桂 萌,章志超,劉恩歧,李平蘭

(1.徐州工程學(xué)院江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221111;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

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托盤包裝鱘魚中腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)及貨架期預(yù)測(cè)

桂 萌,章志超,劉恩歧,李平蘭

(1.徐州工程學(xué)院江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221111;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

為研究托盤包裝鱘魚中特定腐敗菌腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)規(guī)律,用不同的微生物生長(zhǎng)模型進(jìn)行擬合,以此為基礎(chǔ)建立并評(píng)價(jià)了貨架期預(yù)測(cè)模型。以修正的Gompertz方程為一級(jí)模型,平方根方程為二級(jí)模型,建立腐敗希瓦氏菌和總菌在0～20 ℃的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型和貨架期預(yù)測(cè)模型。進(jìn)一步通過托盤包裝鱘魚片在8 ℃和波動(dòng)溫度下貯藏?cái)?shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果顯示腐敗希瓦氏菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度Af為1.28、1.35,偏差度Bf為0.91、1.08,貨架期預(yù)測(cè)相對(duì)誤差為5.23%、3.83%;而總菌的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的Af為1.30、1.45,Bf為0.92、0.96,貨架期預(yù)測(cè)相對(duì)誤差為-4.40%、2.02%。以上結(jié)果表明根據(jù)兩類微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)建立的貨架期預(yù)測(cè)模型對(duì)0～20 ℃貯藏的托盤包裝鱘魚貨架期預(yù)測(cè)效果好,具有一定的實(shí)用價(jià)值。

鱘魚,腐敗希瓦氏菌,總菌,預(yù)測(cè)模型,貨架期

鱘魚是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)淡水魚類,在營(yíng)養(yǎng)、經(jīng)濟(jì)和研究等方面均具有較高價(jià)值[1]。新鮮魚肉由于高水分、高蛋白等特點(diǎn)而極易腐敗變質(zhì),微生物是導(dǎo)致魚肉腐敗的主要原因[2]。研究其在貯藏期間的微生物變化規(guī)律,并建立相應(yīng)的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型,對(duì)于預(yù)測(cè)產(chǎn)品貨架期、延緩魚肉腐敗變質(zhì)與保證食品安全具有重要意義。

食品中的微生物并不都能導(dǎo)致其腐敗,只有一部分能適應(yīng)食品環(huán)境并產(chǎn)生腐敗代謝產(chǎn)物的微生物才導(dǎo)致其品質(zhì)劣變,這一類微生物稱為特定腐敗菌(Special Spoilage Organisms,SSOs)。因此,可通過構(gòu)建特定腐敗菌的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型對(duì)產(chǎn)品貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)。目前,國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)學(xué)者開展水產(chǎn)品的貨架期預(yù)測(cè)模型研究[3-6]。其中,Gram等人[7]認(rèn)為通常在不考慮微生物之間的相互作用條件下,只有當(dāng)微生物總數(shù)達(dá)到7～9 lg(CFU/g)時(shí)才發(fā)生明顯腐敗。因此,菌落總數(shù)變化規(guī)律對(duì)產(chǎn)品貨架期預(yù)測(cè)具有重要意義。當(dāng)前,部分研究人員開展了希瓦氏菌和總菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的建立[8-11],但這些研究一般通過液體培養(yǎng)基或選擇性培養(yǎng)基計(jì)數(shù)的方法,并未考慮微生物在實(shí)際食品復(fù)雜環(huán)境中生長(zhǎng)的差異性,因此研究結(jié)果對(duì)實(shí)際的指導(dǎo)意義十分有限。

