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(jìn)行擬合，以此為基礎(chǔ)建立并評價(jià)了貨架期預(yù)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(yù)測模型和貨架期預(yù)測模型。進(jìn)一步通過托盤包裝鱘魚片在8℃和波動(dòng)溫度下貯藏?cái)?shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示腐敗希瓦氏菌生長預(yù)測模型的準(zhǔn)確度Af為1.28、1.35，偏差度Bf為0.91、1.08，貨架期預(yù)測相對誤差為5.23%、3.83%;而總菌的生長預(yù)測模型的Af為1.30、1.45，Bf為0.92、0.96，貨架期預(yù)測相對誤差為-4.40%、2.02%。以上結(jié)果表明根據(jù)兩類微生物生長動(dòng)力學(xué)建立的貨架期預(yù)測模型對0～20℃貯藏的托盤包裝鱘魚貨架期預(yù)測效果好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
鱘魚是我國重要的經(jīng)濟(jì)淡水魚類，在營養(yǎng)、經(jīng)濟(jì)和研究等方面均具有較高價(jià)值。新鮮魚肉由于高水分、高蛋白等特點(diǎn)而極易腐敗變質(zhì)，微生物是導(dǎo)致魚肉腐敗的主要原因。研究其在貯藏期間的微生物變化規(guī)律，并建立相應(yīng)的生長預(yù)測模型，對于預(yù)測產(chǎn)品貨架期、延緩魚肉腐敗變質(zhì)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(dǎo)致其腐敗，只有一部分能適應(yīng)食品環(huán)境并產(chǎn)生腐敗代謝產(chǎn)物的微生物才導(dǎo)致其品質(zhì)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(gòu)建特定腐敗菌的生長預(yù)測模型對產(chǎn)品貨架期進(jìn)行預(yù)測。目前，國內(nèi)外已有相關(guān)學(xué)者開展水產(chǎn)品的貨架期預(yù)測模型研究。其中，Gram等人認(rèn)為通常在不考慮微生物之間的相互作用條件下，只有當(dāng)微生物總數(shù)達(dá)到7～9 lg(CFU/g)時(shí)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(yù)測具有重要意義。當(dāng)前，部分研究人員開展了希瓦氏菌和總菌生長預(yù)測模型的建立，但這些研究一般通過液體培養(yǎng)基或選擇性培養(yǎng)基計(jì)數(shù)的方法，并未考慮微生物在實(shí)際食品復(fù)雜環(huán)境中生長的差異性，因此研究結(jié)果對實(shí)際的指導(dǎo)意義十分有限。
表1鱘魚魚片感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
為探究鱘魚SSO腐敗希瓦氏菌和總菌生長預(yù)測模型的實(shí)用價(jià)值，建立一種快速預(yù)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(yù)測模型與貨架期預(yù)測模型，并通過托盤包裝鱘魚肉在8℃和波動(dòng)溫度下的數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證，從而建立一種托盤包裝鱘魚貨架期預(yù)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(shí)驗(yàn)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(jì)數(shù)培養(yǎng)基青島海博生物技術(shù)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(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
TY-CJ-2ND型超凈工作臺(tái)北京亞泰科隆儀器技術(shù)公司;YXQ-LS-SII型全自動(dòng)立式蒸汽滅菌器上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)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(jì)賽多利斯科學(xué)儀器公司(北京)。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1滅菌鱘魚片的制備參照Macé等人方法并作適當(dāng)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(xué)英等的方法并作適當(dāng)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(shí)，將未滅菌魚片也進(jìn)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(zhì)量管理規(guī)范》設(shè)計(jì)的波動(dòng)溫度條件:20℃，6 h;0℃，2 d;20℃，2 h;4℃(0、6、54、56、58、60、62 h)進(jìn)行貯藏及取樣分析。
1.2.3指標(biāo)測定
1.2.3.1感官評價(jià)感官評價(jià)采用質(zhì)量指數(shù)法(Quality Index Method，QIM)，參照朱志偉等的方法并作適當(dāng)修改:評定小組由6名經(jīng)過培訓(xùn)的人員組成。隨機(jī)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(zhì)地進(jìn)行評價(jià)，每項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)總分在0～3間，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。每個(gè)參數(shù)總得分即為其感官分值。
1.2.3.2菌落計(jì)數(shù)參照GB/T 4789.2-2010，采用胰蛋白胨大豆瓊脂培養(yǎng)基(TSA)對腐敗希瓦氏菌進(jìn)行培養(yǎng);采用平板計(jì)數(shù)培養(yǎng)基對未滅菌魚片中的菌落總數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
1.2.3.3 pH測定采用GB/T5009.45-2003中的酸度計(jì)法測定。
1.2.3.4 TVBN值測定采用GB/T5009.44-2003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(dá)式如下:
式(1)
式中:N(t)是t時(shí)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(dòng)力學(xué)參數(shù)
微生物生長二級模型的建立采用Bělehrádek平方根方程，其表達(dá)式如下。
其中:T為攝氏溫度，Tmin為微生物無代謝活動(dòng)時(shí)的理論最小溫度，bk、bλ是方程常數(shù)。
