采用動力學模型預測河蟹調味汁貨架期

劉松昆，吳浩然，葉 韜，姜紹通，林 琳，陸劍鋒

（合肥工業大學食品與生物工程學院，安徽省農產品精深加工重點實驗室，農產品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009）

河蟹又稱中華絨螯蟹（），是我國特有的優質水產品。根據《2021中國漁業統計年鑒》顯示，2020年河蟹總產量為77.59 萬t，是我國重要的經濟養殖蟹類，在市場上很受歡迎。同時，河蟹也是營養價值極高的水產品，因為河蟹中除富含蛋白質、必需氨基酸和不飽和脂肪酸外，還含有游離氨基酸和維生素等各種對人體有益的營養物質，而且還有絕佳的口感和風味，因此一直備受人們的青睞。河蟹是季節性非常強的水產品，在淡季很難供應，所以開發出具有河蟹風味的產品很有必要。目前市場上主要出現的是以蟹鉗、蟹肉等為原料的加工產品，能在一定程度上滿足人們對蟹類產品的需求。但河蟹在加工處理過程中會產生大量的邊角料，如碎蟹黃、碎屑肉、碎骨、腹膜等副產物，所以可以將河蟹邊角料進行綜合利用，調制成風味獨特的調味汁等增值產品，不但能夠豐富蟹類產品，還能大大提高河蟹的經濟附加值。

貨架期是指在食品標簽上推薦的、在符合國家法律規定的條件下能夠保持食品品質及可安全食用的最長時間。在此期間，食品的各項指標必須符合國家要求。對貨架期進行預測所采用的方法通常是以感官評價為主，理化指標和微生物指標為輔的評價方法，一般是借助實驗數據擬合函數曲線，通過曲線建立貨架期預測方程模型（一級反應模型、二級反應模型、阿倫尼烏斯方程等）來對貨架期進行預測。樊沁昕等對自熱咖喱雞塊建立一級動力學模型和阿倫尼烏斯方程，以總揮發性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量作為判斷因子，并對自熱咖喱雞塊的貨架期進行預測，結果表明，利用此模型計算得到的貨架期預測值與實際值相符，誤差較小，驗證了模型的有效性和準確性。施伽等根據刺梨果汁中的功能性成分，利用動力學模型和阿倫尼烏斯方程建立貨架期預測模型，果汁中VC含量預測值和實際值的相對誤差低于10%，認為阿倫尼烏斯方程可以用于刺梨果汁飲料的貨架期預測。陳月圓等利用阿倫尼烏斯模型和Belehradck模型對鮮切獼猴桃片進行貨架期預測，分別檢測獼猴桃的脆性、色差及菌落總數。徐貞等對香辣蟹建立阿倫尼烏斯方程，并對常溫環境中真空軟包裝的香辣蟹進行貨架期預測，認為阿倫尼烏斯方程可以用于預測真空軟包裝香辣蟹的貨架期。因此利用食品的某些理化指標和貯藏條件之間的相關性，結合阿倫尼烏斯方程等數學手段預測食品的貨架期有很好的可行性。

加速實驗是指在預設的時間內能夠比在正常條件下獲得更多信息的方法，可以較好地在預設溫度下對產品貨架期進行預測，是常用并且有效的實驗方法，能夠更快速、低成本預測產品的貨架期。鑒于此，為對河蟹調味汁的貨架期進行迅速和準確預測，本研究對河蟹調味汁進行加速實驗，分別在3 個超正常水平下（37、45、55 ℃）貯藏調味汁，使其加速腐敗，記錄實驗過程中TVB-N含量、菌落總數和感官評分的變化，分析各指標對河蟹調味汁貨架期的影響，并建立以TVB-N含量為指標的貨架期預測模型，可為水產調味品的生產和貯藏提供理論依據和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

河蟹分割加工邊角料 安徽省明光市永言水產食品有限公司。

味精、料酒、白糖、鹽，呈味核苷酸二鈉（I+G）、淀粉、卡拉膠、焦糖色 合肥翡翠湖大潤發超市；堿性蛋白酶、木糖、氫氧化鈉、鹽酸、甲醛、硼酸、濃硫酸（均為分析純） 國藥集團化學試劑（北京）有限公司。

