草魚魚整片中熱殺索絲菌的生長預(yù)測模型

宋志強(qiáng)　劉超群　侯溫甫

摘 要：為了研究熱殺索絲菌（Brochothrix thermosphacta）的生長動態(tài)，建立了5、10、15、20℃四種不同溫度下草魚魚整片中的熱殺索絲菌的預(yù)測模型。利用Gompertz方程獲得熱殺索絲菌的生長預(yù)測值，根據(jù)預(yù)測值和恒定溫度下的活菌數(shù)，繪制實(shí)際和預(yù)測生長曲線，曲線重合度較好。利用平方根模型描述溫度對最大比生長速率和延滯期的影響。通過計(jì)算準(zhǔn)確因子和偏差因子對一級模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果準(zhǔn)確因子AF值均在1左右，偏差因子BF值在0.7～1.1之間。利用F統(tǒng)計(jì)量對二級模型進(jìn)行驗(yàn)證，得到的P值小于0.05。得到的預(yù)測模型能很好的預(yù)測熱殺索絲菌在草魚魚整片中的生長動態(tài)，為水產(chǎn)品的預(yù)報(bào)模型在實(shí)際生產(chǎn)和流通過程中的提供一定參考。

關(guān)鍵詞：魚整片；熱殺索絲菌；預(yù)測模型

Establishment and Validation of Predictive Model of Brochothrix thermosphacta from Grass Carp Fish Fillet

SONG Zhi-qiang，LIU Chao-qun，HOU Wen-fu*，

（College of Food Science and Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430023， China）

Abstract：The present work aimed to characterize the growth of Brochothrix thermosphacta and establish predictive models in grass carp fish fillet at different temperatures （5， 10， 15 ℃ and 20 ℃）. Predictive growth curves were fitted by using Gompertz model， which showed good coincidence with the actual ones. The relationships between temperature and μmax or Lag time were well described by Belehradek model. The developed first-order models were validated by calculating average accuracy factors （AF） and bias factors （BF）， and both were close to 1 and ranged between 0.7 and 1.1， respectively. F statistical analysis was used to validate the second-order models established in this study， and P values smaller than were obtained. Accordingly， the proposed predictive models could accurately describe the growth of Brochothrix thermosphacta in grass carp fish fillet.

Key words：fish fillet；Brochothrix thermosphacta；prediction model

中圖分類號：TS254.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2013）05-0001-04

草魚（grass carp）屬鯉形目、鯉科、雅羅魚亞科、草魚屬。草魚俗稱鯇、黑青魚等。棲息于平原地區(qū)的江河湖泊，一般喜居于水的中下層和近岸多水草區(qū)域，是中國淡水養(yǎng)殖的四大家魚之一。草魚生長快、個(gè)體大、肉質(zhì)鮮嫩、味鮮美，而且有暖胃和中之功效，所以被人們所喜愛。隨著人們生活水平的提高，人們對魚類鮮度的要求不斷提高。但冷鮮魚肉極易腐敗，為實(shí)際生產(chǎn)和流通過程增加難度。腐敗的原因主要是自我分解、細(xì)菌生長和新陳代謝過程中導(dǎo)致了不良風(fēng)味組分的形成、酯類化學(xué)氧化等，其中影響魚類品質(zhì)的最主要因素是微生物的活動[1]。但水產(chǎn)品中所含的微生物只有部分微生物參與腐敗過程[2]。這些產(chǎn)生腐敗臭味和代謝產(chǎn)物的微生物，就是該產(chǎn)品的特定腐敗菌[3]。所以建立一種快速評估和預(yù)測冷鮮魚肉品質(zhì)的方法尤為重要。Dalgaard認(rèn)為目前最為有效的方法就是特定腐敗菌的生長動力學(xué)模型的建立。雖然目前已有報(bào)道不同來源[4-7]不同種類微生物[7-10]的生長預(yù)測模型，但是國內(nèi)外有關(guān)冷鮮魚肉中微生物生長預(yù)測模型的研究很少。相關(guān)研究表明，冷鮮魚肉在冷藏過程中的主要腐敗菌是熱殺索絲菌[11-15]。本實(shí)驗(yàn)以新鮮草魚魚整片中熱殺索絲菌為研究對象，研究其在5～20℃條件下的生長情況，應(yīng)用修正的Gompertz函數(shù)和平方根模型，建立其生長預(yù)測模型，為微生物預(yù)報(bào)模型在冷鮮魚肉實(shí)際生產(chǎn)和流通過程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品預(yù)處理

