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        基于Gompertz模型和Arrhenius模型預(yù)測(cè)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(yáng)學(xué)院 食品與化學(xué)工程學(xué)院,湖南 邵陽(yáng) 422000)

        鹵豆干是一種以大豆為原料,經(jīng)過(guò)鹵制、調(diào)味、滅菌等一系列工藝制成的即食食品,近年來(lái),鹵豆干已經(jīng)成為了人們?nèi)粘OM(fèi)量較大的豆制品品種之一[1-2]。食品中的各項(xiàng)指標(biāo)的改變會(huì)對(duì)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(lái),隨著我國(guó)豆制品生產(chǎn)技術(shù)的提高及其生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)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(guò)程存在微生物污染等風(fēng)險(xiǎn)[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(cè)定的主要方法是平板計(jì)數(shù)法,但是該傳統(tǒng)方法存在一些弊端,不能滿(mǎn)足在保證樣品無(wú)損的情況下實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)大批量的檢測(cè),且該檢測(cè)方法對(duì)檢測(cè)人員的操作精準(zhǔn)度要求較高,存在耗時(shí)費(fèi)力、試劑消耗量大、污染環(huán)境等缺點(diǎn),無(wú)法做到實(shí)時(shí)檢測(cè)。因此,有必要建立一種可以預(yù)測(cè)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(gòu)買(mǎi)由于邵陽(yáng)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(shí)業(yè)有限公司。

        1.3 實(shí)驗(yàn)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(kāi)包裝封裝與密封袋中,每袋一塊豆干樣品(約重105 g)。分別儲(chǔ)藏與4 ℃、12 ℃和20 ℃的條件下。每隔24 h分別隨機(jī)取30袋樣品進(jìn)行測(cè)量。

        1.3.2 菌落總數(shù)的測(cè)定

        參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》(GB 4789.2—2016)[7],進(jìn)行菌落總數(shù)檢測(cè)。于無(wú)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行檢測(cè)。以上每個(gè)樣品處理兩組平行。

        1.3.3 傳統(tǒng)貨架期預(yù)測(cè)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(zhǎng)模型。修正的Gompertz模型[8]如下:

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

        利用Arrhenius動(dòng)力學(xué)方程建立貨架期預(yù)測(cè)模型。一級(jí)反應(yīng)方程如下:

        式中:A代表豆干樣品儲(chǔ)藏t天時(shí)的品質(zhì),以菌落總數(shù)計(jì),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(chǔ)存時(shí)間,d。

        通過(guò)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(kāi)氏溫度。

        經(jīng)過(guò)處理[9]即可得到關(guān)于樣品中微生物的動(dòng)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(yàn)的統(tǒng)計(jì)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(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

        根據(jù)每隔24 h檢測(cè)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(duì)該指標(biāo)與時(shí)間變化形成生長(zhǎng)趨勢(shì)圖,分析其生長(zhǎng)規(guī)律。由圖1可以看出,4 ℃、12 ℃和20 ℃貯藏溫度下,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),鹵豆干樣品中的菌落總數(shù)均呈現(xiàn)S型增長(zhǎng)趨勢(shì)。建立3個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)參數(shù)表

        《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 豆制品》(GB 2712—2014)[10]中規(guī)定,產(chǎn)品表面應(yīng)無(wú)霉變,當(dāng)鹵豆干中菌落總數(shù)到達(dá)5.2 lg CFU·g-1時(shí),產(chǎn)品表面出現(xiàn)霉變,既當(dāng)產(chǎn)品中菌落總數(shù)超過(guò)5.2 lg CFU·g-1時(shí),超出貨架期。經(jīng)過(guò)計(jì)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(cè)模型時(shí),需對(duì)公式(2)、公式(3)進(jìn)行處理后,進(jìn)行計(jì)算,對(duì)公式(2)兩邊取對(duì)數(shù)后,公式如下:

        將不同溫度、不同時(shí)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(jiàn)表3。從表中可以看出,在4 ℃下,豆干樣品菌落總數(shù)與儲(chǔ)存時(shí)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(shí)間的關(guān)系圖見(jiàn)圖2,隨著溫度升高,其相關(guān)性不斷降低,這說(shuō)明,隨著溫度的升高,Arrhenius模型對(duì)于鹵豆干樣品的預(yù)測(cè)可能會(huì)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(qiáng)度與貯藏時(shí)間的關(guān)系表

        對(duì)公式(3)兩邊取對(duì)數(shù)后,公式如下:

        對(duì)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(shí)際總菌落數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的1~3 d的平均值為初始總菌落數(shù)A0,帶入后計(jì)算得到菌落數(shù)的動(dòng)力模型為:

        經(jīng)過(guò)計(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》(GB 4789.2—2016)對(duì)鹵豆干樣品中菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定,結(jié)合ASLT加速實(shí)驗(yàn),建立了鹵豆干的貨架期模型,利用修正的Gompertz模型預(yù)測(cè)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(cè)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(duì)鹵豆干的貨架期進(jìn)行檢測(cè),可以為鹵豆干的加工、生產(chǎn)和銷(xiāo)售提供一定的支持。

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