A mathematical model was developed, based on the time dependent changes of the specific growth rate, for prediction of the typical microbial cell growth in batch cultures. This model could predict both the lag growth phase and the stationary growth phase of batch cultures, and it was tested with the batch growth of Trichoderma reesei and Lactobacillus delbrueckii.
Lee, Dong-Sun;Kim, Hwan-Ki;An, Duck-Soon;Yam, Kit L.
Preventive Nutrition and Food Science
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제16권4호
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pp.364-369
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2011
Levels of carbon dioxide gas, a metabolite of microbial growth, have been reported to parallel the onset of microbial spoilage and may be used as a convenient index for a packaged food's shelf life. This study aimed to establish a kinetic model of $CO_2$ production from perishable food for the potential use for shelf life control in the food supply chain. Aerobic bacterial count and package $CO_2$ concentration were measured during the storage of seasoned pork meat at four temperatures (0, 5, 10 and $15^{\circ}C$), and their interrelationship was investigated to establish a mathematical model. The microbial growth at constant temperature was described by using model of Baranyi and Roberts. $CO_2$ production from the stored food could be explained by taking care of its yield and maintenance factors linked to the microbial growth. By establishing the temperature dependence of the microbial growth and $CO_2$ yield factor, $CO_2$ partial pressure or concentration in package headspace could be estimated to a limited extent, which is helpful for controlling the shelf life under constant and dynamic temperature conditions. Application and efficacy of the model needs to be improved with further refinement in the model.
Kim, Won-Il;Ryu, Sang Don;Kim, Se-Ri;Kim, Hyun-Ju;Lee, Seungdon;Kim, Jinwoo
Food Science and Biotechnology
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제27권6호
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pp.1865-1869
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2018
This study examined the effects of alfalfa seed germination on growth of Salmonella enterica. We investigated the population changes of S. enterica during early sprout development. We found that the population density of S. enterica, which was inoculated on alfalfa seeds was increased during sprout development under all experimental temperatures, whereas a significant reduction was observed when S. enterica was inoculated on fully germinated sprouts. To establish a model for predicting S. enterica growth during alfalfa sprout development, the kinetic growth data under isothermal conditions were collected and evaluated based on Baranyi model as a primary model for growth data. To elucidate the influence of temperature on S. enterica growth rates, three secondary models were compared and found that the Arrhenius-type model was more suitable than others. We believe that our model can be utilized to predict S. enterica behavior in alfalfa sprout and to conduct microbial risk assessments.
Bootstrap method, a computer-intensive statistical technique to estimate the distribution of a statistic was applied to deal with uncertainty and variability of the experimental data in stochastic prediction modeling of microbial growth on a chill-stored food. Three different bootstrapping methods for the curve-fitting to the microbial count data were compared in determining the parameters of Baranyi and Roberts growth model: nonlinear regression to static version function with resampling residuals onto all the experimental microbial count data; static version regression onto mean counts at sampling times; dynamic version fitting of differential equations onto the bootstrapped mean counts. All the methods outputted almost same mean values of the parameters with difference in their distribution. Parameter search according to the dynamic form of differential equations resulted in the largest distribution of the model parameters but produced the confidence interval of the predicted microbial count close to those of nonlinear regression of static equation.
As a way to account for the variability of the primary model parameters in the secondary modeling of microbial growth, three different regression approaches were compared in determining the confidence interval of the temperature-dependent primary model parameters and the estimated microbial growth during storage: bootstrapped regression with all the individual primary model parameter values; bootstrapped regression with average values at each temperature; and simple regression with regression lines of 2.5% and 97.5% percentile values. Temperature dependences of converted parameters (log $q_o$, ${\mu}_{max}^{1/2}$, log $N_{max}$) of hypothetical initial physiological state, maximum specific growth rate, and maximum cell density in Baranyi's model were subjected to the regression by quadratic, linear, and linear function, respectively. With an advantage of extracting the primary model parameters instantaneously at any temperature by using mathematical functions, regression lines of 2.5% and 97.5% percentile values were capable of accounting for variation in experimental data of microbial growth under constant and fluctuating temperature conditions.
본 연구는 시중 유통되고 있는 새싹채소 재배용 적콜라비 종자에서 분리한 E. coli strain RC-4-D의 생장예측모델을 개발하기 위해 수행되었다. 각 온도조건(10, 15, 20, 25, $30^{\circ}C$) 별로 적콜라비 중 E. coli strain RC-4-D 밀도 변화를 조사하였고 Baranyi model을 1차 생장예측모델로 이용하였고 각 온도별로 최대생장률(${\mu}max$)과 $10^{\circ}C$를 제외한 유도기(LPD) 값을 도출하였다. E. coli strain RC-4-D의 최대생장률에 대한 2차 생장예측모델로써 suboptimal Ratkowsky square-root, suboptimal Huang square-root, suboptimal Arrhenius-type 세 종류의 모델을 비교하였다. 모델 적합성 검정 결과, suboptimal Huang square-root 모델이 정확도가 가장 높고 suboptimal Ratkowsky square-root 모델이 편차가 가장 적은 것으로 나타났다. 종합적으로, RMSE가 0.100, $A_f$가 1.255, $B_f$가 0.999인 suboptimal Ratkowsky square-root 모델이 온도의 영향을 설명하는 가장 적합한 2차 생장예측 모델인 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 모델은 적콜라비 새싹채소 생산에 있어서 E. coli의 생장을 예측하고 미생물 위해성평가를 수행하는데 활용될 것으로 기대된다.
