托盤包裝鱘魚中腐敗希瓦氏菌和總菌的生長動力學及貨架期預測

桂 萌,章志超,劉恩歧,李平蘭

(1.徐州工程學院江蘇省食品資源開發(fā)與質量安全重點建設實驗室,江蘇徐州 221111;2.中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,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動力學及貨架期預測

桂 萌,章志超,劉恩歧,李平蘭

(1.徐州工程學院江蘇省食品資源開發(fā)與質量安全重點建設實驗室,江蘇徐州 221111;2.中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,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規(guī)律,用不同的微生物生長模型進行擬合,以此為基礎建立并評價了貨架期預測模型。以修正的Gompertz方程為一級模型,平方根方程為二級模型,建立腐敗希瓦氏菌和總菌在0～20 ℃的生長預測模型和貨架期預測模型。進一步通過托盤包裝鱘魚片在8 ℃和波動溫度下貯藏數(shù)據(jù)對模型進行驗證,結果顯示腐敗希瓦氏菌生長預測模型的準確度Af為1.28、1.35,偏差度Bf為0.91、1.08,貨架期預測相對誤差為5.23%、3.83%;而總菌的生長預測模型的Af為1.30、1.45,Bf為0.92、0.96,貨架期預測相對誤差為-4.40%、2.02%。以上結果表明根據(jù)兩類微生物生長動力學建立的貨架期預測模型對0～20 ℃貯藏的托盤包裝鱘魚貨架期預測效果好,具有一定的實用價值。

鱘魚,腐敗希瓦氏菌,總菌,預測模型,貨架期

鱘魚是我國重要的經(jīng)濟淡水魚類,在營養(yǎng)、經(jīng)濟和研究等方面均具有較高價值[1]。新鮮魚肉由于高水分、高蛋白等特點而極易腐敗變質,微生物是導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,并建立相應的生長預測模型,對于預測產(chǎn)品貨架期、延緩魚肉腐敗變質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致其腐敗,只有一部分能適應食品環(huán)境并產(chǎn)生腐敗代謝產(chǎn)物的微生物才導致其品質劣變,這一類微生物稱為特定腐敗菌(Special Spoilage Organisms,SSOs)。因此,可通過構建特定腐敗菌的生長預測模型對產(chǎn)品貨架期進行預測。目前,國內(nèi)外已有相關學者開展水產(chǎn)品的貨架期預測模型研究[3-6]。其中,Gram等人[7]認為通常在不考慮微生物之間的相互作用條件下,只有當微生物總數(shù)達到7～9 lg(CFU/g)時才發(fā)生明顯腐敗。因此,菌落總數(shù)變化規(guī)律對產(chǎn)品貨架期預測具有重要意義。當前,部分研究人員開展了希瓦氏菌和總菌生長預測模型的建立[8-11],但這些研究一般通過液體培養(yǎng)基或選擇性培養(yǎng)基計數(shù)的方法,并未考慮微生物在實際食品復雜環(huán)境中生長的差異性,因此研究結果對實際的指導意義十分有限。

表1 鱘魚魚片感官評價標準

為探究鱘魚SSO腐敗希瓦氏菌和總菌生長預測模型的實用價值,建立一種快速預測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預測模型與貨架期預測模型,并通過托盤包裝鱘魚肉在8 ℃和波動溫度下的數(shù)據(jù)對模型進行驗證,從而建立一種托盤包裝鱘魚貨架期預測的有效方法。

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,購自北京回龍觀城北水產(chǎn)市場;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驗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)、平板計數(shù)培養(yǎng)基 青島海博生物技術有限公司;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),國藥集團化學試劑有限公司。

TY-CJ-2ND型超凈工作臺 北京亞泰科隆儀器技術公司;YXQ-LS-SII型全自動立式蒸汽滅菌器 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;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 賽多利斯科學儀器公司(北京)。

1.2 實驗方法

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 參照李學英等[13]的方法并作適當修改: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,將未滅菌魚片也進行同樣的托盤包裝。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)品加工質量管理規(guī)范》[14]設計的波動溫度條件:20 ℃,6 h;0 ℃,2 d;20 ℃,2 h;4 ℃(0、6、54、56、58、60、62 h)進行貯藏及取樣分析。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 感官評價 感官評價采用質量指數(shù)法(Quality Index Method,QIM),參照朱志偉等[15]的方法并作適當修改:評定小組由6名經(jīng)過培訓的人員組成。隨機抽取魚肉樣品,對魚肉的顏色、光澤度、通透性、氣味、表面粘液和質地進行評價,每項評價指標總分在0～3間,評分標準見表1。每個參數(shù)總得分即為其感官分值。

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

1.2.3.3 pH測定 采用GB/T5009.45-2003[17]中的酸度計法測定。

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

1.2.4 生長模型建立 微生物生長一級模型的建立采用修正的Gompertz模型,其表達式如下[19]:

式(1)

