扇贝贮藏货架期预测模型的建立与评价

吴雪丽1，刘红英1,2,*，韩冬娇1

（1.河北农业大学食品科技学院，河北 保定 071000；2.河北农业大学海洋学院，河北 秦皇岛 066000）

摘 要：以扇贝为研究对象，采用不同温度283、278、273、271.8 K（10、5、0、－1.2 ℃）的贮藏环境对扇贝进行保鲜处理，探讨其在保鲜过程中挥发性盐基氮（volatile basic nitrogen，TVB-N）含量、菌落总数、鲜度指标K值与感官指标的相关性，建立TVB-N含量、菌落总数以及贮藏温度和时间的动力学模型和扇贝保鲜货架期的预测模型。结果表明：一级化学反应动力学模型和Arrhenius方程对TVB-N含量、菌落总数、K值的变化具有较高的模拟精度（R2＞0.9）。可根据对扇贝在不同温度条件下贮藏的TVB-N含量、菌落总数、K值变化规律的研究对扇贝剩余货架期进行预测，经验证扇贝的货架期预测模型的相对误差在10%以内。

关键词：扇贝；模型；货架期

Establishment and Evaluation of Shelf-Life Prediction Model for Scallops

WU Xue-li1, LIU Hong-ying1,2,*, HAN Dong-jiao1

(1. College of Food Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China;

2. Ocean College of Hebei Agricultural University, Qinhuangdao 066000, China)

Abstract: The correlations of sensory evaluation scores with volatile basic nitrogen (TVB-N), total number of colonies and the freshness indicator K value were analyzed for scallops stored at different temperatures (10, 5, 0 and -1.2 ℃). Further studies were carried out to establish kinetics models for the three parameters as a function of storage temperature and time and shelf-life prediction models based on each of these parameters. The experimental results showed that first-order kinetics model and Arrhenius equation could describe TVB-N, total colony number and K value with high accuracy (R2 > 0.9). All these parameters were useful to predict the shelf-life of scallops stored at different temperatures. It was validated that the relative error of prediction was less than 10%.

Key words: scallops; model; shelf life

中图分类号：S983 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）22-0315-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201422061

海湾扇贝（Argopectens irradias Lamarck），属瓣鳃纲，珍珠贝目，扇贝科，海湾扇贝属，是我国重要的经济品种之一[1-2]，2011年海水贝类总产量为1 154万t，占海水养殖总产量的74.4%，随着贝类养殖业的不断发展，贝类的低脂肪、高蛋白、高氨基酸含量等特点更是合理膳食结构中不可或缺的要素，深受广大消费者的青睐[3-4]。目前对贝类的研究主要集中在贝类产品的加工和养殖等方面，贝类的保鲜[5-6]已有研究，但对扇贝进行保鲜研究的相当少。

食品的货架寿命是指从感官和食用安全角度分析，食品品质保持在消费者可接受程度的贮藏时间。而食品品质改变一般指生产于贮藏过程中化学、物理和微生物的变化，因此，以化学、微生物的反应动力学模型可以较好地反映食品品质的变化[7-9]。由于扇贝的水分和蛋白质含量较高，在贮藏过程中因TVB-N含量、细菌总数、K值引起的品质变化较大，影响了其耐贮性与货架期。当前国内外市场对水产类食品鲜度的要求不断提高，快速评估水产品的鲜度及准确预测剩余货架期显得十分重要。因此，准确预测扇贝在贮藏过程中的品质变化和货架期对于扇贝保鲜的质量安全具有重要的实际意义。

目前，应用Arrhenius法[10]预测食品货架寿命的研究已有大量报道，已有的研究对象包括南美白对虾[11]、即食花蛤[12]和罗非鱼片[13]等食品，但对于扇贝在贮藏过程中品质变化的动力学模型及货架期预测方面的研究却未见报道。本实验通过对扇贝贮藏在283、278、273、271.8 K（10、5、0、－1.2℃）条件下，TVB-N含量、菌落总数、K值变化规律的研究，结合与感官评定相关性分析，确定TVB-N含量、菌落总数、K值作为扇贝品质变化的关键因子，然后建立TVB-N含量、菌落总数、K值指标随着贮藏温度和时间变化的动力学模型，以预测扇贝在某一贮藏温度条件下的货架期，从而为扇贝贮藏的质量安全提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