1.2 儀器與設備

RZ-5286A旋轉蒸發儀 鞏義市予華儀器有限責任公司；T18高速分散器 德國IKA公司；HZ-2兩孔數顯水浴鍋 江蘇省金壇市環宇科學儀器廠；DHG-9123J精密恒溫鼓風干燥箱 上海三發科學儀器有限公司；純水儀 力康生物醫療科技控股集團；CT15RT臺式高速冷凍離心機 上海天美生化儀器設備工程有限公司；K9840自動凱氏定氮儀 煙臺海能儀表科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 河蟹調味汁制備工藝流程

將河蟹加工邊角料清洗干凈，調味汁的制備過程參考朱亞軍等的方法，相關工藝如圖1所示。

圖 1 河蟹調味汁制作工藝Fig. 1 Flow chart of the production process of river crab sauce

1.3.2 貨架期預測

在不添加任何防腐劑的情況下，預測樣品在常溫條件下能夠貯藏的最短時間。按照上述過程對樣品進行巴氏滅菌（90 ℃、30 min），調味汁經過殺菌、冷卻后等分成3 組，分別在37、45、55 ℃ 3 個溫度條件下貯藏，其中37 ℃組貯藏105 d，45、55 ℃組貯藏49 d。檢測并分析比較調味汁菌落總數、TVB-N含量和感官評分在貯藏過程中的變化，其中37 ℃組15 d檢測1 次，45、55 ℃組7 d檢測1 次。

1.3.2.1 菌落總數的測定

菌落總數可以反映調味汁貯藏過程中微生物的生長情況，平板計數法是測定菌落總數的常用方法之一。參考吳浩然等的方法，精確稱量1 g樣品加入到含有9 mL無菌鹽水溶液（0.9 g/100 mL）的無菌試管中。隨后，利用無菌鹽水溶液逐步稀釋每組樣品，并用平板計數瓊脂（PCA）計數菌落總數。將稀釋后樣品溶液約1 mL注入到瓊脂平板上，鋪平后倒置培養。最后計算菌落總數，單位為CFU/g。

1.3.2.2 TVB-N含量的測定

凱氏定氮法是檢測TVB-N含量的常用方法。TVB-N含量的測定參考GB 2005.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》。

1.3.2.3 感官評價

調味汁的食用品質直接影響消費者的滿意度，是決定河蟹調味汁價值的重要因素。感官評價是食品品質分析中的重要手段，能夠直觀反映出調味汁的食用品質。參考綦艷梅的評定方法進行感官評價，分別針對河蟹調味汁品質特性及實際應用方面的感官品質進行評價，評價小組的平均分作為調味汁質量評價的最終得分。評分標準參考陳啟航等的方法略有改動，具體評分標準見表1。

表 1 河蟹調味汁感官評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of river crab sauce

1.3.2.4 基于TVB-N含量的貨架期預測模型建立

在貯藏期間，調味汁中TVB-N含量遵循一級反應動力學模型，如式（1）所示。

式中：為貯藏時間/d；為貯藏d后調味汁TVB-N含量/（mg/100 g）；為調味汁初始TVB-N含量/（mg/100 g）；為變化速率常數/s。

阿倫尼烏斯方程如式（2）所示。

式中：為活化能/（kJ/mol）；為指前因子/s；為熱力學溫度/K；為氣體常數（8.314 4 J/（mol·K））。

對式（1）、（2）兩邊同時取對數，可得方程（3）、（4）。

將式（2）代入式（3）中，可得方程（5）。

調味汁在3 個超常溫度下貯藏得到的不同，再利用Excel擬合直線，可得到和；將得到的值代入式（5）并計算，最終可以求得在25 ℃溫度下河蟹調味汁的貨架期。

1.4 數據處理

采用Excel 2016、Orign 2018和SPSS 24.0軟件對實驗數據進行分析處理，結果以平均值±標準差表示；利用SPSS 24.0軟件對實驗數據進行單因素方差分析，并用最小顯著性差異法進行顯著性比較，＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同溫度貯藏過程中河蟹調味汁品質的變化

表 2 河蟹調味汁37 ℃貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數和感官評分變化Table 2 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 37 ℃

表 3 河蟹調味汁45 ℃貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數和感官評分變化Table 3 Changes in TVB-N content, total bacterial count and sensory score of river crab sauce during storage at 45 ℃

