三文鱼(salmon),又称大西洋鲑(Salmo salar L),是一种冷水性的高度洄游鱼类,是鲑鱼类或鳟鱼类的商品名称,作为世界上最珍贵的鱼类之一,有“鱼中至尊”、“水中珍品”的美誉[1]。三文鱼经过处理后可以直接生食,也可以加热熟制后食用[2]。目前市场上比较常见的三文鱼产品有冰鲜、冷冻、炙烤和烟熏三文鱼4种类型。冰鲜三文鱼通常是将新鲜的三文鱼去皮去刺,可直接与辅料一起食用。冷冻三文鱼是指严格分级选择海上捕捞或养殖基地获取的新鲜三文鱼去掉内脏,用盐水清洗,再加工成块,洗净、冷冻,最后包装贮存。炙烤三文鱼一般是将新鲜的三文鱼去刺、去皮后,撒上盐和黑胡椒腌制后用烤箱烘烤。烟熏三文鱼一般以冷熏居多,处理后的鱼片在冷冻室用精盐腌渍后,清洗掉过量的盐,室温12～14 ℃下放置30 min。熏制前先将鱼片低温烘干,再熏制、再干燥,反复数次[3]。

三文鱼的鱼鳞小,鱼刺少,肉呈橙红色,鱼肉细滑鲜美,深受人们的喜爱[4-6],但因含水量较高及蛋白质和不饱和脂肪酸丰富等,极易腐败变质[7]。李伟丽等[8]研究了不同包装方式对三文鱼冷藏货架期的影响,发现与充氮包装和空气包装相比,真空包装保质期能延长至14 d。张新林等[9]研究了不同低温条件下三文鱼品质的变化情况,发现与0 ℃和4 ℃下货架期相比,-2 ℃下货架期能延长至13 d。结合上述研究结果,综合考虑到0 ℃作为微冻温度可使三文鱼肉保持较好的品质,与作为常规冷链温度的4 ℃都是近几年消费者常用的水产品保鲜温度;而10 ℃是养殖三文鱼的适宜温度。因此,本文研究了上述3个温度条件下不同加工方式的三文鱼的理化指标和感官评价,研究结果对三文鱼货架期预测具有实际参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

挪威进口的冰鲜、冷冻、炙烤和烟熏三文鱼,锦州市当地水产品市场或山东美佳集团有限公司,均为相同批次且已去皮、去刺,切成约4 cm×4 cm×0.4 cm的薄片,装入无菌采样袋中(约100 g/袋,每袋约10块),置于-20 ℃贮藏备用。

氧化镁(MgO)、三氯乙酸(C2HCl3O2)、硼酸(H3BO3)、平板计数琼脂(plate count agar, PCA)培养基、乙腈(CH3CN)、碳酸氢钠(NaHCO3)、氢氧化钠(NaOH)、丙酮(CH3O6)、氨水(NH3·H2O)、丹磺酰氯(C12H12CINO2S,CAS号:605-65-2,纯度>99%),青岛海波生物试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

超净工作台,北京东联哈尔仪器制造有限公司;Sigma 3-18K低温离心机,美国Sigma公司;超低温冰柜,日本SANYO公司;高温灭菌锅,厦门致微公司;Masticator basic拍打式均质机,西班牙IUL公司;全温振荡培养箱HZQ-F160,太仓市试验设备厂;KDY-9820半自动凯氏定氮仪,北京通润源公司;Agilent1200高效液相色谱仪,美国Agilent公司。

1.3 实验方法

1.3.1 菌落总数测定

根据GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》规定的方法测定菌落总数。

1.3.2 pH的测定

参考ARASHISAR等[10]和GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》中的方法,取10 g试样粉碎于烧瓶,加入90 mL煮沸后冷却的去离子水,匀浆,静置30 min,过滤,取50 mL的滤液,用pH计测定pH。

1.3.3 TVB-N含量的测定

依据GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》中的半微量定氮法测定TVB-N含量。

1.3.4 感官评价

参考GB/T 37062—2018《水产品感官评价指南》中的方法对水产品进行感官评价。10名经过训练的人员组成评价小组,根据表1,对0、4、10 ℃ 3种不同温度下的烟熏、炙烤、冷冻和冰鲜三文鱼进行感官评价打分。