Park, Se Won;Yang, Hee-Jong;Seo, Ji Won;Kim, Jinwon;Jeong, Su-ji;Ha, Gwangsu;Ryu, Myeong Seon;Yang, Hee Gun;Jeong, Do-Youn;Lee, Hyang Burm
한국균학회지
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제49권4호
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pp.441-454
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2021
Fungal diseases including anthracnose, stem rot, blight, wilting, and root rot of crops are caused by phytopathogens such as Colletotrichum species, Sclerotinia sclerotiorum, Phytophthora species, and Fusarium oxysporum and F. solani which threaten the production of chili pepper. In this study, to identify biological control agents (BCAs) of phytopathogenic fungi, potentially useful Bacillus species were isolated from the field soils. We screened out five Bacillus strains with antagonistic capacity that are efficiently inhibiting the growth of phytopathogenic fungi. Bacillus species were characterized by the production of extracellular enzymes, siderophores, and indole-3-acetic acid (IAA). Furthermore, the influence of bacterial strains on the plant growth promoting activity and seedling vigor index were assessed using Brassica juncea as a model plant. Inoculation with Bacillus subtilis SRCM 121379 significantly increased the length of B. juncea shoots and roots by 45.6% and 52.0%, respectively. Among the bacterial isolates, Bacillus subtilis SRCM 121379 showed the superior enzyme activities, antagonistic capacity and plant growth promoting effects. Based on the experimental results, Bacillus subtilis SRCM 121379 (GenBank accession no. NR027552) was finally selected as a BCA candidate.
Kim, So-Jung;An, Duck-Soon;Lee, Hyuek-Jae;Lee, Dong-Sun
Preventive Nutrition and Food Science
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제13권4호
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pp.348-353
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2008
Aerobic bacterial growth on Korean pan.fried meat patties as a primary quality deterioration factor was modeled as a function of temperature to estimate microbial spoilage on a real.time basis under dynamic storage conditions. Bacteria counts in the stretch.wrapped foods held at constant temperatures of 0, 5, 10 and $15^{\circ}C$ were measured throughout storage. The bootstrapping method was applied to generate many resampled data sets of mean microbial counts, which were then used to estimate the parameters of the microbial growth model of Baranyi & Roberts in the form of differential equations. The temperature functions of the primary model parameters were set up with confidence limits. Incorporating the temperature dependent parameters into the differential equations of bacterial growth could produce predictions closely representing the experimental data under constant and fluctuating temperature conditions.
본 연구는 신선편이 식품에서 오염 가능성이 있는 병원성 식중독 균 E. coli O157:H7에 대해 파프리카에서 성장 예측 모델을 적용하고, 본 연구에서 개발된 성장 예측 모델을 내부 검증하였다. 이를 비교하여 신선편이 식품을 안전하게 관리하기 위한 적절한 모델을 제시하고자 하였다. 파프리카에 E. coli O157:H7접종하여 온도에 따라 12, 24, 30, $36^{\circ}C$에 보관하여 성장을 측정하였다. Gompertz 식을 이용하여 온도에 따른 성장곡선을 그리고 LT와 SGR을 산출하였다. 산출된 LT와 SGR은 각각 Davey model와 squareroot model를 이용하여 2차 모델을 개발하였다. 개발된 2차 모델에 대하여 LT와 SGR model의 $R^2$값은 각각 0.999, 0.994로 1에 근접하는 높은 적합성을 보였다. 또한 내부 검정 결과 LT와 SGR model의 Bf 값은 각각 1.01, 0.89, LT model은 안전하게 SGR model 위험하게 예측되었다. 파프리카의 LT와 SGR의 상대적인 오차 값은 모두 허용 가능한 오차 범위에 포함 되었다. 따라서 개발된 모델을 이용하여 온도에 따른 E. coli O157:H7성장을 추정할 수 있으며, 이를 위해평가 자료로 활용할 수 있을 것으로 보인다.
Growth of Bacillus cereus was assessed during the storage of seasoned soybean sprouts at 0,5, 10, and $15^{\circ}C$. No lag time in its growth curve was observed and thus the specific growth rate of B. cereus in the exponential growth phase was estimated for bootstrapped microbial count data. The distribution of the specific growth rate could be explained by the BetaGeneral distribution function, and temperature dependence was described by the Ratkowsky square root model. The temperature dependence of the growth could be successfully incorporated into the differential equation of microbial growth to predict the B. cereus count on the seasoned soybean sprouts under fluctuating temperature conditions. Safe shelf lives with different probabilities to reach $10^5\;CFU/g$ were presented at four different temperatures, considering the variation in initial contamination and specific growth rate by the Monte Carlo method and 2-step bootstrapping, respectively. Safe shelf lives defined as the time with a probability of less than 0.1% of reaching the critical limit, were 13.4, 5.2, 3.6, and 2.8 days at 0, 5, 10, and $15^{\circ}C$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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