表 4 河蟹調味汁55 ℃貯藏過程中TVB-N含量、菌落總數和感官評分變化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含量的上限值為50 mg/100 g，菌落總數的上限值為2 000 CFU/g，感官評分的下限值為60。由表2～4可知，河蟹調味汁在37 ℃溫度下貯藏，45 d內未檢測到菌落，75 d內檢測到的菌落總數小于1.00 CFU/g，75 d后檢測到少量菌落，但是均未達到限量值，這說明巴氏殺菌效果較好，能夠在灌裝密封后將調味汁中細菌全部殺滅。所以，可以排除微生物原因導致的產品變質。但是產品的TVB-N含量明顯升高，而且隨著貯藏溫度上升，TVB-N含量升高的趨勢愈發明顯。這可能是因為酶在較高溫度（如55 ℃）下更加活躍，加快了對氨基酸的分解速率。由于酶將氨基酸分解會產生TVB-N，這也正是調味汁感官品質劣變的主要原因，從而導致調味汁感官評分下降。表2中TVB-N含量不斷升高，在105 d內從7.03 mg/100 g上升到35.72 mg/100 g，而感官評分的下降也非常明顯，0 d時為88.03 分，45 d后為81.13 分，最終降低到了70.93 分。在3 個溫度環境下貯藏，調味汁品質的變化相似，菌落總數在貯藏期間未超過限量值。由此可見，TVB-N含量的升高和感官評分的降低是導致調味汁品質發生劣變的主要原因。

由表2～4的分析結果可知，溫度對調味汁品質有顯著影響，溫度越高，調味汁變質就越快。這與賈培紅等的溫度與TVB-N含量成正比的結論相一致，也與袁穎、胡力、李瑩等的研究結果相似。

2.2 以TVB-N含量為指標建立貨架期預測的動力學模型

在食物貯藏過程中，氨基酸在酶、微生物等作用下產生TVB-N，產生影響因素包括溫度、微生物、時間等。魚類和肉類等食品的新鮮度與TVB-N含量有很大的關系，而且溫度越高，時間越長，產生的TVB-N就會越多，這與沈旺旺等的研究相似。結合2.1節的研究結果可知，貯藏溫度的升高及貯藏時間的延長都會使調味汁品質發生劣變，導致劣變的主要原因是TVB-N含量的增加，所以TVB-N含量可以作為判斷調味汁品質的重要依據，通過TVB-N含量可以預測河蟹調味汁的貨架期。圖2為上述3 個溫度下貯藏時調味汁中TVB-N含量隨時間變化的擬合曲線。

圖 2 河蟹調味汁37（A）、45（B）、55 ℃（C）貯藏時TVB-N含量隨時間變化的擬合曲線Fig. 2 Changes in TVB-N content of river crab sauce stored at 37 (A),45 (B), and 55 ℃ (C)

表 5 河蟹調味汁不同溫度貯藏過程中TVB-N含量隨時間變化的回歸方程及參數Table 5 Regression equations with parameters for TVB-N content of river crab sauce stored at different temperatures as a function of storage time

在不同溫度下貯藏時，調味汁中的TVB-N含量會產生變化，對其進行回歸分析可得到回歸方程。由表5可知，TVB-N含量的一級反應動力學方程回歸系數均大于0.9，表明回歸方程擬合良好。

圖 3 河蟹調味汁TVB-N含量變化的阿倫尼烏斯曲線Fig. 3 Arrhenius curve of TVB-N content of river crab sauce

由表5可知，在3 個不同貯藏溫度下的分別為7.019 3、8.233 4、7.154 4 mg/100 g，分別為0.016 0、0.024 3、0.030 2 s。根據、1/及ln，進行線性回歸分析，可計算出=29.28 kJ/mol，=1.443×10s。結合式（4）及阿倫尼烏斯方程擬合曲線（圖3），其線性方程為ln=-3.521 8×100 0/+7.274 2。將和代入式（5），可求得在常溫25 ℃下河蟹調味汁的貨架期為183 d。此外，也可通過式（5）求得任意溫度下調味汁的貨架期。

3 結 論

河蟹調味汁的貨架期與貯藏溫度有關。本實驗探究河蟹調味汁在37、45、55 ℃ 3 個超正常水平下貯藏品質的變化。分別分析實驗過程中感官評分、菌落總數及TVB-N含量在不同貯藏溫度下對調味汁貨架期的影響。最終以TVB-N含量為指標，建立河蟹調味汁的貨架期動力學預測模型。結果發現，溫度對調味汁品質有顯著影響，在相同貯藏時間下，溫度越高，調味汁的品質越差，具體體現在TVB-N含量升高導致感官評分降低。所以溫度越低，調味汁貨架期就會越長。通過方程模型的建立，可計算并預測出調味汁在25 ℃條件下的最佳貯藏時間。以TVB-N含量為指標，最終得到河蟹調味汁在常溫25 ℃條件下的預測貨架期為183 d。