盧君逸 羅瑞明等

摘 要：以菌落總數(shù)為指標(biāo)建立微生物生長(zhǎng)模型及散裝五香牛肉貨架期預(yù)測(cè)模型。將市售散裝五香牛肉分割貯藏，測(cè)定了4、7、10℃條件下，貯藏期內(nèi)樣品菌落總數(shù)的變化。對(duì)恒定溫度下的五香牛肉建立微生物初級(jí)生長(zhǎng)模型、平方根二級(jí)模型及貨架期預(yù)測(cè)模型。建立菌落總數(shù)的一級(jí)模型（Gompertz方程），擬合度在95%以上；平方根二級(jí)模型的R2值為0.998，溫度與生長(zhǎng)速率的平方根呈良好的線性關(guān)系，并且殘差值在0上下浮動(dòng)。

關(guān)鍵詞：菌落總數(shù)；五香牛肉；貨架期預(yù)測(cè)；模型建立；食品安全

中圖分類號(hào)：TS251.61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2013）06-0025-04

五香牛肉作為一種傳統(tǒng)的熟肉制品，一直深受大眾的喜愛。然而由于其營(yíng)養(yǎng)豐富，也極適合微生物的生長(zhǎng)，在一定貯藏條件下，產(chǎn)品中殘余微生物會(huì)迅速生長(zhǎng)繁殖，從而最終導(dǎo)致產(chǎn)品腐敗[1]。影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素里，溫度是第一重要的。在生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和銷售的過程中，溫度的控制可以直接影響到肉品的質(zhì)量。如果冷鏈系統(tǒng)不完善導(dǎo)致溫度升高，微生物會(huì)迅速增殖，加速肉品的腐敗變質(zhì)，甚至?xí)?duì)公共健康構(gòu)成潛在的威脅[2]。因此必須要掌握在不同溫度下特定腐敗菌的生長(zhǎng)情況，才能更有效的對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)方法是通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢測(cè)，耗費(fèi)大量時(shí)間和人力，卻無法達(dá)到預(yù)見效果，而預(yù)測(cè)微生物學(xué)可以幫助解決此問題[3]。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)五香牛肉的貨架期，研究了4、7、10℃條件下樣品中的菌落總數(shù)變化。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的比對(duì)，分別采用Gompertz一級(jí)模型和平方根二級(jí)模型[4]，通過統(tǒng)計(jì)分析，利用MATLAB7.0軟件進(jìn)行回歸擬合，最后建立貨架期預(yù)測(cè)模型。期望為2013-04-15醬鹵肉制品在市場(chǎng)上的正常流通、揭示醬鹵肉制品的腐敗機(jī)理、保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期等實(shí)際問題的解決提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售散裝五香牛肉，購(gòu)于新百連鎖超市寧陽店。

平板計(jì)數(shù)瓊脂（plate count agar，PCA）培養(yǎng)基：用于測(cè)定菌落總數(shù)。PCA培養(yǎng)基成分見表1。

將表1各成分加于蒸餾水中，加熱溶解，調(diào)pH值至7.0～7.2，分裝，121℃滅菌15min，冷卻至室溫備用。

1.2 儀器與設(shè)備

LRH-150B生化培養(yǎng)箱 廣東省醫(yī)療器械廠；LDZM-80KCS立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；HDL-APPARATUS超凈工作臺(tái) 北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 預(yù)處理

購(gòu)買超市散裝五香牛肉，用保鮮膜包裹，迅速轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室中。在無菌條件下進(jìn)行分割，垂直于肌纖維方向切成約50mm×50mm×20mm大小的肉塊，每塊肉質(zhì)量約50.0g，分成8×3組，每組3塊，將分組后的肉塊裝入托盤后以保鮮袋包裝（模擬家庭存放狀態(tài)），分別在4、7℃和10℃條件下儲(chǔ)存0、2、4、6、8、10、12、14d。

1.3.2 微生物計(jì)數(shù)方法

微生物37℃培養(yǎng)48h，計(jì)數(shù)方法參照GB/T 4789.2—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：食品微生物學(xué)檢驗(yàn)：菌落總數(shù)測(cè)定》[5]。

1.3.3 建模方法

采用Matlab7.0調(diào)用Fminsearch程序進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合與回歸[6-7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏溫度對(duì)五香牛肉中菌落總數(shù)的影響

由圖1可知，在4℃貯藏條件下，菌落總數(shù)變化較為緩慢，在整個(gè)貯藏期內(nèi)7、10℃的貯藏環(huán)境下五香牛肉中的菌落總數(shù)明顯高于4℃條件下的，說明低溫對(duì)于肉制品中微生物的生長(zhǎng)有明顯的抑制效果，溫度對(duì)產(chǎn)品菌落總數(shù)的影響顯著。根據(jù)GB2726—2005《熟肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)醬鹵類肉品微生物的安全標(biāo)準(zhǔn)為8×104CFU/g（對(duì)數(shù)值為4.903）[8]，而經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，只有在4℃以下，且保持恒溫的條件下，才能保證五香牛肉在2周的貯藏時(shí)間內(nèi)微生物標(biāo)準(zhǔn)合格。因此，建議產(chǎn)品在4℃及4℃以下溫度貯藏，且溫度應(yīng)盡量保持恒定[9-10]。

