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文档简介

1、广东海洋大学 课程论文 研究生课程论文 题 目鱼类特定腐败菌及其应用研究进展 课 程 课 程 号 学生姓名 学 号 所在班级 专 业 任课教师 分数:评语: 评阅教师: 评阅时间: 鱼类特定腐败菌及其应用研究进展 摘 要:鱼类腐败是个极其复杂的过程,而微生物活动是引起腐败变质的主要原因。 不同条件下鱼类的SSO不同,本文重点就SSO的确定,即鱼类优势腐败菌筛选及其腐败能力的研究现状进行概述。在此基础上,对鱼类SSO 生长动态模型预测产品剩余货架期的方法 ,靶向控制以延长鱼类鲜品货架期等应用研究进行了总结,旨在说明鱼源SSO的研究价值,并对SSO未来研究方向进行了展望。 关键词:鱼类;特定腐败菌

2、;腐败能力;生长动态模型 ;应用;货架期Advances and Applications in Specific Spoilage Organisms of FishAbstract: Fish corruption is an extremely complex process, and microbial activity is the main cause spoilage. Fish SSO is different in different conditions, this paper mainly on the determination of SSO, where fish c

3、orruption screening and its ability to corrupt the research status are summarized. On this basis, the dynamic model for the growth of fish SSO prediction methods of remaining shelf life products targeted control to extend the shelf life of fish, some samples, such as applied research are summarized,

4、 showing that the research value, fish source SSO and the SSO future research direction was prospected.Keywords: fish;specific spoilage organisms (SSOs);corruption capacity; kinetic model; applications;shelf-life鱼肉是人类最重要的优质动物蛋白源之一。新鲜鱼肌肉中水分含量高、组织脆弱、天然免疫物质少、不饱和脂肪酸易氧化以及可溶性蛋白质含量高,因此比一般的动物肉组织更容易腐败 。国外学者通

5、过对鱼类食品腐败微生物长期研究发现,鱼类食品所含微生物中只有部分微生物参与腐败过程, 因此提出了特定腐败菌(specific spoilage organism, SSO)的概念1。因此对SSO进行确定,并进行靶向抑制将是研究鱼肉保鲜的重点。本文对鱼产品在不同条件下的SSO分类,就鱼类优势腐败菌筛选及其腐败能力分析,以确定不同鱼类的SSO,最后就SSO生长预测,靶向控制以延长鱼类产品货架期等应用研究进行了总结,为了解SSO的腐败特性及鱼类产品品质控制提供依据。 1. 鱼类特定腐败菌的种类鱼的种类、捕获方式、栖息水域、季节和贮藏条件等差异决定了 SSO 类的差异性2。在鱼产品加工和包装过程中的差

6、异也会导致残存不同的腐败细菌,产生不同的腐败类型。鱼鲜品在相同的地理条件下,同类型产品中只有一种或几种微生物总是作为腐败菌出现,而且SSO可能只有一种。根据文献报道,低温冷藏鱼类的主要腐败细菌有:磷发光杆菌(Photobacteriumphosphoreum) 、腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens) 、热杀索氏菌( Brochothrix thermosphacta ) 、假单胞菌属( Pseudomonas spp. ) 、气单胞菌属( Aeromonas spp . ) 和乳酸菌( lactic acid bacteria) 等3。弧菌科(Vibrionaceae

7、)等发酵型革兰氏阴性细菌是未经冷藏鲜鱼的特定腐败菌4。如果水产品是在受污染的水中捕获,主要腐败菌是肠细菌(Enterobacteriaceae)5。假单胞菌多为热带淡水鱼的 SS O, 腐败希瓦氏菌多为海洋温带水域鱼的 SS O 6。而寒带和温带海域捕获鱼类有氧冷藏中,特定腐败菌是耐冷的革兰氏阴性菌假单胞菌(Pseudomonas spp.)和希瓦氏菌(Shewanella spp.)7。冷藏真空或气调包装水产品的 SSO 多为磷发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)、 乳酸菌(Lactobacillus)和热杀索氏菌(Brochothrix thermosphact

