不同贮藏温度对暗纹东方鲀水分迁移、质构和色泽的影响及其货架期预测

汪经邦，李沛韵，谢晶1,,3*，刘大勇

1(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)2(上海水产品加工及贮藏工程技术中心，上海，201306)3(食品科学与工程国家级实验教学示范中心，上海，201306)4(江苏中洋生态鱼类股份有限公司，江苏 南通，226600)

暗纹东方鲀(Takifugu obscures)是一种富含必需氨基酸和蛋白质的海淡水洄游鱼类，其味道鲜美，深受消费者的喜爱[1]。但是新鲜的暗纹东方鲀鱼肉极易腐败变质，冷藏(4 ℃)条件下的货架期仅4 d[2]。暗纹东方鲀鱼肉的平均含水量为75.50%～78.24%，水分是决定微生物和各种腐败反应活性的重要因素之一，研究水分的变化对延长鱼肉的货架期具有重要参考意义[3-4]。此外，水分和鱼肉的质构、色泽也有密切关系。

低场核磁共振技术(low field nuclear magnetic resonance， LF-NMR)是一种快速且无损的光谱检测技术，是目前研究食品中水分迁移和相对含量变化的重要检测技术之一[5]。LF-NMR因其无损和快速的检测特点，已经在研究水产品的水分存在状态方面取得了很好的效果，结合部分品质指标的检测，能为研究水分变化与贮藏品质之间的关系提供理论基础。HE等[6]利用LF-NMR发现鲍鱼的结合水和剪切力之间具有较强的相关性。朱丹实等[7]通过LF-NMR发现冰温(-2 ℃)和冷藏(4 ℃)条件下鲤鱼的T21对应的结合水对弹性影响较大。

不同温度下水产品的品质变化差异较大，通过建立动力学模型可以对货架期进行预测。雷志方等[8]通过构建贮藏时间-温度-品质指标之间的Arrhenius动力学模型，能较准确地预测金枪鱼货架期。马妍等[9]研究了不同冻藏温度对暗纹东方鲀品质变化的影响，得到挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen，TVB-N)、盐溶性蛋白和巯基浓度的Arrhenius常数和活化能。目前有关暗纹东方鲀于-3～15 ℃贮藏的货架期研究较少。

本研究的目的是评估暗纹东方鲀在微冻(-3 ℃)、冰温(-1 ℃)、冷藏(4 ℃)、10 ℃和15 ℃贮藏条件下的水分迁移、质构和色泽的变化，通过相关性分析等方法，研究水分迁移对暗纹东方鲀的质构和色泽的影响，探究水产品的保鲜机理，为暗纹东方鲀的无损品质检测提供理论借鉴；对暗纹东方鲀贮藏在上述温度下的TBA、TVB-N及TVC值的变化规律进行研究，在此基础上对暗纹东方鲀的货架期进行预测，以期为企业在生产、贮藏、运输和销售过程中的品质监控提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

暗纹东方鲀购于江苏省中洋集团，体长25～32 cm、质量0.25～0.3 kg。

硫代巴比妥酸(分析纯)、MgO(分析纯)，上海安谱实验科技有限公司；甲基红(分析纯)、溴甲酚绿(分析纯)，上海生工生物工程有限公司。

1.2 仪器与设备

MesoMR23-060H.I低场核磁共振成像分析仪，上海纽迈电子科技有限公司；Kjeltec8400凯氏定氮仪，丹麦FOSS公司；高温高压灭菌锅HVE-50，日本Hi-rayama制造有限公司；F2640 温度采集仪，美国福禄克制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理

暗纹东方鲀宰杀后立即去皮、眼睛和内脏，鱼样装入聚乙烯拉链袋(尺寸：35 cm×14 cm)后贮藏于15、10、4、-1、-3 ℃的恒温恒湿箱(湿度90%～95%)中，按照预先编号顺序取样，不同贮藏组根据鱼样的感官特性状况不定期取样。

1.3.2 冻结曲线

参考胡玥等[10]的方法，采用自动温度采集仪记录温度随时间变化的数据制得冻结曲线。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 水分迁移

