采用动力学模型预测河蟹调味汁货架期

刘松昆，吴浩然，叶 韬，姜绍通，林 琳，陆剑锋

（合肥工业大学食品与生物工程学院，安徽省农产品精深加工重点实验室，农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009）

河蟹又称中华绒螯蟹（），是我国特有的优质水产品。根据《2021中国渔业统计年鉴》显示，2020年河蟹总产量为77.59 万t，是我国重要的经济养殖蟹类，在市场上很受欢迎。同时，河蟹也是营养价值极高的水产品，因为河蟹中除富含蛋白质、必需氨基酸和不饱和脂肪酸外，还含有游离氨基酸和维生素等各种对人体有益的营养物质，而且还有绝佳的口感和风味，因此一直备受人们的青睐。河蟹是季节性非常强的水产品，在淡季很难供应，所以开发出具有河蟹风味的产品很有必要。目前市场上主要出现的是以蟹钳、蟹肉等为原料的加工产品，能在一定程度上满足人们对蟹类产品的需求。但河蟹在加工处理过程中会产生大量的边角料，如碎蟹黄、碎屑肉、碎骨、腹膜等副产物，所以可以将河蟹边角料进行综合利用，调制成风味独特的调味汁等增值产品，不但能够丰富蟹类产品，还能大大提高河蟹的经济附加值。

货架期是指在食品标签上推荐的、在符合国家法律规定的条件下能够保持食品品质及可安全食用的最长时间。在此期间，食品的各项指标必须符合国家要求。对货架期进行预测所采用的方法通常是以感官评价为主，理化指标和微生物指标为辅的评价方法，一般是借助实验数据拟合函数曲线，通过曲线建立货架期预测方程模型（一级反应模型、二级反应模型、阿伦尼乌斯方程等）来对货架期进行预测。樊沁昕等对自热咖喱鸡块建立一级动力学模型和阿伦尼乌斯方程，以总挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量作为判断因子，并对自热咖喱鸡块的货架期进行预测，结果表明，利用此模型计算得到的货架期预测值与实际值相符，误差较小，验证了模型的有效性和准确性。施伽等根据刺梨果汁中的功能性成分，利用动力学模型和阿伦尼乌斯方程建立货架期预测模型，果汁中VC含量预测值和实际值的相对误差低于10%，认为阿伦尼乌斯方程可以用于刺梨果汁饮料的货架期预测。陈月圆等利用阿伦尼乌斯模型和Belehradck模型对鲜切猕猴桃片进行货架期预测，分别检测猕猴桃的脆性、色差及菌落总数。徐贞等对香辣蟹建立阿伦尼乌斯方程，并对常温环境中真空软包装的香辣蟹进行货架期预测，认为阿伦尼乌斯方程可以用于预测真空软包装香辣蟹的货架期。因此利用食品的某些理化指标和贮藏条件之间的相关性，结合阿伦尼乌斯方程等数学手段预测食品的货架期有很好的可行性。

加速实验是指在预设的时间内能够比在正常条件下获得更多信息的方法，可以较好地在预设温度下对产品货架期进行预测，是常用并且有效的实验方法，能够更快速、低成本预测产品的货架期。鉴于此，为对河蟹调味汁的货架期进行迅速和准确预测，本研究对河蟹调味汁进行加速实验，分别在3 个超正常水平下（37、45、55 ℃）贮藏调味汁，使其加速腐败，记录实验过程中TVB-N含量、菌落总数和感官评分的变化，分析各指标对河蟹调味汁货架期的影响，并建立以TVB-N含量为指标的货架期预测模型，可为水产调味品的生产和贮藏提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

河蟹分割加工边角料 安徽省明光市永言水产食品有限公司。

味精、料酒、白糖、盐，呈味核苷酸二钠（I+G）、淀粉、卡拉胶、焦糖色 合肥翡翠湖大润发超市；碱性蛋白酶、木糖、氢氧化钠、盐酸、甲醛、硼酸、浓硫酸（均为分析纯） 国药集团化学试剂（北京）有限公司。

1.2 仪器与设备

RZ-5286A旋转蒸发仪 巩义市予华仪器有限责任公司；T18高速分散器 德国IKA公司；HZ-2两孔数显水浴锅 江苏省金坛市环宇科学仪器厂；DHG-9123J精密恒温鼓风干燥箱 上海三发科学仪器有限公司；纯水仪 力康生物医疗科技控股集团；CT15RT台式高速冷冻离心机 上海天美生化仪器设备工程有限公司；K9840自动凯氏定氮仪 烟台海能仪表科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 河蟹调味汁制备工艺流程

