冷鮮豬肉中熱殺索絲菌生長預測模型的建立與驗證

劉超群，陳艷麗，王宏勛*，艾有偉

(武漢工業(yè)學院食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023)

冷鮮豬肉中熱殺索絲菌生長預測模型的建立與驗證

劉超群，陳艷麗，王宏勛*，艾有偉

(武漢工業(yè)學院食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023)

以市售托盤裝冷鮮豬肉為研究對象測定熱殺索絲菌的數(shù)量變化情況與感官、揮發(fā)性鹽基氮和菌落總數(shù)的變化，結果表明冷鮮豬肉的腐敗限控量為5.316 lg(CFU/g) ，熱殺索絲菌在不同溫度貨架期終點時菌落數(shù)均值為7.519 lg(CFU/g)。運用統(tǒng)計學軟件SAS9.1擬合熱殺索絲菌在不同溫度下的生長動力模型，表明Gompertz模型能很好擬合熱殺索絲菌在不同溫度下的生長；利用平方根模型描述溫度與最大比生長速率和延滯期的關系，得到熱殺索絲菌生長的二級模型，判定系數(shù)R2的值均在0.99以上，表明溫度與最大比生長速率和延滯期之間存在良好的線性關系；建立了0～15℃溫度區(qū)域內(nèi)冷鮮豬肉儲藏過程中的貨架期預測模型，用3℃儲藏冷鮮肉中熱殺索絲菌生長的實測值與通過貨架期預測模型得到的預測值進行比較，相對誤差為1.6%，表明模型可以可靠預測0～15℃溫度區(qū)域內(nèi)冷鮮豬肉的貨架期。

冷鮮豬肉；熱殺索絲菌；生長模型；貨架期

Abstract：During storage at 0, 4, 7, 10 or 15 ℃, tray-packaged pork was periodically measured for its total bacteria count andBrochothrix thermosphactacount, sensory quality and total volatile basic nitrogen. The maximumBrochothrix thermosphactacount for keeping pork from spoilage was 5.316 lg(CFU/g). The average ofBrochothrix thermosphactacounts in chilled pork at the end of shelf-life at different temperatures was 7.519 lg(CFU/g). SAS9.1 statistical software was used to fit Gompertz type models for the growth dynamics ofBrochothrix thermosphactaat different temperatures, and these models were found to be able to do well.Two Belehradek models that describe the relationships between temperature and maximum specific growth rate or lag phase were set up and their determination coefficients were both more than 0.99, which indicates that there is a quiet good relationship between temperature and maximum specific growth rate or lag phase. Based on these investigations, a predictive model for the shelf-life of chilled pork stored at a temperature ranging from 0 to 15 ℃ was set up. Comparison between the observed shelf-life of pork stored at 3 ℃ and its predictive counterpart was carried out, and a relative error was found. This demonstrates that the predictive model is reliable in predicting the shelf-life of chilled pork stored a temperature ranging from 0 to 15 ℃.

Key words：chilled pork；Brochothrix thermosphacta；growth model；shelf-life

冷鮮肉又叫冷卻肉，是指整個加工、流通和銷售過程中始終保持0～4℃范圍內(nèi)的生鮮肉[1]。冷鮮肉生產(chǎn)過程中經(jīng)歷了較為充分的成熟過程，質(zhì)地柔軟有彈性，口感鮮嫩，將會是我國生鮮肉未來發(fā)展的方向之一。但是其營養(yǎng)豐富，水分活度高，極易受到微生物的污染。冷鮮肉受環(huán)境條件的影響在所含的微生物中只有部分微生物能快速生長、繁殖、產(chǎn)生有毒有害代謝產(chǎn)物，此即冷鮮肉的特定腐敗菌[2]。特定腐敗菌主導了微生物的腐敗，所以其生長和貨架期之間存在密切關系[3]。為了確保冷鮮肉質(zhì)量的穩(wěn)定與安全，對特定腐敗菌的監(jiān)測和控制具有重要意義[4]。

目前國內(nèi)外建立的冷鮮豬肉中特定腐敗菌的生長動力學模型有假單胞菌[5]、熱殺索絲菌[6]和大腸桿菌[7-8]。這些模型大都是使用液體培養(yǎng)基中獲得實驗數(shù)據(jù)建立或是外加菌種，由于沒有考慮到冷鮮肉組織的不同和微生物之間的相互作用，模型往往過高評價了真實冷鮮肉中微生物的生長速率，并且接種的大多是單一或簡單幾種菌株不能反應整體菌種的生長狀態(tài)，這樣在實際運用中會造成預測結果的偏差[9-10]。直接從冷鮮肉中獲得實驗數(shù)據(jù)，可消除培養(yǎng)基和微生物相互作用帶來的誤差，能有效增加預測模型的準確度。

