微生物預(yù)測預(yù)報-全文預(yù)覽
【正文】 年英國農(nóng)業(yè)漁業(yè)和食品部門在一個協(xié)調(diào)計劃中收集特定致病菌生長數(shù)據(jù)，從而建立起一個商業(yè)化預(yù)測模型，被稱為Food MicroModel。這些預(yù)測軟件針對不同地域、不同來源的產(chǎn)品，以特定腐敗菌的生長模型為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)庫，開發(fā)合適的環(huán)境因子采集裝置，最終形成界面友好的專家系統(tǒng)預(yù)測產(chǎn)品的貨架期。SSP是一個既包含動力學(xué)模型又包含實驗性相對腐敗速率模型的綜合模型，這個綜合模型可對貨架期進(jìn)行預(yù)測。PMP是預(yù)測微生物學(xué)發(fā)展過程中的一次飛躍，是應(yīng)用最廣的病原菌生長模型，使用時輸入溫度、pH、Aw、添加劑等微生物生長影響因子和初始菌數(shù)，就可以得到微生物生長的重要參數(shù)延滯期和代時以及生長曲線和生長數(shù)據(jù)。但從預(yù)測的準(zhǔn)確性上看，后者具有更好的準(zhǔn)確性，因此，為得到更好的預(yù)測結(jié)果，可更多的采用響應(yīng)面來進(jìn)行模型構(gòu)建。在延滯期和最大生長速率相互獨(dú)立的前提下，離散二次方程和立體模型被用作延滯期和最大生長速率的預(yù)測。平方根模型使用簡單，參數(shù)單一，能夠很好的預(yù)測單因素下微生物的生長情況。方程（1）描述了微生物隨時間的變化，方程（2）描述了微生物生理學(xué)階段即生長延滯期。（3）Baranyi amp。Logistic 模型的表述為：y＝A /{1+exp[4μm(λt)/A+2]}；其中，y ：微生物在時間t 時相對菌數(shù)的常用對數(shù)值,即logNt/N0；A ：相對最大菌濃度, 即logNmax/N0；μm：表示生長速率； λ ：遲滯期。目前世界上已開發(fā)的預(yù)測軟件多達(dá)十幾種，其中以美國農(nóng)業(yè)部開發(fā)的病原菌模型程序PMP（Pathogen Modeling Program）、加拿大開發(fā)的微生物動態(tài)專家系統(tǒng)MKES（Microbial Kinetics Expert System），以及英國農(nóng)糧漁部開發(fā)的食品微生物模型FM（Food Micromode）最為著名。Gompertz模型是1990年代初期應(yīng)用最普遍的S型曲線。從縱向水平上看，通常根據(jù)Whiting和Buchanan的分類方法，將每個預(yù)測模型分為3個不同層次的模型水平，即一級模型、二級模型和三級模型。國內(nèi)也不斷有新的模型建立，用以控制各類食品。雖然預(yù)測微生物學(xué)創(chuàng)始之初，一些食品微生物學(xué)家和食品工藝學(xué)家認(rèn)為微生物預(yù)測不夠準(zhǔn)確可靠，但經(jīng)實驗證明預(yù)測微生物的模型誤差不大于微生物實驗所帶來的誤差，這使預(yù)測模型在食品工業(yè)和食品監(jiān)控領(lǐng)域獲得了信任。1983年，報道了一個30人的食品微生物學(xué)家小組，應(yīng)用直觀預(yù)測的Delphi工藝[5]，用計算機(jī)預(yù)測了食品貨架期，開發(fā)了腐敗菌生長的數(shù)據(jù)庫的成果，從此揭開了預(yù)測微生物學(xué)序幕。其目的是通過計算機(jī)和配套軟件應(yīng)用于食品工業(yè)，增加理解微生物與食品之間的復(fù)雜關(guān)系，在不進(jìn)行微生物檢測的條件下快速對產(chǎn)品安全性和貨架期進(jìn)行預(yù)測，實現(xiàn)從原料、加工到產(chǎn)品的貯存、銷售整個體系的計算機(jī)智能化管理和監(jiān)控，保證食品的安全。然而，在我國，由于冷鏈系統(tǒng)不完善，控制系統(tǒng)的變化或失敗使微生物的出現(xiàn)或重新出現(xiàn)，會導(dǎo)致微生物的大量繁殖。然而這種方法耗時長，加之新型食品的生產(chǎn)量日益增加，無法完全通過實驗室的工作來評估每一種產(chǎn)品中可能發(fā)生的和潛在的食品病原微生物情況。微生物的預(yù)測預(yù)報在食品工業(yè)中，無論是產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝還是安全控制，微生物因素都是一個不容忽視的重要因素。第二種方法是采用問題試驗(challenge test)：主要是通過將一定量的病原微生物接種到食品中，在食品保存過程中通過連續(xù)取樣來檢測微生物的生長或衰退情況，以評估食品病原微生物的生長和產(chǎn)生毒素的風(fēng)險或?qū)ψ罱K產(chǎn)品進(jìn)行檢驗。對于肉類工業(yè)，傳統(tǒng)的方法是對樣品進(jìn)行檢驗，然而這種檢驗不能保證總體消費(fèi)的安全性，原料肉中有各種各樣的微生物，生產(chǎn)中采取措施可以控制和減少微生物的種類和生長。它的發(fā)展方向是研究和設(shè)計一系列能描述和預(yù)測微生物在特定條件下生長和衰亡的模型。19世紀(jì)80年代，現(xiàn)代信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為預(yù)測微生物學(xué)的建模提供了先進(jìn)的技術(shù)支持，80年代初，“微生物預(yù)報技術(shù)”這一概念。此后預(yù)測微生物學(xué)得到迅猛發(fā)展，它的巨大潛力吸引了研究者的巨大的興趣和資金，現(xiàn)在已成為食品微生物領(lǐng)域最活躍的研究方向之一[7]。目前，國內(nèi)外對預(yù)測食品微生物學(xué)的研究工作非常關(guān)注，美國、英國、澳大利亞、丹麥等國家致力于微生物預(yù)報軟件的開發(fā)，能夠?qū)κ称坟浖芷谶M(jìn)行有效的預(yù)側(cè)和致病菌風(fēng)險評。其中動力學(xué)模型可用于表征不同環(huán)境條件下微生物生長特性隨時間的變化規(guī)律，主要用于食品品質(zhì)預(yù)測；概率模型屬于典型的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，它是在特定的環(huán)境條件下來表征微生物生長及其產(chǎn)毒的概率，用于分析食品中致病菌出現(xiàn)的概率，從而評估食品在生產(chǎn)、貯藏及消費(fèi)過程中的安全性。初級模型主要包括：Gompertz函數(shù)、對數(shù)方程(Logistic function)等。三級模型主要指建立在一級和二級模型之上的電腦應(yīng)用軟件程序。圖1 微生物預(yù)測數(shù)學(xué)模型分類表1 微生物生長預(yù)測模型一級模型Primary models二級模型Secondary models三級模型Teriary modelsGompertz functionSquare root modelsPathogen Modeling ProgrammeLogistic modelArrhenius modelGrowth PredictorBaranyi modelArrhenius modelPseudomonas PredictorRosso modelResponse surface modelsComBaseMonod modelγmodelsSym’PreviusD value of inactivationZ modelsSeafood Spoilage and Safety Predictor3 微生物預(yù)
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