海湾扇贝，鲜活，个体饱满，大小均匀。

1.2 方法

1.2.1 扇贝冷藏处理

用生理盐水冲洗鲜活带壳扇贝，室温条件下开壳取肉，用生理盐水清洗贝柱并随机分组。然后将样品取出、沥干，立刻装入无菌保鲜袋中，分别贮藏于不同温度283、278、273、271.8 K（10、5、0、－1.2 ℃）的冰箱中冷藏，每天定时测定每组样品的各项指标，每组样品平行测定3 次。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 感官品质的测定

目前没有扇贝的感官评定国家标准，故本研究参照GB 2733—2005《鲜、冻动物性水产品卫生标准》[14]制定的扇贝感官评分方案见表1。由6 人组成感官评定小组，对各个处理组的组织形态、体表色泽、弹性和气味4 方面进行综合评分，总分值在20 分（极新鲜）和4 分（完全腐败）之间，12 分以下表明样品已不可食用。

表 1 扇贝肉感官描述检验评分标准

Table 1 Criteria for sensory evaluation of scallop

1.2.2.2 菌落总数的测定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物学检验：菌落总数测定》方法[15]测定。 

1.2.2.3 挥发性盐基氮（volatile basic nitrogen，TVB-N）含量的测定

按照GB/T 5009.44—2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》方法中的微量扩散法[16]测定

1.2.2.4 K值的测定

取匀浆后的扇贝肉组织1.0 g加入2 mL预冷过的10%的高氯酸中，用玻璃棒搅匀后在（0～4）℃条件下离心（5 000 r/min）15 min，收集上清液，沉淀部分再用2 mL 5%的高氯酸抽提并离心，合并上清液，先后用10 mol/L KOH溶液和1 mol/L KOH溶液将其中和至pH 6.4～6.8，定容至10 mL，通过孔径为0.22 μm的滤膜，滤液于－80 ℃保存，待测。色谱柱：C18（4.60 mm×250 mm，5 μm Catalog No：U35D5.S/N：9A7U73）。流动相：pH 6.8的0.05 mol/L磷酸盐缓冲液；检测波长：254 nm；流速：1.0 mL/min；进样量：10 μL。计算如式（1）所示：

（1）

1.3 数据处理

采用Excel进行绘图，利用SPSS 17.0软件进行实验数据分析，利用t-检验进行组间分析，当P＜0.01时为差异极显著，0.01＜P＜0.05时为显著性差异，P＞0.05时差异不显著。

2 结果与分析

2.1 贮藏过程中扇贝品质的变化

2.1.1 感官品质的变化

图 1 扇贝在不同温度条件下感官品质的变化

Fig.1 Changes in sensory quality of scallops stored at different temperatures

感官评价是对食品品质变化的一个综合性评价。扇贝在贮藏期间由于各种物理、化学和微生物作用的影响，品质会逐渐发生劣变，达到消费者感官拒绝的程度，据此，可以根据扇贝的感官评价来确定其感官货架寿命的终点。由图1可知，0 d时，新鲜扇贝的感官评价为18.67 分，随着贮藏时间的延长，各个温度条件下贮藏的扇贝感官品质呈下降趋势。

按实验的扇贝感官质量评分标准中12 分为消费者可以接受的界限，由图1可知，样品在283、278、273、271.8 K条件下的感官货架寿命分别为2、3、5、7 d。在273 K和271.8 K条件下贮藏时，扇贝的感官评价总分下降速度比283 K和278 K贮藏条件下的变化相对缓慢，贮藏
7 d左右才接近12 分的接受界限。因此，降低扇贝的贮藏温度能明显延长扇贝的货架期。

