不同貯藏溫度下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的建立

陳 雨，梁 瑩，周萍萍，任建鸞，楊捷琳，郭德華，薛 峰,，蔣 原,，湯 芳，戴建君,4

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，動(dòng)物健康與食品安全國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210095；2.國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心，北京 100022；3.上海海關(guān)動(dòng)植物與食品檢測(cè)中心，上海 200135；4.中國(guó)藥科大學(xué)，江蘇南京 211199）

大腸桿菌（Escherichia coli）是屬腸桿菌科的桿狀革蘭氏陰性食源性病原菌，大腸桿菌O157:H7 是腸出血性大腸桿菌（EnterohemorrhagicE.coli，EHEC）中最常見(jiàn)的血清型，它的重要宿主是牛[1]，可通過(guò)飲用受污染的水或進(jìn)食未熟透的食物傳染給人類[2]，主要棲息在包括人類在內(nèi)的溫血?jiǎng)游锏南履c道，經(jīng)常被用作評(píng)估水質(zhì)和食品的糞便污染指示細(xì)菌[3]，能夠在惡劣的環(huán)境條件下和冷藏溫度下生存，在許多國(guó)家都引發(fā)了嚴(yán)重的食源性疾病[4?6]，全球每年由于食源性或水源性腹瀉導(dǎo)致約220 萬(wàn)人死亡，由大腸桿菌所引起的疾病嚴(yán)重危害著人們的身體健康，已經(jīng)成為了最重要的世界性衛(wèi)生疾病問(wèn)題之一[7]。

生牛肉中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，隨著我國(guó)居民生活水平不斷提高，人們對(duì)于牛肉營(yíng)養(yǎng)豐富意識(shí)加深，結(jié)合非洲豬瘟爆發(fā)以來(lái)，更多人選擇牛肉來(lái)代替豬肉食用，然而受飼養(yǎng)周期長(zhǎng)、飼養(yǎng)成本高等因素影響，國(guó)內(nèi)牛肉產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足居民消費(fèi)需求，進(jìn)口牛肉口感好營(yíng)養(yǎng)豐富價(jià)格低，所以我國(guó)長(zhǎng)期依靠大量進(jìn)口來(lái)彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)牛肉產(chǎn)需缺口。但是進(jìn)口生鮮牛肉可能的污染途徑較多，在肉牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)、屠宰加工環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、營(yíng)銷環(huán)節(jié)，若存放和貯藏方式不當(dāng)，都可能造成牛肉表面微生物生長(zhǎng)繁殖[8]，引起肉品腐敗變質(zhì)，更有可能引起食源性疾患，按進(jìn)食場(chǎng)所統(tǒng)計(jì)，家庭是食源性疾病發(fā)生的主要場(chǎng)所占61.2%[9]，近些年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)牛肉中檢測(cè)出腸出血性大腸桿菌的幾率可達(dá)到4.46%[10?12]，我國(guó)市售生肉中存在一定程度的大腸桿菌O157:H7 的污染[13?15]，許多國(guó)家在評(píng)估生鮮肉安全性時(shí)都對(duì)大腸桿菌進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)限量的規(guī)定，這說(shuō)明大腸桿菌在生鮮肉中的重要性，人們?cè)絹?lái)越重視進(jìn)口生鮮食品的食用安全問(wèn)題，所以研究進(jìn)口生鮮牛肉上微生物的生長(zhǎng)規(guī)律對(duì)于保障生鮮牛肉、乃至食品安全都十分必要。

預(yù)測(cè)微生物學(xué)是建立于微生物生長(zhǎng)學(xué)、數(shù)學(xué)模型、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上模擬和預(yù)測(cè)在特定條件下食品微生物的生長(zhǎng)和存活的模型的一種新興學(xué)科[16]，依據(jù)食源性微生物在不同關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的特征性數(shù)據(jù)，它能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行分析以及處理，建立溫度、pH、水分活度等各種環(huán)境因素與食源性微生物之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，從而對(duì)快速評(píng)估食品安全和預(yù)測(cè)提高衛(wèi)生檢驗(yàn)效率[17?18]。

