基于挥发性盐基氮快速预测冷鲜鸡货架期

瞿 洋，索玉娟，蔡 祥，刘海燕，丰东升，韩奕奕，杨晓君，周昌艳,

（1.上海市农业科学院，农产品质量标准与检测技术研究所，上海 201403；2.上海市农产品质量安全中心，上海 201708）

鸡肉作为我国第二大肉类消费品[1−2]，市场前景非常广阔。由于活禽交易存在一定的安全隐患，冷鲜鸡作为鸡的替代品逐渐在市场中占主要位置[1,3]。冷鲜鸡营养丰富、水分含量高，易被微生物污染，其品质的变化制约着该产业的发展[4−5]。因此，有效判断冷鲜鸡的货架期不仅能保障其食用安全性，还能最大限度地降低生产者的经济损失。

一般来说，构建化学、微生物等动力学模型可以实现冷鲜鸡货架期的预测[6−7]。李苗云等[8]描述了假单胞菌在鸡胸肉上的生长，确定了生鲜鸡的货架期；董飒爽等[9]测定了菌落总数，并建立了鸡胸肉产品的货架期；瞿洋等[10]建立了冷鲜鸡货架期微生物预测系统。由于微生物检测耗时较长，无法实现冷鲜鸡货架期的快速预测。化学方法相较于微生物检测而言，具有简洁，检测时长短的优点，可实现冷鲜鸡货架期的快速预测[11]。

常用表征化学动力学模型的品质参数有pH[12]、挥发性盐基氮（Total Volatile Basic Nitrogen，TVBN）[11,13−14]、硫代巴比妥酸反应物（Thiobarbituric Acid Reactive Substances，TBARS）[15−16]等。TVB-N反映了冷鲜鸡在微生物和内源性酶的作用下，分解蛋白质和非蛋白质产生腐败性物质的情况，是冷鲜鸡新鲜度相关性最高的品质指标[11,17−18]。目前，已有研究报道应用TVB-N构建化学动力学模型来预测食品的货架期[19−21]，鲜有研究用其来预测冷鲜鸡。因此，本文研究了冷鲜鸡在5、10和15℃下的TVB-N变化规律，构建了TVB-N随贮藏温度和时间变化的动力学模型，建立结合感官评价和细菌总数，确定了基于TVB-N值的冷鲜鸡货架期，以快速预测冷鲜鸡在某一贮藏温度下的货架期，为生产企业和监管部门制定货架期标准提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷鲜鸡 由上海圣华食品销售公司提供，为当天排酸结束后出厂的样品，冷藏（0～4℃）条件下2 h内运输回实验室；氧化镁、36%～38%盐酸溶液、99.5%乙醇 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；硼酸 分析纯，上海泰坦化学有限公司；甲基红、亚甲基蓝 阿达玛斯试剂公司；邻苯二甲酸氢钾p H标准缓冲液（pH4.00）、混合磷酸盐pH标准缓冲液（p H6.86） 国家二级标准物质，上海市计量测试技术研究院；平板计数琼脂培养基（PCA） 广东环凯微生物科技有限公司；PBS 上海生工生物有限公司。

pH-3C p H计 雷磁有限公司；AL204-IC天平梅特勒-托利多仪器有限公司（上海）；DHG-9246A烘箱 上海精宏实验设备有限公司；KD210凯式定氮仪OPSIS公司；SX-500高压灭菌锅Tomy Digital Biology公司（日本）；1300 SERIES A 2型生物安全柜Thermo公司（美国）；Medcenter Einrichtungen GmbH型恒温培养箱Friocell公司（德国）；Vortex Genie 2漩涡混匀仪Scientific Industries公司（美国）。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 无菌条件下分割冷鲜鸡，取鸡腿跟鸡胸肉于无菌均质袋中，参照李苗云等[8]和邱春强等[19]的方法，将样品置于5、10、15℃恒温培养箱中贮藏，每隔一定时间取出1份样品（1只鸡腿、1份鸡胸肉），无菌操作剪取鸡腿肉和鸡胸肉样品混合后测定相关参数。每个温度设置3组平行。

1.2.2 品质参数测定 按照GB 5009.3-2016直接干燥法测定水分；按照GB 5009.237-2016肉及肉制品含量测定p H；按照GB 5009.228-2016半微量定氮法测定挥发性盐基氮；按GB 4789.2-2016测定菌落总数。

