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不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数学模型的研究

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不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数学模型的研究不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数学模型的研究 不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数 学模型的研究 4182007,Vo1.28.No.09艮晶科学※生物工程 不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长 数学模型的研究, 范瑜敏,李柏林,欧杰:.: (上海水产大学食品学院,上海200090) 摘要:本实验主要研究了贮藏在不同温度,初始pH和初始NaCI%浓度条件下罗氏 沼虾细菌总数的生长情况. 实验结果表明:其中建立的Gompertz方程拟合的相关系数R>0.95,偏差度Br 和准确度Ar在0.70,0.90及...
不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数学模型的研究
不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数学模型的研究 不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长数 学模型的研究 4182007,Vo1.28.No.09艮晶科学※生物工程 不同贮藏条件下罗氏沼虾细菌总数生长 数学模型的研究, 范瑜敏,李柏林,欧杰:.: (上海水产大学食品学院,上海200090) 摘要:本实验主要研究了贮藏在不同温度,初始pH和初始NaCI%浓度条件下罗氏 沼虾细菌总数的生长情况. 实验结果表明:其中建立的Gompertz方程拟合的相关系数R>0.95,偏差度Br 和准确度Ar在0.70,0.90及1.06 1.15之间.依据F值和显着性判断,环境因子对细菌总数生长特征参数的影响大小 顺序为:温度>初始NaC1%浓 度>初始pH值.在延滞期的响应面方程模型中,温度与初始NaCI%浓度的一次, 二次效应和它们之间的交互效 应对延滞期都有显着性的影响. 关键词:罗氏沼虾;细菌总数;Gompertz方程;响应面方程 ResearchonModelofTotalBacterialCountsGrowthinMacrobrachiumrosenbergiideMan onDifferentStoringConditions FANYu.min,LIBai.1in,OUJie* (CollegeofFoodScienceandTechnology,ShanghaiFisheriesUniversity,Shanghai200090,China) Abstract:TotalbacterialcountswereexaminedwhichgrewonMacrobrachiumrosenbergiideManstoredatthedifferent temperatures,initialpHvaluesandinitialsodiumchlorideconcentrations.ExperimentresultsshowedthattheGompertz equationfittingcorrelationcoefficientisR>0.95.andbiasfactorandaccuracyfactorisinth erangeofO.70~0.90and1.06, 1.15.BasedonFvalueandsignificancejudgment,theorderoffactorsaffectingthetotalbacteri alcoun~growthcharacteristics is:temperature>initialsodiumchlorideconcentration>initialpHvalue.Inthelagphas eofresponsesurfaceequation foundation,thelagphaseissignificantimpactedbythesingle,quadraticorCross-productofte mperatureandinitialsodium chlorideconcentration. Keywords:MacrobrachiumrosenbergiideMan;totalbacterialcounts;gompertzequation;r esponsesurfaceequation 中图分类号:TS201文献标识码:A文章编号:1002.6630(2007)09.0418-04 罗氏沼虾(MacrobrachiumrosenbergiideMan)作为 目前世界上养殖量最高的三大虾种之一.国内外都对 它进行了大量的研究,但大多都是关于罗氏沼虾养殖 方面的,而虾体捕获后在冷藏过程中极宜受到微生物 的影响而产生肉质腐败的这方面研究极少见于报道. 