxide value change in S.crassicornis high-moisture conditioning food

表5 各指标图形所对应的方程Tab.5 The equation of each indicator at different figure

运用Arrhenius 方程可以预测中华管鞭虾高水分调理食品在不同贮藏条件下的货架期[20]，因为温度与k 值存在函数关系以及一级化学反应动力学可以描述品质变化。通过计算表5 中的数据得出3 个指标的活化能Ea 和指前因子k0，如表6。

表6 各指标对应Ea 及k0Tab.6 Each indicator corresponds to Ea and k0

通过计算以及方程式(5)得到中华管鞭虾高水分调理食品的菌落总数、挥发性盐基氮及过氧化值的货架期预测模型。利用建立的动力学模型，即可求出货架寿命终端的时间及经过一定温度历程产品的品质，也可求得产品品质变化到某一设定值时的贮藏时间[21]。

菌落总数货架期预测模型：

挥发性盐基氮货架期预测模型：

过氧化值货架期预测模型：

2.3 中华管鞭虾高水分调理食品动力学模型预测与验证

通过对比设定温度下实际测得的与模型预测的货架期天数，计算两者的误差值，来验证此预测模型是否能够准确的预测货架期[22]。32℃和37℃条件下贮藏的中华管鞭虾高水分调理食品货架期的预测值与实测值的相对误差分别-6.34%和-6.03%，吻合度较大，可以证明该预测模型的准确性，结果如表7。最后计算得到17℃和22℃时产品理论上各个指标的货架期，结果如表8。

表7 中华管鞭虾高水分调理食品在32℃和37℃贮藏时货架期模型的验证Tab.7 Verification of the shelf life model of S.crassicornis high-moisture conditioning food stored at 32℃and 37℃

表8 不同贮藏温度下各指标的货架期预测值Tab.8 The prediction of the shelf-life on different indicators at different storage temperatures

3 结论

中华管鞭虾高水分调理食品的3 项指标(菌落总数、挥发性盐基氮/过氧化值)均在时间推移下呈上升趋势，且因为温度的上升，上升的速率均变大，符合一级化学反应动力学模型。计算3 项指标所得的数据，得到的回归方程的回归系数均＞0.900，说明了实验整体的严谨性以及准确性。在32℃和37℃条件下贮藏的中华管鞭虾高水分调理食品货架期的预测值与实测值的相对误差分别-6.34%和-6.03%，吻合度较大，可以证明该预测模型的准确性，可以用来预测中华管鞭虾高水分调理食品的货架期。最终使用该模型预测计算得到17℃和22℃时产品理论上的货架期为221 d 和188 d。

本研究初步探究了中华管鞭虾高水分调理食品的货架期预测，该实验研究可以为继续深入研究水产品货架期预测提供一定的理论基础，具有一定的指导意义。