参考WANG 等[11]的方法进行LF-NMR分析，略有修改。取暗纹东方鲀的背部肌肉切成2.0 cm×2.0 cm×3.0 cm鱼块测定T2驰豫时间。核磁共振仪设置参数：磁体-探针选项：MesoMR23-060H-I-70 mm，质子共振频率21 MHz；τ值为200 μs，间隔TR时间2 500 ms，回波数为4 500，重复采样NS为3次，迭代反演后得到向弛豫时间T2图谱。

1.3.3.2 质构

参考DOLORES等[12]的方法进行鱼肉质构分析。

1.3.3.3 色泽

取鱼样背部肌肉(3 cm×3 cm×3 cm)进行色泽分析，利用色差计对鱼块的6个面进行测定，平行3次，参考LAB表色系统进行色差分析[13]，白度计算见公式(1):

(1)

式中：L*为亮度；a*为红度值；b*为绿度值。

1.3.3.4 硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)

参考KILINCCEKER等[14]的方法测定，结果以每千克鱼肉中丙二醛的含量表示。

1.3.3.5 TVB-N

参考YU等[15]的方法，称取5 g暗纹东方鲀背部肌肉使用全自动凯氏定氮仪测定TVB-N值。

1.3.3.6 TVC

参考GB4789.2—2016的方法测定。

1.3.4 感官评定

表1 暗纹东方鲀感官特性评分标准

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0和Origin 9.0软件进行统计学分析和绘制曲线。

2 结果与分析

2.1 冻结曲线

图1是暗纹东方鲀在冻结过程中的时间-温度曲线。由图1可知，初始温度(15.396 ℃)降至0 ℃左右时，降温速度变慢，冻结90 min左右时，温度降至-1.121 ℃，鱼体温度出现了短暂的上升后下降，且10 min内保持稳定，判定此温度为暗纹东方鲀的冻结点[17]。根据微冻和冰温保鲜的定义，选择微冻和冰温贮藏温度分别为-3 ℃和-1 ℃。

图1 暗纹东方鲀冻结曲线

2.2 鱼肉水分变化的 LF-NMR研究

2.2.1 水分迁移

LF-NMR通过测定弛豫时间T2区分结合水、自由水和不易流动水在鱼肉中的分布[18]，T2值反映各水分自由度，即各水分与鱼肉结合程度，T2值越小，水分自由度越低，结合程度越紧密[19]。暗纹东方鲀的弛豫图谱上出现3个峰，弛豫时间为1.27～6.42 ms时的峰(T21)代表与蛋白质等大分子紧密相关的结合水，49.26～89.36 ms时的峰(T22)代表肌纤维膜内部或肌原纤维之间的不易流动水，406.34～785.89 ms时的峰(T23)代表肌纤维膜外部空间中的自由水。

图2是不同温度条件下暗纹东方鲀水分弛豫时间随着贮藏时间的变化趋势，结合水通过氢键与蛋白质中的羟基和氨基等基团相连，流动性相对较差，由图2-a和图2-b可知，各组T21在1.27～6.42 ms随贮藏时间波动上升，温度越高，水分迁移运动越剧烈，T21的上升速度越快。如图2-c和图2-d，不同温度组鱼肉的T22无明显的变化规律性，总体上，T22随贮藏时间呈先下降后上升的变化，贮藏初期的温度骤降和蛋白酶、氢键自由能的作用导致膜内疏水作用力的降低[20]，间接引起纤维膜网状结构的破坏，持水力降低，部分水分流向膜外，膜内流动性相对较大的水分的迁移导致T22呈上升趋势，而后期网状结构的大量破坏也导致膜内水分结合力的下降，故T22又出现下降的趋势[21]。如图2-e和图2-f所示，T23随贮藏时间呈波动上升的趋势。随着贮藏时间的增加，蛋白质的降解导致内层水持续流向膜外，自由水含量缓慢增加，故T23呈现上升的现象。高温组(15、10 ℃)T23在贮藏末期呈明显的上升后下降的趋势，朱丹实等[7]认为可能是高温组鱼肉较快的腐败变质速度，引起脱水多空层的产生，导致贮藏后期T23的显著增加，而低温能减缓脱水多空层的形成。