式中:N(t)是t時微生物的對數(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是最大比生長速率,h-1。

表2 不同溫度下的腐敗希瓦氏菌和總菌的生長動力學參數(shù)

微生物生長二級模型的建立采用Bělehrádek平方根方程[20],其表達式如下。

式(2)

式(3)

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

1.2.5 模型驗證 以8 ℃和波動溫度下腐敗希瓦氏菌和總菌的生長數(shù)據(jù)進行驗證。通過準確度(Af)、偏差度(Bf)和殘差分析驗證模型。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速率(k)和延滯期(λ)的關系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為實驗次數(shù),Ni預為第i次實驗預測值,Ni實為第i次實驗實測值。

1.2.6 鱘魚貨架期預測及驗證 將在8 ℃和波動溫度下托盤包裝的鱘魚實際貨架期與預測貨架期進行比較,驗證其可靠性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS17.0和ANOVA方差分析處理,結果以“平均值±標準誤差”表示。采用SigmaPlot 12.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 一級模型的建立

鱘魚片在0、4、10、15和20 ℃貯藏時,腐敗希瓦氏菌和總菌的生長數(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模型對數(shù)據(jù)的擬合性較好。貯藏溫度對腐敗希瓦氏菌和總菌的生長具有較大影響,0 ℃時腐敗希瓦氏菌和總菌的最大比生長速率k值均較低,延滯期λ值均較長,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啟動稍慢,可能是未滅菌魚片中微生物已適應魚肉的環(huán)境,因此生長啟動更快。

2. 2 二級模型的建立

應用平方根模型擬合溫度與最大比生長速率和延滯期的關系如圖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速率和延滯期的線性關系良好。圖中溫度與兩菌最大比生長速率擬合的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延滯期產(chǎn)生不同的影響,從而導致延滯期的預測更難,傅鵬等[23]在對假單胞菌生長預測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的各指標測定

表3 腐敗希瓦氏菌和總菌的平方根模型參數(shù)

2.3 生長模型驗證

將2.2中平方根模型中的參數(shù)關系帶入修正的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 ℃下的生長預測模型,方程如下:

N(t)= N0+(9.25-N0)×exp

式(6)

N(t)= N0+(9.16-N0)×exp

式(7)

通過測定8 ℃和波動溫度下的腐敗希瓦氏菌和總菌的生長數(shù)據(jù)對模型進行驗證。偏差因子Bf是用來評價預測值和實測值差異的指標。通常Bf在0.90～1.05范圍內(nèi)時,該模型能夠很好預測微生物生長速度和生長狀況;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。準確因子Af用來評價預測模型準確度的指標,Af越接近1表示預測值與觀測值越接近。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,對應的平均預測誤差可能分別為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預測模型的誤差只在10%以內(nèi);目前對水產(chǎn)品中總菌的生長預測模型研究較少,李飛燕等[25]利用平方根方程預測的冷卻牛肉中總菌的生長預測誤差為12%～18%,預測效果也較好,這些差異可能與研究的食品基質等不同有關。

表4 8 ℃、波動溫度下模型預測準確度(Af)與偏差度(Bf)比較

2.4 托盤包裝鱘魚貨架期的預測與驗證

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到感官拒絕點時的各指標測定結果如表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),與消費者對食品中微生物可接受限值7.00 lg(CFU/g))相近[26]。同時TVBN平均值分別為20.08 mg/100 g和19.12 mg/100 g,與國標[27]中淡水魚TVBN 20 mg/100 g接近,表明實驗中感官拒絕點及相應的微生物最小腐敗值的判定可信。崔正翠等[9]也得到相近的結果,希瓦氏菌的最小腐敗值為6.60 lg(CFU/g),因此本實驗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 貨架期的預測與評價 根據(jù)腐敗希瓦氏菌的腐敗限量,結合已建立的一級模型和二級模型得到托盤包裝鱘魚在0～20 ℃的貨架期預測模型式(8),方程為:

式(8)

同時,根據(jù)總菌的腐敗限量,結合已建立的一級模型和二級模型得到鱘魚在0～20 ℃的貨架期預測模型式(9),方程為:

式(9)

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

3 結論

3.1 修正的Gompertz方程和平方根方程能很好地擬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情況。

3.2 腐敗希瓦氏菌和總菌的生長預測模型對8 ℃和波動溫度下微生物生長的平均預測誤差分別為31.50%、37.50%,預測誤差較大。而兩類微生物的貨架期預測模型對8 ℃和波動溫度下托盤包裝鱘魚肉貨架期預測誤差均小于10%,預測效果較好。

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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。

北京市自然科學基金項目(6164033)；北京市鱘魚、鮭鱒魚創(chuàng)新團隊項(SCGWZJ20161105-2)；江蘇省食品資源開發(fā)與質量安全重點建設實驗室資助項目(SPKF201315)；國家科技支撐計劃課題(2015BAD16B01)。

TS201.3

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000