1.3.5 组胺的测定

组胺的测定在GB 5009.208—2016《食品安全国家标准 食品中生物胺的测定》中液相色谱法的基础上加以改进。于C18柱(Agilent ZORBAX Eclipse XDB-C18 4.6 nm×250 nm,5 μm)上以乙腈、超纯水作为流动相,依表2进行梯度洗脱。流速为1.0 mL/min,柱温30 ℃,DAD检测波长为254 nm,进样量10 μL。

样品生物胺含量的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:X,生物胺含量,mg/kg;C,进样液的生物胺质量浓度,mg/L;V,5%三氯乙酸定容体积,mL,本研究中为50 mL;W,取样量,g。

1.3.6 理化指标的相关性分析

以不同加工方式的三文鱼的TVB-N含量为自变量,分别以菌落总数值和组胺值为因变量进行相关性分析,验证所测定指标之间是否存在相关性,然后进一步通过回归分析验证理化指标之间的准确关系,为建立货架期的预测模型提供依据。

1.3.7 建立货架期的预测模型

在水产品质量检测研究中,通常采用一级动力学模型来模拟产品的货架期。一级动力学模型方程一般如公式(2)所示:

B=B0×ekt

(2)

式中:t为所测食品的贮藏时间;B0为所测质量指标的初始量;B为贮藏第t天所测质量指标的量;k为反应速率常数。

在公式(2)两边同时取对数得公式(3):

lnB=kt+lnB0

(3)

反应速率常数k与反应温度T之间关系的Arrhenius方程如公式(4)所示:

(4)

式中:k是反应速率常数;A0是指前因子(经验常数);EA是活化能,J/mol;R是气体常数,8.314 510 J/(mol·K);T为热力学温度常数,K。

在公式(4)两边同时取对数得公式(5):

(5)

从公式(5)可知,lnk与1/T之间呈线性关系。通过计算,只要得到反应速率A0和活化能EA,再利用公式(3)和公式(4)就可以获得货架期的预测方程[公式(6)]:

(6)

式中:tSL为货架期。

1.4 数据处理与统计分析

实验结果均平行测定3次,结果用“平均值±标准差”表示,并采用SPSS 23软件以及OriginPro 9.1软件对数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 菌落总数

外界环境的温度、三文鱼体内微生物的生长繁殖是三文鱼的货架期的重要因素[11]。三文鱼的内部菌群有乳酸菌、肠杆菌科细菌、嗜冷性海洋弧菌、葡萄球菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、李斯特菌等腐败菌与病原菌,不同菌株在不同时期所占比例不同。因此,菌落总数不仅与食品安全直接相关,也与货架期密切相关[12-13]。

本研究中,购买的三文鱼样品初始菌落总数约为2.9 lg CFU/g。根据国际微生物规格委员会(The International Commission on Microbiological Specifications for Foods, ICMSF)《食品微生物限量规定》[14]:鱼类菌落总数可接受限值为5×105 CFU/g,最大安全限值为107 CFU/g。本研究综合考虑,以6 lg CFU/g为标准。

由图1可知,烟熏三文鱼在0 ℃时,直到第17天才达到货架期终点;温度升高至4、10 ℃时,到达货架期终点的时间急剧缩减,分别为第10天和第4天。炙烤三文鱼在0 ℃的贮藏条件下第16天到达了菌落总数的货架期终点,在4、10 ℃时则分别在第9天、第4天菌落总数达到6 lg CFU/g以上。10 ℃时,冰鲜和冷冻三文鱼由于没有任何辅料、加工工艺的作用,货架期仅为3 d;温度降低至0、4 ℃时,菌落总数达到货架期终点的时间延长,冰鲜三文鱼分别在第14天、第8天达到6 lg CFU/g,冷冻三文鱼则分别在第12天、第8天到达菌落总数的货架期终点。贮藏后期细菌增长速度略有下降,可能是微生物间相互竞争营养物质,且各种有害代谢产物产生累积,导致微生物生长、繁殖的速度变慢。

