八预测微生物学和HACC.ppt

2024/5/7 周二第八章 预测微生物学和HACCP第一节第一节 前言前言第二节第二节 预测微生物学的模型预测微生物学的模型第三节第三节 预测模型和预测模型和HACCP第四节第四节 预测模型在预测模型在HACCP系统中的应用系统中的应用第五节第五节 结论结论2024/5/7 周二第一节 前言一、一、预测微生物学的概念预测微生物学的概念二、二、预测微生物学研究历史预测微生物学研究历史三、三、预测微生物学的主要作用预测微生物学的主要作用2024/5/7 周二一、预测微生物学的概念n预测微生物学（预测微生物学（predictive predictive MicrobiologyMicrobiology）建立于计算机基础上的对）建立于计算机基础上的对食品中微生物的生长、残存和死亡进行量食品中微生物的生长、残存和死亡进行量化的预测方法，它将食品微生物、统计学化的预测方法，它将食品微生物、统计学等学科结合在一起，建立环境因素与食品等学科结合在一起，建立环境因素与食品中微生物之间的关系的数学模型。中微生物之间的关系的数学模型。2024/5/7 周二二、预测微生物学研究历史n19371937年，年，ScottScottn19641964年，控制鱼的腐败。与防止食物中毒年，控制鱼的腐败。与防止食物中毒有关。有关。n19721972年，年，KreygerKreyger，图表形式，预测海洋运，图表形式，预测海洋运输中谷物的无霉贮存期。输中谷物的无霉贮存期。n1980s1980s，平方根模型。比生长率模型。，平方根模型。比生长率模型。2024/5/7 周二二、预测微生物学研究历史n19831983年，开发腐败菌生长数据库。年，开发腐败菌生长数据库。n19911991年，美国开发发行应用软件年，美国开发发行应用软件“Pathogen Modeling Program Pathogen Modeling Program“,处理防处理防腐剂。腐剂。n19921992年，英国农业、渔业和食品部开发了年，英国农业、渔业和食品部开发了食品微生物咨询服务器，描述食品中致病食品微生物咨询服务器，描述食品中致病菌的生长与环境因素之间的关系。菌的生长与环境因素之间的关系。n19951995年，欧洲，年，欧洲，COSTCOST计划。计划。2024/5/7 周二三、预测微生物学的主要作用1.1.测定产品形式的改变对货架期和安全性的测定产品形式的改变对货架期和安全性的影响。影响。2.2.客观评价生产和贮藏控制中的失控情况。客观评价生产和贮藏控制中的失控情况。3.3.有助于合理设计新工艺和新产品。有助于合理设计新工艺和新产品。2024/5/7 周二栅栏技术栅栏技术n栅栏技术是由栅栏技术是由LeistnerLeistner（德国肉类研究中心微（德国肉类研究中心微生物和毒理学研究所所长）在长期研究的基础生物和毒理学研究所所长）在长期研究的基础上率先提出。上率先提出。n存在于食品中对腐败菌起控制作用的因素（温存在于食品中对腐败菌起控制作用的因素（温度、度、pHpH、盐、防腐剂等）可归结为少数几个因、盐、防腐剂等）可归结为少数几个因子，称作子，称作栅栏因子栅栏因子（Hurdle FactorHurdle Factor）。栅栏）。栅栏因子共同防腐作用的内在统一，称作因子共同防腐作用的内在统一，称作栅栏技术栅栏技术（Hurdle Technology Leistner,1994Hurdle Technology Leistner,1994）。）。2024/5/7 周二第二节 预测微生物学的模型一、一、微生物致死的预测模型微生物致死的预测模型二、二、微生物生长的预测模型微生物生长的预测模型三、三、结合模型结合模型2024/5/7 周二一、微生物致死的预测模型nD D值，值，Z Z值值微生物致死第一类动力模型。指微生物致死第一类动力模型。指孢子对数的降低与时间的关系是呈线性的。孢子对数的降低与时间的关系是呈线性的。nArrheniusArrhenius动力图代表理想状态。动力图代表理想状态。n微生物致死曲线显示最初的肩部和最终的尾部。微生物致死曲线显示最初的肩部和最终的尾部。n决定食品中微生物致死动力的方法：决定食品中微生物致死动力的方法：BallBalls s方程，图形致死法等。方程，图形致死法等。n微生物的损失率总体与时间的关系。微生物的损失率总体与时间的关系。2024/5/7 周二二、微生物生长的预测模型（一）概率模型（一）概率模型n -假假设设在在特特定定环环境境中中微微生生物物细细胞胞开开始始生生长长的的概概率率与与环环境境的的物物理理化化学学性性质质有有关关。概概率率模模型型将将各各种种栅栅栏栏因因子子结结合合起起来来，以以减减少少相相关关微微生生物物在在特特定定食食品品中中生生长长的的机机会。会。2024/5/7 周二（二）运动模型（二）运动模型n以生长速度和滞后时间为响应值，利用合以生长速度和滞后时间为响应值，利用合适的函数进行分析、总结，在相关环境因适的函数进行分析、总结，在相关环境因素和微生物数量或质量增加之间的关系建素和微生物数量或质量增加之间的关系建立模型，以此获得有关滞后阶段过程、生立模型，以此获得有关滞后阶段过程、生长速度和最大数量密度的信息长速度和最大数量密度的信息 。