近红外光谱分析技术用于果蔬汁中酸土脂环酸芽孢杆菌的生长预测

酸土脂环酸芽孢杆菌,又称嗜酸耐热菌,具有耐热嗜酸的特性,能够有效对抗果汁加工时的高温灭菌,而且能在在pH值为酸性的果汁中繁殖生长。酸土脂环酸芽孢杆菌具有嗜酸、耐热、产芽孢、强抗逆性的特征,在环境条件适当的时候能够快速生长,导致果汁酸败,因此影响果汁的风味和品质。

已有许多研究和调查结果表明,酸土脂环酸芽孢杆菌广泛分布在果蔬产品生产和加工全过程中,并且在大多数果蔬汁中含量超标。在酸土脂环酸芽孢杆菌代谢时会产生一些酸性物质,但不会改变果汁本身的酸碱值,只在瓶底显现出一定的浑浊。但菌体在代谢时仍会有些次级代谢产物出现,比如2,6-二氯苯酚、邻甲氧基苯酚和2,6-二溴苯酚,导致果汁发生腐坏变质。所以酸土脂环酸芽孢杆菌是使得果蔬汁劣变和败坏的主要原因。因此在果蔬汁生产加工过程中需要严格控制微生物。

果汁在生产制造的高温灭菌时,大部分致病菌和致腐菌均能得到抑制。但由于酸土脂环酸芽孢杆菌的嗜酸、耐热、产芽孢、强抗逆性等特征,其芽孢可以抵抗果汁在加工过程中的杀菌过程而存活下来,因此只要环境条件适当,就能快速在果汁中生长,影响果汁的风味和品质。由酸土脂环酸芽孢杆菌导致的果汁酸败事件经常发生,许多研究和调查结果表明,酸土脂环酸芽孢杆菌广泛分布于果蔬产品生产和加工全过程中,且在大部分果汁中的含量超标。所以酸土脂环酸芽孢杆菌是使得果汁劣变和败坏的主要原因,是在果汁生产加工过程中需要严格控制的微生物。芽孢萌发是细菌生长和繁殖的重要环节,同时失去抗性。在酸土脂环酸芽孢杆菌代谢时会产生一些酸性物质,但不会改变果汁本身的酸碱值,只在瓶底显现出一定的浊度。但菌体在代谢时仍会有些次级代谢产物出现,比如2,6-二氯苯酚、邻甲氧基苯酚和2,6-二溴苯酚,导致果汁发生腐坏变质。

预测微生物学是用于预测微生物对于特定环境变量反应的数学模型,可以有效的管理微生物安全风险,它依靠数据库,并结合计算机来预测食品中微生物的生长或残余变化。预测微生物模型通常可以分为2类,包括一级模型和二级模型。一级模型主要是用来描述时间和微生物的生长数量之间的关系,Gompertz模型、Baranyi模型及Huang模型等都是常用的初级模型。二级模型是用来描述环境因素对一级模型中参数的影响,主要包含平方根模型、响应面方程等。

腐坏菌以及一些食源性致病菌在食品生产、加工、储存和运输中的变化是预测微生物学的重要研究内容。微生物生长或死亡的状况主要是通过微生物预测模型的构建来进行预测的,可为食品质量安全提供重要的参考。

目前,国内外关于橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌的生长预测模型的研究相对较少,主要包括平板计数法、分子生物学方法、免疫学方法等,但是这些检测手段均难以实现生产线上进行快速识别预测及控制。

微生物预测模型已被广泛应用于食品领域,但大部分模型是在培养基培养条件下建立的,不仅操作复杂,并且耗时费力。因此更需要开发快速高效的方法来作为微生物预测模型的数据来源。近红外光谱法是用来分析红外光和可见光之间波长范围的一种方法,该方法操作便捷、效率高,不消耗样品,成本较低,在同一时间可以完成多种不同化学指标的检测,并且在检测过程中不会产生污染,已被广泛应用于食品检测、微生物研究、药物分析等多个领域。微生物样本的近红外光谱由其结构和组成信息构成,因此,样本的光谱与样本的组成特性参数之间有较好的相关性。

目前,尚未有采用近红外光谱技术对橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌快速检测的研究。因此,以橙汁为研究对象,通过测定在正常空气湿度和气体成分下,4、20、40℃三种不同温度橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌的含量,来分析酸土脂环酸芽孢杆菌对橙汁品质的影响,同时利用近红外光谱技术,结合化学计量学,建立光谱与酸土脂环酸芽孢杆菌的联系。将近红外光谱预测的酸土脂环酸芽孢杆菌菌落数作为数据来源,通过“一步法”构建橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌的生长预测模型,并将近红外光谱获得预测菌落数构建的生长模型与平板计数法构建的生长模型进行相关性分析,为橙汁生产加工中酸土脂环酸芽孢杆菌的快速识别预测与控制提供了理论方法和技术支持,为保障橙汁加工产品和行业的健康、快速发展提供了参考。

酸土脂环酸芽孢杆菌是引起橙汁劣变的主要微生物,为研究酸土脂环酸芽孢杆菌在橙汁中的生长规律,利用近红外光谱获取橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌含量的信息,采用标准化、多元散射校正、标准正态变化、去趋势化对光谱进行预处理,结合化学计量学,构建近红外光谱与酸土脂环酸芽孢杆菌含量预测模型。利用近红外光谱分析结合适当的化学计量学方法描述酸土脂环酸芽孢杆菌生长预测是可行的。