表1 鱘魚魚片感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

為探究鱘魚SSO腐敗希瓦氏菌和總菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的實(shí)用價(jià)值,建立一種快速預(yù)測(cè)托盤包裝貯藏鱘魚貨架期的方法,本文研究了托盤包裝冰藏鱘魚確定的SSO(腐敗希瓦氏菌)和自然鱘魚片中的菌落總數(shù)的生長(zhǎng)規(guī)律,根據(jù)修正的Gompertz方程和平方根方程建立了微生物生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型與貨架期預(yù)測(cè)模型,并通過托盤包裝鱘魚肉在8 ℃和波動(dòng)溫度下的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,從而建立一種托盤包裝鱘魚貨架期預(yù)測(cè)的有效方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鱘魚(雜交鱘,西伯利亞和史氏鱘雜交)體重1～1.5 kg,購(gòu)自北京回龍觀城北水產(chǎn)市場(chǎng);腐敗希瓦氏菌 分離自腐敗的托盤包裝冰藏鱘魚肉,經(jīng)菌相變化和腐敗能力實(shí)驗(yàn)確定為鱘魚特定腐敗菌;胰蛋白胨大豆肉湯(TSB)、胰蛋白胨大豆瓊脂培養(yǎng)基(TSA)、平板計(jì)數(shù)培養(yǎng)基 青島海博生物技術(shù)有限公司;碳酸鈉(≥99.5%)、氯化鈉(≥99.5%)、硼酸(≥99.5%)、氧化鎂(≥99.5%)均為分析純(AR),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

TY-CJ-2ND型超凈工作臺(tái) 北京亞泰科隆儀器技術(shù)公司;YXQ-LS-SII型全自動(dòng)立式蒸汽滅菌器 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;LRH-250型生化培養(yǎng)箱 上海一恒科技有限公司;Satroris PB-10型pH計(jì) 賽多利斯科學(xué)儀器公司(北京)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 滅菌鱘魚片的制備 參照Macé等人[12]方法并作適當(dāng)修改:將鱘魚片(每片約30 g),在無菌環(huán)境下依次用50 g/L Na2CO3溶液、2%(V/V)福爾馬林溶液清洗,然后用大量無菌水清洗,瀝干備用。

1.2.2 接種與貯藏 參照李學(xué)英等[13]的方法并作適當(dāng)修改:將活化好的腐敗希瓦氏菌梯度稀釋至5 lg CFU/mL,將滅菌魚片浸于菌液中,15 s后澇出瀝干,隨后將魚片用聚乙烯薄膜包裹后放置于聚苯乙烯托盤中。同時(shí),將未滅菌魚片也進(jìn)行同樣的托盤包裝。兩組魚片分別于0 ℃(0、3、6、9、12、15、18 d)、4 ℃(0、2、4、6、8、10 d)、8 ℃(0、12、24、36、48、60、72、84、96 h)、10 ℃(0、12、24、36、48、62、72、84 h)、15 ℃(0、8、16、24、32、40、48、56 h)、20 ℃(0、6、12、18、24、30、36、42、48 h)及參考SC/T2009-1999《水產(chǎn)品加工質(zhì)量管理規(guī)范》[14]設(shè)計(jì)的波動(dòng)溫度條件:20 ℃,6 h;0 ℃,2 d;20 ℃,2 h;4 ℃(0、6、54、56、58、60、62 h)進(jìn)行貯藏及取樣分析。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

1.2.3.1 感官評(píng)價(jià) 感官評(píng)價(jià)采用質(zhì)量指數(shù)法(Quality Index Method,QIM),參照朱志偉等[15]的方法并作適當(dāng)修改:評(píng)定小組由6名經(jīng)過培訓(xùn)的人員組成。隨機(jī)抽取魚肉樣品,對(duì)魚肉的顏色、光澤度、通透性、氣味、表面粘液和質(zhì)地進(jìn)行評(píng)價(jià),每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)總分在0～3間,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。每個(gè)參數(shù)總得分即為其感官分值。

1.2.3.2 菌落計(jì)數(shù) 參照GB/T 4789.2-2010[16],采用胰蛋白胨大豆瓊脂培養(yǎng)基(TSA)對(duì)腐敗希瓦氏菌進(jìn)行培養(yǎng);采用平板計(jì)數(shù)培養(yǎng)基對(duì)未滅菌魚片中的菌落總數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.2.3.3 pH測(cè)定 采用GB/T5009.45-2003[17]中的酸度計(jì)法測(cè)定。