本實(shí)驗(yàn)以生鮮牛肉為原料，分別測(cè)定在4、16、25、30、37 ℃儲(chǔ)藏條件下大腸桿菌的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)分別采用Modified Gompertz 模型、Logistic 模型、Richards模型和MMF 模型構(gòu)建恒定溫度下生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)一級(jí)模型，另建立二級(jí)模型以描述溫度與最大比生長(zhǎng)速率（μmax）和遲滯期（λ）的關(guān)系并檢驗(yàn)預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性，以期為進(jìn)口生鮮牛肉的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大腸桿菌O157:H7（NCTC12900） 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)人獸共患病實(shí)驗(yàn)室；結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂（VRBA） 青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司；進(jìn)口生鮮牛肉 北京華聯(lián)超市。

BJPX-150 生化培養(yǎng)箱美國(guó) Thermo Fisher 公司；ZQZY-AS8 振蕩培養(yǎng)箱 上海知楚儀器有限公司；BagMixer400SW 拍擊式勻質(zhì)器 法國(guó)Interscienc公司；SW-CJ-2FD 超凈工作臺(tái) 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；GR60DA 立式自動(dòng)壓力蒸汽滅菌器 致微（廈門）儀器有限公司；SQP 電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 懸菌液的制備 將大腸桿菌在VRBA 平板劃線培養(yǎng)18 h，挑取單個(gè)菌落于LB 液體培養(yǎng)基中，置于搖床中，37 ℃、180 r/min 培養(yǎng)18 h，測(cè)定菌液濃度（約107～108cfu/mL），再將菌液用1×PBS 緩沖液稀釋成濃度為104cfu/mL 的懸菌液，備用。

1.2.2 滅菌進(jìn)口生鮮牛肉的制備 將從超市2 h 內(nèi)新鮮購(gòu)買的進(jìn)口生鮮牛肉平鋪放置于無(wú)菌操作臺(tái)中，開(kāi)啟紫外光照射20 min 后，用無(wú)菌鑷子翻動(dòng)牛肉至另一面，繼續(xù)用紫外光照射20 min。將生牛肉浸入無(wú)菌水中處理1 min，用無(wú)菌鑷子取出牛肉，使用無(wú)菌手術(shù)刀將滅菌牛肉切成塊狀（質(zhì)量約10 g）。

1.2.3 大腸桿菌的接種、培養(yǎng)和計(jì)數(shù) 將生牛肉放入上述已制備好的大腸桿菌菌懸液中浸泡1 min，每份牛肉均混合均勻后取出瀝去多余水分，使牛肉的細(xì)菌接種量約為103cfu/g，將處理好的牛肉分裝于勻質(zhì)袋中，分別置于4、16、25、30、37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在每個(gè)溫度下設(shè)3 組平行試驗(yàn)，每組平行試驗(yàn)在每個(gè)取樣點(diǎn)設(shè)3 個(gè)重復(fù)樣品。每隔一定的時(shí)間，將實(shí)驗(yàn)牛肉塊放置到勻質(zhì)袋中，并加入90 mL 1×PBS 緩沖液，用拍擊式勻質(zhì)器拍打5 min；用1×PBS 緩沖液經(jīng)適當(dāng)?shù)谋侗认♂尯?，?.1 mL 菌懸液在VRBA 大腸桿菌計(jì)數(shù)培養(yǎng)基上進(jìn)行涂布，將涂布后的培養(yǎng)基放置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)18～24 h，用平板計(jì)數(shù)法計(jì)算大腸桿菌數(shù)量。

1.2.4 一級(jí)模型的建立 利用Origin2019b 軟件，將在不同溫度下進(jìn)口生鮮牛肉中測(cè)得的大腸桿菌生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，用Modified Gompertz、Logistic、Richards、MMF 4 種模型進(jìn)行擬合，對(duì)4 種模型相關(guān)系數(shù)進(jìn)行比較，選擇出最適合的模型。4 種模型的方程表達(dá)式見(jiàn)式（1）：