2006年KVLalitha和PKSurendran等人【1】报道了罗氏沼 虾在冷藏条件下的微生物种类,但末进一步研究冷藏罗 氏沼虾微生物的生长变化规律. 预测微生物学(predictivemicrobiology)是上世纪八十 年代新兴应用型学科,它将微生物学,数学,统计学 收稿日期:2007.06.20通讯作者 基金项目:上海市重点学科建设项目(T1102) 作者简介:范瑜敏(1981.),男,硕士研究生,研究方向为食品生物技术. [6】吕加平,骆承库.乳酸菌发酵乳中挥发性风味物质的动力学分析【J】. 食品科学,1998,19(1o】:13—17. 顾瑞霞.乳酸菌与人体保健作用IMI.北京:科技出版社,1995.【9】 【8】GROBOILLOTAF.Membraneformationbyinteffacialgrosslinkingof ehitosanformicrocncapsulationoflactococcuslacids[J].Biotechnology andBioengineering.1993.42:1157-1163. 朱俊晨,李世敏.林胄.等.胶体物质对固体制剂中青春双歧杆菌稳 定性研究【J】.微生物学,2000,27(6):433-436. ※生目晶科学2007,Vo1.28,No.09419 和应用计算机学结合应用在食品安全方面[2-3】.本实验依 据1994年Whiting和Buchanan['提出预测微生物学的初 级,二级,三级模型三个层次研究模式:其初级模型 描述其细菌总数的生长变化规律;二级模型侧重描述环 境因子如何影响初级模型中的参数;三级是计算机程 序,是将初级模型和二级模型转换成计算机共享软件 (预测微生物软件).对在不同条件下(温度,初始pH和 初始NaCI%浓度)的罗氏沼虾细菌总数进行研究.确立 Gompertz初级模型方程和二级响应面模型方程.同时对 总细菌的生长特征参数——延滞期进行分析研究,确定 环境因子对其影响的作用效果. 1材料与方法 1.1材料 鲜活罗氏沼虾(10cm,20~30g/只),购自上海市菜 市场,活虾被置于水和充氧的聚乙烯袋中,半小时内 运至实验室,立即用自来水冲洗干净. 1.2预处理 在每个配制好的NaCI%浓度(0.5%,2.5%,5%, W/V)的水溶液中,用磷酸分别调配pH值为5.0,6.0, 7.0.然后都放入用袋装冰块,使水温降到0?.再将 活罗氏沼虾放入的溶液中1,2h,使活虾冷休克致死. 然后取出,沥干虾体表面的滴水,7,8只,袋装入聚乙 烯密实袋中放入不同温度下冷藏. 1.3储藏实验 将处理好的罗氏沼虾放至0,4,10?的冰箱中冷 藏.并在适当的间隔时间抽取样品进行细菌总数测定. 1.4细菌总数测定 依照国家标准GB/T4789.2—2003和GB/T4789.20— 1.5数学模型的建立 1.5.1初级模型——修正的Gompertz函数方程 修正的Gompertz方程的数学公式为: lgN,=lgNo+lg( 唧'苟?川式中,lgN为微生物在t时刻的细菌总数的对数值; lg(N~JNo)为稳定期细菌数量最大的对数值(1gN,)与初始 细菌数量对数值(1gNo)的差值;1.t…为最大比生长速率, 入为延滞期. 1.5.2二级模型——响应面(responsesurfacefunction) 函数方程 响应面方程【6】的公式为: y=a+blS+b3Pb4S+b51'2+b6PST+b8SP+b911P+6 式中,Y是受自变量影响的应变量,可以是细菌总 数的延滞期入或最大比生长速率…;S,T,P都是 自变量,在本实验中它们分别为NaCI%浓度,绝对摄 氏温度温度,PH值的数值. 2结果与分析 2.1细菌总数的生长曲线与生长动力学参数 利用Maflab6.5软件将在处在不同环境条件下冷藏罗 氏沼虾采集的细菌总数据进行非线性回归【,得到修正 的Gompertz函数方程的细菌生长特征参数. 妻 至 营 蛰 时间(d) 图1初始NaCI%浓度5%,初始pH值7.0,温度TO~C的罗氏沼 虾细菌总数生长曲线 Fig.1GrowthcurvesoftotalbacterialcountsofMacrobraahium rosenbergiideManstoredatinitialsodiumchlorideconcentration 5%.initialpH7.0andtemperature0? 以初始NaC1%浓度5%,初始pH值7.0,温度0? 的罗氏沼虾为例,罗氏沼虾在此冷藏条件下,其细菌 总数生长特征参数分别列在表1第二行,图1表明了细 菌总数对数值随时间而生长的变化规律.依据2003年Mellefont等人【s】提出判定模型精确度的标准,说明模型 的精度是符合要求和可接受的. 同理,依据采集的罗氏沼虾细菌总数数据,分别 求出了在不同温度,初始pH,初始NaC1%下罗氏沼虾 总细菌的生长数学模型——修正的Gompertz函数方程, 其生长特征参数值,模型相关系数,偏差度,正确度 都列在表1. 在表1中99%函数方程拟合相关系数Rz值都在0.95 以上,90%模型的偏差度Br,准确度Af在0.90,1.05之 间,99%模型的偏差度Br,准确度Ar在0.70,0.90及 1.06,1.15之间.说明所建立的模型都能很好表达出罗 氏沼虾细菌总数在不同温度,初始pH,初始NaC1%条 件下的生长变化规律. 同时,环境因子对罗氏沼虾细菌总数生长特征参数 的影响进行方差分析.