8、a) 8。郭全友等9,从菌落和细胞形态、 生理生化特征、细胞脂肪酸组成等方面, 结合使用细菌鉴定系统, 以及接种腐败希瓦氏菌到无菌大黄鱼身体,确定 0 -5 冷藏养殖大黄鱼货架期终点优势腐败菌为腐败希瓦氏菌。许钟等10报道,假单胞菌为0、5和10冷藏养殖罗非鱼货架期终点的特定腐败菌。刘寿春等11发现 3 7 有氧储藏至腐败的罗非鱼肉中, 洋葱假单胞菌(Pseudomonas cepacie,38.6%)、嗜水气单胞菌(Aeromonashydrophila,21.1 %)和短芽孢杆菌(Bacillus breviswere,14.0%)是优势菌。王庆丽12鉴定出养殖大黄鱼冷藏过程中主要细菌为希

9、瓦氏菌和假单菌属,而海水鲈鱼冷藏过程中主要细菌也是希瓦氏菌和假单菌属。在低盐、略降低水分活度、略酸化和真空包装的温和加工品如冷熏鱼的冷藏过程中,特定腐败菌的情况较为复杂,通常乳酸菌如乳杆菌,肉食杆菌以及发酵性革兰氏阴性细菌如磷发光杆菌嗜冷的肠杆菌等居多。在半保藏产品如醋浸鱼或腌鱼中,通过酸化或低盐来增加保藏性,促进乳酸菌和酵母菌的生长,则可抑制其他微生物。这与特定腐败菌并不相悖,目的是使酵母菌、乳酸菌成为优势微生物,当其生长占据主导地位时就可以抑制其他微生物的生长。尹伟力 13等,鉴定出熏制鳗鱼的特定腐败菌为腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)、乳酸杆菌(Lactob

10、acillus)、嗜冷肠杆菌(Enterobacteriaceae)和磷发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)。表1归纳了以上报道的SSO 种类。表1 鱼类特 定 腐 败 菌 种 类Table 1 Common specific spoilage organisms(SSO) in fresh aquatic products产品种类养殖条件贮藏条件SSO鲜鱼未受污染的水 空气中大于1 01 5弧菌科(Vibrionaceae), 洋葱假单胞(Pseudomonas cepacie)受污染的水肠细菌(Enterobacteriaceae)鱼类产品热带水域空气中 假单胞

11、菌(Pseudomonas spp.)寒带海洋冷藏革兰氏阴性菌假单胞菌(Pseudomonas spp.)、希瓦氏菌(Shewanella spp.) 温带海洋真空或气调 磷发光杆菌(Photobacterium phosphoreum) 希瓦氏菌(Shewanella)淡水 低盐,包装或半包装冷藏乳酸菌(Lactobacillus)、肠杆菌(Enterobacteriaceae) 热杀索氏菌(Brochothrix thermosphacta) 、 肠球菌(Enterococcus)2. 特定腐败菌的确定为了控制鱼肉腐败,延长鱼类产品的货架期,SSO的确定显得十分重要。根据SSO的定义,SS

12、O不仅是腐败终点的生长优势菌株,还应具备腐败能力强等特点。因此,对于SSO的确定须从生长优势菌的筛选和其腐败能力2个方面分析。2.1鱼类优势腐败菌的筛选SSO的确定对预测和控制产品质量极为重要,检测SSO的传统方法主要有镜检、平板培养、产气实验、生化反应等,这些方法不同程度存在着试验周期长、灵敏度低、不能确定污染菌种类等缺点,同时也有研究表明至少有25一50的食品微生物在体外是不可培养的 。随着现代分子生物学技术的发展,分子诊断技术被用于SSO的检测,分子生物学技术克服了经典培养方法的不足 ,能更可靠、更快速地获得环境样品中各种微生物的菌落指纹和特征性核苷酸序列,以确定微生物的多样性及其分类地

