[发明专利]通过量纲分析预测食品货架期的方法

说明书

本发明公开了一种通过量纲分析预测食品货架期的方法。本发明利用量纲分析法建立的模型预测微生物生长情况，进而应用于食品货架期的预测，这对于控制食品品质和保障食品安全都具有重要价值。本发明适用于各种具有保质期限的食品，不仅可应用于恒温货架期的预测，也适用于从低温到常温范围内的食品货架期的预测。而且本发明方法简单，不需知道食品中目标微生物的起始数量，计算亦简单，大大便于本方法的推广应用。

技术领域

本发明涉及量纲分析及微生物热动力学技术领域，特别涉及到通过量纲分析预测食品货架期的方法。

背景技术

微生物是引起食品腐败的重要因素。为了快速就食品的安全性和货架期进行预测，从而实现对原料加工、贮藏、销售环节的管理和监控，预测食品微生物学应运而生。预测食品微生物学(Predictive Food Microbiology)是一门将微生物学、统计学、数学和应用计算机学结合起来用于预测食品中微生物的生长动态，反映预测微生物与食品之间的复杂关系，达到有效预测货架期目的的兴起学科。肉类工业中传统的方法是采用检测样品的方法，然而这不能保证总体消费的安全性，而微生物预测的魅力就在于利用存在的数据来预测未来的发展趋势，对食品实际生产和流通过程进行监控，具有重要的现实意义。

根据Whiting和Buchanan的分类方法，将生长模型分为三种类型：初级、二级和三级模型。初级模型是根据微生物数量在特定条件下随着时间延长而变化，生长曲线通常为“S”型，其包括四个部分：延滞期、对数期、稳定期和衰老期。初级模型中应用最广泛的模型是Logistic模型和Gompertz模型。经过Zwietering修正得到的Gompertz模型更能很好的描述不同温度条件下的生长动态。二级模型是在初级模型的基础上构建的，用来描述初级模型中一个或多个参数对环境条件(例如：温度、pH、aw)的响应，由于温度被认为是最重要的影响因素，主要是描述模型参数的温度依赖性。比较常用的二级模型有Arrhenius模型和平方根模型以及它们的修正模型，简单的Arrhenius模型通常用于预测微生物学，但是它仅在微生物生长的有限温度范围内是准确的，因此，已经开发出的修正的版本能更好的应用于极端温度，但是在使用时还是复杂的。三级模型的构建是在初级模型和二级模型的基础上，利用计算机建立的一种预测软件，它们可看作是科学家与终端用户之间的接口，终端用户可以输入产品的一组特征，就可以得到增长预测参数。然而，只有少数三级预测模型可以用于工业中。其中，一级模型、二级模型只考虑了2-3个因素的影响，三级模型是专家系统，它要求所使用者具备一定专业知识，了解系统的使用范围和适用条件，掌握它有一定困难。所以有必要开发新的方法应用于食品微生物预测。在物理和化工原理、食品工程原理等学科中有一种广泛方法--量纲分析法，它可以描述复杂物理现象之间的关系，特别是能做到由小极大，由此及彼，这方面一个经典的例子就是化工原理或食品工程原理中摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度之间关系的发现就是利用量纲分析发现的。不过由于微生物是活的，影响其生长的因素很多，但用量纲分析试验案例来预测微生物生长的还很少。

中国专利数据库中有不少涉及预测微生物的专利申请件，但涉及预测食品微生物生长的不多。例如2009102174276号《预测乳中金黄色葡萄球菌生长和产毒的方法》，是利用预测微生物学原理预测金黄色葡萄球菌生长；又如2013800105543号《预测微生物数的增殖的方法》，是用概率密度函数建立预测模型；再如2014105217749号《一种冷链物流的冷却肉货架期预测方法及系统》，是通过冷却肉货架期预测模型预测冷却肉货架期；又再如2016102892182号《一种生产流通过程中食品所含微生物的生长预测方法》，是建立输入、输出变量的模糊关系矩阵得到微生物数量的预测值。虽然有学者申报了一项专利CN201810949548.9《一种通过量纲规划模型预测食品微生物的方法》，但是该方法只针对了恒温条件下的微生物预测，没有进行一段温度范围内的预测，另外模型还需适当改进。本专利是在此专利基础上的进一步推进，拓展了量纲分析预测微生物由恒温进入到变温条件下的应用，更切合实践应用。

发明内容