CN103616335A - 发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，包括对照组产酸菌高光谱图像信息的采集、对照组产酸菌产酸能力的理化检测、产酸菌产酸能力鉴别模型的建立、待测产酸菌高光谱图像信息的采集和待测产酸菌产酸能力的鉴别等步骤。本发明不仅能获取待测样品整个表面区域的图像信息，且能获取样品表面不同区域的光谱信息，可快速的鉴别出产酸菌的产酸能力水平，检测过程简单、检测周期短。本发明可应用于快速鉴定产酸菌的产酸能力。

Description

发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法

技术领域

本发明涉及微生物检测技术领域，尤其涉及一种利用高光谱图像技术快速鉴别发酵食品产酸菌产酸能力的方法。

背景技术

产酸菌在发酵食品的生产过程中发挥着极其重要的作用。如醋酸菌是生产食醋的重要菌种，丙酸菌造就了瑞士埃门塔尔干酪的独特风味，乳酸菌则被广泛应用于发酵乳制品、肉制品及蔬菜制品等。产酸菌在发酵过程中产生的有机酸不仅构成了发酵食品的独特风味和口感，而且能够抑制食品中有害微生物的繁殖。

产酸能力是衡量产酸菌活性的重要指标。在生产实践中，为了获得风味和口感更好的发酵食品，往往需要筛选出产酸能力好的产酸菌作为菌种，用于发酵食品的生产。现有的产酸菌产酸能力的检测方法主要分为3个步骤：步骤（1）是利用含有pH指示剂的鉴别性培养基鉴别产酸菌，相关的发明专利有201080035115.4；步骤（2）是分离出步骤（1）中引起培养基变色的产酸菌菌落并进行编号，在相同条件下分别将分离出来的产酸菌接种于培养基中进行次代培养；步骤（3）是用理化分析方法定量检测步骤（2）中次代产酸菌产生的有机酸含量；有机酸含量越多则表示对应产酸菌的产酸能力越强，相关的文献报道有《产酸芽孢杆菌的筛选及鉴定》（2008年发表于《山西农业大学学报》，第28卷第1期，26-29页）。该类方法能够准确的鉴别产酸菌的产酸能力，但需要进行两次产酸菌培养及有机酸含量的定量检测，检测过程复杂，周期长。

此外，不同种类的微生物其细胞内部有机组分的种类、含量和比例不同，而红外光谱可以有效表征有机组分的种类、含量和比例差异，因此利用光谱也可以对微生物进行鉴别，相关的发明专利有“用傅立叶红外光谱鉴别微生物的方法”，申请号200910202963.9。该方法首先培养对照微生物和待测微生物的单菌落；随后将上述单菌落再次进行培养，取第二次培养基上的1-2环菌苔加灭菌水混匀后制成透明的Si片；最后利用光谱仪采集对照微生物Si片和待测微生物Si片的红外光谱数据，并根据两者光谱数据的差异对待测微生物的种类进行鉴别。虽然该方法不需要对待测微生物进行理化检测，但鉴别过程仍然需要进行多次培养以及专用仪器制作待测微生物的Si片，同时待测微生物在Si片的含量及分布的均匀程度都会对最终的光谱数据产生较大的影响，因此该方法难以快速鉴定产酸菌的产酸能力。

鉴于此，本发明提出一种利用高光谱图像技术快速鉴别发酵食品产酸菌产酸能力的方法以解决上述问题。

发明内容

本发明提供发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，以实现产酸菌产酸能力的快速鉴定。

为了解决以上技术问题，本发明利用高光谱图像技术以快速鉴别发酵食品产酸菌的产酸能力，利用产酸能力不同的产酸菌对应的高光谱图像信息不同，通过表征不同产酸菌的高光谱图像信息的差异，对产酸菌的产酸能力进行快速鉴别，具体技术方案如下：