1.2.3.4 TVBN值測(cè)定 采用GB/T5009.44-2003[18]中的半微量定氮法測(cè)定。

1.2.4 生長(zhǎng)模型建立 微生物生長(zhǎng)一級(jí)模型的建立采用修正的Gompertz模型,其表達(dá)式如下[19]:

式(1)

式中:N(t)是t時(shí)微生物的對(duì)數(shù)值,lg CFU/g,N0和Nmax分別是N(t)的初始值、最大值,λ恒溫條件下遲滯期,h;k是最大比生長(zhǎng)速率,h-1。

表2 不同溫度下的腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

微生物生長(zhǎng)二級(jí)模型的建立采用Bělehrádek平方根方程[20],其表達(dá)式如下。

式(2)

式(3)

其中:T為攝氏溫度,Tmin為微生物無代謝活動(dòng)時(shí)的理論最小溫度,bk、bλ是方程常數(shù)。

1.2.5 模型驗(yàn)證 以8 ℃和波動(dòng)溫度下腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。通過準(zhǔn)確度(Af)、偏差度(Bf)和殘差分析驗(yàn)證模型。公式[21]如下:

圖1 溫度與腐敗希瓦氏菌和總菌的最大比生長(zhǎng)速率(k)和延滯期(λ)的關(guān)系Fig.1 Relationship between temperature and maximum specific growth rate(k)and lag phase(λ)of Shewanella putrefaciens and total viable bacteria

式(4)

式(5)

其中,n為實(shí)驗(yàn)次數(shù),Ni預(yù)為第i次實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)值,Ni實(shí)為第i次實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值。

1.2.6 鱘魚貨架期預(yù)測(cè)及驗(yàn)證 將在8 ℃和波動(dòng)溫度下托盤包裝的鱘魚實(shí)際貨架期與預(yù)測(cè)貨架期進(jìn)行比較,驗(yàn)證其可靠性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS17.0和ANOVA方差分析處理,結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”表示。采用SigmaPlot 12.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 一級(jí)模型的建立

鱘魚片在0、4、10、15和20 ℃貯藏時(shí),腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)如表1所示。表1中判定系數(shù)R2均大于0.98,說明修正的Gompertz模型對(duì)數(shù)據(jù)的擬合性較好。貯藏溫度對(duì)腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)具有較大影響,0 ℃時(shí)腐敗希瓦氏菌和總菌的最大比生長(zhǎng)速率k值均較低,延滯期λ值均較長(zhǎng),而隨著溫度的升高,腐敗希瓦氏菌和總菌的k值逐漸增加,λ值相應(yīng)減少,說明溫度是影響肉類腐敗的重要因素[22]。五種溫度下腐敗希瓦氏菌的λ值均較總菌大,說明腐敗希瓦氏菌比未滅菌魚片中微生物生長(zhǎng)啟動(dòng)稍慢,可能是未滅菌魚片中微生物已適應(yīng)魚肉的環(huán)境,因此生長(zhǎng)啟動(dòng)更快。

2. 2 二級(jí)模型的建立

應(yīng)用平方根模型擬合溫度與最大比生長(zhǎng)速率和延滯期的關(guān)系如圖1所示。圖中判定系數(shù)R2均大于0.95,說明溫度與腐敗希瓦氏菌和總菌的最大比生長(zhǎng)速率和延滯期的線性關(guān)系良好。圖中溫度與兩菌最大比生長(zhǎng)速率擬合的R2值均高于溫度與兩菌延滯期擬合的R2值,由于R2值約接近1,擬合度越好,這說明溫度與最大比生長(zhǎng)速率的擬合效果更好,這可能是由于不同溫度條件下微生物代謝活性的差異對(duì)延滯期產(chǎn)生不同的影響,從而導(dǎo)致延滯期的預(yù)測(cè)更難,傅鵬等[23]在對(duì)假單胞菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的研究中同樣發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。

