食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，包括以下步驟：采集對照菌群的高光譜圖像；理化檢測對照菌群結構；建立菌落種屬鑒別模型；采集待測菌群的高光譜圖像；快速檢測待測菌群結構；定量檢測待測菌群穩定性。根據對照菌群對應的各單菌落的高光譜圖像信息X，以及采用理化檢測方法鑒定得到的對照菌群對應的各單菌落的種屬信息Y，通過化學計量學方法得到單菌落的種屬鑒別模型Y=F種屬(X)。通過獲取待測菌群對應的各單菌落的高光譜圖像信息X’，將其代入單菌落的種屬鑒別模型Y=F種屬(X)即可計算出待測菌群的結構及穩定性。本發明提出的方案具有檢測過程簡單、檢測周期短的特點。
【專利說明】食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微生物檢測【技術領域】，尤其涉及一種利用高光譜圖像技術檢測食品批量發酵過程中菌群結構及穩定性的方法。
【背景技術】
[0002]發酵食品是人類利用有益微生物與原料的相互作用而生產的一類食品，常見的發酵食品主要有谷物發酵制品、豆類發酵制品和乳類發酵制品。在食品發酵過程中，微生物菌群利用發酵原料(基質)中的營養并產生特定的代謝產物，而微生物菌群的代謝產物直接決定了發酵食品的營養、風味、口感及安全性。由于微生物菌群極易受到污染，因此在食品批量發酵過程中定量檢測菌群結構及其穩定性對確保發酵食品的質量與安全至關重要。
[0003]現有的微生物菌群檢測方法主要有基于菌落形態特征的檢測方法、基于菌懸液光譜特征的檢測方法和基于微生物分子生物學特征的檢測方法三大類。基于菌落形態特征檢測菌群結構的相關專利有“微生物菌群結構的快速定性與定量方法及其在中國白酒生產中的應用”(申請號:201210455542.9);該方法分別利用酵母、細菌、霉菌的鑒別培養基分離微生物菌群中的酵母、細菌和霉菌，然后根據酵母、細菌和霉菌在各自的鑒別培養基上的形態特征來鑒別微生物的種屬，從而得到微生物菌群的結構。該方法僅給出了若干種微生物的一幅菌落形態特征圖，有的菌落形態特征圖非常相似，加上缺乏具體的形態特征參數對菌落的形態特征進行描述，所以該方法難以應用于微生物菌群結構及穩定性的定量檢測。
[0004]基于菌懸液光譜特征檢測微生物菌群的相關專利有“大腸菌群近紅外光譜快速檢測技術”(申請號:200610048468.3);該方法首先取一定體積的液體試樣置于50ml的燒杯，用紅外光譜儀獲取試樣的光譜特征并對其中的大腸菌群進行分析。由于該方法利用紅外光譜儀獲取的是試樣液體中所有成分的光譜信息，表征的主要是溶液中蛋白質、脂肪等生物分子的特征，難以對試樣溶液內大腸菌群的結構及穩定性進行檢測。
[0005]基于微生物分子生物學特征檢測微生物菌群的相關專利有“一種快捷有效的窖泥古菌群分析方法”(申請號:201210435362.4)、“一種檢測傳統豆醬發酵過程中真菌多樣性的方法”(申請號:201210065532.4)等。該類方法主要利用分子生物學技術獲取微生物菌群的DNA信息，利用不同種屬的微生物對應的DNA信息不同的特點，對微生物的菌群進行檢測。該方法能夠準確的鑒別出微生物菌群中微生物的種屬，但是難以檢測某一種屬微生物的具體數量；同時微生物菌群DNA信息的檢測過程非常復雜、所需的儀器和試劑均比較昂貴，所以分子生物學方法也難以快速定量檢測批量發酵過程中菌群結構及其穩定性。
[0006]鑒于此，本發明提出一種食品批量發酵過程中菌群結構及穩定性的定量檢測方法以解決上述問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供食品批量發酵過程中菌群結構及穩定性的定量檢測方法，以實現微生物菌群結構及穩定性的定量檢測。[0008]為了解決以上技術問題，本發明利用高光譜圖像技術以定量檢測食品批量發酵過程中菌群的結構及穩定性。利用不同種屬的微生物對應的高光譜圖像信息不同，通過表征菌群中各種屬微生物的高光譜圖像信息的差異，定量檢測菌群的結構；通過比較不同發酵批次中菌群的結構差異，定量檢測食品批量發酵過程中菌群結構的穩定性。具體技術方案如下:
[0009]食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于包括以下步驟:
[0010]步驟一，采集對照菌群的高光譜圖像；
[0011]步驟二，理化檢測對照菌群結構；
[0012]步驟三，建立菌落種屬鑒別模型； [0013]步驟四，采集待測菌群的高光譜圖像；
[0014]步驟五，快速檢測待測菌群結構；
[0015]步驟六，定量檢測待測菌群穩定性。
[0016]所述步驟一采集對照菌群的高光譜圖像過程如下:
[0017]過程一，配制培養對照菌群所需的培養基，并置于培養皿中；
[0018]過程二，將對照菌群接種于所述培養基上，置于37土 TC的培養箱中培養24h~48h，得到對照菌群中各種屬微生物的單菌落；
[0019]過程三，將所述培養皿置于高光譜成像系統中進行高光譜圖像采集，得到對照菌群中各單菌落的高光譜圖像信息。
[0020]所述步驟二中理化檢測對照菌群結構的過程如下:
[0021]過程一，針對步驟一中培養皿中的對照菌群的單菌落，培養皿中共有n個單菌落，對培養皿內的n個單菌落逐一進行編號；n大于等于I ;
[0022]過程二，按照所述編號的順序采用理化檢測方法逐一鑒定各單菌落的種屬名稱，鑒別出步驟一中培養皿上n個單菌落的種屬名稱記為Ytli, i=l, 2,......n。
[0023]所述步驟三中建立單菌落的種屬的鑒別模型過程如下:
[0024]過程一，對步驟一中得到的對照菌群中n個單菌落的高光譜圖像信息，按照步驟二過程一中的編號規則對高光譜圖像中的單菌落進行編號，并使得菌落的編號順序與步驟二中過程一的編號完全一致；
[0025]過程二，對步驟一中得到的對照菌群中n個單菌落的高光譜圖像信息，按照編號順序分別提取高光譜圖像中各單菌落所在區域內的平均光譜Xi, i=l, 2，……，n ；
[0026]過程三，以各單菌落的平均光譜作為自變量Xi,以步驟二中各單菌落的種屬名稱作為因變量Ytli，利用化學計量學方法確定平均光譜與單菌落的種屬之間的對應關系Fwa,得到單菌落的種屬鑒別模型Y=Fwa⑴。
[0027]所述步驟四采集待測菌群的高光譜圖像的過程如下:
[0028]過程一，配制與步驟一中配方完全一致的培養基并置于培養皿中；
[0029]過程二，將待測菌群接種于培養基上，置于37± 1°C的培養箱中培養24h~48h，培養時間與步驟一中過程二的培養時間完全一致，得到待測菌群對應的m個單菌落;m大于等于I ;
[0030]過程三，將培養皿置于高光譜成像系統中進行高光譜圖像采集，得到待測菌群對應的高光譜圖像信息。
[0031]所述步驟五中快速檢測待測菌群結構的過程如下:
[0032]過程一，針對步驟四得到的待測菌群對應的高光譜圖像信息，逐一提取高光譜圖像中m個菌落所在區域內的平均光譜X’ i，i=l, 2，……，m ；
[0033]過程二，將提取到的各菌落的平均光譜X’ i代入步驟三中建立的單菌落的種屬鑒另Ij模型Y=F種屬(X)，得到待測菌群中各單菌落的種屬名稱YQi’，即YQi’ =Fwm (X’ J ；
[0034]過程三，根據各單菌落的種屬名稱YQi’，i=l，2，……，m，將YQi’中種屬名稱相同的單菌落歸為一類，從而得到待測菌落中微生物的種類數；計算每一類微生物的單菌落占總菌落數的比例，從而得到每一類微生物在待測菌群中占的比例；待測菌落中微生物的種類數和各類微生物在待測菌群中占的比例即為待測菌群的結構信息。
