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        基于Gompertz模型和Arrhenius模型預(yù)測鹵豆干的貨架期

        2022-04-19 07:27:26侯泰東夏阿林
        現(xiàn)代食品 2022年5期
        關(guān)鍵詞:豆干貨架總數(shù)

        ◎ 侯泰東,夏阿林

        (邵陽學(xué)院 食品與化學(xué)工程學(xué)院,湖南 邵陽 422000)

        鹵豆干是一種以大豆為原料,經(jīng)過鹵制、調(diào)味、滅菌等一系列工藝制成的即食食品,近年來,鹵豆干已經(jīng)成為了人們?nèi)粘OM量較大的豆制品品種之一[1-2]。食品中的各項指標(biāo)的改變會對食品品質(zhì)造成不同程度的影響,菌落總數(shù)是衡量食品品質(zhì)是否合格的重要指標(biāo)之一[3]。近年來,隨著我國豆制品生產(chǎn)技術(shù)的提高及其生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,鹵豆干的生產(chǎn)不斷向工業(yè)化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變,但是仍然存在大量以傳統(tǒng)生產(chǎn)形式為主的鹵豆干生產(chǎn)作坊,使鹵豆干的生產(chǎn)過程存在微生物污染等風(fēng)險[4]。鹵豆干是一種水分活度高,脂肪、蛋白質(zhì)含量豐富的食品,極易受到微生物污染而導(dǎo)致其品質(zhì)下降,最終導(dǎo)致貨架期縮短,產(chǎn)生不良影響[5-6]。

        目前,食品中菌落總數(shù)測定的主要方法是平板計數(shù)法,但是該傳統(tǒng)方法存在一些弊端,不能滿足在保證樣品無損的情況下實現(xiàn)短時間內(nèi)大批量的檢測,且該檢測方法對檢測人員的操作精準(zhǔn)度要求較高,存在耗時費力、試劑消耗量大、污染環(huán)境等缺點,無法做到實時檢測。因此,有必要建立一種可以預(yù)測鹵豆干貨架期的方法。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        豆干樣品,購買由于邵陽市某大型超市;PCA培養(yǎng)基,上海博威生物科技有限公司;NaCl,西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        G154DWS型高壓蒸汽滅菌鍋,上海民儀電子有限公司;HPX-9272 MBE型電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海博訊實業(yè)有限公司。

        1.3 實驗方法

        1.3.1 樣品預(yù)處理

        取豆干樣品經(jīng)105 ℃滅菌40 min后拆開包裝封裝與密封袋中,每袋一塊豆干樣品(約重105 g)。分別儲藏與4 ℃、12 ℃和20 ℃的條件下。每隔24 h分別隨機取30袋樣品進(jìn)行測量。

        1.3.2 菌落總數(shù)的測定

        參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》(GB 4789.2—2016)[7],進(jìn)行菌落總數(shù)檢測。于無菌環(huán)境下,將樣品放入盛有100 mL的生理鹽水均質(zhì)袋中,均質(zhì),制成1∶10的樣品勻液后,按照國家標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行檢測。以上每個樣品處理兩組平行。

        1.3.3 傳統(tǒng)貨架期預(yù)測模型的建立

        分析4 ℃、12 ℃和20 ℃下豆干樣品中菌落總數(shù)基本信息,建立生長模型。修正的Gompertz模型[8]如下:

        式中:lgN為t時間總菌落數(shù)對數(shù)值;lgN0為初始時間總菌落數(shù)對數(shù)值;lgNmax為穩(wěn)定期最大總菌落數(shù)對數(shù)值;μm為最大比生長速率,d-1;λ為遲滯期,d。

        利用Arrhenius動力學(xué)方程建立貨架期預(yù)測模型。一級反應(yīng)方程如下:

        式中:A代表豆干樣品儲藏t天時的品質(zhì),以菌落總數(shù)計,lg CFU·g-1;A0代表豆干樣品初始品質(zhì),lg CFU·g-1;k為樣品變化速率常數(shù);t為豆干樣品儲存時間,d。

        通過分析Arrhenius公式可以得到溫度與豆干樣品變化的速率常數(shù)k,具體為:

        式中:k0為指前因子;Ea為活化能,kJ·mol-1;R為氣體常數(shù),為8.314 J·mol-1;T為開氏溫度。

        經(jīng)過處理[9]即可得到關(guān)于樣品中微生物的動力學(xué)模型。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 Gompertz模型建立