发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，对照组产酸菌高光谱图像信息的采集；

步骤二，对照组产酸菌产酸能力的理化检测；

步骤三，产酸菌产酸能力鉴别模型的建立；

步骤四，待测产酸菌高光谱图像信息的采集；

步骤五，待测产酸菌产酸能力的鉴别。

所述对照组产酸菌高光谱图像信息的采集具体过程如下：

过程一，将添加了pH指示剂的鉴别性培养基置于培养皿中；

过程二，将对照组产酸菌接种于培养皿内的鉴别性培养基上，置于37±1℃的培养箱中培养24h~48h，得到对照组产酸菌的单菌落；

过程三，将培养皿置于高光谱成像系统中进行高光谱图像采集，得到对照组产酸菌的高光谱图像信息。

所述对照组产酸菌产酸能力的理化检测具体过程如下：

过程一，针对步骤一中培养得到的对照组产酸菌单菌落，将能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号；

过程二，将已编号的单菌落分别接种至液体培养基中，置于37±1℃的培养箱中培养时间为24h~48h，培养时间与步骤一中过程二的培养时间完全一致；

过程三，采用酸碱滴定法测定各单菌落对应的培养基内的有机酸含量，并根据有机酸含量的高低将对照组产酸菌划分为产酸能力强、产酸能力中、产酸能力弱三类。

所述产酸菌产酸能力鉴别模型的建立过程如下：

过程一，对步骤一中得到的对照组产酸菌的高光谱图像信息，将高光谱图像中能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号，并使得菌落的编号顺序与步骤二中过程一的编号完全一致；

过程二，对步骤一中得到的对照组产酸菌的高光谱图像信息，按照编号顺序分别提取高光谱图像中各单菌落所在区域内的平均光谱，即分别提取能够使培养基变色的单菌落所在区域内的平均光谱；

过程三，以各单菌落的平均光谱作为自变量X，以步骤二中各单菌落的产酸能力水平作为因变量Y，利用化学计量学方法确定平均光谱与产酸能力水平的对应关系F _产酸 ，得到产酸菌产酸能力的鉴别模型Y=F _产酸 (X)，其中Y的取值可以为1、2、3，Y值为1时代表产酸菌的产酸能力强，Y值为2时代表产酸菌的产酸能力中，Y值为3时代表产酸菌的产酸能力弱。

所述待测产酸菌高光谱图像信息的采集具体过程如下：

过程一，配制与步骤一中配方完全一致的鉴别性培养基并置于培养皿中；

过程二，将待测产酸菌接种于培养皿内的鉴别性培养基上，置于37±1℃的培养箱中培养24h~48h，培养时间与步骤一中过程二的培养时间完全一致，得到待测产酸菌的单菌落；

过程三，将培养皿置于高光谱成像系统中进行高光谱图像采集，得到待测产酸菌的高光谱图像信息。

所述待测产酸菌产酸能力的鉴别具体过程如下：

过程一，针对步骤四中得到的待测产酸菌的高光谱图像信息，将高光谱图像中能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号；

过程二，针对步骤四中得到的待测产酸菌的高光谱图像信息，按照编号顺序分别提取高光谱图像中各单菌落所在区域内的平均光谱，即分别提取能够使培养基变色的单菌落所在区域内的平均光谱X’；

过程三，将提取到的平均光谱X’代入步骤三中建立的产酸菌产酸能力鉴别模型，计算出待测产酸菌的产酸能力水平Y’，即Y’= F _产酸 (X’)。

本发明具有有益效果。高光谱图像技术在样品信息的获取方面具有独特的优势，不仅能获取待测样品整个表面区域的图像信息，又能获取样品表面不同区域的光谱信息。本发明将产酸菌接种于含pH指示剂的鉴别性培养基上获得产酸菌的单菌落，利用高光谱图像技术同时获取培养皿内所有菌落的高光谱图像信息，提取产酸菌菌落区域内的平均光谱代入已建立的产酸菌产酸能力鉴别模型，即可快速的鉴别出产酸菌的产酸能力水平。虽然在建立产酸菌产酸能力鉴别模型的过程中需要对产酸菌进行两次培养以及有机酸含量的理化检测，但是在产酸菌产酸能力鉴别模型建立好了以后，仅需要获取待测产酸菌菌落的高光谱图像信息结合产酸菌产酸能力鉴别模型即可快速的计算出产酸能力水平。因此，本发明提出的产酸菌产酸能力鉴别方案具有检测过程简单、检测周期短的特点。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

