裸裝鹵制鴨胗中乳酸菌的生長預測模型研究

摘要：為快速預測裸裝鹵制鴨制品中微生物的生長，以不同溫度下貯藏的裸裝鹵制鴨胗為試材，研究乳酸菌的生長變化與模型構建。結果表明，采用修正的Gompertz方程擬合獲得的乳酸菌一級生長預測模型，準確因子和偏差因子分別為0.951 8和1.050 6；采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，模型方程顯示二者均呈現良好的線性關系。說明構建的生長模型能夠有效預測5～25 ℃貯藏條件下乳酸菌在裸裝鹵制鴨胗上的生長。

關鍵詞：鴨胗；乳酸菌；預測模型

中圖分類號：S834 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4756-04

醬鹵制品因其獨特的風味和高蛋白、低脂肪等營養特點，越來越受到消費者青睞[1-2]。但在其制作加工的過程中易受到微生物的污染，容易引發食品安全事故，給消費者的健康造成危害[3]。

近年來，隨著食品預測微生物學的發展，關于食品微生物預測模型[4-10]的研究越來越多。修正的Gompertz模型[11]能很好地描述微生物生長，在腐敗微生物生長動力學一級模型的研究中被廣泛使用，平方根模型是研究微生物生長動力學的二級模型，該模型被廣泛應用，是影響微生物生長的最佳溫度經驗方程式[12]。有研究表明，乳酸菌雖然在初始菌數量上不占優勢，但由于其能抑制其他菌的生長而逐漸成為優勢菌，所以仍是鹵制鴨制品中的腐敗菌之一[13]。本試驗以裸裝鹵制鴨胗為試驗材料，分析鹵制品的腐敗規律，建立乳酸菌的生長預測模型，為鹵制鴨制品的品質評價與貨架期預測模型的建立提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品

裸裝鹵制鴨胗，購自武漢常青花園周黑鴨專營店。2012年6～9月在武漢輕工大學實驗室進行。

1.2 試劑與儀器

MRS瓊脂（Man Rogosa and sharpe agar）（青島高科技園海博生物技術有限公司）；氯化鈉（優級純）（國藥集團化學試劑有限公司）。

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

1.3 不同恒定溫度下乳酸菌生長曲線的測定

將購買的鹵制鴨胗貯藏在5個溫度條件下，分別為5、10、15、20和25 ℃。每個樣品取25 g，剪碎后放入裝有225 mL無菌生理鹽水的無菌均質袋中，以7次/s的速度拍擊2 min，取出樣品，從無菌均質袋中吸取1 mL懸液進行稀釋，取3個合適的稀釋梯度，每個稀釋梯度3次重復，用MRS選擇性培養基培養，在37 ℃培養48 h后進行菌落計數[14]，此為第0天。之后5、10和15 ℃的樣品每隔24 h測定1次，20、25 ℃的樣品每隔12 h測定1次。

1.4 一級模型的擬合與驗證

一級模型的擬合采用SAS 9.1統計軟件，分別將在不同溫度下獲得乳酸菌生長數據，用Gompertz模型擬合其生長動態，得到相應的一級模型參數。Gompertz方程[15]如下：

式中N0是初始菌數；C是隨時間無限增加時菌增量的對數值；B是在時間為M時的相對最大比生長速率；M是達到相對最大生長速率所需要的時間。得到上述參數后，通過以下公式求出U、LPD值。其中，最大比生長速率U=B×C/e，e=2.718 2；遲滯期LPD=M-（1/B）。通過計算準確因子（Af）和偏差因子（Bf）來驗證一級模型的預測效果[16]。計算準確因子（Af）和偏差因子（Bf）的公式如下。

式中，obs為實測值，pred代表模型得到的預測值，n為測定次數。

1.5 二級模型的擬合與驗證

二級模型同樣利用SAS 9.1統計軟件，采用平方根模型擬合溫度-最大比生長速率平方根與溫度-延滯期倒數平方根曲線。其關系式如下：

式中：T是培養溫度，TminU、TminL是最低生長溫度，為一個假設的概念，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。用F統計量檢驗二級模型總體的顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同溫度下鹵制鴨胗中乳酸菌的生長趨勢

