冷鮮豬排骨假單胞菌生長預(yù)測模型的建立與驗證

熊丹萍，劉超群，王宏勛*

（武漢工業(yè)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023）

假單胞菌一直被認為是在有氧條件下引起冷卻肉腐敗的主導(dǎo)作用菌[1-2]。在溫度是唯一或主要的限制因素條件下，假單胞菌在冷藏食品中的生長速率比其他污染細菌的生長速率快30%[3]。近年來食品微生物預(yù)報技術(shù)在國外被廣泛研究。利用數(shù)學(xué)模型的建立，用來預(yù)測食品的貨架壽命和微生物學(xué)安全[4]。在我國冷卻豬肉主要以托盤包裝分割肉的形式在超市進行銷售[5]，同時隨著預(yù)測微生物學(xué)的發(fā)展，對冷鮮肉和魚產(chǎn)品中的腐敗菌的生長預(yù)測的研究較多[6-9]，但沒有考慮到冷鮮肉組織的不同對預(yù)測結(jié)果的影響，所以造成在實際運用中結(jié)果的偏差[10-11]。

本文以冷鮮排骨為研究對象，建立其在不同溫度下的假單胞菌生長預(yù)測模型并進行驗證，試圖快速對冷鮮排骨中假單胞菌的的生長情況進行預(yù)測，為建立冷鮮肉品的貨架期預(yù)測模型提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品

冷鮮排骨：中百倉儲超市中糧集團“家佳康”系列。

1.2 培養(yǎng)基和試劑

CFC瓊脂：青島高科技園海博生物技術(shù)有限公司；氯化鈉（優(yōu)級純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.3 儀器與設(shè)備

CP214（C）型電子天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海恒科技有限公司；手提式蒸汽不銹鋼消毒器（滅菌鍋）：上海三申醫(yī)療器械有限公司；LRH-100C型低溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海精宏試驗設(shè)備有限公司；SW-CJ-2FD型雙人單面凈化工作臺：蘇州凈化設(shè)備有限公司；SK-1快速混合器：金壇市科析儀器有限公司；HBM-400系列樣品均質(zhì)器：天津市恒奧科技發(fā)展有限公司LR；H-150-S恒溫恒濕培養(yǎng)箱：廣東省醫(yī)療器械廠；低溫培養(yǎng)箱：三洋電機國際貿(mào)易有限公司。

1.4 恒定溫度下的生長曲線

選取0℃、5℃、10℃、15℃和20℃為試驗溫度，將當(dāng)天購買的“冷鮮排骨”5盒分別儲藏在以上5個溫度條件下，每次從排骨上剪取25g肉，放入無菌均質(zhì)袋中，并加入225mL無菌生理鹽，以7次/s的速度拍擊2min，從無菌均質(zhì)袋中吸取1mL懸液進行稀釋，取3個合適的稀釋梯度，每個稀釋梯度做3個重復(fù)，用選擇性培養(yǎng)基CFC瓊脂傾注平皿，并記為第0d，30℃培養(yǎng)48h后進行菌落計數(shù)[12-13]。之后每隔0.5d或1d從同一盒排骨中無菌操作剪取25g如上方法進行測定。

1.5 一級模型的擬合及其驗證

1.5.1 一級模型的擬合

應(yīng)用SAS 9.1統(tǒng)計軟件，運用Gompertz模型建立0℃～20℃下假單胞菌的一級模型[14]。Gompertz方程如下：

式中：t為時間，h；Nt為 t時的菌數(shù)；N0是初始菌數(shù)對數(shù)值，lg（cfu/g）；C是最大菌數(shù)Nmax與初始菌數(shù)N0的差值對數(shù)值，lg（cfu/g）；B是在時間為M時的相對最大比生長速率，d-1；M是達到相對最大生長速率所需要的時間，d。

由此，可以通過以下公式求出U（d-1）、LPD（d）值。U為微生物生長的最大比生長速率（d-1），LPD為微生物生長的延滯期（d）。

其中，最大比生長速率U=B.C/e，e=2.7182，d-1；遲滯期LPD=M-（1/B），d。

1.5.2 一級模型的驗證

通過計算準(zhǔn)確因子（Af）和偏差因子（Bf）來驗證一級模型的預(yù)測效果。準(zhǔn)確因子的值越大表明預(yù)測效果越差，當(dāng)準(zhǔn)確因子值為1時預(yù)測效果最為理想。計算準(zhǔn)確因子Af和偏差因子Bf的公式如（2）和（3）所示。

1.6 二級模型擬合

二級模型的擬合同樣運用SAS9.1統(tǒng)計軟件，應(yīng)用平方根模型擬合溫度-生長速率平方根曲線，描述溫度對微生物生長的影響[15]。其關(guān)系式如下：