[0035]所述步驟六中定量檢測待測菌群穩定性的過程如下:
[0036]過程一，取食品N發酵批次中的菌群作為待測菌群，執行步驟四和步驟五，得到N發酵批次中的菌群作為待測菌群的結構Y1/、Y2i’、……、YN_n’、YNi’;N大于等于2，i=l，2^-…，m ;
[0037]過程二，根據不同發酵批次中的菌群作為待測菌群的結構信息，以對照菌群的結構信息為標準，計算上述待測菌群在微生物種屬和數量上的增減情況，進而實現食品批量發酵過程中菌群穩定性的定量檢測。
[0038]本發明具有有益效果:高光譜圖像技術在樣品信息的獲取方面具有獨特的優勢，不僅能獲取待測樣品整個表面區域的圖像信息，又能獲取樣品表面不同區域的光譜信息。本發明將微生物菌群接種于培養基上獲得其單菌落，利用高光譜圖像技術同時獲取培養皿內所有菌落的高光譜圖像信息，提取各單菌落所在區域內的平均光譜代入已建立的菌落種屬鑒別模型，即可快速的鑒別各菌`落的種屬名稱，從而計算出食品批量發酵過程中菌群的結構及其穩定性。雖然在建立菌落種屬鑒別模型的過程中需要采用理化方法鑒別菌落的種屬名稱，但是在菌落種屬鑒別模型建立好了以后，僅需要獲取待測菌落的高光譜圖像信息結合菌落種屬鑒別模型即可快速的計算出菌落的種屬名稱。因此，本發明提出利用高光譜圖像技術以定量檢測食品批量發酵過程中菌群結構及穩定性方案具有檢測過程簡單、檢測周期短的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0040]以下將結合附圖所示的各實施方式對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0041]以定量檢測香醋固態發酵過程中菌群的結構及穩定性為例子，詳細闡述本發明的【具體實施方式】。
[0042]所述一種利用高光譜圖像技術定量檢測香醋固態發酵過程中菌群結構及穩定性的方法包括以下六個步驟:[0043]步驟一，對照菌群的高光譜圖像采集；
[0044]步驟二，對照菌群結構的理化檢測；
[0045]步驟三，菌落種屬鑒別模型的建立；
[0046]步驟四，待測菌群的高光譜圖像采集；
[0047]步驟五，待測菌群結構的快速檢測；
[0048]步驟六，待測菌群穩定性的定量檢測；
[0049]所述步驟一對照菌群的高光譜圖像采集包括以下過程:
[0050]過程一，配制培養對照菌群所需的培養基，培養基的具體配方為葡萄糖1%，酵母膏1%，蛋白胨0.3%，瓊脂2%，無水乙醇6% ;將配制好的培養基置于5個培養皿中；
[0051]過程二，為了讓對照菌群具有很好的代表性，在發酵產物質量好的情況下分3次取發酵基質中的菌群作為對照菌群，并接種于培養基上，置于37°C的培養箱中培養48h，得到對照菌群中各種屬微生物的單菌落，共60個；
[0052]過程三，將培養皿置于高光譜成像系統中進行高光譜圖像采集，得到對照菌群中各單菌落的高光譜圖像信息；
[0053]所述步驟二對照菌群結構的理化檢測包括以下過程:
[0054]過程一,針對步驟一培養皿中的對照菌群單菌落,培養皿中共有60個單菌落，對培養皿內的60個單菌落逐一 進行編號；
[0055]過程二，采用DNA序列測序技術，按照編號逐一鑒定各單菌落的種屬名稱，鑒別出步驟一中培養皿上60個單菌落來源于5個屬，分別為醋酸菌屬、乳酸菌屬、酵母菌屬、芽孢桿囷屬和霉囷屬；
[0056]所述步驟三菌落種屬鑒別模型的建立包括以下過程:
[0057]過程一，對步驟一中得到的對照菌群中60個單菌落的高光譜圖像信息，按照步驟二過程一中的編號規則對高光譜圖像中的單菌落進行編號，并使得菌落的編號順序與步驟二中過程一的編號完全一致；
[0058]過程二，對步驟一中得到的對照菌群中60個單菌落的高光譜圖像信息，按照編號順序分別提取高光譜圖像中各單菌落所在區域內的平均光譜Xi (i=l, 2，……，60)；