将河蟹加工边角料清洗干净，调味汁的制备过程参考朱亚军等的方法，相关工艺如图1所示。

图 1 河蟹调味汁制作工艺Fig. 1 Flow chart of the production process of river crab sauce

1.3.2 货架期预测

在不添加任何防腐剂的情况下，预测样品在常温条件下能够贮藏的最短时间。按照上述过程对样品进行巴氏灭菌（90 ℃、30 min），调味汁经过杀菌、冷却后等分成3 组，分别在37、45、55 ℃ 3 个温度条件下贮藏，其中37 ℃组贮藏105 d，45、55 ℃组贮藏49 d。检测并分析比较调味汁菌落总数、TVB-N含量和感官评分在贮藏过程中的变化，其中37 ℃组15 d检测1 次，45、55 ℃组7 d检测1 次。

1.3.2.1 菌落总数的测定

菌落总数可以反映调味汁贮藏过程中微生物的生长情况，平板计数法是测定菌落总数的常用方法之一。参考吴浩然等的方法，精确称量1 g样品加入到含有9 mL无菌盐水溶液（0.9 g/100 mL）的无菌试管中。随后，利用无菌盐水溶液逐步稀释每组样品，并用平板计数琼脂（PCA）计数菌落总数。将稀释后样品溶液约1 mL注入到琼脂平板上，铺平后倒置培养。最后计算菌落总数，单位为CFU/g。

1.3.2.2 TVB-N含量的测定

凯氏定氮法是检测TVB-N含量的常用方法。TVB-N含量的测定参考GB 2005.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》。

1.3.2.3 感官评价

调味汁的食用品质直接影响消费者的满意度，是决定河蟹调味汁价值的重要因素。感官评价是食品品质分析中的重要手段，能够直观反映出调味汁的食用品质。参考綦艳梅的评定方法进行感官评价，分别针对河蟹调味汁品质特性及实际应用方面的感官品质进行评价，评价小组的平均分作为调味汁质量评价的最终得分。评分标准参考陈启航等的方法略有改动，具体评分标准见表1。

表 1 河蟹调味汁感官评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of river crab sauce

1.3.2.4 基于TVB-N含量的货架期预测模型建立

在贮藏期间，调味汁中TVB-N含量遵循一级反应动力学模型，如式（1）所示。

式中：为贮藏时间/d；为贮藏d后调味汁TVB-N含量/（mg/100 g）；为调味汁初始TVB-N含量/（mg/100 g）；为变化速率常数/s。

阿伦尼乌斯方程如式（2）所示。

式中：为活化能/（kJ/mol）；为指前因子/s；为热力学温度/K；为气体常数（8.314 4 J/（mol·K））。

对式（1）、（2）两边同时取对数，可得方程（3）、（4）。

将式（2）代入式（3）中，可得方程（5）。

调味汁在3 个超常温度下贮藏得到的不同，再利用Excel拟合直线，可得到和；将得到的值代入式（5）并计算，最终可以求得在25 ℃温度下河蟹调味汁的货架期。

1.4 数据处理

采用Excel 2016、Orign 2018和SPSS 24.0软件对实验数据进行分析处理，结果以平均值±标准差表示；利用SPSS 24.0软件对实验数据进行单因素方差分析，并用最小显著性差异法进行显著性比较，＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同温度贮藏过程中河蟹调味汁品质的变化

表 2 河蟹调味汁37 ℃贮藏过程中TVB-N含量、菌落总数和感官评分变化Table 2 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 37 ℃

表 3 河蟹调味汁45 ℃贮藏过程中TVB-N含量、菌落总数和感官评分变化Table 3 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 45 ℃

表 4 河蟹调味汁55 ℃贮藏过程中TVB-N含量、菌落总数和感官评分变化Table 4 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 55 ℃