Modified Gompertz 模型：

式中：N0表示0 時(shí)的菌數(shù)量，即初始菌數(shù)量lg（cfu/g）；Nt表示t 時(shí)的菌數(shù)量lg（cfu/g）；t 表示生長(zhǎng)時(shí)間（h）；exp 表示返回e 的n 次方，e 是一個(gè)常數(shù)為2.71828；a、b、c 表示模型參數(shù)。

Logistic 模型：

式中：N0表示0 時(shí)的菌數(shù)量，即初始菌數(shù)量lg（cfu/g）；Nt 表示t 時(shí)的菌數(shù)量lg（cfu/g）；t 表示生長(zhǎng)時(shí)間（h）；exp 表示返回e 的n 次方，e 是一個(gè)常數(shù)為2.71828；a、b、c 表示模型參數(shù)。

Richards 模型：

式中：N0表示0 時(shí)的菌數(shù)量，即初始菌數(shù)量lg（cfu/g）；Nt 表示t 時(shí)的菌數(shù)量lg（cfu/g）；t 表示生長(zhǎng)時(shí)間（h）；exp 表示返回e 的n 次方，e 是一個(gè)常數(shù)為2.71828；a、b、c、d 表示模型參數(shù)。

MMF 模型：

式中：N0表示0 時(shí)的菌數(shù)量，即初始菌數(shù)量lg（cfu/g）；Nt 表示t 時(shí)的菌數(shù)量lg（cfu/g）；t 表示生長(zhǎng)時(shí)間（h）；a、b、c、d 表示模型參數(shù)。

根據(jù)一級(jí)模型所得模型參數(shù)可計(jì)算大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉中最大比生長(zhǎng)速率（μmax）和延滯期（λ）：

式中：μmax表示細(xì)菌最大比生長(zhǎng)速率（h?1）；λ 表示細(xì)菌生長(zhǎng)遲滯期持續(xù)時(shí)間（h）；a、b、c 表示模型參數(shù)。

1.2.5 二級(jí)模型的建立 根據(jù)一級(jí)模型得到的最大比生長(zhǎng)速率（μmax）和延滯期（λ）與溫度的關(guān)系，選取Ratkowsky 提出的經(jīng)典的平方根方程[19]建立二級(jí)模型，方程式如下：

式中：μmax表示細(xì)菌最大比生長(zhǎng)速率（h?1）；λ 表示細(xì)菌生長(zhǎng)遲滯期持續(xù)時(shí)間（h）；T 為實(shí)驗(yàn)設(shè)置的生長(zhǎng)溫度（℃）；Tmin為假設(shè)大腸桿菌O157:H7 生長(zhǎng)速率為零時(shí)的溫度（℃）；b 為回歸參數(shù)。

1.2.6 模型檢驗(yàn) 本試驗(yàn)采用準(zhǔn)確因子（Accuracy factor，Af）、偏差因子（Bias factor，Bf）及均方根誤差（RMSE）對(duì)所得模型的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。

式中：μobs表示根據(jù)細(xì)菌計(jì)數(shù)所得觀測(cè)值；μpred表示根據(jù)模型計(jì)算所得預(yù)測(cè)值；n 表示實(shí)驗(yàn)次數(shù)；均方根誤差（RMSE）表示實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值和模型預(yù)測(cè)值之間的差距，RMSE 越小，說(shuō)明模型擬合效果越好；準(zhǔn)確因子（Af）表明預(yù)測(cè)值周圍的分布情況，Af越接近1，說(shuō)明模型越準(zhǔn)確；偏差因子（Bf）表明細(xì)菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)值和觀測(cè)值的相對(duì)平均偏差，Bf越接近1，說(shuō)明模型越準(zhǔn)確。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均值。用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄以及統(tǒng)計(jì)分析，利用Origin 2019b 進(jìn)行模型擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)變化

