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蓝圆鲹鱼油微胶囊稳定性分析及其货架期预测模型的建立与评价

鱼油含有的多不饱和脂肪酸二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸对人的视网膜、神经系统和大脑起着重要作用,但却极易受到氧化发生酸败。将鱼油进行微胶囊化处理可以保护不饱和脂肪酸免受环境条件(光、温度、氧气、湿度)引起的氧化和其他不良反应的影响,掩盖不愉快的鱼腥味,提高其ω-3脂肪酸的稳定性和输送能力,并延长贮藏货架期,提高产品的商业价值。食品货架期是指食品在推荐的贮藏条件下一段时间内保持消费者所期待的感官、理化及微生物性质,其所含营养物质与标签内容一致的食用安全期。大量研究表明,以理化、微生物或感官指标作为评定食品品质变化的自变量而建立的动力学模型可反映食品品质的变化情况,进而可有效预测食品的货架期。

华农(潮州)食品研究院有限公司,华南农业大学食品学院,广东省功能食品活性物重点实验室的王淑惠、杨小斌、周爱梅*等人在前期所获蓝圆鲹鱼油微胶囊的基础上,以吸湿性和芯材(鱼油)保留率为指标研究了蓝圆鲹鱼油微胶囊在不同相对湿度(RH)下的贮藏稳定性,并比较了不同贮藏温度下蓝圆鲹鱼油微胶囊的过氧化值(POV)和硫代巴比妥酸(TBA)值及感官特征的变化,分析两个指标的相关性,在此基础上对不同温度条件下的蓝圆鲹鱼油微胶囊的货架期进行预测,以期为蓝圆鲹鱼油微胶囊在生产、贮藏、运输和销售过程中的品质监控提供一定的理论指导。因此,构建不同贮藏温度下蓝圆鲹鱼油微胶囊的氧化预测模型,对预测其货架期和提高安全稳定性具有重要意义。

从图1a可以看出,在不同RH条件下,蓝圆鲹鱼油微胶囊的吸湿率整体呈上升趋势,且RH越高,吸湿率越高,吸湿速率也越快;贮藏15 d后,RH 34%、58%、76%、93%条件下蓝圆鲹鱼油微胶囊吸湿率分别由第3天的0.71%、0.95%、1.42%、2.47%上升至3.24%、3.95%、4.66%、4.73%。同一贮藏时期,RH 34%的吸湿速率明显低于其他3 组;在贮藏第6天时,RH 93%的吸湿率达到4.27%,明显高于RH 34%的吸湿率(1.65%),且比RH 34%贮藏15 d(3.24%)的吸湿率还要高31.79%。

由图1b可知,随着贮藏时间的延长,蓝圆鲹鱼油微胶囊芯材的保留率出现不同程度下降,且RH越大芯材保留率下降也越快;贮藏14 d后,RH由小到大条件下蓝圆鲹鱼油微胶囊芯材保留率由初始值(以100%计算)分别下降至90.63%、80.00%、48.42%、35.28%。在整个贮藏过程中,RH 93%芯材保留率下降速率最快,第4天(87.31%)就与其他3 组(均在95%以上)产生明显差异。

图2a表明,蓝圆鲹鱼油微胶囊在不同贮藏温度下,其POV(初始值均为6.66 meq/kg)均有不同程度的增加,温度越高,POV增加越快。贮藏在60 ℃下,蓝圆鲹鱼油微胶囊的POV增加最快,第3天就已明显高于同一时期其他3 组的POV,贮藏30 d后的POV高达86.43%;贮藏在4 ℃和20 ℃下的蓝圆鲹鱼油微胶囊POV变化不明显,直到30 d时的POV分别只有7.62 meq/kg和8.42 meq/kg,且两者在同一时期的POV无明显差异;贮藏在40 ℃时,蓝圆鲹鱼油微胶囊的POV变化幅度介于20 ℃和60 ℃之间,随时间延长缓慢上升,POV到第30天为36.95 meq/kg,约为60 ℃贮藏条件下的一半。

