一、糧油食品預(yù)測(cè)微生物學(xué)

稻谷、小麥、大豆等大宗糧油食品是我國(guó)糧油食品加工的主要種類。而在這些糧油食品生產(chǎn)加工過(guò)程中，供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)鏈條長(zhǎng)，各環(huán)節(jié)污染物種類多、來(lái)源復(fù)雜，致使糧油食品從原料種植到儲(chǔ)藏運(yùn)輸?shù)炔煌A段均易遭受微生物尤以霉菌及其產(chǎn)生毒素污染。迄今為止在糧油食品中已發(fā)現(xiàn)300多種真菌毒素，主要為黃曲霉毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、赭曲霉毒素、展青霉素、單端孢霉烯族毒素、玉米赤霉烯酮、伏馬毒素等。不同類型糧油食品中的產(chǎn)毒霉菌并非完全相同，即使同一種糧油食品中加工或儲(chǔ)藏不同階段或不同的環(huán)境條件下的有害菌也不盡相同。

以小麥供應(yīng)鏈主要環(huán)節(jié)為例，在其種植期間容易遭受赤霉病、葉銹病、紋枯病等真菌病害的侵染，造成小麥減產(chǎn)，并且產(chǎn)生的真菌毒素在小麥中形成積累；其次，在小麥原糧倉(cāng)儲(chǔ)階段由于糧堆各部分貯藏溫度不同，再加上外界條件變化導(dǎo)致濕度變化使得小麥也極易遭受鐮刀菌、青霉菌、交聯(lián)孢菌及其次級(jí)代謝產(chǎn)物如脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、黃曲霉毒素(AFB1)的污染。同時(shí)小麥制粉階段潤(rùn)麥環(huán)節(jié)兩次潤(rùn)麥處理，導(dǎo)致糧堆水分含量增加，潤(rùn)麥倉(cāng)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)為微生物的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造良好的條件。同時(shí)小麥粉在貯藏階段衛(wèi)生狀況也會(huì)影響小麥粉中的微生物數(shù)量；在產(chǎn)品運(yùn)輸環(huán)節(jié)，環(huán)境的差異同樣也會(huì)導(dǎo)致小麥粉霉菌等腐敗菌的數(shù)量增加。因此小麥供應(yīng)鏈中存在真菌毒素污染物影響產(chǎn)品安全的較大風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)于供應(yīng)鏈的污染物難以逐一進(jìn)行分析研究，只能聚焦于關(guān)鍵階段對(duì)其進(jìn)行控制分析。

預(yù)測(cè)食品微生物學(xué)(Predictive Food Microbiolo-gy)是結(jié)合微生物學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科，采用數(shù)學(xué)的方法描述微生物數(shù)量變化和外部環(huán)境因素之間的關(guān)系，并對(duì)微生物的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)情況做出預(yù)測(cè)。因此為了確保食品安全性，科學(xué)家們通過(guò)引入預(yù)測(cè)食品微生物學(xué)理論對(duì)食品中的微生物進(jìn)行量化和行為預(yù)測(cè)。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行病原菌和腐敗菌生長(zhǎng)及其產(chǎn)生的污染物在特定條件下的概率模型等的擬合，快速判斷食品內(nèi)主要病原菌和腐敗菌生長(zhǎng)或殘存的動(dòng)態(tài)變化以及有害物含量的高低，從而依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)特定階段食品的安全性作出快速評(píng)價(jià)。

表1為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)食品如玉米、水稻、麥芽等食品中的霉菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模擬研究情況。

因此，針對(duì)糧油食品供應(yīng)鏈污染物特點(diǎn)，采用預(yù)測(cè)微生物學(xué)模型的方式對(duì)其供應(yīng)鏈中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的毒素污染產(chǎn)生菌構(gòu)建動(dòng)力學(xué)模型以及通過(guò)不同條件下產(chǎn)毒概率模型，探究關(guān)鍵環(huán)節(jié)毒素變化及降解遷移規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)糧油產(chǎn)品關(guān)鍵環(huán)節(jié)品質(zhì)的安全評(píng)估與預(yù)測(cè)。通過(guò)模型的反饋來(lái)優(yōu)化糧油產(chǎn)品貯藏及加工的方法和手段，實(shí)現(xiàn)“綠色儲(chǔ)糧”和“生態(tài)儲(chǔ)糧”，為確保糧油食品安全提供重要的理論依據(jù)。這也為未來(lái)開(kāi)展糧油食品供應(yīng)鏈真菌毒素污染的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及對(duì)其供應(yīng)鏈中真菌毒素危害物預(yù)警追溯等奠定模型基礎(chǔ)，滿足糧油食品供應(yīng)鏈安全與社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展的需求。

二、糧油食品中真菌毒素污染情況

國(guó)內(nèi)目前大宗糧油食品真菌毒素污染超標(biāo)問(wèn)題嚴(yán)重，對(duì)消費(fèi)者的身體健康帶來(lái)極大的安全隱患。稻谷、小麥、大豆、花生等大宗糧油食品中均發(fā)現(xiàn)真菌毒素不同程度污染的情況。

三、微生物預(yù)測(cè)模型

微生物預(yù)測(cè)模型最早應(yīng)用于食品貯藏階段細(xì)菌生長(zhǎng)模型，同時(shí)期微生物學(xué)預(yù)測(cè)模型對(duì)霉菌并未有同等程度的關(guān)注研究，這與霉菌生長(zhǎng)的量化復(fù)雜性有關(guān)。細(xì)菌裂變繁殖通常發(fā)生在食物表面或者液體基質(zhì)而霉菌菌絲則可穿透食品的物理三維空間，所以對(duì)其定量分析更加復(fù)雜。并且產(chǎn)生有用且可靠的模型的先決條件必須是包含大量相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這對(duì)于研究真菌毒素來(lái)說(shuō)無(wú)疑是巨大的挑戰(zhàn)。

一般來(lái)說(shuō)，微生物模型分為三類。初級(jí)模型是用來(lái)描述微生物在一定生長(zhǎng)條件下其數(shù)量隨時(shí)間的變化關(guān)系，如孢子的萌發(fā)、菌株生長(zhǎng)、菌體的失活等。Zwietering等舊到比較了幾種S形函數(shù)(109istic，Gomp-ertz，Richards，Schnute和Stannard)來(lái)描述細(xì)菌生長(zhǎng)曲線，通過(guò)t檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Gompertz曲線10℃條件下植物乳桿菌數(shù)量隨時(shí)間變化的擬合度最高(見(jiàn)圖1)；而二級(jí)模型在一級(jí)模型的基礎(chǔ)上增加了環(huán)境因素，如：溫度、水分含量、pH等因素，表征環(huán)境條件的改變?nèi)绾斡绊懢甑拿劝l(fā)和生長(zhǎng)。圖2為評(píng)估水分活度為變量菌株徑向生長(zhǎng)速率二級(jí)模型擬合圖；三級(jí)模型是一種軟件化模型，軟件包括了1個(gè)或者多個(gè)一級(jí)模型和二級(jí)模型，作為完整的預(yù)測(cè)工具為用戶提供服務(wù)。
 

概率模型用于描述某一特定時(shí)間段某些事件發(fā)生的可能性，例如，特定條件下菌體是否生長(zhǎng)、是否產(chǎn)生毒素。通過(guò)概率模型可以對(duì)某種食品基質(zhì)在特定時(shí)間點(diǎn)的安全性做出快速評(píng)價(jià)。

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