從圖1可以看出，各溫度下，鹵制鴨胗中乳酸菌的生長曲線呈現典型的S型。溫度對乳酸菌的生長速率有較大的影響，溫度越高，乳酸菌生長速度越快。20 ℃和25 ℃貯藏條件下，乳酸菌生長速率明顯大于其他3個溫度下的生長速率，說明乳酸菌更容易在常溫下生長。

2.2 鹵制鴨胗中乳酸菌在不同貯藏溫度下的動力學模型及其驗證

2.2.1 一級模型的擬合 應用SAS 9.1統計軟件，分別將在不同溫度下獲得鹵制鴨胗中乳酸菌的生長數據，利用修正的Gompertz模型擬合微生物的生長。由表1可以看出，回歸相關系數R2的值均在0.99以上，表明Gompertz模型能很好地描述不同溫度貯藏條件下乳酸菌生長的S型曲線。

由表2結果可以看出，在5 ℃和10 ℃條件下的延滯期（LPD）較長，分別為2.109 1和1.387 2 d，當貯藏溫度為25 ℃時，延滯期縮短至0.313 6 d，最大比生長速率由最初的1.036 4 d-1增加到4.817 9 d-1。當鹵制鴨胗在低溫條件下貯藏時，乳酸菌的生長受到一定的抑制，而在較高的溫度條件下，乳酸菌生長很快，此時貯藏時間短，乳酸菌容易大量繁殖，導致產品腐敗變質。因此，在實際的生產、流通和銷售過程中，要嚴格控制產品的溫度。

2.2.2 一級模型的驗證 通過計算準確因子（Af）和偏差因子（Bf）來驗證一級模型的預測效果。準確因子是用來評價預測模型的預測準確度的指標，偏差因子是用來評價預測值和實測值的差異程度的指標。準確因子的值越大，表明預測效果越差，當準確因子值為1時預測效果最為理想。通過公式（2）和（3）計算得到總的平均準確因子Af=0.951 8和偏差因子Bf=1.050 6，均在1左右，表明模型能很好地預測不同溫度下鹵制鴨胗中乳酸菌的生長。

2.3 溫度對乳酸菌生長動力學參數的影響

2.3.1 二級模型擬合 平方根模型（公式3、4）常用來描述溫度對微生物生長特性的影響。圖2是應用平方根模型擬合溫度與最大比生長速率的關系圖。圖3是應用平方根模型擬合溫度與延滯期的關系。

溫度與生長速率和延滯期呈現良好的線性關系，其模型為方程如公式（6）、（7）。從R2以及P值可以看出，溫度對最大比生長速率影響非常顯著，說明微生物生長速率主要受溫度影響，而溫度對延滯期影響顯著，可能是延滯期受其他環境或內在因素的影響較大。

2.3.2 二級模型的驗證 表3為二級模型的方差分析結果，用F統計量檢驗二級模型總體的顯著性[1]。由圖2、3和表3可知，溫度與最大比生長速率以及延滯期之間存在良好的線性關系，說明了環境因素溫度對微生物的生長變化規律影響顯著，同時可以說明平方根模型擬合溫度與最大比生長速率模型和延滯期模型較為成功。

3 小結

本試驗以裸裝鹵制鴨胗為研究對象，建立了乳酸菌在裸裝鹵制鴨胗上的生長預測模型，利用修正的Gompertz方程擬合獲得乳酸菌的一級生長預測模型，模型R2值在0.99以上，準確因子和偏差因子分別為0.951 8和1.050 6，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，二者均呈現良好的線性關系。兩種模型均可以有效預測裸裝鹵制鴨胗在5～25 ℃貯藏條件下乳酸菌的生長動態，便于更好地控制產品的安全性，為裸裝鹵制鴨胗產品品質評價和貨架期預測提供了數據支撐。

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