2.2 模型的擬合與修正

2.2.1 一級(jí)模型的修正與擬合

初級(jí)模型主要表達(dá)微生物量隨著時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步計(jì)算出延遲期、生長(zhǎng)速率和最大菌落數(shù)[11]。對(duì)Gompertz模型修正后，使模型中的參數(shù)都有一定的生物學(xué)意義，修正后的Gompertz模型不僅可以更好的描述本實(shí)驗(yàn)微生物的生長(zhǎng)情況，而且，修正后的Gompertz模型無論從簡(jiǎn)單性還是從有效性來說都是最好的[12-13]。

對(duì)經(jīng)典Gompertz模型稍作變化，可以得到如下修正的Gompertz模型：

式中：N：微生物在時(shí)間t時(shí)總量；N0：t=-∞時(shí)生物量（近似相當(dāng)于t=0時(shí)的初始菌數(shù)）；A：t=+∞時(shí)的lg（N/N0），即當(dāng)N達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的值；B：在時(shí)間C時(shí)的相對(duì)最大生長(zhǎng)速率d-1；C：達(dá)到相對(duì)最大生長(zhǎng)速率所要的時(shí)間d。

根據(jù)一級(jí)模型，利用實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各種條件下細(xì)菌的t、N值與方程進(jìn)行擬合，求出參數(shù)值A(chǔ)、B和C可以進(jìn)一步計(jì)算出生長(zhǎng)速率分別將4、7、10℃條件下細(xì)菌總數(shù)數(shù)據(jù)與修正后的Gompertz模型擬和，并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)換算得到微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型。菌落總數(shù)在3個(gè)溫度下的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，參數(shù)及相關(guān)指標(biāo)見表2。模型方程如下：

圖2中顯示了模型檢驗(yàn)五香牛肉3個(gè)溫度條件下的菌落總數(shù)，利用微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比效果，真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都落在95%的置信區(qū)間內(nèi)，說明模型的效果較好，可以采樣修正Gompertz模型作為五香牛肉的一級(jí)微生物預(yù)測(cè)模型。

2.2.2 二級(jí)模型的擬合

二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型中的平方根模型是基于微生物生長(zhǎng)速率的平方根與溫度之間的線性關(guān)系。在不同溫度下，微生物的生長(zhǎng)速率或延遲期倒數(shù)的平方根與溫度之間存在線性關(guān)系。平方根模型主要是用來描述環(huán)境因子的影響的模型，其描述溫度影響的簡(jiǎn)單表達(dá)式見式（5）。

（5）

式中：Tmin為假定的最低溫度/℃；T代表了微生物沒有代謝活動(dòng)時(shí)的溫度；b1為擬合系數(shù)。

根據(jù)表1中的不同溫度下最大比生長(zhǎng)速率（U），可以擬合最大生長(zhǎng)速率-溫度曲線，如圖3所示。

而對(duì)于另外兩個(gè)重要的指標(biāo)參數(shù)延遲期（LPD）和最大細(xì)胞濃度（MPD），通過測(cè)得的菌落總數(shù)計(jì)算得到，見表1。根據(jù)此數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系，采用二次多項(xiàng)式擬合，獲得菌落總數(shù)生長(zhǎng)模型中的二級(jí)模型見式（7）、（8），擬合曲線如圖4所示。

2.2.3 貨架期的預(yù)測(cè)分析

根據(jù)建立的微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出最大生長(zhǎng)速率和遲滯期，就可以對(duì)貨架期做初步預(yù)測(cè)。貨架期預(yù)測(cè)模型依據(jù)優(yōu)勢(shì)腐敗菌從N0到Ns的增值時(shí)間來計(jì)算，就可計(jì)算出產(chǎn)品在4～10℃條件下的剩余貨架期，如下式：

（9）

在4～10℃范圍內(nèi)，最大菌落總數(shù)MPD平均為5.8605lg（CFU/g），Ns為4.9031lg（CFU/g），則由式（9）可得：

（10）

如已知道五香牛肉的初始菌數(shù)（N0）和貯藏溫度，也可以通過上式實(shí)時(shí)求得剩余貨架期。本研究以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為腐敗限控量，建立預(yù)測(cè)模型時(shí)采集的樣品均為正常銷售渠道過程中所得的自然污染的樣品，與實(shí)際情況較為貼近，所得預(yù)測(cè)模型具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2.4 貨架期模型的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證貨架期模型的預(yù)測(cè)效果，采用準(zhǔn)確度（accuracy factor，AF）、偏差度（bias factor，BF）來評(píng)價(jià)所建模型的準(zhǔn)確度[14]。準(zhǔn)確度AF反映了預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的相近程度，BF反映了預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的偏差；不同模型之間的比較通常采用準(zhǔn)確度AF進(jìn)行比較。