1.2.3 感官评定 感官评定小组由5人组成，经培训后通过自身感受客观评价样品属性。评价内容包括色泽、黏性和气味，参照周果等[22]研究，详细标准见表1，并按照一级鲜肉8～10分，二级鲜肉5～7分，腐败变质0～4分，进行鲜度分级，拟定6分为冷鲜鸡货架期终点。

表1 冷鲜鸡感官评价标准Table 1 Standard for sensory evaluation of Chilled chicken

1.2.4 Arrhenius方程的构建 冷鲜鸡品质变化与贮藏时间之间遵循零级动力学模型（1）或一级动力学模型（2）：

零级动力学模型：

一级动力学模型：

式中：A：t时刻TVB-N值，mg/100 g；A0：初始TVB-N值，mg/100 g；k：变化速率常数；t：贮藏时间，h。

挥发性盐基氮变化速率常数与贮藏温度的关系符合Arrhenius方程（3）[22]：

对方程（2）两边取对数后得到：

式中：k0为指前因子；Ea为活化能，k J/mol；R为气体常数，8.314 J/（mol·K）；T为贮藏温度，取绝对温度K。

1.2.5 实际样本验证 在奉贤区随机采取3份市售冷鲜鸡，见表2，冷藏（0～4℃）条件下2 h内运输回实验室，无菌操作将冷鲜鸡一分为二，一半冷鲜鸡按照1.2.3中挥发性盐基氮的方法测定初始挥发性盐基氮，剩余冷鲜鸡按照1.2.1进行样品制备。Huang[23]提出应选用建模温度以外的温度进行实际样品验证，采用额外的试验所得数据引入模型中来评价所建预测模型的适用性和可靠性，其结果更具有说服力[24]。故选择冷鲜鸡售卖时常使用的4℃进行实际样本验证，将剩余冷鲜鸡样品放入4℃冰箱冷藏。因该部分冷鲜鸡为市售冷鲜鸡，开放的环境下，外界环境（如人手）中的细菌会交叉污染到鸡肉中，无法准确反映无外界条件干扰时冷鲜鸡自身腐败进程中的细菌总数[25]，故该部分未测定微生物指标，只对冷鲜鸡的感官进行评定。

表2 冷鲜鸡采样信息Table 2 Chilled chicken sample information

1.3 数据处理

实验数据采用Mir osoft Office Excel 2007进行分析处理，采用IBM SPSS 21进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 冷鲜鸡贮藏期品质变化

冷鲜鸡在5、10和15℃贮藏期间的品质变化（感官评定、pH、水分含量、TVB-N值及菌落总数）如表3～表5所示。

从感官评价来看，冷鲜鸡出现品质劣变的时间随温度的升高而变短。5℃贮藏时第4 d鸡胸变橘黄、鸡腿变梅红，触摸时粘手并出现一丝腥味，感官评分为5.9分，达到货架期终点；继续贮藏，冷鲜鸡品质变得越来越差，主要表现为刺激性气味严重，鸡胸、鸡腿肉变色，肉品的触摸手感粘稠厚重。温度升至10和15℃时，货架期终点值缩短至58和42 h，与陈晓宇等[6]的研究结果一致。

菌落总数随着贮藏时间的增加而增加，符合微生物生长趋势[10,26]。高灿灿[27]、董飒爽[9]、瞿洋[10]等指出冷鲜鸡菌落总数的腐败阈值为5 lg CFU/g。表3～表5显示，冷鲜鸡菌落总数小于该腐败阈值时，冷鲜鸡感官评分在6～10分之间；超过该腐败阈值，冷鲜鸡的感官评分小于货架期终点值6。微生物指标与感官评分表现出一致性。

表3 5℃时冷鲜鸡品质变化Table3 Quality characteristicsof chilled chicken at 5℃

表4 10℃时冷鲜鸡品质变化Table 4 Quality characteristicsof chilled chicken at 10℃

表5 15℃时冷鲜鸡品质变化Table 5 Quality characteristicsof chilled chicken at 15℃

冷鲜鸡贮藏过程中TVB-N值逐渐升高，贮藏温度越高，TVB-N值越大，与已有报道一致[2−3,28−29]。5℃贮藏时，第4 d的TVB-N值为12.10 mg/100 g，与前3 d相比显著上升（P<0.05），此时，TVB-N值没有超过国家标准的限量值（15 mg/100 g），但感官评分降至5.9分并超过菌落总数的腐败阈值，接近货架期终点值。而后持续显著上升并在第7 d达到最大值15.43 mg/100 g，该状态下冷鲜鸡出现腐败变质现象且菌落总数超标。10和15℃贮藏时均出现TVB-N值与感官评分存在差异现象，该差异与王玉静等[29]、王天佑等[17]的结果一致，可能与鸡肉冷冻程度及鸡肉部位选取有关[29−30]。综合微生物指标和感官评价，将12.0 mg/100 g作为TVB-N货架期的终点值。