表5 不同貯藏溫度下感官拒絕點(diǎn)的各指標(biāo)測(cè)定

表3 腐敗希瓦氏菌和總菌的平方根模型參數(shù)

2.3 生長(zhǎng)模型驗(yàn)證

將2.2中平方根模型中的參數(shù)關(guān)系帶入修正的Gompertz方程,可以分別推算出腐敗希瓦氏菌式(6)和總菌式(7)在0～20 ℃下的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型,方程如下:

N(t)= N0+(9.25-N0)×exp

式(6)

N(t)= N0+(9.16-N0)×exp

式(7)

通過測(cè)定8 ℃和波動(dòng)溫度下的腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。偏差因子Bf是用來評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值差異的指標(biāo)。通常Bf在0.90～1.05范圍內(nèi)時(shí),該模型能夠很好預(yù)測(cè)微生物生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)狀況;Bf在0.70～0.9或1.06～1.15范圍內(nèi),該模型是可以被接受的;如果Bf值大于1.15或小于0.7,則說明該模型是失敗[24]。表4中Bf值在0.91～1.08之間,說明模型是可以接收的。準(zhǔn)確因子Af用來評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確度的指標(biāo),Af越接近1表示預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值越接近。表中腐敗希瓦氏菌和總菌的Af值分別在1.28～1.35、1.30～1.45之間,對(duì)應(yīng)的平均預(yù)測(cè)誤差可能分別為31.50%、37.50%。但張海云等[8]將腐敗希瓦氏菌接種于牙鲆魚肉中所建立的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的誤差只在10%以內(nèi);目前對(duì)水產(chǎn)品中總菌的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型研究較少,李飛燕等[25]利用平方根方程預(yù)測(cè)的冷卻牛肉中總菌的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)誤差為12%～18%,預(yù)測(cè)效果也較好,這些差異可能與研究的食品基質(zhì)等不同有關(guān)。

表4 8 ℃、波動(dòng)溫度下模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度(Af)與偏差度(Bf)比較

2.4 托盤包裝鱘魚貨架期的預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

2.4.1 貨架期的確定 托盤包裝鱘魚魚片在不同貯藏溫度下達(dá)到感官拒絕點(diǎn)時(shí)的各指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表5所示。腐敗希瓦氏菌和總菌菌數(shù)的平均值分別為6.85 lg(CFU/g)和6.89 lg(CFU/g),與消費(fèi)者對(duì)食品中微生物可接受限值7.00 lg(CFU/g))相近[26]。同時(shí)TVBN平均值分別為20.08 mg/100 g和19.12 mg/100 g,與國(guó)標(biāo)[27]中淡水魚TVBN 20 mg/100 g接近,表明實(shí)驗(yàn)中感官拒絕點(diǎn)及相應(yīng)的微生物最小腐敗值的判定可信。崔正翠等[9]也得到相近的結(jié)果,希瓦氏菌的最小腐敗值為6.60 lg(CFU/g),因此本實(shí)驗(yàn)中確定的腐敗希瓦氏菌和總菌的最小腐敗值分別為6.85 lg(CFU/g)和6.89 lg(CFU/g)。

2.4.2 貨架期的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià) 根據(jù)腐敗希瓦氏菌的腐敗限量,結(jié)合已建立的一級(jí)模型和二級(jí)模型得到托盤包裝鱘魚在0～20 ℃的貨架期預(yù)測(cè)模型式(8),方程為:

式(8)

同時(shí),根據(jù)總菌的腐敗限量,結(jié)合已建立的一級(jí)模型和二級(jí)模型得到鱘魚在0～20 ℃的貨架期預(yù)測(cè)模型式(9),方程為:

式(9)