在本研究中TVB-N含量的上限值为50 mg/100 g，菌落总数的上限值为2 000 CFU/g，感官评分的下限值为60。由表2～4可知，河蟹调味汁在37 ℃温度下贮藏，45 d内未检测到菌落，75 d内检测到的菌落总数小于1.00 CFU/g，75 d后检测到少量菌落，但是均未达到限量值，这说明巴氏杀菌效果较好，能够在灌装密封后将调味汁中细菌全部杀灭。所以，可以排除微生物原因导致的产品变质。但是产品的TVB-N含量明显升高，而且随着贮藏温度上升，TVB-N含量升高的趋势愈发明显。这可能是因为酶在较高温度（如55 ℃）下更加活跃，加快了对氨基酸的分解速率。由于酶将氨基酸分解会产生TVB-N，这也正是调味汁感官品质劣变的主要原因，从而导致调味汁感官评分下降。表2中TVB-N含量不断升高，在105 d内从7.03 mg/100 g上升到35.72 mg/100 g，而感官评分的下降也非常明显，0 d时为88.03 分，45 d后为81.13 分，最终降低到了70.93 分。在3 个温度环境下贮藏，调味汁品质的变化相似，菌落总数在贮藏期间未超过限量值。由此可见，TVB-N含量的升高和感官评分的降低是导致调味汁品质发生劣变的主要原因。

由表2～4的分析结果可知，温度对调味汁品质有显著影响，温度越高，调味汁变质就越快。这与贾培红等的温度与TVB-N含量成正比的结论相一致，也与袁颖、胡力、李莹等的研究结果相似。

2.2 以TVB-N含量为指标建立货架期预测的动力学模型

在食物贮藏过程中，氨基酸在酶、微生物等作用下产生TVB-N，产生影响因素包括温度、微生物、时间等。鱼类和肉类等食品的新鲜度与TVB-N含量有很大的关系，而且温度越高，时间越长，产生的TVB-N就会越多，这与沈旺旺等的研究相似。结合2.1节的研究结果可知，贮藏温度的升高及贮藏时间的延长都会使调味汁品质发生劣变，导致劣变的主要原因是TVB-N含量的增加，所以TVB-N含量可以作为判断调味汁品质的重要依据，通过TVB-N含量可以预测河蟹调味汁的货架期。图2为上述3 个温度下贮藏时调味汁中TVB-N含量随时间变化的拟合曲线。

图 2 河蟹调味汁37（A）、45（B）、55 ℃（C）贮藏时TVB-N含量随时间变化的拟合曲线Fig. 2 Changes in TVB-N content of river crab sauce stored at 37 (A),45 (B), and 55 ℃ (C)

表 5 河蟹调味汁不同温度贮藏过程中TVB-N含量随时间变化的回归方程及参数Table 5 Regression equations with parameters for TVB-N content of river crab sauce stored at different temperatures as a function of storage time

在不同温度下贮藏时，调味汁中的TVB-N含量会产生变化，对其进行回归分析可得到回归方程。由表5可知，TVB-N含量的一级反应动力学方程回归系数均大于0.9，表明回归方程拟合良好。

图 3 河蟹调味汁TVB-N含量变化的阿伦尼乌斯曲线Fig. 3 Arrhenius curve of TVB-N content of river crab sauce

由表5可知，在3 个不同贮藏温度下的分别为7.019 3、8.233 4、7.154 4 mg/100 g，分别为0.016 0、0.024 3、0.030 2 s。根据、1/及ln，进行线性回归分析，可计算出=29.28 kJ/mol，=1.443×10s。结合式（4）及阿伦尼乌斯方程拟合曲线（图3），其线性方程为ln=-3.521 8×100 0/+7.274 2。将和代入式（5），可求得在常温25 ℃下河蟹调味汁的货架期为183 d。此外，也可通过式（5）求得任意温度下调味汁的货架期。

3 结 论

河蟹调味汁的货架期与贮藏温度有关。本实验探究河蟹调味汁在37、45、55 ℃ 3 个超正常水平下贮藏品质的变化。分别分析实验过程中感官评分、菌落总数及TVB-N含量在不同贮藏温度下对调味汁货架期的影响。最终以TVB-N含量为指标，建立河蟹调味汁的货架期动力学预测模型。结果发现，温度对调味汁品质有显著影响，在相同贮藏时间下，温度越高，调味汁的品质越差，具体体现在TVB-N含量升高导致感官评分降低。所以温度越低，调味汁货架期就会越长。通过方程模型的建立，可计算并预测出调味汁在25 ℃条件下的最佳贮藏时间。以TVB-N含量为指标，最终得到河蟹调味汁在常温25 ℃条件下的预测货架期为183 d。