[0059]過程三，以各單菌落的平均光譜作為自變量Xi (i=l, 2，……，60)，以步驟二中各單菌落的種屬名稱作為因變量YtliQ=I, 2，……，60)，Y0i的取值為1、2、3、4、和5 ；Y0i的值為I時表示菌落的名稱為醋酸菌屬Jtli的值為2時表示菌落的名稱為乳酸菌屬Jtli的值為3時表示菌落的名稱為酵母菌屬Jtli的值為4時表示菌落的名稱為芽孢桿菌屬Jtli的值為5時表示菌落的名稱為霉菌屬；利用化學計量學方法確定平均光譜與單菌落的種屬之間的對應關系Fwa，得到單菌落的種屬的鑒別模型Y=Fwa⑴；
[0060]所述步驟四待測菌群的高光譜圖像采集包括以下過程:
[0061]過程一，配制與步驟一中配方完全一致的培養基并置于培養皿中；
[0062]過程二，將待測菌群接種于培養基上，置于37°C的培養箱中培養48h，得到待測菌群對應的40個單菌落；
[0063]過程三，將培養皿置于高光譜成像系統中進行高光譜圖像采集，得到待測菌群對應的高光譜圖像信息；
[0064]所述步驟五待測菌群結構的快速檢測包括以下過程:[0065]過程一，針對步驟四得到的待測菌群對應的高光譜圖像信息，逐一提取高光譜圖像中40個菌落所在區域內的平均光譜X’ i(i=l，2，……，40)；
[0066]過程二，將提取到的各菌落的平均光譜X%(i=l，2，……，40)代入步驟三中建立的單菌落的種屬鑒別模型Y=Fwa (X)，得到待測菌群中各單菌落的種屬名稱Y/，即Ytli’ =Fwa(X，)，(i=l,2,……,40)；
[0067]過程三，根據各單菌落的種屬名稱YQi’ (i=l,2,……，40)，將YQi’中種屬名稱相同的單菌落歸為一類，從而得到待測菌落中微生物的種類數為5，分別為醋酸菌屬、乳酸菌屬、酵母菌屬、芽孢桿菌屬和霉菌屬；其中15個菌落為醋酸菌屬、12個菌落為乳酸菌屬、7個菌落為酵母菌屬、5個菌落為芽孢桿菌屬、I個菌落為霉菌屬；得到待測菌群的結構信息醋酸菌屬占37.5%、乳酸菌屬占30%、酵母菌屬占17.5%、芽孢桿菌屬占12.5%、霉菌屬占2.5%。
[0068]所述步驟六待測菌群穩定性的定量檢測包括以下過程:
[0069]過程一，取食醋3發酵批次中的菌群作為待測菌群，執行步驟四和步驟五，得到食醋3發酵批次中菌群的結構Yli’ (i=l,2,……，j)、Y2i’ (i=l,2,……，k)、Y3i’ (i=l,2,……，h)，其中j、k、h為食醋3發酵批次中菌群的單菌落數；得到食醋3發酵批次中菌群的結構信息如表1所示。
[0070]表1食醋3發酵批次的菌群結構
[0071]
【權利要求】
1.食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，采集對照菌群的高光譜圖像； 步驟二，理化檢測對照菌群結構； 步驟三，建立菌落種屬鑒別模型； 步驟四，采集待測菌群的高光譜圖像； 步驟五，快速檢測待測菌群結構； 步驟六，定量檢測待測菌群穩定性。
2.如權利要求1所述的食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于所述步驟一采集對照菌群的高光譜圖像過程如下: 過程一，配制培養對 照菌群所需的培養基，并置于培養皿中； 過程二，將對照菌群接種于所述培養基上，置于37土 1°C的培養箱中培養24tT48h，得到對照菌群中各種屬微生物的單菌落； 過程三，將所述培養皿置于高光譜成像系統中進行高光譜圖像采集，得到對照菌群中各單菌落的高光譜圖像信息。