2.2.2 相对水分含量

各水分相对含量表示为图谱的峰面积比例，pT21、pT22和pT23分别表示结合水、不易流动水和自由水的相对含量。图3是不同温度条件下暗纹东方鲀不同状态水分的相对含量随着贮藏时间的变化趋势。由图3-a～图3-b可知，不同温度条件下鱼肉的pT21随贮藏时间波动上升，且温度越高，波动幅度越大。图3-c和图3-f所示，pT22呈先上升后下降的变化趋势，而pT23则呈先下降后上升的变化趋势。贮藏前期，由于肌肉细胞内发生无氧等化学反应导致细胞膜通透性的增加，引起胞内空间的膨胀，胞内吸水性增强，导致pT22和pT23分别增加和减少[23]，而贮藏后期内源蛋白酶活性的增强以及大分子之间氢键自由能的变化，导致胞内水外流，胞外水含量增加，即自由水增加和不易流动水下降，且贮藏温度越高，蛋白酶和微生物活性越高，这也解释了高温组(10和15 ℃)pT23上升较为显著，而微冻和冰温组变化趋势较为平缓[24]。如图3-e所示，虽然低温有助于减缓鱼肉的水分迁移的变化，但是微冻(-3 ℃)的pT23却较冰温(-1 ℃)组下降更显著。一方面可能由于冰温较微冻组的鱼肉的自溶作用更强，贮藏后期的蛋白质大量水解，同蛋白质紧密联系的结合水游离出来，冰温组的pT23增加；另一方面可能是因为微冻组中的冰晶造成肌原纤维断裂，导致自由水大量流失，微冻组的pT23降低。

a,b-T21弛豫时间;c,d-T22弛豫时间;e,f-T23弛豫时间

a，b-pT21;c，d-pT22;e，f-pT23

2.3 质构

质构(texture profile analysis，TPA)是反映鱼肉品质的重要指标之一。不同贮藏温度下暗纹东方鲀质构参数随着贮藏时间的变化趋势如图4所示，弹性和硬度随贮藏时间呈下降趋势，且温度越高，下降越显著(P<0.05)。随着贮藏时间的延长，蛋白酶和微生物的作用导致鱼肉变软且丧失弹性，这与朱丹实等[7]发现冰温(-2 ℃)和冷藏(4 ℃)对鲤鱼弹性的影响结果相似。如图4-e所示，微冻(-3 ℃)组鱼肉的硬度呈先急剧下降后趋于平稳，最后缓慢下降的趋势。新鲜鱼样(第0天)的硬度值分别为31 440.04 g，贮藏至3.33 d，微冻(-3 ℃)条件下硬度值显著下降了35.78%(P<0.05)。可能因为-3 ℃低于暗纹东方鲀鱼肉的冻结点，导致细胞、组织内的水分形成冰晶，破坏了细胞骨架结构[25-26]，使鱼肉在解冻后的硬度值降至很低。黏聚性的上升反映鱼肉细胞间的结合力随着贮藏时间逐渐下降，如图4-c所示，微冻(-3 ℃)和冰温(-1 ℃)组的黏聚性整体呈上升趋势，但是总体趋势不明显且波动幅度较大。

a,b-弹性;c,d-黏聚性;e,f-硬度

2.4 色泽

色泽是反应鱼肉鲜度的重要指标之一，不同贮藏温度下暗纹东方鲀的白度和a*值的变化如图5所示。白度可以量化鱼肉的色泽变化，新鲜暗纹东方鲀的鱼肉为透明白色，如图5-a和图5-b所示，不同温度组的白度值随着贮藏时间呈上升的趋势，贮藏过程中微生物的生长与繁殖、水分流失和脂质氧化均可能引起鱼肉白度值的变化[26]。其中，微冻(-3 ℃)和冰温(-1 ℃)组的白度值在贮藏前期上升缓慢，可能是低温会抑制微生物繁殖和脂质氧化的速度。不同温度组a*值的变化如图5-c和图5-d所示，总体来说，到贮藏结束不同温度组的a*值都呈现一定程度的减小，15、10和4 ℃组的a*值随着贮藏时间先减小后增大，可能由于贮藏前期鱼肉的血红蛋白及血红素的大量减少，a*值降低，而贮藏后期鱼肉的肌红蛋白发生大量氧化，导致鱼肉的a*值显著升高(P<0.05)[26]。