根据F值的显着性判定和组间多 重比较的Duncan'S检验【9】,有以下结果: ?温度和初始NaCI%浓度对lgNo的影响效果是显着 4202007,Vo1.勰No.09目晶科学※生物工程 温度(?)NaCI%浓度pH值lgNolg(NlgN—u一延滞期相关系数R:偏差度Br准确 度Ar 性的.温度在0~C和4~C的lgNo差异不显着,但在10?的 lgNo与在0,4?差异显着,即在0,10?范围内,随 着冷藏温度的升高,lgNo也越来大;?初始NaCI%浓 度在0.5%和5.0%的lgNo差异不显着,在2.5%的lgNo 与在0.5%,5.0%有显着性的差异,说明在0.5%--5.0% 的初始NaCI%浓度之间,最大的lgNo在初始NaCI%浓 度0.5%,2.5%的范围内;?初始NaCI%浓度对lgN 的影响效果是显着性的,而温度和初始pH值对lgN… 没有显着性的影响.初始NaCI%浓度在0.5%与2.5%, 5.0%的lgN差异不显着性,2.5%与5,0%有有显着性 的差异;?温度对u一的影响效果是显着性,温度在0, 4,10?的u…差异显着性.且随着温度的升高,u… 值越来越大:?温度和初始NaCI%浓度对值的影响效果 是显着性的,温度在0,4,10?值的差异显着,且 温度与值成负效应.初始NaCI%浓度在0.5%,2.5%, 5.0%的值的差异显着,且与值成正效应. 由此可知,罗氏沼虾细菌总数的生长特征参数受到 冷藏温度的影响最大,初始NaCI%次之,初始pH最小. 2.2响应面的建立 利用SAS9.0软件[9]分析温度,初始pH,初始NaCI% 对细菌生长特征参数的影响,建立响应面方程.结果 如下: =5544.14—39.4829T+1.803935S一0.86171P+ 0.0703T2—0.00583TS一0.017921S+0.002856TP+0. 003712SP+0.003267P,R2=0.9980. u=一48.580899—1.589742T+51.381229S一 12.399865P+0.006772T一0.184736TS一0.188390S一 0.064476TP+0.418865SP一0.0450O4P,R2=0.9541. 式中,,u.分别为总细菌的延滞期,最大比 生长速率;T,S,P分别为绝对摄氏温度值,NaC1% 浓度,PH值的数值. 2_3环境因子对延滞期影响的分析 在预测微生物学的初级模型中,生长特征参数延滞 期具有重要的实际意义,特别是对于产品货架期,因 为延长延滞期,可以推迟,减缓产品中细菌的生长, 从而延长产品的货架期. 表2表明了在模型中,温度,初始NaCI%浓度对 延滞期有显着性的影响,初始pH值对延滞期的影 响不显着,这与表2显示的结果是一致的.根据F值的 大小,对延滞期的影响大小顺序为:温度>初始 ※生物工程品科学2007,Vo1.28,No.09421 NaCI%浓度>初始pH值.一次项(效应)和二次项(效应) 对罗氏沼虾总细菌生长特征参数——延滞期有显着性 的影响,交互项对延滞期的影响不显着,根据F值的 大小,一次项对延滞期的影响最大,二次项次之, 交互项最小.总模型效应的F值和显着性判断表明建立 的延滞期响应曲面是可靠和可接受. 表2对延滞期响应面模型中变量因子以及其一次效应,交互效应, 二次效应显着性分析 Table2Analyzedthreeenvironmentfactorandsingle,cross— product,quadraticoftheseinfluenceonlagphaseofresponse surfaceequation 结合表2的分析结果,冷藏温度与初始NaCI%浓度 的一,二次项,和温度与初始NaCI%浓度的交互项对 延滞期刈影响都是显着性的.与Laura等人[10.012]在研究弗 氏志贺(氏)菌时得到的结论一致. 而初始pH值无论是一次项还是二次项对延滞期 的影响都表现不出显着性.这是由于罗氏沼虾总细菌的 生长,代谢过程中产生的代谢产物改变了虾体的PH 值,使初始pH值对延滞期的影响逐渐失去作用. 3结论 依据所建立的修正Gompertz方程结合响应曲面方 程,将可以全面预测罗氏沼虾冷藏在温度O,10?, NaCI%浓度0.5%,5%,pH值5.O,7.O范围内的细菌总 数的生长趋势和变化规律,为今后建立三级数学模型即 预测软件提供了基础.同时在响应面方程的基础上,重 点分析了实际生产过程中有着非常重要意义的细菌生长 特征参数——延滞期,确定环境因子对其影响的作用 和大小.从而为如何改变环境条件来延长罗氏沼虾冷藏 时间提供理论基础;同时也为评估罗氏沼虾在特定环境 条件内的腐败情况和货架期提供了依据. 不同于以前研究者纯粹在实验室用液体培养基得到 的细菌生长数据,本实验将直接在罗氏沼虾虾体上采集 细菌总数,使在此基础上所建立的模型避免了要考虑到 虾肉组织成分与微生物多样性相互影响的复杂情况.这 将从根本上提高数学模型与预测软件的精确度.这种对 特定的食品进行研究的方法将是今后预测微生物学的主 要研究方向. 参考文献: 【1]LALITHAKV,SURENDRANPK.Microbiologicalchangesinfarm reaEedfreshwaterprawn(MacrobrachiumrosenbergiideMan)inice[J]. 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