本實驗研究托盤裝冷鮮豬肉在0～15℃儲藏中特定腐敗菌之一的熱殺索絲菌的生長動態(tài)，在此基礎上建立其生長動力學數(shù)學模型和貨架期預測模型，并對模型進行驗證。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷鮮豬肉為超市售家佳康托盤裝里脊肉；鹽酸(分析純) 開封東大化工有限公司試劑廠；氧化鎂(分析純)海城市金源礦業(yè)有限公司；氯化鈉(優(yōu)級純)、硼酸(分析純)、無水碳酸鈉(分析純)、甲基紅(分析純) 天津市科密歐化學試劑有限公司；亞甲基藍(分析純) 天津石英鐘廠霸州市化工分廠；溴甲酚綠(分析純) 天津市博迪化工有限公司；營養(yǎng)瓊脂 北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠；STAA瓊脂培養(yǎng)基 青島高科技園海博生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

CP214(C)型電子天平 奧豪斯儀器(上海)有限公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風干燥箱、LRH-100C型低溫培養(yǎng)箱、DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學儀器有限公司；FSH-2A可調(diào)高速勻漿機 金壇市醫(yī)療儀器廠；DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實驗設備有限公司；LRH-150-S恒溫恒濕培養(yǎng)箱 廣東省醫(yī)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(yī)療器械有限公司。

1.3 微生物計數(shù)

無菌操作準確稱取0、4、7、10、15℃儲存的冷鮮豬肉25g，放入裝有225mL已滅菌生理鹽水的錐形瓶中，高速勻漿機1min。取1mL勻漿液進行10倍系列稀釋，選取3個合適的稀釋梯度，每個梯度做3個重復，傾注平皿[11]。

菌落總數(shù)：營養(yǎng)瓊脂25℃培養(yǎng)48h。

熱殺索絲菌：STAA瓊脂培養(yǎng)基25℃培養(yǎng)48h。

1.4 揮發(fā)性鹽基氮(TVB)的測定

準確稱取10g冷鮮豬肉，置于錐形瓶中，加100mL水，磁力攪拌30min后過濾，濾液按GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標準的分析方法》[12]進行半微量定氮法進行測定。每個樣品做3個平行，同時做空白。

1.5 感官評價

由經(jīng)過訓練的6人評定小組通過肉的色澤、味道與質(zhì)地，評定肉的腐敗狀況。采用3分法，0分為最好品質(zhì)，2分為可接受界限，當半數(shù)或以上評價員評價2分或以上時，即為感官拒絕點[8]。

1.6 一級模型擬合

應用SAS 9.1統(tǒng)計軟件，分別將在不同溫度下獲得的熱殺索絲菌的生長數(shù)據(jù)，用Gompertz模型擬合其生長動態(tài)[13]。Gompertz方程如下：

式中：N0是初始菌數(shù)，lg(CFU/g)；C是隨時間無限增加時菌增量的對數(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。得到上述參數(shù)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=2.7182d-1；遲滯期LPD/d=M－(1/B)。

1.7 二級模型擬合

平方根模型是常用來描述溫度對微生物生長的影響[14-15]。

式中：T是培養(yǎng)溫度；TminU、TminL是最低生長溫度，為一假設概念，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(shù)。

1.8 貨架期預測模型的建立和驗證

通過熱殺索絲菌初始菌數(shù)增加到腐敗限控量所需要的增殖時間來預測冷鮮肉的貨架期。

式中：Nmax是增加到穩(wěn)定期時最大的微生物數(shù)量，Ns是達到腐敗限控量時的微生物數(shù)量。式(4)在式(1)的基礎上推導出來，以計算貨架期。

將3℃儲藏冷鮮豬肉實驗得到的貨架期與模型預測的貨架期進行比較，驗證貨架期預測模型的可靠性。

2 結果與分析

2.1 腐敗限控量的確定

表1 3℃儲藏冷鮮肉儲藏過程中各指標的變化Table 1 Changes of total bacteria count andBrochothrix thermosphactacount, sensory quality and total volatile basic nitrogen of chilled pork during storage at 3 ℃

由表1可知，菌落總數(shù)在樣品購回后第4天明顯增加，感官可接受性變差，在第5天的時候達到感官拒絕點，揮發(fā)性鹽基氮也超出國家標準，可見冷鮮豬肉已經(jīng)出現(xiàn)腐敗，此時熱殺索絲菌數(shù)量為5.821 lg(CFU/g)。綜合各項指標認為熱殺索絲菌數(shù)量在5.316 lg(CFU/g)時冷鮮肉還沒有腐敗，但是超過該值就有腐敗的可能，因此可確定腐敗限控量為5.316 lg(CFU/g)。