3.如權利要求1所述的食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于所述步驟二中理化檢測對照菌群結構的過程如下: 過程一，針對步驟一中培養皿中的對照菌群的單菌落，培養皿中共有n個單菌落，對培養皿內的n個單菌落逐一進行編號；n大于等于I ; 過程二，按照所述編號的順序采用理化檢測方法逐一鑒定各單菌落的種屬名稱，鑒別出步驟一中培養皿上n個單菌落的種屬名稱記為，i=l, 2，......n。
4.如權利要求1所述的食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于所述步驟三中建立單菌落的種屬的鑒別模型過程如下: 過程一，對步驟一中得到的對照菌群中n個單菌落的高光譜圖像信息，按照步驟二過程一中的編號規則對高光譜圖像中的單菌落進行編號，并使得菌落的編號順序與步驟二中過程一的編號完全一致； 過程二，對步驟一中得到的對照菌群中n個單菌落的高光譜圖像信息，按照編號順序分別提取高光譜圖像中各單菌落所在區域內的平均光譜Xi, i=l，2，……，n; 過程三，以各單菌落的平均光譜作為自變量Xi,以步驟二中各單菌落的種屬名稱作為因變量匕.，利用化學計量學方法確定平均光譜與單菌落的種屬之間的對應關系Awa，得到單菌落的種屬鑒別模型(X)。
5.如權利要求1所述的食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于所述步驟四采集待測菌群的高光譜圖像的過程如下: 過程一，配制與步驟一中配方完全一致的培養基并置于培養皿中； 過程二，將待測菌群接種于培養基上，置于37土 rc的培養箱中培養24tT48h，培養時間與步驟一中過程二的培養時間完全一致，得到待測菌群對應的m個單菌落仰大于等于I ; 過程三，將培養皿置于高光譜成像系統中進行高光譜圖像采集，得到待測菌群對應的高光譜圖像信息。
6.如權利要求1所述的食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于所述步驟五中快速檢測待測菌群結構的過程如下: 過程一，針對步驟四得到的待測菌群對應的高光譜圖像信息，逐一提取高光譜圖像中m個菌落所在區域內的平均光譜X’ i，i=l, 2，……，m; 過程二，將提取到的各菌落的平均光譜X’，代入步驟三中建立的單菌落的種屬鑒別模型(Z)，得到待測菌群中各單菌落的種屬名稱Ytl/，即Ytl/ = Fnm (X’ J ； 過程三，根據各單菌落的種屬名稱Ytl/, i=l, 2，……，m，將Ytl/中種屬名稱相同的單菌落歸為一類，從而得到待測菌落中微生物的種類數；計算每一類微生物的單菌落占總菌落數的比例，從而得到每一類微生物在待測菌群中占的比例；待測菌落中微生物的種類數和各類微生物在待測菌群中占的比例即為待測菌群的結構信息。
7.如權利要求1所述的食品批量發酵過程中菌群結構穩定性的定量檢測方法，其特征在于所述步驟六中定量檢測待測菌群穩定性的過程如下: 過程一，取食品N發酵批次中的菌群作為待測菌群，執行步驟四和步驟五，得到N發酵批次中的菌群作為待測菌群的結構Yli^Y2i'……'Yh/'Y,/; N大于等于2，i=l, 2，......,m ； 過程二，根據不同發酵批次中的菌群作為待測菌群的結構信息，以對照菌群的結構信息為標準，計算上述待測菌群在微生物種屬和數量上的增減情況，進而實現食品批量發酵過程中菌群穩定性的定量檢測。
【文檔編號】G01N21/84GK103616383SQ201310636340
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】鄒小波, 朱瑤迪, 石吉勇, 趙杰文, 黃曉瑋, 李志華 申請人:江蘇大學
專業數控銑床產品供應商
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