2.1.2 TVB-N含量的变化

从图2可见，在不同温度条件下扇贝贮藏过程中，样品的TVB-N含量随贮藏时间的延长而逐渐增加，贮藏温度越高其增长速度越快。这主要是由于低温抑制了微生物的繁殖和酶的活性，从而抑制或减缓了微生物对蛋白质的降解和腐败作用。283 K条件下第3天的TVB-N含量为17.64 mg/100 g，超过GB 2733—2005中规定：海水贝类中TVB-N含量不大于15 mg/100 g，而271.8 K条件下的TVB-N含量变化缓慢，在第9天其含量达到15.21 mg/100 g，刚超
过15 mg/100 g的上限值。可见，低温能明显抑制酶的活性和细菌的生长，减弱蛋白质的分解，降低TVB-N含量的增长幅度。

图 2 扇贝在不同温度条件下TVB-N含量的变化

Fig.2 Changes in TVB-N of scallops stored at different temperatures

2.1.3 菌落总数的变化

图 3 扇贝在不同温度条件下菌落总数的变化

Fig.3 Changes in total number of colonies in scallops stored at different temperatures

菌落总数测定是用来判定食品被细菌污染的程度及卫生质量，它反映食品在生产过程中是否符合卫生要求，以便对被检样品做出适当的卫生学评价。从图3可见，贮藏初期样品的菌落总数都有所下降，之后又开始上升。贮藏在283、278、273 K条件下的扇贝分别在贮藏了2、4、6 d后超过了国家二级鲜度标准，而贮藏在271.8 K条件下的扇贝在第11天超过二级鲜度标准。可见，低温能有效地抑制微生物的生长繁殖，延缓扇贝的腐败变质。

2.1.4 K值的变化

K值作为一种评价水产品鲜度的指标，其值越小表示鲜度越好，反之则鲜度越差。许多学者对 K值与鲜度的关系进行过研究[17-18]，认为利用K值评价大多数水产品贮藏早期的鲜度是比较适宜的。一般认为即杀水产品的K值在10%以下，新鲜K值大约在20%以下，20%～40%为二级鲜度，60%～80%为初期腐败[19]。如图4所示，随着贮藏时间的延长，不同贮藏温度的扇贝的K值均呈上升趋势。283 K和278 K条件下贮藏的扇贝在贮藏到第3、5天后的K值已经超过二级鲜度，而在较低的273 K和271.8 K贮藏条件下的变化缓慢，贮藏7 d和13 d后才达到40%的二级鲜度界限。相同贮藏温度条件下扇贝的K值变化规律与TVB-N含量、菌落总数的变化基本趋于一致。

图 4 扇贝在不同温度条件下K值的变化

Fig.4 Changes in K value of scallops stored at different temperatures

2.2 扇贝贮藏货架期预测模型的建立

2.2.1 扇贝贮藏期间理化指标与感官品质的相关性分析

表 2 不同温度条件下贮藏扇贝的感官评分和TVB-N含量、
菌落总数、K值之间的Pearson相关系数

Table 2 Pearson correlation coefficients between sensory evaluation and TVB-N, total number of colonies, or K value of scallops during storage at different temperatures

注：**.在0.01水平上显著相关。

从表2可见，在4 个不同贮藏温度条件下TVB-N含量、菌落总数、K值与感官评定结果之间具有极显著的相关性，其Pearson相关系数均大于0.9，所以选择TVB-N含量、菌落总数、K值作为扇贝品质变化和货架期预测模型的关键指示因子。扇贝贮藏期间的理化指标和感官评分之间有很好的相关性，并且贮藏温度越低，Pearson相关系数越高。

2.2.2 扇贝贮藏过程中TVB-N含量、菌落总数、K值的动力学模型

通过研究食品品质损失动力学来预测食品的货架期一直受到很多学者的关注。在食品加工和贮藏过程中，大多数与食品质量有关的品质变化都遵循零级或一级反应的动力学规律[20]。

其中一级反应动力学模型[21]应用广泛，反应速度常数与温度的关系用Arrhenius方程来描述。零级或一级反应动力学方程分别为：

（2）

（3）

式中：t为食品的贮藏时间/d；A0为食品的初始品质指标值；A为食品贮藏第t天时的品质指标值；kn为n（n=0、1）级反应速率常数。

对不同贮藏条件下扇贝的TVB-N含量、菌落总数、K值变化进行动力学回归分析得到回归方程见表3。

表 3 扇贝在不同贮藏条件下TVB-N含量、菌落总数、
K值随时间变化的回归方程

Table 3 Regression equations of TVB-N, total number of colonies and K value of scallops under different storage temperatures