根據(jù)腐敗希瓦氏菌生長(zhǎng)規(guī)律建立的貨架期預(yù)測(cè)模型對(duì)8 ℃和波動(dòng)溫度條件下貨架期預(yù)測(cè)相對(duì)誤差分別為5.23%和3.82%,而總菌貨架期預(yù)測(cè)模型的相對(duì)誤差則分別為-4.40%和2.02%,均小于10%,說明預(yù)測(cè)效果良好。在修正Gompertz、平方根方程基礎(chǔ)上,崔正翠等[9]根據(jù)希瓦氏菌建立的大菱鲆的貨架期預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差為6.74%,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近;梁瓊等[11]利用總菌建立的青魚片貨架期模型的預(yù)測(cè)誤差約為30%,大于本實(shí)驗(yàn)中誤差。這說明貨架期模型的準(zhǔn)確度與研究對(duì)象有關(guān),不同的研究對(duì)象可能適用于不同的貨架期模型。本實(shí)驗(yàn)中根據(jù)腐敗希瓦氏菌和總菌生長(zhǎng)規(guī)律建立的貨架期模型均能很好地預(yù)測(cè)托盤包裝鱘魚片0～20 ℃貯藏的貨架期。

3 結(jié)論

3.1 修正的Gompertz方程和平方根方程能很好地?cái)M合腐敗希瓦氏菌和總菌在0、4、10、15和20 ℃條件下在鱘魚肉中的生長(zhǎng)情況。

3.2 腐敗希瓦氏菌和總菌的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型對(duì)8 ℃和波動(dòng)溫度下微生物生長(zhǎng)的平均預(yù)測(cè)誤差分別為31.50%、37.50%,預(yù)測(cè)誤差較大。而兩類微生物的貨架期預(yù)測(cè)模型對(duì)8 ℃和波動(dòng)溫度下托盤包裝鱘魚肉貨架期預(yù)測(cè)誤差均小于10%,預(yù)測(cè)效果較好。

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Growth kinetics ofshewanellaputrefaciensand total viable bacteria in pallet-package sturgeon and shelf life prediction

GUI Meng2,ZHANG Zhi-chao2,LIU Enqi1,LI Ping-lan2,*

(1.Jiangsu Key Laboratory of Food Resource Development and Quality Safety,Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou 221111,China.2.College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China)

The objective of this study was to investigate the growth kinetics ofShewanellaputrefaciens(specific spoilage organisms,SSO)and total viable count(TVC)in pallet-package sturgeon and develop and evaluate the predictive models of shelf life of pallet-package sturgeon. Modified Gompertz equation and square root equation were used as primary and secondary models respectively so as to fit the bacterial growth and shelf life prediction at temperatures from 0 ℃ to 20 ℃. Meanwhile,these models were validated under isothermal(8 ℃)and dynamic conditions. The accuracy factors(Af),bias factors(Bf)and the relative errors of shelf life predictive models ofShewanellaputrefacienswere 1.28 and 1.35,0.91 and 1.08,5.23% and 3.83%,respectively. Meanwhile,Af,Bf,and the relative errors of shelf lives predictive models in TVC were 1.30 and 1.45,0.92 and 0.96,-4.40% and 2.02%,respectively. The results indicated that the shelf life predictive models of pallet-package sturgeon stored at 0～20 ℃ based on the growth kinetics ofShewanellaputrefaciensand TVC were effective and have great potential for application in pallet-package sturgeon product.

sturgeon;Shewanellaputrefaciens;total viable bacteria;predictive models;shelf life

2015-12-25

桂萌(1988-)，女，博士，研究方向：食品微生物，E-mail：guimeng172@126.com。

*通訊作者:李平蘭(1964-)，女，博士，教授，研究方向：食品微生物，E-mail：lipinglan@cau.edu.cn。

北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(6164033)；北京市鱘魚、鮭鱒魚創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)(SCGWZJ20161105-2)；江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(SPKF201315)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2015BAD16B01)。

TS201.3

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000