鲜切草鱼薄片中热死环丝菌生长预测模型的构建

王亚楠　侯温甫

摘要：以鲜切草鱼（Ctenopharynodon idellus）薄片为试验材料，研究了不同贮藏温度下鲜切草鱼薄片中热死环丝菌（Brochothrix thermosphacta）的生长状况，构建了热死环丝菌的生长预测模型。结果表明，Gompertz模型能较好地描述草鱼薄片中热死环丝菌在不同贮藏温度下的生长情况。温度与Umax（最大比生长速率）和LPD（延滞时间）的关系，用平方根模型描述呈良好线性关系，统计分析结果表明二级模型拟合效果非常显著。

关键词：鲜切草鱼薄片；热死环丝菌（Brochothrix thermosphacta）；生长预测模型

中图分类号：TS255.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）06-1429-03

Establishment of Prediction Model of Brochothrix thermosphacta Growth in Fresh Cut Grass Carp Flakes

WANG Ya-nan，HOU Wen-fu

（College of Food Science and Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430023， China）

Abstract： With fresh cut grass carp flakes as experiment materials， the goal was to study the growth of Brochothrix thermosphacta in the fresh cut grass carp flakes under different storage conditions and to establish the kinetic model of the B. thermosphacta growth. The result showed that the gompertz equation can be used to describe the growth dynamics of B. thermosphacta under different temperatures. The secondary model of B. thermosphacta growth was developed by square root model. The temperature showed a good linear relationship with Umax （maximum specific growth rate）and LPD（Lag phase）， the results of statistical analysis showed that the secondary model was especially significant.

Key words： fresh cut grass carp flakes； Brochothrix thermosphacta； growth predictive model

草鱼（Ctenopharynodon idellus）属鲤形目鲤科雅罗鱼亚科草鱼属，俗称鲩、草根、混子、黑青鱼，为中国淡水养殖四大家鱼之一[1]。随着人们生活节奏的加快和生活水平的提高，选择性强、食用方便的草鱼分割制品已经逐渐成为消费者的重要选择。鲜切草鱼薄片肉嫩，味美且营养价值高，深受消费者的喜爱。但新鲜草鱼在储存过程中，易受多种因素影响而发生腐败变质[2]。热死环丝菌（Brochothrix thermosphacta）是一类兼性厌氧菌，其生长的温度范围一般为0～30 ℃[3]。研究发现，热死环丝菌是导致鲜鱼腐败的主要病原微生物之一，因此对其生长活动进行监测和控制具有重要的实际意义[4]。本研究以自制托盘包装鲜切草鱼薄片为热死环丝菌的培养基质，应用Gompertz模型[5]和平方根模型建立热死环丝菌的一级和二级生长预测模型并验证其有效性，为监测流通过程中鲜切草鱼薄片的品质变化提供简单可靠的依据。

1 材料与方法

1.1 材料

鲜活草鱼购自湖北省武汉市东西湖区武商超市，STAA琼脂及添加剂购自青岛高科技园海博生物技术有限公司。

1.2 仪器设备

YP2002型电子天平（上海菁海仪器有限公司）；XH-C型漩涡混合器型（金坛市医疗仪器厂）；立式压力灭菌锅、恒温培养箱（上海博迅实业有限公司）； HBM-400型系列样品均质器（天津市恒奥科技发展有限公司）；SK-1型快速混合器（金坛市科析仪器有限公司）；MIR-154型低温恒温培养箱（三洋电机国际贸易有限公司）；DHG-9140A型电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；SW-CJ-2FD型双人单面净化工作台（苏州净化设备有限公司）。

1.3 草鱼前处理及病原微生物检测

鲜活草鱼均重1 300 g左右，敲击头部将鱼击昏，剖开腹腔去除内脏，洗净、开片、去除鱼皮后，将整个鱼片沿鱼尾方向横向切成1～3 mm的薄片，托盘包装后至于不同温度下贮藏。以上操作均在清洁的卫生条件下进行，所用工器具均经消毒处理。

所用贮藏温度为0、5、10、15和20 ℃，贮藏过程中病原微生物变化规律的检测参考文献[6-8]。用已加入添加剂的选择性培养基STAA琼脂倾注平皿，30 ℃培养48 h后计数。为降低温度波动对样品的影响[9]，取样应尽可能在无菌条件下较短时间内完成。

1.4 一级模型的拟合及检验

1.4.1 一级模型的拟合 在数据处理和统计分析领域，SAS[10]（Statistics analysis system，SAS）统计软件拥有重要地位。现在越来越多的研究表明，Gompertz模型能准确预测腐败微生物的生长[11]。Gompertz模型表述为：

lgN（t）=N0+C·exp{-exp[-B（t-M）]} （1）

式中，lgN（t）是在时间t时的微生物对数值；N0是随时间无限减小时渐进对数值（相当于初始菌数）；C是稳定期数量与初始值之差，是随时间无限增加时菌增量的对数值；B是在时间M时的相对最大生长速率，d-1；M是达到相对最大生长速率所需时间，d。进一步计算出最大比生长速率（U=B×C/e，e=2.7182，d-1）、延滞期[（LPD=M-（1/B），d）]。