溫度是影響環(huán)境中大腸桿菌存活和生長(zhǎng)的重要因素，大腸桿菌可以在最佳生長(zhǎng)條件36～40 ℃下快速生長(zhǎng)[20]，Whitman 等[21]的研究表明大腸桿菌可在4 ℃的密封塑料袋中儲(chǔ)存的曬干藻墊中存活了6 個(gè)月以上。由圖1 可知，4 ℃貯藏條件下，進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌數(shù)量隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而小幅度增加，大腸桿菌在4 ℃條件下能較好地存活，說(shuō)明它是一種耐冷性細(xì)菌，在16～37 ℃貯藏條件下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌生長(zhǎng)較好，隨著溫度逐漸升高到37 ℃，大腸桿菌生長(zhǎng)速率逐漸增加達(dá)到穩(wěn)定期和最大菌量時(shí)所用時(shí)間均減少。結(jié)果表明溫度對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)具有較大影響，說(shuō)明進(jìn)口生鮮牛肉在屠宰加工環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、營(yíng)銷環(huán)節(jié)對(duì)于溫度嚴(yán)格控制十分重要。

圖1 不同溫度下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌生長(zhǎng)曲線Fig.1 Growth curve of Escherichia coli in imported fresh beef at different temperatures

2.2 一級(jí)模型的建立

將大腸桿菌在不同恒定溫度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin 2019b 軟件，利用Modified Gompertz、Logistic、Richards、MMF 4 種模型求得的預(yù)測(cè)結(jié)果，得到了在4、16、25、30、37 ℃條件下實(shí)測(cè)和擬合曲線可以看出大腸桿菌在不同溫度下的生長(zhǎng)趨勢(shì)，如圖2～圖5 所示，分別利用Modified Gompertz、Logistic、Richards、MMF 4 種模型得到的擬合曲線與實(shí)測(cè)值曲線吻合程度較高，可以初步判斷四種模型能較好的擬合進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。

圖2 Modified Gompertz 模型擬合的 4、16、25、30、37 ℃下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)曲線Fig.2 Growth curve of Escherichia coli in imported fresh beef at 4,16,25,30 and 37 ℃ fitted by modified Gompertz model

圖3 Logistic 模型擬合的4、16、25、30、37 ℃下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)曲線Fig.3 Growth curve of Escherichia coli in imported fresh beef at 4,16,25,30,37 ℃ fitted by Logistic model

圖4 MMF 模型擬合的4、16、25、30、37 ℃下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)曲線Fig.4 Growth curve of Escherichia coli in imported fresh beef at 4,16,25,30,37 ℃ fitted by MMF model

圖5 Richards 模型擬合的4、16、25、30、37 ℃下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)曲線Fig.5 Growth curve of Escherichia coli in imported fresh beef at 4,16,25,30,37 ℃ fitted by Richards model

使用4 種方程對(duì)4、16、25、30、37 ℃進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)情況進(jìn)行非線性擬合，并由此得到相應(yīng)模型的擬合參數(shù)如表1 所示。由表1 可知，在上述4 種方程擬合得到的決定系數(shù)R2均在0.97 以上，表明4 種方程均能較好地描述4～37 ℃溫度儲(chǔ)存條件下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。通過(guò)比較4 種模型方程R2和RMSE 可知，Modified Gompertz 模型的決定系數(shù)R2均較高，分別為0.98、0.99、0.99、0.99 和0.98，RMSE 相對(duì)較小，分別為0.04、0.30、0.18、0.22 和0.28，方程擬合性最好，說(shuō)明Modified Gompertz 模型最適合用來(lái)擬合進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的生長(zhǎng)情況，擬合得到的最適一級(jí)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型見(jiàn)表2。

表1 大腸桿菌在不同溫度條件下進(jìn)口生鮮牛肉中進(jìn)行4 種模型擬合的決定系數(shù)（R2）和均方根誤差（RMSE）Table 1 Determination coefficient (R2) and Root-mean-square error (RMSE) of four model fitting methods for E.coli imported raw beef at different temperatures

表2 進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的最適一級(jí)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型Table 2 Optimal first-order growth kinetics model of E.coli in imported raw beef

Modified Gompertz 模型擬合本實(shí)驗(yàn)中4、16、25、30 和37 ℃進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌生長(zhǎng)情況，并由此得到相應(yīng)模型的擬合參數(shù)如表3 所示。由表3 可知，當(dāng)儲(chǔ)存溫度為4、16、25、30、37 ℃時(shí)，進(jìn)口生鮮牛肉中的大腸桿菌的遲滯期分別為16.53、3.75、1.91、1.41、0.95 h，最大比生長(zhǎng)速率分別達(dá)到0.01、0.19、0.71、0.90、1.08 h?1。結(jié)果表明，隨著溫度的增加，大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉中的μmax值呈上升趨勢(shì)，λ 值呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明溫度對(duì)進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌的λ 和μmax影響均較大。