1.2.5模型驗(yàn)證以8℃和波動(dòng)溫度下腐敗希瓦氏菌和總菌的生長數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。通過準(zhǔn)確度(Af)、偏差度(Bf)和殘差分析驗(yàn)證模型。公式如下:
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(guān)系
其中，n為實(shí)驗(yàn)次數(shù)，Ni預(yù)為第i次實(shí)驗(yàn)預(yù)測值，Ni實(shí)為第i次實(shí)驗(yàn)實(shí)測值。
1.2.6鱘魚貨架期預(yù)測及驗(yàn)證將在8℃和波動(dòng)溫度下托盤包裝的鱘魚實(shí)際貨架期與預(yù)測貨架期進(jìn)行比較，驗(yàn)證其可靠性。
1.3數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS17.0和ANOVA方差分析處理，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”表示。采用SigmaPlot 12.0軟件進(jìn)行繪圖。
2結(jié)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(shí)，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(shí)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(yīng)減少，說明溫度是影響肉類腐敗的重要因素。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(dòng)稍慢，可能是未滅菌魚片中微生物已適應(yīng)魚肉的環(huán)境，因此生長啟動(dòng)更快。
2.2二級模型的建立
應(yīng)用平方根模型擬合溫度與最大比生長速率和延滯期的關(guān)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(guān)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(dǎo)致延滯期的預(yù)測更難，傅鵬等在對假單胞菌生長預(yù)測模型的研究中同樣發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。
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(yàn)證
將2.2中平方根模型中的參數(shù)關(guān)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(yù)測模型，方程如下:
N(t)=N0+(9.25-N0)×exp
N(t)=N0+(9.16-N0)×exp
通過測定8℃和波動(dòng)溫度下的腐敗希瓦氏菌和總菌的生長數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證。偏差因子Bf是用來評價(jià)預(yù)測值和實(shí)測值差異的指標(biāo)。通常Bf在0.90～1.05范圍內(nèi)時(shí)，該模型能夠很好預(yù)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。表4中Bf值在0.91～1.08之間，說明模型是可以接收的。準(zhǔn)確因子Af用來評價(jià)預(yù)測模型準(zhǔn)確度的指標(biāo)，Af越接近1表示預(yù)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(yīng)的平均預(yù)測誤差可能分別為31.50%、37.50%。但張海云等將腐敗希瓦氏菌接種于牙鲆魚肉中所建立的生長預(yù)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(yù)測模型研究較少，李飛燕等利用平方根方程預(yù)測的冷卻牛肉中總菌的生長預(yù)測誤差為12%～18%，預(yù)測效果也較好，這些差異可能與研究的食品基質(zhì)等不同有關(guān)。
表4 8℃、波動(dòng)溫度下模型預(yù)測準(zhǔn)確度(Af)與偏差度(Bf)比較
2.4托盤包裝鱘魚貨架期的預(yù)測與驗(yàn)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(dá)到感官拒絕點(diǎn)時(shí)的各指標(biāo)測定結(jié)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(fèi)者對食品中微生物可接受限值7.00 lg(CFU/g))相近。同時(shí)TVBN平均值分別為20.08 mg/100 g和19.12 mg/100 g，與國標(biāo)中淡水魚TVBN 20 mg/100 g接近，表明實(shí)驗(yàn)中感官拒絕點(diǎn)及相應(yīng)的微生物最小腐敗值的判定可信。崔正翠等也得到相近的結(jié)果，希瓦氏菌的最小腐敗值為6.60 lg(CFU/g)，因此本實(shí)驗(yàn)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(yù)測與評價(jià)根據(jù)腐敗希瓦氏菌的腐敗限量，結(jié)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(yù)測模型式(8)，方程為:
同時(shí)，根據(jù)總菌的腐敗限量，結(jié)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(yù)測模型式(9)，方程為:
根據(jù)腐敗希瓦氏菌生長規(guī)律建立的貨架期預(yù)測模型對8℃和波動(dòng)溫度條件下貨架期預(yù)測相對誤差分別為5.23%和3.82%，而總菌貨架期預(yù)測模型的相對誤差則分別為-4.40%和2.02%，均小于10%，說明預(yù)測效果良好。在修正Gompertz、平方根方程基礎(chǔ)上，崔正翠等根據(jù)希瓦氏菌建立的大菱鲆的貨架期預(yù)測模型的預(yù)測相對誤差為6.74%，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近;梁瓊等利用總菌建立的青魚片貨架期模型的預(yù)測誤差約為30%，大于本實(shí)驗(yàn)中誤差。這說明貨架期模型的準(zhǔn)確度與研究對象有關(guān)，不同的研究對象可能適用于不同的貨架期模型。本實(shí)驗(yàn)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(yù)測托盤包裝鱘魚片0～20℃貯藏的貨架期。
3結(jié)論
3.1修正的Gompertz方程和平方根方程能很好地?cái)M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(yù)測模型對8℃和波動(dòng)溫度下微生物生長的平均預(yù)測誤差分別為31.50%、37.50%，預(yù)測誤差較大。而兩類微生物的貨架期預(yù)測模型對8℃和波動(dòng)溫度下托盤包裝鱘魚肉貨架期預(yù)測誤差均小于10%，預(yù)測效果較好。
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