新鮮草魚 市購，草魚即殺后，進(jìn)行精細(xì)分割制成草魚魚整片產(chǎn)品，置于托盤中并用保鮮膜封口，然后分別置于5、10、15、20℃四個(gè)恒定溫度下貯藏。所有操作均在經(jīng)清洗、臭氧消毒后的良好衛(wèi)生條件下進(jìn)行。

1.2 培養(yǎng)基與試劑配制

STAA瓊脂培養(yǎng)基 青島高科技園海博生物技術(shù)有限公司；氯化鈉（優(yōu)級純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

STAA瓊脂培養(yǎng)基使用前處理：準(zhǔn)確稱取STAA瓊脂培養(yǎng)基7.4g、甘油3.0g、蒸餾水200mL，搖勻后高壓滅菌待用，使用前加入STAA添加劑；氯化鈉溶液：取8.5g氯化鈉溶于1000mL蒸餾水中。

1.3 儀器與設(shè)備

SW-CJ-2FD型雙人單面凈化工作臺 蘇州凈化設(shè)備有限公司；BMJ-160霉菌培養(yǎng)箱、立式壓力蒸汽滅菌器（滅菌鍋） 上海博訊實(shí)業(yè)有限醫(yī)療設(shè)備廠；MIR-154低溫恒溫培養(yǎng)箱 三洋電機(jī)株式會社；DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；HPX-9028 MBE電熱恒溫培養(yǎng)箱、DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司； HBM-400系列樣品均質(zhì)器 天津市恒奧科技發(fā)展有限公司。

1.4 微生物培養(yǎng)

將貯藏在5、10、15、20℃條件下的樣品分別剪取25g，剪碎后放入無菌均質(zhì)袋中，加入225mL生理鹽水，放入均質(zhì)器中，以7次/s的速度拍擊2min。取出均質(zhì)袋，將均質(zhì)袋內(nèi)的樣液倒入燒杯中，吸取1mL進(jìn)行稀釋，選擇3個(gè)合適的稀釋梯度，每個(gè)稀釋梯度做3個(gè)平行。將STAA添加劑加到培養(yǎng)基中搖勻，用STAA選擇性培養(yǎng)基傾注平板，放冷凝固。凝固后放在30℃培養(yǎng)箱內(nèi)倒置培養(yǎng)，48h后進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)[16-17]，此為第0天。5℃和10℃的樣品每隔24h測定1次，15℃和20℃的樣品每隔12h測定一次。

1.5 模型的擬合與驗(yàn)證

一級模型和二級模型的擬合與驗(yàn)證均參考劉超群等[18]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 一級模型的擬合及其驗(yàn)證

2.2.1 一級模型的擬合

應(yīng)用SAS 9.1統(tǒng)計(jì)軟件，將不同溫度下獲得的熱殺索絲菌生長數(shù)據(jù)，用Gompertz模型擬合其生長動態(tài)。表1為不同溫度下熱殺索絲菌的的生長動力學(xué)模型和參數(shù)。

表 1 不同溫度下熱殺索絲菌的生長動力學(xué)模型和參數(shù)

Table 1 Growth kinetics model and parameters of Brochothrix thermosphacta at different temperatures