表3 進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌Modified Gompertz模型的擬合參數(shù)Table 3 Fitting parameters of Modified Gompertz model of Escherichia coli in imported raw beef

2.3 二級(jí)模型的建立

二級(jí)模型可描述溫度變化對(duì)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，因此選用Ratkowsky 平方根模型作為二級(jí)模型，根據(jù)Modified Gompertz 模型擬合得到的μmax和λ，應(yīng)用Origin2019b 軟件分別對(duì)溫度與μmax和λ 之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖6、圖7所示。由圖6、圖7 知，平方根模型擬合的溫度與均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，說(shuō)明該模型能夠很好地描述進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌生長(zhǎng)參數(shù)與溫度之間的關(guān)系。

2.4 二級(jí)模型的可靠性評(píng)價(jià)

本文主要是對(duì)數(shù)學(xué)模型參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用決定系數(shù)（R2）、均方根誤差（RMSE）、偏差因子（Bf）、準(zhǔn)確因子（Af）四種參數(shù)對(duì)所建立的平方根模型的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)對(duì)偏差因子（Bf）和準(zhǔn)確因子（Af）的劃分標(biāo)準(zhǔn)，若Bf值在0.90～1.05 之間，Af值在1.01～1.15 之間，表明模型可以被接受。Bf和Af值越接近于1，模型可靠性越高；R2越接近于1，模型的擬合度越優(yōu)；均方根誤差（RMSE）越小，所建模型越可靠。

由表4 可知，平方根模型的R2分別為0.97、0.99，均較高，預(yù)測(cè)值和觀察值的均方根誤差（RMSE）分別為0.08、0.01，誤差均較小，在對(duì)進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌溫度與最大比生長(zhǎng)速率（μmax）之間的關(guān)系進(jìn)行平方根模型的擬合時(shí)Bf為0.99，Af為1.14，在擬合溫度與入之間的關(guān)系曲線中，大腸桿菌進(jìn)行平方根模型擬合的Bf為0.99，Af為1.03，平方根模型的Bf和Af值均接近于1。可見(jiàn)選用的平方根模型對(duì)溫度與之間的擬合度較高，擬合得到的二級(jí)模型可靠性高，因此上述溫度條件下建立的二級(jí)模型能夠被接受。

3 討論與結(jié)論

近些年隨著食源性疾病爆發(fā)率逐漸增高，美國(guó)愈發(fā)重視國(guó)家食品安全，并且逐漸加強(qiáng)對(duì)于藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（Good Manufacturing Practices，GMP）以及最終檢測(cè)制度的管理，至1996 年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部發(fā)起所有肉類和畜禽產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過(guò)程中實(shí)施危害分析關(guān)鍵控制點(diǎn)（Hazard Analysis Critical ControlPoint，HACCP）體系來(lái)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確保產(chǎn)品安全的建議；并從2000 年起強(qiáng)調(diào)，所有的屠宰與加工廠都必須強(qiáng)制實(shí)施HACCP 食品安全規(guī)劃[22]，表明建立快速監(jiān)測(cè)食品中食源性微生物生長(zhǎng)繁殖規(guī)律的方法十分重要。

圖6 平方根模型擬合的進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌最大比生長(zhǎng)速率與生長(zhǎng)溫度的關(guān)系曲線Fig.6 Relation curve between the maximum specific growth rate of E.coli and the growth temperature in imported fresh beef fitted by the square root model

圖7 平方根模型擬合的進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌遲滯期與生長(zhǎng)溫度的關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve between the hysteresis period and growth temperature of E.coli in imported fresh beef fitted by the square root model