不同温度条件下品质函数中的反应速度常数采用Arrhenius一级反应关系，见式（4）。

（4）

式中：k0为指前因子（又称频率因子）；Ea为活化
能/（J/mol）；T为绝对温度/K；R为气体常数，
8.3144J/（mol•K）。

对方程（4）取对数可得公式（5）：

（5）

图 5 TVB-N含量、菌落总数、K值Arrhenius 曲线

Fig.5 Arrhenius curve of TVB-N, total number of colonies and K value

求得不同温度条件下的反应速率常数后，由lnk对1/T作图得线性方程，见图5，由直线斜率求得Ea；截距lnk0求得k0。计算求得TVB-N含量、菌落总数、K值的活化能分别为EA=63.75 kJ/mol；EB=42.84 kJ/mol；
EC=42.41 kJ/mol（式中：A为TVB-N含量；B为菌落总数；C为K值）；指前因子k0分别为kA=1.87×1011；kB=6.58×106；kC=2.94×107。由图5可知，拟合方程的R2值均大于0.9，说明线性方程拟合度较高。

将求得的Ea、k0带入动力学方程A=A0ek的变形公式lnA=lnA0＋k中，得到贮藏扇贝的TVB-N含量、菌落总数、K值变化的动力学方程，再结合Arrhenius公式计算得货架期预测模型，如表4所示。

表 4 TVB-N含量、菌落总数、K值随时间变化的动力学方程和
货架期预测模型

Table 4 Kinetics equations and shelf life prediction models of TVB-N, total number of colonies and K value

注：式中：t为贮藏时间/d；A、B、C为鲜度品质测定值；A0、B0、C0为初始鲜度品质测定值；b为贮藏温度/℃。

2.3 货架期预测模型的验证和评价

表 5 扇贝货架寿命的预测值和实测值

Table 5 Predicted and measured shelf-lives of scallops

将国标规定鲜度指标的限定值作为判定标准，可以计算出由预测模型得到的理论货架期。将新鲜扇贝在 280、275、270 K贮藏条件下，用货架期实测值验证货架期预测模型。根据GB 2733—2005并结合感官评分与TVB-N、菌落总数、K值之间的比较，将TVB-N含量15 mg/100 g、菌落总数6.0（lg（CFU/g））、K值40%作为扇贝货架期的终点。扇贝的货架期预测值与实测值之间的比较见表5。由表5可知，应用本研究建立的扇贝货架期预测模型所得到的预测值与实测值之间的相对误差在10%以内，显示建立的模型可以快速可靠地预测不同温度贮藏条件下扇贝的品质和剩余货架期。

3 结 论

通过测定在不同贮藏温度条件下的扇贝的鲜度指标和感官指标发现贮藏温度对扇贝的品质和货架期有显著的影响（Pearson相关系数均大于0.9），因此，可以选择TVB-N含量、菌落总数、K值作为扇贝品质变化和货架期预测模型的关键指示因子。在不同温度条件下贮藏的扇贝的TVB-N含量、菌落总数、K值含量随着贮藏时间的延长的变化规律与感官评价基本一致，且都符合一级动力学模型。 贮藏温度越高，其变化速率越大，反应速率常数用Arrhenius方程描述，Arrhenius方程和一级化学反应动力学方程相关系数均大于0.9，具有较高的拟合精度。其反应的活化能分别为63.75、42.84、42.41 kJ/mol。

本研究得到TVB-N含量、菌落总数、K值的动力学模型进而求得了扇贝的货架期预测模型，经验证，货架期的预测值与实测值之间的相对误差在10%以内。因此可根据扇贝在不同温度条件下贮藏的TVB-N含量、菌落总数、K值变化规律的研究对扇贝剩余货架期进行预测，为扇贝贮藏货架期和质量安全的研究提供了理论依据。

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