从水分含量来看，鸡肉贮藏期间水分含量始终保持在74%～76%之间，无显著性差异（P>0.05），与冷鲜鸡腐败无显著相关性。从p H来看，其变化范围也在2%以内，无显著性差异（P>0.05）。邵磊等[28]的研究表明：贮藏期间细胞的呼吸作用会分解肌糖元生成酸性物质使pH下降，该改变可以作为鸡肉腐败的信号但不能用于评价鸡肉的腐败。

2.2 冷鲜鸡贮藏期间TBV-N动力学模型的建立

冷鲜鸡TVB-N值随贮藏时间（t）的变化如图1～图3所示，从中可以看出其R2均大于0.93，表明方程拟合度较高；同时，一级动力学模型R2均大于零级动力学模型，表明一级动力学模型更适合用于描述冷鲜鸡中TVB-N值的变化，后续可结合Arrhennius方程预测冷鲜鸡不同温度下的货架期。

图1 冷鲜鸡5℃贮藏时TVB-N值变化曲线图Fig.1 Changesof TVB-N valueon chilled chicken at 5℃

图2 冷鲜鸡10℃贮藏时TVB-N值变化曲线图Fig.2 Changesof TVB-N valueon chilled chicken at 10℃

图3 冷鲜鸡15℃贮藏时TVB-N 值变化曲线图Fig.3 Changesof TVB-N valueon chilled chicken at 15℃

图1～图3显示5、10、15℃温度下的一级动力学模型的变化速率常数k值分别为0.0048、0.0069和0.0116。对lnk和贮藏温度的倒数1/T进行回归拟合，结果如图4所示，其线性方程y=−6.3311x+17.463。从式（4）可以看出，直线斜率为−Ea/R，在Y轴上截距为lnk0，故Arrhenius方程中TVB-N的活化能Ea为52.636 k J/mol，指前因子k0为3.8×107。结合Ea、k0和式（3），冷鲜鸡贮藏期间TVB-N变化速率与贮藏温度间的Arrhenius方程为：

图4 冷鲜鸡挥发性盐基氮变化的阿伦尼乌斯曲线Fig.4 Arrhenius curve of TVB-N change in chilled chicken

结合式（2），冷鲜鸡货架期公式为：

式中：k：变化速率常数；R为气体常数，8.314J/（mol·K）；T为贮藏温度，取绝对温度K；SLTVB-N：贮藏时间，h；A0：初始TVB-N值，mg/100 g。

比较5、10和15℃下贮藏的冷鲜鸡实际货架期与动力学模型计算得到的货架期预测值，用相对误差来验证动力学模型的准确性，如表6所示。5、10和15℃条件下贮藏的冷鲜鸡的Arrhenius法预测值与实测值的相对误差分别为：6.30%，6.00%和3.91%，均小于10%，与文献[19−20,22]一致，该动力学预测模型具有较好的准确性和实际应用价值。

表6 冷鲜鸡在5、10和15℃贮藏时货架期预测值和实测值Table 6 Predicted and measured shelf life of chilled chicken at 5,10 and 15℃

2.3 冷鲜鸡TBV-N动力学模型的验证

本研究选择用实际样本对基于TVB-N的冷鲜鸡货架期模型进行验证，结果见表7。从表7可以看出，二次多项式冷鲜鸡货架期公式预测的货架期预测平均值与货架期实测值的最大相对误差为-10.5%，具有较好的准确度。

表7 冷鲜鸡货架期公式验证Table 7 Verification of chilled chicken shelf life

3 结论

测定了冷鲜鸡贮藏期间水分含量、p H、挥发性盐基氮和细菌总数的变化，利用一级动力学模型结合Arrhenius方程获得了基于TVB-N值的冷鲜鸡货架期预测模型，具体为SLTVB-N=（2.485−lnA0）/｛3.8×107exp（−6.331×103/T）｝，其中A0为挥发性盐基氮初始值，T为贮藏温度。公式内部验证相对误差均小于10%，实际样本验证最大相对误差为−10.5%。因此，此模型可有效预测相应贮藏条件下冷鲜鸡的货架期，切实减少冷鲜鸡腐败变质问题。后期可开展市场冷鲜鸡TVB-N值的摸底筛查，为生产企业和监管部门制定标准提供准确的理论依据。