以鉴别香醋固态发酵阶段，醋醅中醋酸菌的产酸能力为例子，详细阐述本发明的具体实施方式。

所述一种利用高光谱图像技术快速鉴别香醋醋酸菌产酸能力的方法包含5个步骤：

步骤一，对照组醋酸菌高光谱图像信息的采集；

步骤二，对照组醋酸菌产酸能力的理化检测；

步骤三，醋酸菌产酸能力鉴别模型的建立；

步骤四，待测醋酸菌高光谱图像信息的采集；

步骤五，待测醋酸菌产酸能力的鉴别。

所述步骤一对照组醋酸菌高光谱图像信息的采集包含以下过程：

① 配制含pH指示剂的鉴别性培养基，培养基的具体配方为葡萄糖1%，酵母膏1%，蛋白胨0.3%，溴甲酚紫溶液2~5滴，琼脂2%，无水乙醇6%；将配制好的培养基置于培养皿中；

② 为了让对照组醋酸菌具有很好的代表性，分别选取醋醅发酵的不同阶段即分层翻醅阶段、露底阶段以及发酵成熟阶段的微生物菌群接种于培养皿的鉴别性培养基上，置于37℃培养48 h，得到对照组醋酸菌的单菌落；

③ 将长有对照组醋酸菌单菌落的培养皿置于高光谱成像系统中进行高光谱图像采集，得到对照组醋酸菌的高光谱图像信息；

所述步骤二对照组醋酸菌产酸能力的理化检测包含以下过程：

① 对步骤一培养得到的对照组醋酸菌单菌落，将能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号；

② 将已编号的单菌落分别接种至液体培养基上，液体培养基的配方为葡萄糖1%，酵母膏1%，蛋白胨0.3%，无水乙醇6%；接种完成后置于37℃的培养箱中培养48 h；

③ 采用酸碱滴定法测定各单菌落对应的培养基内的有机酸含量，并根据有机酸含量的高低将对照组醋酸菌划分为产酸能力强、产酸能力中、产酸能力弱三类；

所述步骤三醋酸菌产酸能力鉴别模型的建立包含以下过程：

① 对步骤一中得到的对照组醋酸菌的高光谱图像信息，将高光谱图像中能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号，并使得菌落的编号顺序与步骤二过程①中的编号完全一致；

② 对步骤二中得到的对照组醋酸菌的高光谱图像信息，按照编号顺序分别提取高光谱图像中各单菌落所在区域内的平均光谱，即分别提取能够使培养基变色的单菌落所在区域内的平均光谱；

③以各单菌落的平均光谱作为自变量X，以步骤二中各单菌落的产酸能力水平作为因变量Y，利用支持向量机方法确定平均光谱与产酸能力水平的对应关系F _产酸 ，得到醋酸菌产酸能力的鉴别模型Y=F _产酸 (X)，其中Y的取值可以为1、2、3，Y值为1时代表醋酸菌的产酸能力强，Y值为2时代表醋酸菌的产酸能力中，Y值为3时代表醋酸菌的产酸能力弱。

所述步骤四待测醋酸菌高光谱图像信息的采集包含以下过程：

① 配制与步骤一中配方完全一致的鉴别性培养基并置于培养皿中；

② 将待测醋酸菌接种于培养皿内的鉴别性培养基上，置于37℃的培养箱中培养48 h，得到待测醋酸菌的单菌落；

③ 将培养皿置于高光谱成像系统中进行高光谱图像采集，得到待测醋酸菌的高光谱图像信息

所述步骤五待测醋酸菌产酸能力的鉴别包含以下过程：

① 对步骤四中得到的待测醋酸菌的高光谱图像信息，将高光谱图像中能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号；

② 对步骤四中得到的待测醋酸菌的高光谱图像信息，按照编号顺序分别提取高光谱图像中各单菌落所在区域内的平均光谱，即分别提取能够使培养基变色的单菌落所在区域内的平均光谱x’；

