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.
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※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.
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