13、位,其最大优点是快速、灵敏,不需培养,可在线检测14。根据相关文献报道,主要包括靶基因的PCR、变性温度梯度凝胶电泳法(Denaturing/temperaturegradient gelelectrophoresis,DGGE/TGGE)、单链构型多态性(Singlestrand conformation polymorphism,SSCP)、末端限制性片段长度多态性(Terminal restriction fiagment length polymorphism,TRFLP)、核糖体DNA扩增片段限制性分析(Amplified ribosomal DNA restriction anal

14、ysis,ARDRA)、核糖体基因间区分析(Ribosomalintergenie spacer analysis,RISA)、DNA芯片技术和荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)、 SDS-聚丙烯酰胺凝胶(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gelelectrophoresis,SDS-PAGE)等 ,这些方法各有优缺点和适宜领域15。相对于其他分子方 法,利用变性梯度凝胶电泳(denaturinggradient gel electrophoresis,DGGE)技术研究微生物群落组成和确定S

15、SO,无论在操作方法、成本、耗时等各方面综合效益最好,应用也最广泛。国内,涂宗财等16,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-deformation gradient gel electrophoresis analysis,PCR-DGGE)技术研究了3种包装(空气、真空、气调)结合钴60辐照技术对鱼肉表面优势菌菌群的影响。翁丽华等17,应用传统微生物培养和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法研究热鲜肉分别在5、15、25、30贮藏过程中的菌相变化。2.2腐败菌腐败能力研究 在贮藏期间,特定腐败菌的生长比其他微生物快,并

16、且腐败能力强。因此确定特定腐败菌时,不仅要分析贮藏中的菌相变化,而且要定量鉴定产生腐败代谢物的能力。2.2.1腐败菌腐败能力研究概况不同学者对菌株腐败潜力分析时,有人选择灭菌鱼汁为菌株培养基质、有人则选择无菌鱼块。灭菌鱼汁用于腐败菌腐败能力的测定具有快速、简便的特点,可在短期内获得大量数据,但难以模拟鱼肉复杂的组织环境;无菌鱼块则更接近腐败菌的生长环境,但操作要求较高。国外,Dalgaar 18用灭菌鳍鱼鱼汁和鱼块研究气调包装鳍鱼片冷藏中的优势腐败菌磷发光杆菌和腐败希瓦氏菌的腐败能力,得出包装鳍鱼腐败主要是山磷发光杆菌引起。G ram 等19研究荧光假单胞菌和腐败希瓦氏菌在鲜鱼鱼汁和鱼块中的相

17、互作用,比较其腐败能力,得出高浓度的假单胞菌对腐败希瓦氏菌有一定的抑制作用,但这一相互作用仅在含较高浓度时才会影响腐败希瓦氏菌生长。Ingebrigt等20研究了复水盐腌和干腌鳕鱼优势腐败菌嗜冷菌的腐败能力和来源,得出复水盐腌鳕鱼和干腌鳕鱼冷藏的特定腐败菌是嗜冷菌,不是鲜鱼的常见腐败菌,具有嗜盐性,其腐败活性强,主要产生陈腐味,无细胞外蛋白水解能力.为确定大马哈鱼气调包装下的SSO,MAC等21提出了两步分析法,即从气调包装腐败期的大马哈鱼中选出的8 株潜在腐败菌进行挑战性实验,对微生物指标及感官指标进行比较,筛选出3 株腐败能力较强的菌株;进一步将这3 株菌单一或混合反接于无菌鱼块中,对感官