式中：T是培養(yǎng)溫度，TminU、TminL是最低生長溫度，指的是微生物沒有代謝活動時的溫度是通過外推回歸線與溫度軸相交而得到的溫度；b是系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下假單胞菌生長曲線

圖1為不同溫度下假單胞菌的生長曲線。從圖1中可以看出，儲藏的恒定溫度越低，假單胞菌的生長越緩慢，較高溫度條件下假單胞菌的增長明顯快于較低溫度條件。在0℃的生長條件下，假單胞菌在前4d的增長非常緩慢，從第5d開始增長加快，在第7d時菌數(shù)對數(shù)值為6；在5℃的生長條件下，前2d假單胞菌的對數(shù)值僅為4左右，增長幅度緩慢，從第3d開始數(shù)量增加明顯，對數(shù)值最高可達到10；在10℃的生長條件下，前2d假單胞菌的增長較緩慢，第3d出現(xiàn)顯著增長，3d后生長變緩，趨于平穩(wěn)；在15℃和20℃的生長條件下，假單胞菌的增長較快，幾乎沒有出現(xiàn)增長緩慢的情況，在僅3.5d的生長時間內(nèi)，最大的對數(shù)值就達到10。分析表明，溫度越高，假單胞菌增長越快，且越容易達到穩(wěn)定期。

圖1 不同溫度下假單胞菌生長曲線Fig.1 Growth curves of Pseudomonas under different temperature

2.2 假單胞菌生長動力學(xué)模型的擬合及其驗證

2.2.1 一級模型的擬合

運用SAS9.1軟件擬合不同溫度下假單胞菌的生長曲線。由表1可以看出，判定系數(shù)R2的值較高，并且隨溫度升高R2值逐漸增加，表明Gompertz模型能很好的描述不同溫度下假單胞菌的生長。

表1 0℃～20℃條件下假單胞菌的生長動力學(xué)模型Table 1 Growth kinetics model of Pseudomonas at 0℃～20℃

由圖2可知，在5種溫度條件下，假單胞菌預(yù)測生長曲線與實際生長曲線幾乎重疊，表明模型擬合效果非常好。

利用Compertz模型求得的假單胞菌生長動力學(xué)參數(shù)（表2）。結(jié)果顯示：0℃條件下最大比生長速率較低，延滯期較長，假單胞菌的生長處于抑制狀態(tài)，隨著溫度的升高，比生長速率急劇增加，延滯期縮短，當(dāng)溫度升高到20℃時，延滯期縮短至0.1140d。

2.2.2 一級模型的驗證

用準(zhǔn)確因子（Af）和偏差因子（Bf）來驗證模型的預(yù)測效果。通過公式（2）和（3）計算得到偏差因子和準(zhǔn)確因子的值見表3。從表3可以看出模型的準(zhǔn)確因子和偏差因子均為1左右，表明模型能很好預(yù)測不同溫度下假單胞菌的生長。

圖2 不同溫度下假單胞菌生長的預(yù)測值和真實值Fig.2 Predicted and measured values of Pseudomonas grown under different temperature

表2 0℃～20℃條件下假單胞菌生長動力學(xué)參數(shù)Table 2 Kinetic parameters of Pseudomonas at 0℃～20℃

表3 預(yù)測模型的驗證Table 3 Evaluation of predict model using the bias factors and accuracy factors

2.3 二級模型的擬合

用平方根模型擬合溫度對微生物生長的影響。圖3是溫度與比生長速率的關(guān)系。圖4是溫度與延滯期的關(guān)系。溫度與比生長速率的模型為方程（6），溫度與延滯期的模型為方程（7）。

圖3 溫度與最大比生長速率的關(guān)系Fig.3 Relationship between temperature and maximum specific growth rate

圖4 溫度與延滯期的關(guān)系Fig.4 Relationship between temperature and lag phase

表4 二級模型統(tǒng)計分析結(jié)果Table 4 Statistical analysis results of the secondary model

表4為模型的方差分析結(jié)果，用F統(tǒng)計量檢驗二級模型總體的顯著性。由圖3、圖4和表4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。

3 結(jié)論

本試驗以冷鮮豬排骨為研究對象，研究了0℃～20℃不同恒定溫度時假單胞菌增殖變化情況，構(gòu)建了假單胞菌在冷鮮排骨上生長預(yù)測的一級模型和二級模型；通過計算準(zhǔn)確因子和偏差因子，得出準(zhǔn)確因子和偏差因子的值均在1左右，表明一級模型能很好預(yù)測不同溫度下假單胞菌的生長，二級模型中溫度與比生長速率以及延滯期之間也存在良好的線性關(guān)系，判定系數(shù)分別為0.9934和0.9265。以上說明預(yù)測模型能夠很好的擬合0℃～20℃溫度范圍內(nèi)假單胞菌的生長。

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