高水分烤虾中蜡样芽孢杆菌生长/非生长界面模的建立与评估

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高水分烤虾是具有高价值的虾制品,由于其加工条件较温和,一些耐热细菌如芽孢杆菌很容易残存下来,影响产品的货架期和安全性。食品微生物安全问题一直是制造商最为关心的话题,预测微生物学的发展为食品企业研发者解决了一大难题。目前许多微生物生长动力学模型被建立,虽然通过这类模型能够计算出产品的货架期,但是对于低剂量便能引发食物中毒的致病菌来说,描述其生长与不生长情况比描述其生长速率更为重要。本研究从变质的高水分烤虾中分离得到多株优势腐败菌,并取三株代表菌株进行了鉴定及其生长特性研究,结果显示,三株菌株均为蜡样芽孢杆菌。同时建立了在不同温度、水分活度和pH环境因子作用下蜡样芽孢杆菌的生长/非生长界面模型,结果表明模型对蜡样芽孢杆菌的生长/非生长数据的拟合优度较高,预测值很好地量化了环境因子对蜡样芽孢杆菌的协同作用,其主要结果如下:(1)从变质高水分烤虾中分离得到多株优势腐败菌,取三株代表菌株并命名为CCL1、CCL2和CCL3。对三株菌株进行了菌落形态学、生理生化实验、溶血性、微生物荧光鉴定、16S rDNA基因序列分析以及生长特性的研究。结果表明,三株菌株均为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus);菌株CCL1在37℃肉浸液肉汤中0~2h为其生长停滞期,2~10h为对数期;肉浸液肉汤盐浓度在5g/L~45g/L之间菌株CCL1生长良好,超过105g/L其生长受到限制,甚至死亡;肉浸液肉汤的pH值在3~4.5之间其生长较为缓慢,4.5~9之间生长快速,9以上生长受到抑制。(2)选取五株蜡样芽孢杆菌菌株分别为CCL1,CCL2,CCL3,ATCC49064、和DSMZ4313的混合菌株作为研究对象,研究了温度(10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃),pH值(4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5),Aw(14水平,从0.992到0.932)对混合菌株生长概率的交互影响。获得的蜡样芽孢杆菌生长/非生长实验数据用logistic回归方程拟合,并建立了蜡样芽孢杆菌生长/非生长界面模型。实验采取部分析因设计方案,将实验数据分为两个部分,选定80%的实验数据用做模型的拟合,20%的数据用做模型的验证。最后从已发表的文献中选取30个数据作为测试集通过比较预测值和观察值来检测已建模型的适用度。实验结果表明,训练集的一致性指数为0.991,验证集的一致率为0.976,说明模型对同类数据预测准确度高;同时模型的R~2-Cox&Snell值也较高,为0.954;Hosmer-Lemeshow检验中的χ~2=0.0119,P=1,logistic回归模型拟合度较高。随着温度的降低,生长/非生长转换区域在缩小,例如当T=10℃时,pH值和水分活度发生较小的变化时,便会对蜡样芽孢杆菌的生长概率造成极大的影响;当水分活度较低时,蜡样芽孢杆菌只能在最适生长温度和pH7.0-7.5之间生长;当pH=4.5,T≤20℃时,蜡样芽孢杆菌在任何温度下都不生长;模型对测试集的预测准确率达83.3%,该模型对所选数据具有较高的预测能力,说明模型具有较广的适用范围。(3)以菌株CCL1、CCL2和CCL3的蜡样芽孢杆菌混合菌株为研究对象,混合菌株被接种到不同水分活度(0.960、0.956、0.952、0.948、0.942、0.938、0.935和0.925)和不同pH值(5.33、5.67、5.9、6.21、6.62和6.80)的高水分烤虾制品中,接种样品真空包装后,分别储藏于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃和35℃中,选择储藏60d为检测期限。获得的蜡样芽孢杆菌生长/非生长实验数据用logistic回归方程拟合,建立了温度、水分活度和pH环境因子作用下高水分烤虾制品中蜡样芽孢杆菌的生长/非生长界面模型。另外选取蜡样芽孢杆菌DSMZ4312、DSMZ4313、ATCC49064和ATCC33019四株菌株的混合菌株作为研究对象,将其在高水分烤虾制品中获得的生长/非生长实验数据用来验证和评估建立的蜡样芽孢杆菌的生长/非生长界面模型的适用度和预测能力。结果表明,模型的一致率为97.86%,假阳性率为0.855%,假阴性率为1.28%,说明模型有较高的预测精确度。同时模型的R~2-Nagelkerke值为0.947,c值为0.969,Hosmer-Lemeshow检验结果显示,χ~2=0.0189,P=1,说明模型的拟合优度高,预测性能好。从生长/非生长界线图来看,在最低极限值上,各因子的交互作用对混合菌株的生长概率影响较大。模型对测试集的预测一致率较高,为93.16%,c值为0.926,表明模型对测试菌株的预测准确度较高,对这四株混合菌株具有一定的适用度,可以做进一步推广。建立的产品中蜡样芽孢杆菌的生长/非生长界面模型,可以预测高水分烤虾制品在货架期内蜡样芽孢杆菌的生长概率,为更好地优化生产工艺提供重要的参考。
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