18、、微生物及理化指标进行分析后确一株腐败能力最强的发光磷杆菌为SSO。国内, 李学英等22利用无菌鱼块对大黄鱼腐败菌腐败能力进行了初步分析,得出腐败希瓦氏菌具有很强的腐败潜力(产生强烈异臭味),但腐败活性较低,需要较高的浓度才能引起腐败 。许振伟等23,通过分析接种腐败菌的鲤鱼和罗非鱼无菌鱼块贮藏中感官、腐败代谢产物和腐败菌的变化,以腐败菌的生长动力学参数和腐败代谢产物的产量因子(YTVBN/CFU)为指标,探讨冷藏鲤鱼和罗非鱼优势腐败菌假单胞菌和腐败希瓦氏菌的腐败能力,得出两种腐败菌都具有较强的腐败能力。 2.2.2腐败菌腐败能力的定量 腐败菌腐败能力的定量常用接种到无菌鱼块中的单位腐败菌产生

19、的腐败代谢产物,挥发性盐基氮(TVBN和三甲胺(TMA)的量来表示,即TVBN产量因子(YTVBN/CFU)和TMA产量因子(YTMA/CFU)作为腐败菌腐败能力的定量指标。产量因子计算公式如下:YTVBN/CFU= (腐败点TVBN量一初始点TVBN量)/(腐败点菌数一初始点菌数) YTMA/CFU = (腐败点TMA量一初始点TMA量)/(腐败点菌数一初始点数)Dalgaard18研究了包装鳍鱼的特定腐败菌,得出磷发光杆菌(Photobucteraum phosphoreum)的产量因子(CYTMA/CFU)明显大于腐败希瓦氏菌的产量因子,磷发光杆菌是包装鳍鱼的特定腐败菌。另外,也可以将灭

20、菌的鱼汁作为培养基,接种腐败菌后,通过气相色谱法和气味指纹分析仪测定其产生的产物,以腐败代谢产物的量对腐败菌腐败能力进行定量。灭菌的鱼汁也可用比浊法测定接种腐败菌后鱼汁悬液的OD值,建立腐败菌生长的标准曲线。Gram 19等研究尼罗河新鲜和腐败的鲈鱼细菌学时,将细菌接种到杀菌过的鲈鱼肉汤中,通过其腐败气味,以确定其腐败能力,用氧化三甲胺培养基来测试产生三甲胺和硫化氢的能力,得出假单胞菌是冰藏妒鱼的特定腐败菌。灭菌鱼汁用于腐败菌腐败能力的测定具有快速、简便的特点,可在短时间内获得大量数据。无菌鱼块是天然培养基,其无菌是相对而言的,本身含有一定数量的微生物,无菌鱼块制备后菌落总数应小于102CFU

21、/g,在制作过程中严禁外源污染,无菌鱼块更接近腐败菌的生长环境。3.特定腐败菌的应用研究3.1利用特定腐败菌生长预测模型预测水产品的剩余货架期SSO是的现有应用领域之一是开发定量描述生长的数学模型,来预测水产品的剩余货架期。研究表明:鱼肉贮藏中,希瓦氏菌、热杀索丝菌等SSO的数目与鱼肉鲜度的相关性总体高于细菌菌落总数,SSO是评价鱼肉鲜度更为适宜的指标。因此,建立与食品品质高度关联的SSO的生长预测模型对简化分析实验,预测剩余货架期具有重要应用价值。目前已有不少水产品生长动力模型的报道,如磷发光杆菌、假单胞菌和腐败希瓦氏菌等24,并已证实可以成功用于预测有氧和真空气调冷链水产鲜品的剩余货架期。

22、根据模型中变量的不同,可分为初级模型,如Compertz模型、Imgistic模型、Richards模型、Stannard模型、Schnute模型及Baranyi模型等 、次级模型,如响应面方程、Arrhennius方程、平方根方程等及三级模型,专家模型即在初级模型和次级模型的基础上建立的引人用户友好界面的软件或计算不同环境下微生物行为的专门系统。目前一级模型中应用最广的是修正的Gompertz模型,其预测效果较好,能绘制包括微生物生长延滞期、快速生长期、减速生长期及平稳期的s型曲线;而Baranyi模型则在预测延滞期和指数生长期的基础上,对实验数据的吻合度优于Gompertz模型并经修改后成

