预测食品微生物学模型：保障肉类微生物安全的法宝

预测食品微生物学是一个将微生物学、数学和统计学结合在一起的研究领域，通过建立一些数学模型预测微生物在不同环境条件下的生长，死亡情况。其背后的基本思想是微生物群体对环境因素（例如pH，水分活度，温度，气体环境）的响应是可重复的。根据影响微生物生长和生存的那些因素来描述环境，预测微生物在其它相似环境中的反应。将这些因素与微生物的群体行为（如生长速率、失活速率或毒素产生）结合，建立数学模型，就产生了预测食品微生物学。

在食品微生物生长的预测模型当中，可以将模型分为初级模型、二级模型以及三级模型。这三个模型可以解决的问题分别是：初级模型能够了解微生物的生长是否与时间产生一定的关系；二级模型能够了解微生物在不同环境下的行为动力；三级模型也就是研究者根据微生物的行为来建立相应的计算机软件程序。

（一）初级预测模型

描述细菌生长通常以lg（CFU/ml）为变量，以时间为自变量（以天数为单位）建立函数关系。当条件对细菌有利时，它将是一个生长模型，而在应激条件下为一个失活模型。在这个透视图中使用的典型模型是 “S形增长曲线”“Gompertz模型”以及“Baranyi和Roberts模型”。研究者通过初级预测模型，可以直接反映出微生物的数量与时间之间的关系，也就是微生物的响应程度。

（二）二级预测模型

二级预测模型描述了内在（pH、A_w等）和外在（温度、气体组成）因素对食品基质中微生物生长的影响。典型的二次模型是Arrhenius模型（将生长速率与环境温度联系的相关经验表达式）、平方根（或Belehradek）模型、响应面（或多项式）模型（纯黑盒模型）。研究者通过二级预测模型，可以反映出初级模型的相应结果与不同环境之间的关系。

（三）三级预测模型

研究者通过三级预测模型，可以将初级与二级预测模型的相关参数转变为一种特定的计算机共享软件，可以说是一种计算机程序。这一程序的功能主要有以下几点：①能够在不同环境变量的条件下对微生物的响应做出预测；②能够在各个环境之下了解微生物生长的影响因素，然后将其进行对比；③能够在相同的环境之下，辨别出不同的微生物等。总而言之，通过这些计算机程序可以很快计算出微生物的相应行为与不同环境之间的关系，并能够将其影响因素进行对比。

过去，食品微生物学专家依靠一定的规则和个人经验来进行新产品的开发和微生物风险管理。而仅仅依靠简单规则和经验来解决目前所遇到的各种复杂问题，有很大的局限性，特别是在加工过程和产品配方中几种因素相互影响时。传统方法是通过挑战性试验或微生物学试验来决定对微生物的控制措施。这些方法花费大，时间长，需要进行反复实验，才能做出决定。而预测微生物学模型则克服了这些缺点，能更客观，更快速，更准确地做出预测，且能节省大量资金。因此，预测微生物学是食品安全质量管理和食品生产加工中微生物控制的有力工具。

1. 在良好操作规范（GMP）中的应用(www.xing528.com)

20世纪80年代中期，新西兰肉品工业研究所（MIRINZ）的工作者们建立了一种温度函数积分模型（TFI模型）。通过对微生物生长参数和温度进行积分，测定肉冷却过程中大肠杆菌的潜在增殖（唐佳妮等，2010）。在屠宰后肉的冷却过程中，有两个冷却阶段，要求深层肉的温度在24h内降到7℃。根据TFI模型，计算并比较了5个不同处理过程中大肠杆菌在肉表面的潜在生长程度。结果表明，第一阶段采用10℃，18h冷却方法，大肠杆菌生长最少，为7.6代。以此为依据，新西兰肉品工业研究所对屠宰后肉的处理标准进行了规范，以保证屠宰肉的微生物安全性。

2. 在HACCP中的应用

危害分析与关键控制点（HACCP）是为了确保食品的安全而实行的一项质量管理体系（刘超群等，2009）。通过对食品加工过程中各个步骤可能产生的危害进行分析，确定关键控制点并制定关键限值，并对整个生产过程进行监控，以确保食品的安全。

在相关条件已知的情况下，预测模型可以确定某个食品工艺步骤能否导致有关微生物的生长或繁殖以及其生长或繁殖程度，由此可以定量地评估该工艺过程对该食品安全的影响程度，并建立该食品生产过程的关键控制点，确定其关键限值。20世纪90年代中期，澳大利亚肉品工业以预测微生物学为依据，制定了一系列肉制品在加工、运输、销售、零售以及贮存的标准，作为其HACCP体系的管理标准（刘琳，2009）。

3. 在风险分析中的应用

预测微生物学是暴露评估的一个有用工具。通过建立数学模型描述不同环境下微生物的生长、存活及失活的变化，从而对致病菌在整个暴露过程中的变化进行预测，并最终估计出各个阶段及食品食用时致病菌的浓度水平，然后将这一结果输入剂量-反应模型，即可得出该致病菌在消费食品中的分布及消费者的摄入剂量，再由风险描述将这些定量、定性的信息综合到一起，即可得出某种食品安全性的一个评价（陈星等，2009）。

4. 预测食品的货架期

微生物是导致食品腐败的主要因素。因此，微生物的生长繁殖情况直接影响了食品的货架期。预测微生物学模型定量描述了食品中特定腐败微生物的潜在的生长繁殖，为合理地监控食品在贮存、销售和零售期间的管理提供了充分的依据。