預測微生物學(xué)

　　預測微生物學(xué)（Predictive Microbiology）是一門(mén)結合微生物學(xué)、化學(xué)、數學(xué)、統計學(xué)和應用計算機技術(shù)的交叉性學(xué)科，它采用數學(xué)的方法描述不同環(huán)境條件下，細菌數變化和外部環(huán)境因素之間的響應關(guān)系，并對微生物的生長(cháng)動(dòng)力學(xué)做出預測。20世紀80年代初，Ross等提出了“微生物預測技術(shù)”，從此預測微生物學(xué)誕生了。1983年，一支由30個(gè)微生物學(xué)家組成的食品小組，用計算機預測了食品的貨架期，建立了腐敗菌生長(cháng)的數據庫，正式拉開(kāi)了預測食品微生物的帷幕。預測微生物學(xué)創(chuàng )始之初，有學(xué)者認為其預測不夠精確，但試驗證明模型誤差不大于微生物試驗所帶來(lái)的誤差，使預測模型在食品工業(yè)和食品檢控領(lǐng)域獲得了信任�，F在，每年在Food Microbiology、 International Journal of Food Microbiology、Journal of Food Protection 等雜志期刊都有大量預測微生物的相關(guān)論文發(fā)表，國際上每4年還會(huì )舉辦1次食品預測微生物國際研討會(huì )。近年來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，預測微生物學(xué)得到迅猛發(fā)展。預測模型軟件的開(kāi)發(fā)和應用，為快速評估環(huán)境和食品組分對食品微生物生長(cháng)的影響，監測產(chǎn)品中微生物生長(cháng)動(dòng)態(tài)提供了便捷的平臺。

　　目前，世界上已經(jīng)開(kāi)發(fā)了十幾種微生物預測軟件，其中最著(zhù)名的是FM（Food Micromodel）、PMP（Pathogen Modeling Program）、ComBase（Combined Database）。

FM（Food Micromodel）

　　1992年英國農業(yè)、漁業(yè)和食品部（UKMAFF）基于數據庫和數學(xué)模型開(kāi)發(fā)了食品微生物模型FM。該食品微生物咨詢(xún)服務(wù)器中的20多種數學(xué)模型可以描述12種食品腐敗菌和致病菌的生長(cháng)與環(huán)境因素之間的關(guān)系，信息量大，數學(xué)模型成熟，但使用的是Gompertz模型，高估了微生物的生長(cháng)速率。

 　　英國食品研究院（IFR）在FM基礎上開(kāi)發(fā)了Growth Predictor，該軟件包含了18種病原微生物預測模型，使用的是Baranyi和Roberts模型，操作簡(jiǎn)單，使用方便，適合研究者進(jìn)行數據分析和結果參比。

PMP（Pathogen Modeling Program）

　　美國農業(yè)部開(kāi)發(fā)的病原菌模型程序PMP包括10種重要的食源性病原菌的38個(gè)預測模型。PMP不僅能通過(guò)溫度、pH、水分活度等參數預測微生物生長(cháng)狀況，而且可以利用自動(dòng)響應模型處理大多數常用防腐劑，結果具有較高的精確度，但PMP缺乏溫度波動(dòng)下的生長(cháng)和失活模型。

ComBase（Combined Database）

　　2003年5月，英、美兩國將PMP、FM和Growth Predictor整合成了一個(gè)數據庫模型—ComBase。同年7月，兩國在第四屆國際預測性食品模型會(huì )議上宣布ComBase可以免費使用，并且時(shí)刻保持更新。ComBase目前已擁有了約40489個(gè)有關(guān)微生物生長(cháng)和存活的數據檔案，是世界上最大的預測微生物學(xué)信息數據庫。ComBase 系統不僅能預測一種微生物在一種環(huán)境條件下的生長(cháng)情況，還能預測一種微生物在不同環(huán)境中的生長(cháng)情況，并且可以對這些不同情況下的生長(cháng)情況進(jìn)行比較和分析。

　　還有很多軟件，如丹麥水產(chǎn)研究學(xué)院開(kāi)發(fā)的用來(lái)預測海洋食品在恒溫或溫度波動(dòng)條件下海洋食品的貨架期和特定腐敗微生物生長(cháng)的SSSP (Seafood Spoilage and Safety Predictor software）軟件。法國農業(yè)和研究局根據食品、細菌和環(huán)境特點(diǎn)，結合致病菌污染能力和流通學(xué)數據而開(kāi)發(fā)的Sym’Previus軟件，加拿大開(kāi)發(fā)的可用于產(chǎn)品系統開(kāi)發(fā)和評估的微生物動(dòng)態(tài)專(zhuān)家系統MKES（Microbial Kinetics Expert System），澳大利亞Tasmania大學(xué)開(kāi)發(fā)的能進(jìn)行多環(huán)境因子分析系統FSP（Food Spoilage Predictor等。