23、为Microfit软件的基础。次级模型主要描绘环境因素(如pH、水分活度、气体组成、温度等)对微生物生长的影响,其中响应面方程可以与Gompertz模型联用,而其准确程度依赖于大量的实验样本;Arrhennius方程能描述温度与微生物的相互关系,但有研究表明微生物的生长速率小范围内遵循Arrhennius方程,因此不适于冷藏食品;Zwietering在研究了几种温度对食品中微生物生长影响的模型后,认为平方根方程的模拟效果最佳;而Mcmeekin等也提出了基于温度、pH、水分活度的平方根方程变形式。目前三级专家模型已在欧美等国得到了广泛关注和重视,美国农业部开发PMP应用软件,英国农业、渔业和食

24、品部也于1992年开发了Food Micromodel软件,欧盟的FLAIR项目也建立了相关的微生物数学模型,而目前全球最大的预测微生物数据库Combase的网络版现有45 786个数据(wwwCombasecco)25。为了提高模型预测的准确度和拟合度,很多学者进行了多方面的研究工作,取得了一定成果。国外,如Fujikawa 等26建立了一个模拟恒温和变温条件下的埃希氏大肠杆菌的生长模型。Yaghlene等27则将预测微生物学和食品工程结合起来建立了在可变温度条件下预测微生物生长的动力学模型,该模型可同时考察温度、产品厚度、热传导率等对微生物生长模型的影响,为同时保证食品安全和工艺优化提供了

25、极有价值的工具。Alfaro28等对分离至马鲛鱼的SSOs的预测模型分析时,则考虑了温度及CO2浓度对菌生长的影响,并在恒定及波动温度下得到很好地验证。对于此类多因素情况下的模型分析较为复杂,国内的相关文献报道则较少。 国内,杨宪时等29对一些水产品的SSO进行了探索和研究,克服国外没有考虑各种微生物之间相互作用的缺陷,直接取一定储藏条件下的鲜鱼,获其SSO生长的动态数据,以此数据来建立模型,开发出预测货架期的应用软件,消除多种微生物相互作造成的误差,提高了预测的准确性。以上细菌动力学模型均可快速可靠地实时预测相应冷藏鱼的质量和剩余货架期。章志超等30,研究鲟鱼有氧冰藏条件下的特定腐败菌(荧光

26、假单胞菌)接种于灭菌鲟鱼片后置于0、4、10、15、20有氧贮藏,分析其生长动态及货架期终点的感官评分、pH值和挥发性盐基氮值,在以修正的Gompertz方程为一级模型的基础上,分别以平方根方程和Arrhenius方程为二级模型,建立并验证荧光假单胞菌的生长预测模型,得出基于平方根方程建立的模型可以更有效地预测有氧包装鲟鱼在020贮藏温度条件下的荧光假单胞菌的生长及相应货架期。张李浩31,以冷藏罗非鱼为研究对象,测定了其特定腐败菌假单胞菌的生长曲线,通过Curve Expert1.4软件建立了假单胞菌在液体培养基中的初级、次级生长模型, 实验结果表明误差较低,证明建立的数学模型能很好的预测假单

27、胞菌在液体基质中的动态生长。 结果表明修正Gompertz函数方程能很好地描述假单胞菌的生长动态;Belehradek方程对假单胞菌生长动力学参数描述呈良好的线性关系,同时验证实验结果表明假单胞菌的生长动态模型符合性良好。 3.2特定腐败菌靶向控制,延长货架期生长预测模型是对特定腐败微生物生态的研究。 SSO和其腐败范围的确定大大地促进了对预测和延长产品货架期的技术方法的发展。对鱼类的SSO的了解,成为研究开发针对SSO延长产品货架期新技术的有力根据。采用抑制或降低SSO生长的处理和加工方法,即使不影响其他微生物群落,也会延长产品货架期。因此,SSO靶向抑制的保藏技术和栅栏技术(hurdlet