溫度/℃ 熱殺索絲菌生長動力學(xué)模型 U LPD Nmax R2 P值

5 lg（Nt）=3.348+4.092exp{-exp[-0.5876（t-2.8805）]} 0.8845 1.1787 7.3829±0.0369 0.9958 <0.0001

10 lg（Nt）=3.523+4.670exp{-exp[-0.9088（t-2.1955）]} 1.5613 1.0951 7.7782±0.0409 0.9969 <0.0001

15 lg（Nt）=3.527+4.339exp{-exp[-1.6271（t-1.2449）]} 2.5970 0.6303 7.7188±0.0291 0.9966 <0.0001

20 lg（Nt）=3.447+4.392exp{-exp[-2.8989（t-0.8377）]} 4.6836 0.4927 7.8173±0.0501 0.9970 <0.0001

注：Nmax為穩(wěn)定期的最大菌數(shù)；*a=0.05；U為最大比生長速率；LPD為遲滯期；t為時(shí)間；Nt為時(shí)間為t時(shí)的菌落數(shù)。

由表1可以看出，判定系數(shù)R2的值均在0.99以上，表明Gompertz模型能很好描述不同溫度下熱殺索絲菌的生長。同時(shí)P值均小于0.0001，所以在顯著性差異上也說明這一結(jié)論。利用Gompertz模型求得的熱殺索絲菌生長動力學(xué)參數(shù)顯示：從5℃升高至20℃后，最大比生長速率從0.8845d-1升高至4.6836d-1。由表1可知，當(dāng)溫度超過5℃后最大比生長速率快速增長，所以高溫可引起鮮切魚肉快速腐敗。有相關(guān)文獻(xiàn)表明，微生物的延滯期隨著溫度增加而縮短[19]，本實(shí)驗(yàn)延滯期的變化也證實(shí)這一結(jié)論。

根據(jù)熱殺索絲菌在恒定溫度下的活菌計(jì)數(shù)結(jié)果和利用Gompertz模型求得的預(yù)測結(jié)果，繪制的5、10、15、20℃溫度下實(shí)際值和預(yù)測值的時(shí)間-菌落數(shù)曲線，得到不同溫度條件下熱殺索絲菌的生長趨勢，結(jié)果見圖1。

A. 貯藏溫度5℃

B. 貯藏溫度10℃

C. 貯藏溫度15℃

D. 貯藏溫度20℃

圖 1 不同溫度下熱殺索絲菌生長的預(yù)測值與實(shí)際值

Fig.1 Predicted and observed growth curves of Brochothrix thermosphacta at different temperatures

從圖1可以看出，溫度對熱殺索絲菌的生長速率有較大的影響，溫度越高，熱殺索絲菌生長速度越快。貯藏在5℃條件下的樣品從第0～8天增長較為緩慢；貯藏在10℃的樣品第1天后熱殺索絲菌呈快速增長趨勢，到第3天趨于平緩，可能已經(jīng)到達(dá)穩(wěn)定期；貯藏在15℃條件下的熱殺索絲菌從第0.5天后呈極速增長趨勢；貯藏在20℃的樣品也在第0.5天后呈極速增長，到第2天達(dá)到最大值，之后逐漸趨于平緩并呈下降趨勢，說明已經(jīng)到達(dá)衰亡期。通過直觀判斷利用Gompertz方程獲得熱殺索絲菌的生長預(yù)測曲線與實(shí)際生長曲線重合的較好。

2.2.2 一級模型的驗(yàn)證

用準(zhǔn)確因子（AF）和偏差因子（BF）來驗(yàn)證模型的預(yù)測效果。偏差因子（BF）是衡量模型的一個(gè)非常重要的參數(shù)。Ross[20]認(rèn)為，偏差因子的值應(yīng)該在0.7～1.15之間，準(zhǔn)確因子接近1左右，模型才算是成功的。準(zhǔn)確因子（AF）和偏差因子（BF）的計(jì)算公式如下：