        所有用于建立模型的鹵豆干樣品菌落總數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)檢驗的統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

        表1 鹵豆干樣品微生物菌落總數(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢驗統(tǒng)計結(jié)果表

        根據(jù)每隔24 h檢測的鹵豆干樣品樣本數(shù),取其平均值作為當(dāng)日鹵豆干樣品腐敗的菌落總數(shù),對該指標(biāo)與時間變化形成生長趨勢圖,分析其生長規(guī)律。由圖1可以看出,4 ℃、12 ℃和20 ℃貯藏溫度下,隨著時間的增長,鹵豆干樣品中的菌落總數(shù)均呈現(xiàn)S型增長趨勢。建立3個溫度梯度的鹵豆干菌落總數(shù)的Gompertz模型,擬合結(jié)果如表2顯示,隨著溫度的上升,微生物的生長遲滯期λ不斷減小,4 ℃(5.005 0)>12 ℃(3.188 0)> 20 ℃(3.111 3);最大比生長速率不斷增大4 ℃(1.049 1)<12 ℃(1.345 7)<20 ℃(2.208 7);4 ℃、12 ℃以及20 ℃的Gompertz模型的R2分別為0.987 6、0.997 0和0.997 5,表明修正的Gompertz模型得到了較好的擬合結(jié)果。

        表2 修正的Gompertz菌落總數(shù)模型生長參數(shù)表

        《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 豆制品》(GB 2712—2014)[10]中規(guī)定,產(chǎn)品表面應(yīng)無霉變,當(dāng)鹵豆干中菌落總數(shù)到達(dá)5.2 lg CFU·g-1時,產(chǎn)品表面出現(xiàn)霉變,既當(dāng)產(chǎn)品中菌落總數(shù)超過5.2 lg CFU·g-1時,超出貨架期。經(jīng)過計算,在4 ℃、12 ℃以及20 ℃下,豆干樣品的貨架期分別為7 d、3 d和3 d。

        2.2 Arrhenius模型建立

        使用Arrhenius模型建立貨架期預(yù)測模型時,需對公式(2)、公式(3)進(jìn)行處理后,進(jìn)行計算,對公式(2)兩邊取對數(shù)后,公式如下:

        將不同溫度、不同時間的豆干樣品菌落總數(shù)指標(biāo)帶入,可以得到不同溫度下菌落總數(shù)指標(biāo)的k值及R2,見表3。從表中可以看出,在4 ℃下,豆干樣品菌落總數(shù)與儲存時間之間具有較好的相關(guān)性(R2>0.9)。不同貯藏溫度下菌落總數(shù)與貯藏時間的關(guān)系圖見圖2,隨著溫度升高,其相關(guān)性不斷降低,這說明,隨著溫度的升高,Arrhenius模型對于鹵豆干樣品的預(yù)測可能會出現(xiàn)準(zhǔn)確度下降的情況。

        表3 不同貯藏溫度下菌落總數(shù)強度與貯藏時間的關(guān)系表

        對公式(3)兩邊取對數(shù)后,公式如下:

        對lnk和T進(jìn)行線性擬合,可以得到k0值以及Ea,結(jié)果為:k0=31 808.95,Ea=16 061.97。最后將其帶入公式(2)即可得到理論貨架期。以實際總菌落數(shù)統(tǒng)計結(jié)果的1~3 d的平均值為初始總菌落數(shù)A0,帶入后計算得到菌落數(shù)的動力模型為:

        經(jīng)過計算后得到在4 ℃、12 ℃和20 ℃條件下的鹵豆干貨架期分別為9 d、6 d和4 d。

        3 結(jié)論

        采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》(GB 4789.2—2016)對鹵豆干樣品中菌落總數(shù)進(jìn)行測定,結(jié)合ASLT加速實驗,建立了鹵豆干的貨架期模型,利用修正的Gompertz模型預(yù)測鹵豆干貨架期,在4 ℃、12 ℃和20 ℃條件下分別為7 d、3 d和3 d;使用Arrhenius公式擬合的貨架期模型為利用該公式預(yù)測在4 ℃、12 ℃和20 ℃條件下的鹵豆干貨架期分別為9 d、6 d和4 d。以上兩種方法均可以有效的對鹵豆干的貨架期進(jìn)行檢測,可以為鹵豆干的加工、生產(chǎn)和銷售提供一定的支持。

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