 　　在我國，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所開(kāi)發(fā)了FSLP（Fish Shelf Life Predictor）系統，南京農業(yè)大學(xué)肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗室建立了冷卻豬肉微生物預測軟件。

 

　　預測微生物學(xué)的主要目的是運用數學(xué)模型對微生物生長(cháng)行進(jìn)定量分析，使得人們能夠在沒(méi)有進(jìn)行微生物檢測的前提下，預測微生物的生長(cháng)和死亡，為食品安全提供重要保障。食品預測微生物學(xué)在食品貨架期、食品安全的預測和管理中有很大的應用價(jià)值，是食品微生物學(xué)中一個(gè)很有前景的研究領(lǐng)域。

　　微生物預測模型可以在相關(guān)條件已知的情況下預測環(huán)境、加工對有關(guān)微生物的影響，定量地評估該食品安全程度，有助于在HACCP體系中建立關(guān)鍵控制點(diǎn)，確定關(guān)鍵限值。例如，知道一批產(chǎn)品在生產(chǎn)、流通、銷(xiāo)售過(guò)程中各環(huán)節的溫度及時(shí)間，就可以得到時(shí)間-溫度的函數積分。如果溫度波動(dòng)，則溫度變化會(huì )加速或減慢微生物生長(cháng)。實(shí)驗溫度和實(shí)際流通溫度對微生物生長(cháng)速率的影響相同，所以，通過(guò)微生物預測試驗，不需要進(jìn)行微生物檢測也能知道產(chǎn)品在流通中的微生物狀況。因此，預測微生物學(xué)在食品質(zhì)量管理中起到了重要作用，可用于HACCP系統的發(fā)展和維護�，F有的PFM、FM等軟件就可以定量分析不同環(huán)境對微生物的生長(cháng)、殘存的影響。使用者可以模擬一種食品環(huán)境，通過(guò)輸入相關(guān)數據（例如溫度、酸度、濕度），搜索到所有符合這些條件的數據檔案。

　　食品中生物危害分析是食品安全風(fēng)險評估的主要內容之一。進(jìn)行食品安全風(fēng)險評估需要知道食品在食用時(shí)微生物的數量，而食品中的微生物在整個(gè)暴露評估中是動(dòng)態(tài)變化的；如果無(wú)法掌握病原菌的動(dòng)態(tài)變化，就難以對危害進(jìn)行大量評估。預測微生物模型能夠為此提供幫助。歐美等國家已將數學(xué)建模描述食源性致病菌動(dòng)態(tài)生長(cháng)的方法列入食品安全風(fēng)險評估中。

　　微生物是導致禽肉腐敗變質(zhì)的主要因素，其生長(cháng)繁殖狀況直接影響產(chǎn)品貨架期。微生物模型預測食品貨架期是依據各種食品中微生物在不同加工、貯藏和流通條件下的特征信息庫，通過(guò)計算機的配套軟件，判斷食品中病原菌和腐敗菌生長(cháng)或殘存的動(dòng)態(tài)變化，判斷食品貨架期。

　　根據微生物在某種產(chǎn)品或在某個(gè)加工中的生長(cháng)和失活速率評估，能開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或改善產(chǎn)品，確定產(chǎn)品貨架期。在產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，根據微生物生長(cháng)和失活模型能顯示哪一種因子具有重要的影響，通過(guò)模擬預測微生物存活情況，求得有效的食品配方和處理條件，將食品中有關(guān)微生物的選擇試驗準確地局限于較小范圍，大大減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本。

預測微生物學(xué)在食品產(chǎn)業(yè)的應用還處于起步階段，今后有必要進(jìn)行下列研究：①建立針對禽肉產(chǎn)品中特定致病菌和腐敗菌的微生物生長(cháng)模型；②建立不同環(huán)境下（溫度、pH值、水分活度、微生物拮抗等）的微生物預測模型；③研究統一化的模型來(lái)表述生長(cháng)、失活和殘存的微生物形式，或者將生長(cháng)和死亡模型整合到一個(gè)模型中；④在主要的禽肉產(chǎn)品中確定預測模型；⑤發(fā)展實(shí)際執行和使用的專(zhuān)家系統和應用軟件，推廣和應用微生物預測模型。