1.4.2 一级模型的检验 ROSS[12]、Mellefont等[13]提出了准确因子（Accuracy factor，AF）和偏差因子（Bias factor，BF）来表明模型的预测值与实测值之间的接近程度，并以此验证所建模型的准确性。准确因子是为模型建立准确度的一个衡量标准，而偏差因子为预测值和实测值之间的平均变异提供了一个衡量指标。准确因子越大，表明预测效果越差，当准确因子值为1时预测效果最为理想[14]。

AF和BF的计算方程如式（2）和（3）所示。

AF=10■（2）

BF=10■（3）

1.5 平方根模型拟合

二级模型主要表达初级模型的参数与单个或多个环境条件（如温度、pH、水分活度Aw等）变量之间的函数关系。平方根模型因使用简单方便，参数单一，能够很好地预测单因素下微生物的生长情况，常被用于描述温度与微生物特定动力学参数之间的关系。应用平方根方程描述效果简单有效[15]，方程式如下：

■=b■×（T-T■） （4）

■=b■×（T-T■） （5）

式中，b是方程的常数，T是培养温度（℃），T■、T■分别为U、LPD对应的目的菌的最低生长温度（℃），它是假设的概念，指的是微生物没有代谢活动时的温度。将求得的LPD、U和对应的温度变量代入方程，拟合出b■、T■、b■、T■的参数值。

2 结果与分析

2.1 不同贮藏温度下热死环丝菌生长变化规律曲线

不同贮藏温度下热死环丝菌生长变化规律曲线见图1。由图1可以看出，贮藏温度对热死环丝菌的生长速率有较大的影响。贮藏温度越低，热死环丝菌生长速度越慢；随着贮藏温度升高，热死环丝菌生长速度明显加快。0 ℃条件下，热死环丝菌生长曲线较平缓，120 h生长加快，在其他温度下的生长速度较0 ℃明显加快，且温度越高，菌落数越早达到最大值；5 ℃条件下，24 h菌落数稍微下降，可能是因为贮藏温度低于室温，需要一定时间的适应，此后生长加快；10 ℃条件下，生长较平稳，基本上是稳步上升；15 ℃条件下，从12 h生长速度加快，到60 h基本稳定；20 ℃条件下，热死环丝菌生长速度在12 h急剧加快，可能相对前4个温度来说，20 ℃比较适合热死环丝菌生长。

2.2 热死环丝菌生长动力学模型的拟合及检验

2.2.1 一级模型的拟合 Gompertz模型为描述微生物生长较为常用的一级模型。运用SAS统计软件，对不同温度下热死环丝菌的生长曲线进行拟合。从表1可以看出，方程决定系数R2较高，均大于0.99，说明Gompertz方程对不同贮藏温度下热死环丝菌的生长预测模型拟合度较好，能准确可靠地预测热死环丝菌的生长动态；随着温度升高，R2逐渐增大，说明在试验条件下，温度越高，拟合越好。从表2可知，随着温度升高，稳定期的最大菌数对数值呈增大趋势，稳定期最大菌数对数值与初始值之差呈增大趋势，最大比生长率明显升高，而延滞期急剧缩短。由此可见，温度是影响草鱼薄片中微生物菌群的重要环境因素，生长速率和延滞期对温度都有很强的依赖性。

2.2.2 一级模型的检验 用准确因子（AF）和偏差因子（BF）来验证所建一级模型的准确性，从表3可知，准确因子和偏差因子的值均在1左右，说明模型描述有效。

2.3 平方根模型的拟合

用平方根模型拟合贮藏温度对热死环丝菌生长的影响。图2、图3是用平方根模型拟合贮藏温度与比生长速率、温度与延滞期的关系。贮藏温度与比生长速率的函数关系为方程（6），贮藏温度与延滞期的函数关系为方程（7）。

■=0.043 8（T+16.634 7） （6）

■=0.094 8（T+4.817 5） （7）

表4是模型的方差分析结果，用F统计量来检验平方根模型的显著性。由图2、图3、表4可知，此方程能较好地描述试验贮藏温度范围内温度与最大比生长速率、贮藏温度与延滞期的关系。

3 小结与讨论

以鲜切草鱼薄片中热死环丝菌为研究对象，建立了热死环丝菌生长预测一级和二级模型，并进行了验证。结果表明，贮藏温度对热死环丝菌的生长速率有较大的影响，随着贮藏温度的升高，热死环丝菌生长速率明显加快。所建一级模型中各个贮藏温度下热死环丝菌生长动态方程决定系数R2均在0.99以上，二级模型中贮藏温度与最大比生长速率、贮藏温度与延滞期的拟合决定系数r2也较高，贮藏温度与比生长速率、延滞期线性关系良好。研究表明所建立的微生物预测模型可有效地预测0～20 ℃范围内鲜切草鱼薄片中热死环丝菌的生长动态，为流通过程中鲜切草鱼的品质监控提供参考依据。

参考文献：

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