2.2 不同溫度下熱殺索絲菌生長曲線

圖1 不同溫度下熱殺索絲菌生長曲線Fig.1 Growth curves ofBrochothrix thermosphactaat different temperatures

由圖1可以看出，0℃條件下熱殺索絲菌生長較緩慢，隨著溫度的升高，生長速度加快，在4℃時生長速度加快的還不是很明顯，從7℃開始生長速度急劇加快，生長曲線呈典型的S型?？梢姕囟仁怯绊懳⑸锷L的一個重要因素。

2.3 熱殺索絲菌生長模型的構建

2.3.1 一級模型的擬合

Gompertz方程是一個雙指數(shù)函數(shù)，被認為是較為準確擬合微生物生長的一級模型[16]。運用SAS軟件擬合不同恒定溫度下冷鮮肉中熱殺索絲菌的生長。由表2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熱殺索絲菌的生長，尤其對較高溫度的擬合更為理想。利用Gompertz模型求得的熱殺索絲菌生長動力學參數(shù)見表3，可以看出0、4℃時最大比生長速率較低，延滯期較長，熱殺索絲菌的生長處于抑制狀態(tài)，當溫度升高到15℃時比生長速率急劇增加，延滯期縮短為1.034d。

表2 不同溫度下熱殺索絲菌的生長動力學模型Table 2 Models for the growth dynamics ofBrochothrix thermosphactaat different temperatures

表3 不同溫度下熱殺索絲菌生長動力學參數(shù)Table 3 Dynamic parameters for the growth ofBrochothrix thermosphactaat different temperatures

2.3.2 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2是應用平方根模型擬合溫度與比生長速率的關系。圖3是應用平方根模型擬合溫度與延滯期的關系。用F統(tǒng)計量檢驗模型總體的顯著性，表4為模型的方差分析結果?？芍獪囟扰c比生長速率和延滯期之間存在良好的線性關系，溫度作為影響微生物生長的柵欄因子具有重要的實際意義。溫度與比生長速率的模型為方程(5)，溫度與延滯期的模型為方程(6)。

圖2 溫度與比生長速率的關系Fig.2 Relationship between temperature and maximum specific growth rate

圖3 溫度與延滯期的關系Fig.3 Relationship between temperature and lag phase

表4 二級模型統(tǒng)計分析結果Table 4 Statistical analyses of the relationship models between emperature and maximum specific growth rate or lag phase

2.4 剩余貨架期的預測與驗證

通過初始菌數(shù)增殖到腐敗限控量所用的時間，根據(jù)建立的熱殺索絲菌的生長動力學模型和最大菌數(shù)計算0～15℃儲藏冷鮮豬肉的剩余貨架期。根據(jù)之前的實驗認為冷鮮肉中熱殺索絲菌的腐敗限控量為5.316 lg(CFU/g)，各溫度下達到穩(wěn)定期的最大菌數(shù)的平均值為7.5196 lg(CFU/g)。將測得的初始菌數(shù)代入式(7)，可計算出0～15℃儲藏冷鮮豬肉的剩余貨架期。

計算得3℃儲藏冷鮮豬肉的剩余貨架期為3.937d，實測值為4.0d相對誤差為1.6%。表明預測模型能夠快速可靠的預測0～15℃儲藏冷鮮肉的剩余貨架期。

3 結 論

國內(nèi)已報道的熱殺索絲菌的預測模型是通過液體培養(yǎng)基建立的，在用實際冷鮮豬肉進行驗證時效果不理想[4]。本研究以市售的托盤裝冷鮮肉為實驗樣品，運用SAS軟件對0～15℃不同恒定溫度下熱殺索絲菌的生長數(shù)據(jù)進行擬合，建立冷鮮豬肉中熱殺索絲菌一級生長動力學模型和二級模型，R2值均在0.99以上，說明模型能很好擬合0～15℃不同恒定溫度下熱殺索絲菌的生長。通過冷鮮豬肉3℃儲藏條件貨架期預測模型預測值和實測值的比較，初步表明模型能準確預測冷鮮豬肉0～15℃下的貨架期。在今后的研究中若能多考慮到冷鮮豬肉的實際狀況，那建立的模型將更具實際意義。

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Development and Validation of a Predictive Model for the Growth ofBrochothrix thermosphactain Chilled Pork

LIU Chao-qun，CHEN Yan-li，WANG Hong-xun*，AI You-wei
(College of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)

TS201.3

A

1002-6630(2010)18-0086-04

2010-06-07

武漢市科技攻關計劃項目(200920322146)

劉超群(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為食品科學、食品質(zhì)量與安全控制。E-mail：wendyliu919@163.com

*通信作者：王宏勛(1977—)，男，副教授，博士，研究方向為食品科學、食品工程高新技術。E-mail：wanghongxunhust@163.com