根据本课题组的前期研究,将蓝圆鲹鱼油和蓝圆鲹鱼油微胶囊同时置于60 ℃条件下进行加速氧化反应6 d,结果发现处于同时期的蓝圆鲹鱼油微胶囊POV明显低于未经过微胶囊化鱼油的POV,说明蓝圆鲹鱼油经过微胶囊壁材包裹之后,减少了与空气接触的机会,氧化速率降低,从而达到提高蓝圆鲹鱼油贮藏稳定性的效果。

由图2b可知,蓝圆鲹鱼油微胶囊的TBA值的变化趋势与POV类似,温度越高,TBA值(初始值均为0.12 mg/kg)增加越快、越明显。贮藏在4 ℃和20 ℃下,蓝圆鲹鱼油微胶囊的TBA值上升趋势比较平缓,贮藏30 d后的TBA值分别为0.16、0.23 mg/kg,均与初始值无明显差异,说明蓝圆鲹鱼油微胶囊的氧化程度较低,且氧化速率较慢;而贮藏在40、60 ℃下,TBA值随时间延长而明显增加;在60 ℃贮藏3 d后,蓝圆鲹鱼油微胶囊的TBA值已明显高于同期其他3 组的TBA值,且氧化速率不断加速上升,在30 d时TBA值高达7.90 mg/kg,约为4 ℃和20 ℃贮藏条件下的40 倍。

由表1可知,不同贮藏温度下由POV和TBA值建立的一级回归方程的决定系数R2均大于0.9,R2越大表明总体线性相关性和拟合精度越好。此外,各方程决定系数之和ΣR2 的大小也可用于确定食品品质变化的级别,ΣR2越大,说明其拟合精度越高。POV和TBA值一级动力学回归的决定系数之和ΣR2 均较零级动力学大,说明其有较高的拟合精度。因此,选择一级反应动力学方程描述蓝圆鲹鱼油微胶囊POV与TBA值在不同温度下随贮藏时间的变化规律。

利用不同贮藏温度下蓝圆鲹鱼油微胶囊POV及TBA值随时间变化规律得到的数据进行回归拟合动力学方程,并在Arrhenius方程(式(7))的基础上通过给定评定终点对应的指标值以及某一贮藏温度下蓝圆鲹鱼油微胶囊的贮藏时间t,进而预测不同温度下的货架期。

将不同温度下得到的指前因子(k0)与活化能(Ea)带入公式(10),可以得到在不同贮藏温度下以POV、TBA值为品质指标的化学动力学货架期预测模型。蓝圆鲹鱼油微胶囊关于POV建立的货架期模型如式(11)所示。

从表3中可以看出,在4、20、40、60 ℃贮藏温度下,蓝圆鲹鱼油微胶囊以POV和TBA值为指标建立的货架期预测模型的预测值与实测值的相对误差均在10%内,说明蓝圆鲹鱼油微胶囊的实际货架期与建立模型后预测的货架期较为接近,具有较高的可信度。

蓝圆鲹鱼油微胶囊应贮藏在RH低的环境中,RH越高,鱼油微胶囊越容易吸潮,导致芯材保留率低,感官品质下降,严重影响鱼油微胶囊的贮藏稳定性。不同贮藏温度下,蓝圆鲹鱼油微胶囊的POV和TBA值随温度升高而增加,且温度越高氧化越明显。利用一级动力学模型结合Arrhenius方程建立的氧化指标货架期预测模型具有很好的准确度和相关性,预测值与实测值之间的相对误差都低于10%,POV与TBA值模型预测值的决定系数高达0.996 4,可以迅速且准确地预测4~60 ℃条件下蓝圆鲹鱼油微胶囊的货架期。综合分析,蓝圆鲹鱼油微胶囊应贮藏在低温低湿环境中,防止吸潮和氧化过快而导致其感官品质下降。本研究结果得出的货架期预测模型可为预测和控制不同温度下蓝圆鲹鱼油微胶囊的合理贮藏及品质鉴定提供一定的理论参考。

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