③ 将提取到的平均光谱x’代入步骤三中建立的醋酸菌产酸能力鉴别模型Y=F _产酸 (X)，计算出待测醋酸菌的产酸能力水平为y’=F _产酸 (x’)；当y’的值为1时，表示待测醋酸菌的产酸能力强；当y’的值为2时，表示待测醋酸菌的产酸能力中；当y’的值为3时，表示待测醋酸菌的产酸能力弱。

Claims (6)

1.发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，对照组产酸菌高光谱图像信息的采集；

步骤二，对照组产酸菌产酸能力的理化检测；

步骤三，产酸菌产酸能力鉴别模型的建立；

步骤四，待测产酸菌高光谱图像信息的采集；

步骤五，待测产酸菌产酸能力的鉴别。

2.根据权利要求1所述的发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于所述对照组产酸菌高光谱图像信息的采集具体过程如下：

过程一，将添加了pH指示剂的鉴别性培养基置于培养皿中；

过程二，将对照组产酸菌接种于培养皿内的鉴别性培养基上，置于37±1℃的培养箱中培养24h~48h，得到对照组产酸菌的单菌落；

过程三，将培养皿置于高光谱成像系统中进行高光谱图像采集，得到对照组产酸菌的高光谱图像信息。

3.根据权利要求1所述的发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于所述对照组产酸菌产酸能力的理化检测具体过程如下：

过程一，针对步骤一中培养得到的对照组产酸菌单菌落，将能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号；

过程二，将已编号的单菌落分别接种至液体培养基中，置于37±1℃的培养箱中培养时间为24h~48h，培养时间与步骤一中过程二的培养时间完全一致；

过程三，采用酸碱滴定法测定各单菌落对应的培养基内的有机酸含量，并根据有机酸含量的高低将对照组产酸菌划分为产酸能力强、产酸能力中、产酸能力弱三类。

4.根据权利要求1所述的发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于所述产酸菌产酸能力鉴别模型的建立过程如下：

过程一，对步骤一中得到的对照组产酸菌的高光谱图像信息，将高光谱图像中能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号，并使得菌落的编号顺序与步骤二中过程一的编号完全一致；

过程二，对步骤一中得到的对照组产酸菌的高光谱图像信息，按照编号顺序分别提取高光谱图像中各单菌落所在区域内的平均光谱，即分别提取能够使培养基变色的单菌落所在区域内的平均光谱；

过程三，以各单菌落的平均光谱作为自变量X，以步骤二中各单菌落的产酸能力水平作为因变量Y，利用化学计量学方法确定平均光谱与产酸能力水平的对应关系F _产酸 ，得到产酸菌产酸能力的鉴别模型Y=F _产酸 (X)，其中Y的取值可以为1、2、3，Y值为1时代表产酸菌的产酸能力强，Y值为2时代表产酸菌的产酸能力中，Y值为3时代表产酸菌的产酸能力弱。

5.根据权利要求1所述的发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于所述待测产酸菌高光谱图像信息的采集具体过程如下：

过程一，配制与步骤一中配方完全一致的鉴别性培养基并置于培养皿中；

过程二，将待测产酸菌接种于培养皿内的鉴别性培养基上，置于37±1℃的培养箱中培养24h~48h，培养时间与步骤一中过程二的培养时间完全一致，得到待测产酸菌的单菌落；

过程三，将培养皿置于高光谱成像系统中进行高光谱图像采集，得到待测产酸菌的高光谱图像信息。

6.根据权利要求1所述的发酵食品产酸菌产酸能力的快速鉴别方法，其特征在于所述待测产酸菌产酸能力的鉴别具体过程如下：

过程一，针对步骤四中得到的待测产酸菌的高光谱图像信息，将高光谱图像中能够使培养基发生颜色变化的单菌落进行编号；

过程二，针对步骤四中得到的待测产酸菌的高光谱图像信息，按照编号顺序分别提取高光谱图像中各单菌落所在区域内的平均光谱，即分别提取能够使培养基变色的单菌落所在区域内的平均光谱X’；

过程三，将提取到的平均光谱X’代入步骤三中建立的产酸菌产酸能力鉴别模型，计算出待测产酸菌的产酸能力水平Y’，即Y’= F _产酸 (X’)。

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