2.5 相关性分析

不同温度(15、10、4、-1和-3 ℃)下暗纹东方鲀贮藏时间和质构、色泽参数的相关性如表2所示，不同条件组的弹性、硬度、白度和贮藏时间均显著相关，故着重分析了鱼肉水分迁移与弹性、硬度和白度的相关性，以及各状态水分和贮藏时间的相关性。表3是不同温度下暗纹东方鲀水分迁移指标和弹性、硬度、白度、贮藏时间的相关性。各组鱼肉的T21、pT21和T23均与贮藏时间显著相关(P<0.05)，贮藏时间可能对鱼肉水分变化有较大影响。其中，冰温(-1 ℃)组的T23和贮藏时间的相关性最强，相关性系数达到0.933**，虽然低温可能有助于抑制剧烈的水分迁移运动，但是微冻(-3 ℃)条件下产生的冰晶对鱼肉自由水的迁移运动影响较大，导致T23随贮藏时间无明显变化规律，故冰温(-1 ℃)条件下贮藏时间与T23相关性最大，这和朱丹实等[7]发现冰温(-2 ℃)条件下鲤鱼的水分迁移更稳定的研究结果一致。值得注意的是，微冻(-3 ℃)和冰温(-1 ℃)组的pT22、pT23与贮藏时间显著相关(P<0.05)，贮藏时间可能对低温贮藏下鱼肉不易流动水和自由水的相对含量影响较大。

a,b-白度值;c,d-a*值

不同温度贮藏组的硬度、弹性、白度与T21、pT21均显著相关(P<0.05)，说明结合水对鱼肉的硬度、弹性和白度有较大影响，可能由于微生物和酶促相关反应等作用导致与结合水紧密联系的肌原纤维蛋白发生降解[27]，黄文博等[28]发现结合水对美国红鱼的白度具有较大影响。此外，肌原纤维的降解与胞外间隙的自由水也密切相关，故不同温度组的硬度、弹性和白度均与T23显著相关，其中，10 ℃条件下硬度和T23的相关性系数高达-0.957**。

表2 不同温度下暗纹东方鲀贮藏时间和质构、色泽参数的相关性

注：*代表显著性水平(P<0.05)；**代表极显著性水平(P<0.01)(下同)

表3 不同温度下暗纹东方鲀水分相关指标和弹性、硬度、白度、贮藏时间的相关性

2.6 TVC、TVB-N、TBA值和感官变化

TVB-N、TBA和TVC值分别表征暗纹东方鲀的蛋白氧化、脂质氧化和微生物的变化。不同贮藏温度下暗纹东方鲀TVC、TVB-N、TBA和感官评分的变化如图6所示，TVB-N和TVC值随贮藏时间呈上升趋势。如图6-c所示，TVC的初值为1.32 lgCFU/g，15 和10 ℃组分别在2.67 d和3.33 d达到7.13 lgCFU/g和7.53 lgCFU/g，超过国际微生物标准委员会规定的7.00 lg CFU/g[8]，4和-1 ℃组在6 d和10 d接近可接受阈值，而-3 ℃组贮藏21 d后，菌落数才超过可接受上限，说明低温抑制微生物生长与繁殖。不同鱼类的TVB-N可接受的上限各异[2]，微生物是导致贮藏过程中TVB-N值变化的直接原因[29]。故本研究中，根据现有的TVC值结果获得货架期，设定TVB-N为12 mg/100g为暗纹东方鲀的可接受上限，-1 ℃组贮藏至9 d的TVB-N值达到12.9 mg/100g，而-3 ℃组在贮藏19 d后才超过可接受阈值。如图6-b所示，TBA初值为0.045 mg/kg，不同温度组的TBA值随贮藏时间先上升后下降，微生物的大量繁殖导致脂肪氧化，TBA值上升。贮藏末期，TBA值稍有降低，可能是因为丙二醛(malondialdehyde，MDA)与蛋白质和糖原等之间发生了相互作用，从而导致TBA值的降低。图6-d为暗纹东方豚的感官评分变化，15、10和 4 ℃组的暗纹东方鲀在贮藏2.67、3.17和6 d后感官超过可接受范围，-1 ℃和-3 ℃组贮藏7 d后出现显著性差异(P<0.05)，在贮藏10 d、20 d后超出感官不可接受的上限值。