（11）

（12）

式中：N實(shí)測(cè)為實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)得貨架期；N預(yù)測(cè)為運(yùn)用貨架期預(yù)測(cè)模型得到的與N實(shí)測(cè)同一溫度下的貨架期；n為實(shí)驗(yàn)次數(shù)。

預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值之間的差異AF介于20%以內(nèi)，預(yù)測(cè)值上下波動(dòng)的幅度BF為10%左右，表示貨架期模型能夠有效的預(yù)測(cè)產(chǎn)品貨架期。表3顯示了以菌落總數(shù)為基準(zhǔn)建立的貨架期預(yù)測(cè)模型能有效的預(yù)測(cè)產(chǎn)品的貨架期。

3 結(jié) 論

在貯藏過程中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物菌落總數(shù)呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，且7、10℃條件貯藏1周后，微生物就大幅提升超過國(guó)標(biāo)規(guī)定的安全范圍。說明溫度的波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品菌落總數(shù)的影響顯著，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的貯藏溫度在0～4℃有利于保持產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性和安全性。明確的安全期及保質(zhì)期的界定是保證消費(fèi)者食用安全的重要前提。消費(fèi)者在購(gòu)買肉品時(shí)，應(yīng)該盡量選擇生產(chǎn)日期較近的，當(dāng)儲(chǔ)存接近保質(zhì)期的產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)相對(duì)要差。

對(duì)恒定溫度下的五香牛肉建立菌落總數(shù)和乳酸菌數(shù)的一級(jí)模型（Gompertz方程），擬合度在95%以上；平方根二級(jí)模型的R2值為0.998和0.993能較好地?cái)M合不同溫度下菌落總數(shù)的生長(zhǎng)速率，溫度與生長(zhǎng)速率的平方根呈良好的線性關(guān)系。，，并且殘差值在0上下浮動(dòng)。

建立了冷卻牛肉的剩余貨架期方程，只要確定某溫度下初始菌落總數(shù)值（N0）和貯藏的溫度條件，便可實(shí)時(shí)求得剩余貨架期。

應(yīng)進(jìn)一步確定五香牛肉的新鮮-腐敗指標(biāo)?？梢酝ㄟ^測(cè)定色度、質(zhì)構(gòu)、生物胺、揮發(fā)性鹽基氮、總酸和油脂氧化值等多種指標(biāo)來判斷五香牛肉的腐敗程度，綜合更多的因素來確定五香牛肉的腐敗限控量。增加測(cè)定溫度條件，研究不同溫度下最大菌落數(shù)的變化，確定其是否與溫度呈正相關(guān)。同時(shí)研究五香牛肉中菌相的變化及消長(zhǎng)規(guī)律，研究其各菌群自發(fā)及協(xié)同作用的腐敗機(jī)制，以此更好的控制產(chǎn)品的腐敗變質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉會(huì)平等. 肉類中的微生物及其對(duì)風(fēng)味的影響[J]. 肉類研究， 1998， 12（4）： 24-25.

[2] 閆文杰， 李鴻玉， 榮瑞芬. 中國(guó)傳統(tǒng)肉制品存在的問題及對(duì)策[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)： 農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)， 2008（3）： 40-43.

[3] 李博， 李里特， 辰巳英三. 預(yù)測(cè)微生物學(xué)的研究進(jìn)展[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)， 2001， 27（11）： 54-57.

[4] WHITING R C， BUCHANAN R L. A classification of models for predictive microbiology[J]. Food Microbiology， 1993， 10（12）： 175-177.

[5] GB4789.2—2010 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)： 食品微生物學(xué)檢驗(yàn)： 菌落總數(shù)測(cè)定[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2010.

[6] 張德豐， 雷曉平， 周燕. MATLAB基礎(chǔ)與工程應(yīng)用[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2012.

[7] 卓金武. MATLAB在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 2011.

[8] GB2726—2005 熟肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2010.

[9] GILL C O. Extending the storage life of raw chilled meats[J]. Meat Science， 1996， 43（1）： 99-109.

[10] 喻建軍， 楊劍. 不同儲(chǔ)藏條件下散裝熟肉的衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)[J]. 畜牧與飼料科學(xué)， 2010， 31（5）： 95-96.

[11] MCDONALD K， SUN A W. Predictive food microbiology for the meat industry： a review[J]. International Journal of Food Microbiology， 1999， 52（1/2）： 1-27.

[12] 高文靜. 冷卻肉表面微生物的檢測(cè)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)[D]. 鄭州： 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2007.

[13] 胡潔云， 嚴(yán)維凌， 林露， 等. 氣調(diào)包裝醬牛肉貯藏過程中優(yōu)勢(shì)腐敗菌變化規(guī)律和預(yù)測(cè)模型的初建[J]. 食品科學(xué)， 2010， 31（8）： 142-145.

[14] 李飛燕. 冷卻牛肉菌落總數(shù)生長(zhǎng)模型及貨架期預(yù)測(cè)模型的研究[D]. 濟(jì)南： 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2011.