2.2 pH测定

一般活体动物如活鱼的肌肉pH约为7.0～7.3[15]。由图2可知,随着贮藏时间的延长,4种三文鱼样品的pH均呈现出先降低后升高的趋势。贮藏初期,4种三文鱼样品的pH下降都比较快,这是因为肌肉中糖原发生糖酵解作用生成乳酸、ATP分解游离出磷酸、蛋白质分解产生游离氨基酸等使pH值下降。贮藏的中后期,微生物分解蛋白质产生三甲胺和硫化氢等碱性物质使pH逐渐上升。这与丁婷[11]、李婷婷等[12]的研究结果一致。

2.3 TVB-N含量测定

TVB-N是水产品自身酶和微生物分解含氮化合物产生的代谢产物,在新鲜水产品和腐败水产品间的变化显著,是检验水产品品质最经典的评定方法之一。TVB-N随着贮藏时间的延长而上升,与贮藏时间相关性最好[16],所以本研究选择TVB-N含量作为新鲜度的评价指标之一。

图3为不同加工方式的三文鱼在0、4、10 ℃下的TVB-N含量的变化情况。4种加工方式的三文鱼的TVB-N初始含量均为5～9 mg/100 g。GB 2733—2015《食品安全国家标准 鲜、冻动物性水产品》中三文鱼片的TVB-N含量可接受限量为30 mg/100 g。本研究表明,冰鲜和冷冻三文鱼在10 ℃的贮藏条件下,分别在第4天、第2天到达TVB-N含量的最大限量,而烟熏和炙烤三文鱼均是在第3天到达最大限量。可以看出,在温度较高时,不同的加工方式对三文鱼货架期的影响较小。在0、4 ℃的低温贮藏条件下,冰鲜三文鱼分别在第13天、第8天到达货架期终点;冷冻三文鱼分别在第13天、第6天到达货架期终点;而经过加工的烟熏和炙烤三文鱼要比未经过加工的冰鲜和冷冻三文鱼的货架期长,烟熏三文鱼分别在第16天、第9天达到货架期终点,炙烤三文鱼则是在第17天、第10天到达TVB-N含量的最大限量。

2.4 感官评价

传统的感官评价方法简单、快捷,是大多数消费者判断水产品新鲜度的常用方法。但是,这种方法容易受到主观因素的影响,因此水产品新鲜度需要结合感官评价和其他指标综合判定[17]。

在贮藏初期,4种三文鱼样品的表面呈鲜橙色,白色条纹清晰可见,肉质均匀,脂肪层明显。当贮藏在3个不同温度下的4种加工方式的三文鱼到达货架期终点时,冰鲜三文鱼和冷冻三文鱼已变成深灰、暗黄色,其中还掺杂着部分乳白色,在存放三文鱼的密封袋中可以看见有浑浊的液体;炙烤三文鱼内的油开始流出,产品表面干燥,烟熏三文鱼表面则逐渐变黑。冰鲜三文鱼和冷冻三文鱼的气味由贮藏初期三文鱼特有的鲜香转变为浓烈的腥臭味,烟熏三文鱼和炙烤三文鱼的烟熏、烧烤特定的加工香味也随着贮藏时间的延长转为强烈的腐臭气味。

如图4所示,在10 ℃的条件下,冰鲜和冷冻三文鱼在60 h时感官评分已经下降到6,属于严重的腐败变质,而烟熏和炙烤三文鱼则分别是在第5天、第4天下降到不可接受的情况。冰鲜三文鱼在0、4 ℃的贮藏条件下,在第14天和第9天到达不可接受的感官评价范围;冷冻三文鱼在0、4 ℃下,在第13天和第7天达到货架期终点;炙烤三文鱼在0、4 ℃的贮藏温度下时,在第16天和第10天达到了感官评价的货架期终点;而烟熏三文鱼在0、4 ℃的贮藏条件下,分别在第17天和第8天达到货架期终点。在0、4、10 ℃这3种温度贮藏条件下,4种不同加工方式的三文鱼的整体外观值(组织结构的弹性、鱼肉嫩度、表面弹性等)在贮藏期间都有明显下降,但可看到0、4 ℃这2种较低的贮藏温度减缓了三文鱼的变质,使其保鲜时间延长。