（1）

（2）

通過公式（1）、（2）計(jì)算得到偏差因子和準(zhǔn)確因子的值如表2所示，可以看出模型的偏差因子均在0.7～1.15之間，準(zhǔn)確因子也均在1左右。表明模型能很好地預(yù)測不同溫度下熱殺索絲菌的生長。

表 2 一級預(yù)測模型的驗(yàn)證

Table 2 Evaluation of the first-order predict models by bias factors and accuracy factors

溫度/℃ AF BF

5 0.958 1.044

10 1.464 0.683

15 1.138 0.879

20 1.382 0.724

2.3 二級模型的擬合及其驗(yàn)證

2.3.1 二級模型擬合

用平方根模型擬合溫度對微生物生長的影響。方程（3）是溫度與比生長速率的模型，應(yīng)用平方根模型擬合溫度與比生長速率的關(guān)系如圖2所示。方程（4）是溫度與延滯期的模型，應(yīng)用平方根模型擬合溫度與延滯期的關(guān)系如圖3所示。

（3）

（4）

圖 2 溫度與最大比生長速率的關(guān)系

Fig.2 Relationship between temperature and maximum specific growth rate

圖 3 溫度與延滯期的關(guān)系

Fig.3 Relationship between temperature and lag phase

根據(jù)圖2、3可以看出相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9810和0.9289，說明溫度與比生長速率以及延滯期之間存在良好的線性關(guān)系。

2.3.2 二級模型的驗(yàn)證

表3為模型的方差分析結(jié)果，用F統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)二級模型總體的顯著性。由圖2、3和表3可知溫度與比生長速率以及延滯期之間存在良好的線性關(guān)系。得到P值小于0.05，所以方程顯著，表明此方程能較好的描述溫度與比生長速率以及延滯期之間的關(guān)系。

表 3 二級模型統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

Table 3 Statistical analysis results of the maximum specific growth rate and lag phase models with respect to temperature

來源 自由度 平方和 均方差 F值 P值

溫度與比

生長速率 模型 1 0.8137 0.8137 104.36 0.0094

誤差 2 0.0156 0.0078

總和 3 0.8293

溫度與

延滯期 模型 1 0.1646 0.1646 26.13 0.0362

誤差 2 0.0126 0.0063

總和 3 0.1772

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以鮮切魚整片為樣品，研究熱殺索絲菌的增值變化情況，繪制5、10、15、20℃溫度下實(shí)際和預(yù)測曲線，得到了熱殺索絲菌在不同溫度下的的生長趨勢。

利用Gompertz函數(shù)對5～20℃溫度范圍內(nèi)的熱殺索絲菌的生長數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，構(gòu)建生長預(yù)測的一級模型，結(jié)果判定系數(shù)R2的值均在0.99以上，表明Gompertz模型能很好描述不同溫度下熱殺索絲菌的生長。同時(shí)在顯著性差異上也說明這一結(jié)論。同時(shí)通過公式計(jì)算準(zhǔn)確因子和偏差因子，結(jié)果偏差因子均在0.7～1.15之間，準(zhǔn)確因子也均在1左右。驗(yàn)證模型能很好的預(yù)測不同溫度下熱殺索絲菌的生長。

利用平方根模型對熱殺索絲菌的最大比生長速率平方根和延滯期倒數(shù)平方根分別與溫度進(jìn)行擬合，得到其二級模型。結(jié)果判定系數(shù)R2分別為0.9810和0.9289。通過方差分析中的F檢驗(yàn)，表明溫度與最大比生長速率以及延滯期之間也存在良好的線性關(guān)系。

以上結(jié)果表明：5～20℃范圍內(nèi)鮮切魚整片中熱殺索絲菌的生長情況可以用Gompertz模型和平方根模型有效的進(jìn)行預(yù)測，為微生物預(yù)報(bào)模型在鮮切魚肉產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)和流通過程中的應(yīng)用提供了有力的參考依據(jù)。

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