表4 二級(jí)模型的評(píng)價(jià)Table 4 Evaluation of the secondary model

進(jìn)口生鮮牛肉在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏和銷售過(guò)程中要經(jīng)歷更長(zhǎng)的時(shí)間、更多的溫度波動(dòng)變化，許多研究表明，大腸桿菌是引起牛肉腐敗的重要食源性微生物，進(jìn)口牛肉在運(yùn)輸過(guò)程中稍有不慎就可能變質(zhì)滋生腐敗菌，從而導(dǎo)致食源性疾病。如今國(guó)民對(duì)于進(jìn)口生鮮牛肉的需求量越來(lái)越高，目前對(duì)進(jìn)口生鮮牛肉上大腸桿菌的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型研究報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)選取實(shí)際中可能出現(xiàn)的溫度變化范圍4～37 ℃，此溫度范圍內(nèi)建立的大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉中的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型具有實(shí)際意義，故研究大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉上的生長(zhǎng)規(guī)律并用不同模型模擬其生長(zhǎng)情況，建立大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉上的生長(zhǎng)模型，不僅能對(duì)掌握大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉的生長(zhǎng)繁殖規(guī)律以及為進(jìn)口生鮮牛肉的貯藏保鮮提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)于保護(hù)人類生命健康安全也至關(guān)重要。日后對(duì)于波動(dòng)溫度變化下進(jìn)口生牛肉的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化值得進(jìn)一步研究。

近年國(guó)內(nèi)外對(duì)牛肉中預(yù)測(cè)微生物方面的研究范圍很廣，研究對(duì)象大多是致使食品腐敗變質(zhì)的腐敗菌或者危害人體健康的的致病菌。Yu 等[23]建立了各種包裝下生牛肉中金黃色葡萄球菌的預(yù)測(cè)模型，Li等[24]研究了真空包裝的生牛肉中乳酸菌的生長(zhǎng)，Juneja 等[25]建立不同環(huán)境條件下生碎牛肉中沙門氏菌的生長(zhǎng)模型。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)相同均表明腐敗菌能在牛肉中很好地生長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)大腸桿菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的研究主要針對(duì)豬肉、蛋類和乳制品，金鑫等[26]建立了豬背最長(zhǎng)肌上大腸桿菌和假單胞菌的預(yù)測(cè)模型，趙格等[27]在不同溫度下以Modified Gompertz 模型擬合致病性大腸桿菌等三種菌在蛋內(nèi)的生長(zhǎng)曲線，以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本文均相同，表明Modified Gompertz 模型能很好地模擬不同溫度下致病菌的生長(zhǎng)情況，說(shuō)明建立的生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型能很好地反映食品中食源性微生物的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化情況。大腸桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型至今很多文獻(xiàn)已有報(bào)道[28?31]，許多研究選用Modified Gompertz 模型建立一級(jí)模型，求得模型參數(shù)計(jì)算出最大比生長(zhǎng)速率（μmax）和遲滯期（λ），再利用平方根模型建立二級(jí)模型。因此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)于4 種模型的各項(xiàng)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，選擇擬合效果最好的Modified Gompertz 模型作為一級(jí)模型，利用Ratkowsy 平方根方程作為二級(jí)模型。應(yīng)用Modified Gompertz 模型建立了4～37 ℃不同貯藏溫度條件下進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型，求得決定系數(shù)R2均大于0.97，RMSE 均較小，表明該方程能很好地描述不同溫度下大腸桿菌在進(jìn)口生鮮牛肉中的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，溫度對(duì)最大比生長(zhǎng)速率（μmax）和遲滯期（λ）的影響采用平方根模型進(jìn)行描述，其R2分別為0.97 和0.99，呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，且對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證得出偏差因子（Bf）為0.99 和0.99，準(zhǔn)確因子（Af）為1.14 和1.03，說(shuō)明該模型能有效預(yù)測(cè)進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌在4～37 ℃范圍內(nèi)的生長(zhǎng)情況。

綜上所述，本研究所建立的大腸桿菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型可以快速可靠地實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)大腸桿菌在牛肉中的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，可以為進(jìn)口生鮮牛肉中大腸桿菌污染時(shí)的預(yù)測(cè)和監(jiān)控提供有效的工具，以提高產(chǎn)品的安全性。