28、eelmology)结合,可以使产品的货架期明显延长,提高保鲜效果,防止滥用防腐剂。国外对鱼制品的腐败已经进行了较为深入的研究,掌握了一些低温鱼制品的特定腐败菌及其微生态状况,为进一步发展以SSO靶向抑制为理论的肉品保藏技术打下了基础。国外,针对磷发光杆菌对低温敏感的特性,对于04冷藏气调包装(MAP)鳕鱼片,用冷冻后再冷藏,或添加香料,都能延长货架期,冷冻后冷藏在2环境中鳕鱼片货架期可延长8 d以上32。国内,孙丽霞33 ,以养殖大黄鱼为研究对象,通过微生物指标、感官评判,理化指标,分析了气调包装对大黄鱼品质的影响,进一步研究了气调结合生物保鲜剂的复合保鲜对大黄鱼货架期的影响,并从大黄鱼菌相

29、动态变化初步探究了复合保鲜机理。发现气调包装能有效改善4贮藏过程中大黄鱼的品质,主要表现为气调包装能有效抑制细菌的生长,能保持鱼肉良好的感官品质,抑制产H2S菌、假单胞菌、肠杆菌等优势腐败菌的生长,维持较低的pH,延缓TVB-N的增加,保持较好的硬度和弹性。气调包装结合茶多酚(TP)、Nisin复合壳聚糖(Ch)对大黄鱼进行保鲜,显著优于单独的生物保鲜剂和气调包装 ,延长冷藏大黄鱼的货架期。王慧敏等34为了分析冷藏温度对鲜活鲈鱼品质影响,研究通过测定感官指标、pH、挥发性盐基氮(TVB-N)、K值、细菌总数并结合PCR-变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术评价了微冻条件下鲈鱼品质变化及优势微生物。

30、结果表明,-2微冻贮藏能保持良好的感官品质,延缓pH、TVB-N和K值上升,减缓细菌的生长繁殖,鲈鱼在冷藏和微冻贮藏中货架期分别为9d和18d。细菌计数和DGGE图谱均显示,鲈鱼在冷藏和微冻贮藏下产H2S菌和假单胞菌增长最快,其中腐败希瓦氏菌和假单胞菌是主要优势腐败菌。可见,-2微冻贮藏比4冷藏能延缓鲈鱼品质劣变,延长货架期。Liu35等在对冰温(3)和冷藏(4)草鱼的货架期研究中也得出类似结果 。 4.鱼类特定腐败菌的研究方向与应用前景建立严格的SSO的确定方法并对其进行生长预测,对于了解不同条件下鱼类腐败特性,延长鱼类产品的货架期具有很好的参考价值。目前,我国在SSO的确定中传统

31、鉴定方法应用较多,SSO的腐败能力研究还不够深入,微生物预测模型多停留于已有模型的应用。而每种鱼的预测模型不同,需要单独建模, 工作量大, 尚需研究人员继续开展相关工作。 特别是温和加工水产品的情况较为复杂, 原材料和加工过程的多样性,其SSO种类的研究不清楚,研究温和加工品中 SSO 的种类及预测货架期模型是未来的主要工作。对SSO研究的最重要目的是延长水产品货架期,相关工作已经起步,但不成熟。根据 SSO 的生物学特性,靶向抑制或降低 SSO 生长,研制环保型保鲜剂与相应的贮藏方法,注重多方法联用来确定SSO,深入分析SSO的腐败机理,开发更有效的SSO控制新技术,延长产品货架期,提高产品

32、价值,仍然是未来重要的研究主题。参考文献 1 DALGAARD P. Qualitative and quanitative characterization ofspoilage bacteria from packed fishJ. Int J Food Microbiol, 1 995, 26: 31 9-333.2 CAMPOSCA, GLIEMMO M F, AUBOURG S P,etal.Noveltechnologies for the preservation of chilled aquatic food productsMNovel Technologies in Foo

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