a-TVB-N;b-TBA;c-TVC;d-感官评分

2.7 暗纹东方鲀货架期预测模型的建立

2.7.1 暗纹东方鲀在贮藏期间理化指标与感官评分间的线性拟合

在5个不同贮藏温度(288、283、277、272和270 K)下测定了多个品质指标，首先通过各指标和感官评分的线性拟合分析确定构建货架期模型的指标，然后利用一级动力学方程对指标数据进行建模。线性拟合方程中，r和R2分别表征拟合方程中2种变量的线性关系的强弱和拟合优度的大小，两者的绝对值越接近1，说明变量之间的相关性越强。图7表示不同贮藏温度下暗纹东方鲀的TVB-N、TVC与感官评分值之间存在良好的相关性(|r|> 0.95，R2>0.90)，因此将TVB-N和TVC值作为暗纹东方鲀货架期预测模型的建模指标。

2.7.2 暗纹东方鲀在贮藏期间的货架期模型

在食品贮藏保鲜的过程中，食品品质的某种反应产物浓度(物质含量)随贮藏时间的延长遵循一级反应动力学模型[22]。见公式(2):

A=A0×eKt

(2)

式中：t,贮藏时间,d；A0和A分别代表第0和t天的品质指标数值；K,反应速率常数。

在272、277、283、298 K条件下得到时间-温度-品质的Arrhenius方程[24]，见公式(3)：

(3)

式中：R和T分别为气体常数和热力学温度，K；K0，指前因子；EA，活化能，kJ/mol。

利用一级反应动力学模型得到暗纹东方鲀的TVB-N和TVC值的货架期模型，见公式(4):

a-感官评分和TVB-N的拟合方程图;b-感官评分和TBA的拟合方程图;c-感官评分和TVC的拟合方程图;d-TVC和TVB-N的拟合方程图

(4)

由公式(2)和(3)得到不同贮藏温度下暗纹东方鲀的TVB-N和TVC值的EA和K0，具体数据见表4和表5。

表4 不同贮藏温度下暗纹东方鲀品质指标随贮藏时间变化的动力学模型参数

表5 TVB-N和TVC值变化预测模型中的指前因子(K0)和活化能(EA)

公式(5)和(6)分别是暗纹东方鲀的TVB-N和TVC的货架期预测模型：

(5)

(6)

式中：AC、和AE分别代表贮藏t时间的TVB-N和TVC值；AC0和AE0分别代表TVB-N和TVC的初始值。

2.7.3 暗纹东方鲀货架期预测模型的验证与评价

为了验证该动力学预测模型的准确性，比较270 K温度下暗纹东方鲀TVB-N和TVC值的实际测量值与模拟预测值，结果见表6。

表6 270 K温度下暗纹东方鲀的货架期预测误差

由表6可知，货架期模型的预测值相对误差在±10%以内，根据此动力学模型可较准确地预测-3～15 ℃贮藏温度条件下暗纹东方鲀的货架期。

3 结论

本文研究了暗纹东方鲀在不同贮藏温度(-3、-1、4、10和15 ℃)条件下的水分迁移、质构和色泽的变化规律，分析了水分迁移对质构和色泽的影响，此外，依托TVB-N和TVC值建立了货架期预测模型。研究表明,随着贮藏时间延长，不同温度组鱼肉的结合水、不易流动水和自由水的相对含量(pT21、pT22和pT23)分别呈上升、上升后下降和下降后上升的趋势，而结合水和自由水分别对应的T21和T23波动上升，不易流动水对应的T22先上升后下降，不同贮藏温度组的不易流动向自由水的迁移均较明显。贮藏温度越高，弹性、硬度、黏聚性和白度值随贮藏时间均变化越显著(P<0.05)，且不同贮藏温度组鱼肉的a*值的变化趋势有较大差异。各组鱼肉的T21和pT21对应的结合水变化对弹性、硬度和白度有较大影响，总体来看，贮藏温度越高，鱼肉水分的迁移运动更剧烈。

根据TVB-N、TBA、TVC值和感官评分的线性拟合结果，选择TVB-N和TVC作为构建货架期预测模型的评价指标，获得的模型能较准确地预测-3～15 ℃贮藏温度暗纹东方鲀的货架期。