2.5 组胺含量测定

三文鱼的蛋白质中含有丰富的游离组氨酸,它们在微生物中的组氨酸脱羧酶的作用下脱除羧基,形成组胺。组胺能增加毛细血管的通透性,导致血浆进入组织,使食用者产生过敏等不良反应,对反映货架期和食品安全具有重要意义,因此多个国家对水产品中的组胺含量规定了安全限量[18]。欧盟规定水产品及其制品中组胺限量为100 mg/kg,而我国国标GB 2733—2015《食品安全国家标准 鲜、冻动物性水产品》中规定,鲐鱼等高组胺鱼类组胺限量为40 mg/100 g,其他海水鱼类组胺限量为20 mg/100 g[19]。

如图5所示,在0、4、10 ℃的贮藏条件下,10 ℃时组胺含量的增长速度极快,冰鲜和炙烤三文鱼在60 h左右时即可到达货架期终点,冷冻三文鱼在40 h时组胺超标,虽然烟熏三文鱼进行了特殊的加工,加入了盐、糖等辅料,但也在第3天到达货架期终点。

在0、4 ℃的贮藏条件下,冰鲜三文鱼在第14天、第8天到达货架期终点,冷冻三文鱼在第13天、第6天到达货架期终点;而烟熏和炙烤三文鱼在0 ℃时分别在第17天、第16天到达货架期终点,在4 ℃时烟熏三文鱼在第9天组胺含量超标,炙烤三文鱼则是第10天到达货架期终点。此外,贮藏前期较低的pH使鱼肉中组织蛋白酶活力增强,降解鱼肉中的蛋白质生成较多的氨基酸和多肽,再被降解成更多的生物胺,因此组胺含量随之增多[20]。

2.6 理化指标的相关性分析

以不同加工方式三文鱼的TVB-N含量为自变量,分别以组胺含量和菌落总数值为拟合目标进行曲线拟合,获得相关系数R值。图6、图7是以4 ℃为代表的拟合结果。由图可知,TVB-N含量与组胺含量及菌落总数值都有很好的相关性。这表明,不同加工方式三文鱼的理化指标值之间有较好的线性相关性。因0 ℃和10 ℃时的结果与趋势和4 ℃时基本一致,本文不再赘述。

2.7 动力学模型的建立

依据本研究的设计,运用Arrhenius方程对不同贮藏温度下不同加工方式的三文鱼所测得的TVB-N含量、组胺含量和菌落总数进行线性回归拟合[21]。在式中,由于所有的温度要做分母,所以转化成华氏温度数值,分别为273、277、283 K。不同加工方式的三文鱼的各个指标在不同温度下的回归方程如表3所示。

相关系数R2越大,证明方程拟合精密度越高,预测效果越好[20]。结合公式(4)将lnk和温度的倒数1/T作拟合,可以得到指标对应的线性拟合图,同时可以计算出4种加工方式的三文鱼的菌落总数、TVB-N以及组胺的活化能(EA)和指前因子(A0),并代入公式(6),即可得到公式(7)～公式(18)。

TVB-N货架期预测模型:

冰鲜三文鱼:

(7)

烟熏三文鱼:

(8)

冷冻三文鱼:

(9)

炙烤三文鱼:

(10)

菌落总数货架期预测模型:

冰鲜三文鱼:

(11)

烟熏三文鱼:

(12)

冷冻三文鱼:

(13)

炙烤三文鱼:

(14)

组胺货架期预测:

冰鲜三文鱼:

(15)

烟熏三文鱼:

(16)

冷冻三文鱼:

(17)

炙烤三文鱼:

(18)

式中:tN、tC、tH分别为三文鱼TVB-N、菌落总数、组胺模型的剩余货架期。BN、BC、BH分别为贮藏第t天时,TVB-N含量、菌落总数、组胺含量的测定值,BN0,BC0,BH0分别为TVB-N含量、菌落总数、组胺含量的初始值。

通过该货架期模型的计算,通过贮藏温度、三文鱼新鲜度指标的初始值及贮藏时间这3个数值可以预测出在273、277、283 K温度条件下,不同加工方式的三文鱼的货架期,并且可以继续推算出在该贮藏温度条件下,贮藏一定时间后的不同加工方式的三文鱼的品质状况。

2.8 货架期预测模型的验证

将不同加工方式的三文鱼在不同贮藏温度条件下的各新鲜度指标实际测得值与对应的货架期模型预测值进行比较,验证该动力学模型预测的准确性。当TVB-N含量、菌落总数和组胺含量的所测定值超过允许范围时,即TVB-N含量超过30 mg/100 g、菌落总数超过6 lg CFU/g和组胺含量超过20 mg/100 g,则认为货架期终止,结果见表4。

由于感官评价受主观因素影响太多,所以本文并未建立感官评价的货架期预测模型。从表4不同加工方式的三文鱼在不同温度下货架期的预测值与实际值的对比及误差中可以看出,整个模拟预测中误差最大的是273 K时烟熏三文鱼TVB-N含量的误差,达到了24.1%,在273 K时炙烤三文鱼TVB-N含量的误差也达到了16%,因此,在大量预测的情况下,该模型还存在有一定的误差;但其他温度以及不同加工方式下三文鱼实际值与预测值的误差基本都在10%以内,表明一级动力学模型可以较好地反映水产品菌落总数、TVB-N含量和组胺含量在温度为0～10 ℃的基本变化趋势,总体误差范围在可接受范围内。

3 结论

本研究依据冰鲜、烟熏、冷冻和炙烤4种不同加工方式的三文鱼在0、4、10 ℃贮藏条件下的品质变化规律,建立了货架期预测模型。研究结果表明,加工方式和贮藏温度对三文鱼新鲜度变化影响较大,低温贮藏可以有效地减缓4种不同加工方式处理的三文鱼的腐败速度。TVB-N含量、菌落总数和组胺含量可以直观反映出4种三文鱼新鲜度的变化情况,在此基础上结合一级动力学方程和Arrhenius方程建立的货架期预测模型预测结果准确度较高,适用范围广,可以准确反映不同加工方式的三文鱼在0～10 ℃的品质变化,对有效改善三文鱼在生产流通环节易腐败变质的问题具有良好的应用价值。但本研究模型、方法单一,后续可与多种仪器如电子鼻、近红外光谱、气相色谱等技术联用进行深入研究,同时使用多种模型进行比对研究,有助于更好地预测货架期。

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Establishment and application of shelf-life prediction models for salmon with different processing methods

ZHANG Defu1, QU Yaotian1, ZHANG Yongqin2, DONG Hao2, LIN Hong3, ZHANG Ming1, LI Jianrong1*

1(College of Food Science and Technology, Institute of Ocean, Bohai University, Food Safety Key Lab of Liaoning Province, National and Local Joint Engineering Research Center of Storage, Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products, Jinzhou 121013, China)2(Shandong Meijia Group Co.Ltd., Rizhao 276806, China)3(College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

ABSTRACT To establish a simple and practical shelf-life model for salmon, the total number of colonies, pH, total volatile basic nitrogen (TVB-N), sensory evaluation, and histamine content of chilled salmon, frozen salmon, grilled salmon, and smoked salmon were analyzed under three storage temperatures of 0, 4, and 10 ℃.The first-order kinetic model and Arrhenius equation were used to simulate the shelf-life of the product, and the prediction model was established.Results showed that the quality changes of TVB-N and the total number of colonies and histamine in the range of 0-10 ℃ could provide a direct reference for the establishment of the shelf-life prediction model.The shelf-life prediction model had high accuracy, providing good application value for monitoring and improving the problem of salmon spoilage in production and circulation.

Key words Atlantic salmon (Salmo salar L); processing; freshness; shelf-life; prediction model

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037005

引用格式：张德福,曲耀天,张永勤,等.不同加工方式的三文鱼货架期预测模型建立与应用[J].食品与发酵工业,2024,50(16):40-49.

ZHANG Defu,QU Yaotian,ZHANG Yongqin, et al.Establishment and application of shelf-life prediction models for salmon with different processing methods[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(16):40-49.

第一作者：博士,副教授(励建荣教授为通信作者,E-mail:lijr6491@163.com)

基金项目：“十三五”国家重点研发计划“蓝色粮仓”科技创新重点专项(2019YFD0901702);国家自然科学基金青年科学基金项目(31801662)

收稿日期：2023-08-08,改回日期:2023-09-05