2024/5/7 周二1.1.初级模型初级模型-微生物的数量与时间变化之间微生物的数量与时间变化之间的关系的关系.2.2.二级模型二级模型-初级模型的特征初级模型的特征(迟滞期迟滞期)如何如何随不同环境参数随不同环境参数(如如pHpH、温度、温度、AwAw和防腐剂和防腐剂浓度浓度)而变化。而变化。3.3.三级模型三级模型-通过用户友好界面把二级模型通过用户友好界面把二级模型结合起来，给出一个模型系统。结合起来，给出一个模型系统。（二）运动模型（二）运动模型2024/5/7 周二三、结合模型n描述微生物在特定环境下的各种可能反应描述微生物在特定环境下的各种可能反应 。n该模型结合了微生物生长、繁殖和死亡反该模型结合了微生物生长、繁殖和死亡反应而发展各类模型。应而发展各类模型。2024/5/7 周二第三节 预测模型和HACCP一、一、模型来源模型来源二、二、危害分析和风险评估危害分析和风险评估三、三、确定确定CCPCCP四、四、建立关键限值建立关键限值五、五、纠正措施的说明纠正措施的说明2024/5/7 周二一、模型来源（一）病原菌模型（一）病原菌模型PMPPMP以伸展片软件为基础，以伸展片软件为基础，包括温度、包括温度、pHpH、水分活度、氮的百分含量和大、水分活度、氮的百分含量和大气组成对微生物生长和滞后反应的影响；气组成对微生物生长和滞后反应的影响；（二）食品微生物模型（二）食品微生物模型以数据库和伸展片模型以数据库和伸展片模型为基础，该模型增加了解释被动环境条件的影为基础，该模型增加了解释被动环境条件的影响；响；（三）数据库和专家系统（三）数据库和专家系统数据库、操作原则数据库、操作原则THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二16可编辑2024/5/7 周二（三）数据库和专家系统（三）数据库和专家系统1.1.决策支持系统：决策支持系统：两个。第一个数据库包括测定两个。第一个数据库包括测定微生物生长时及其重要的物理参数（温度、水微生物生长时及其重要的物理参数（温度、水分活度、分活度、pHpH和可利用的氧气）；第二个数据库和可利用的氧气）；第二个数据库中列出了某些腐败菌及其生理特征，如温度、中列出了某些腐败菌及其生理特征，如温度、水分活度和水分活度和pHpH范围，以及最适生长条件和最快范围，以及最适生长条件和最快生长速度。生长速度。2.2.其他专家系统：其他专家系统：MKESMKES微生物动力学系统（加拿微生物动力学系统（加拿大），通过模仿病原微生物在各种不同的环境大），通过模仿病原微生物在各种不同的环境条件下生存和繁殖情况，预测反应并估计在此条件下生存和繁殖情况，预测反应并估计在此情况下各个因素的重要性。情况下各个因素的重要性。2024/5/7 周二决策支持系统的使用规则决策支持系统的使用规则（1 1）微生物和产品特征之间的关系）微生物和产品特征之间的关系（2 2）微生物之间的相互影响）微生物之间的相互影响（3 3）微生物之间的相互影响与产品的结合）微生物之间的相互影响与产品的结合（4 4）其他一般规则）其他一般规则2024/5/7 周二二、原理1危害分析和风险评估n利用运动模型能预测某一特定产品或生产利用运动模型能预测某一特定产品或生产过程中病原菌的生存和繁殖潜力，并可据过程中病原菌的生存和繁殖潜力，并可据此建立显著性水平；此建立显著性水平；n如果模型合适，通过监测微生物的环境条如果模型合适，通过监测微生物的环境条件，可在不求助于实验的情况下评估加工件，可在不求助于实验的情况下评估加工条件对这些致病菌的影响。条件对这些致病菌的影响。n通过间接测定，而不是直接测定微生物的通过间接测定，而不是直接测定微生物的数量来预测生产过程的安全性。数量来预测生产过程的安全性。2024/5/7 周二三、原理2确定CCPs定义：定义：是可控制的，能预防、消除食品是可控制的，能预防、消除食品安全危害或将其减少到可接受水平的任安全危害或将其减少到可接受水平的任何点、步骤或过程何点、步骤或过程新定义：新定义：在特定的食品加工过程中，一在特定的食品加工过程中，一旦失去控制极有可能导致显著食品安全旦失去控制极有可能导致显著食品安全危害的点。危害的点。关键控制点关键控制点2024/5/7 周二如何定量表示发生危害的可能性和显著性？模型n利用各种预测模型评价个人操作利用各种预测模型评价个人操作/加工步骤加工步骤对微生物的影响，即定量表示可能影响特对微生物的影响，即定量表示可能影响特定食品环境中微生物生存、生长定食品环境中微生物生存、生长/毒素产生毒素产生或死亡的因素，从而能更客观地测定哪个或死亡的因素，从而能更客观地测定哪个步骤是影响产品质量和安全的关键控制点。步骤是影响产品质量和安全的关键控制点。2024/5/7 周二四、原理3建立关键限值n利用预测模型有助于确定操作参数，通过利用预测模型有助于确定操作参数，通过这些操作参数的实施达到防止微生物迅速这些操作参数的实施达到防止微生物迅速繁殖、或减少微生物生存与繁殖的可能性，繁殖、或减少微生物生存与繁殖的可能性，或将微生物的繁殖控制在可接受的范围内，或将微生物的繁殖控制在可接受的范围内，最终保证产品的微生物安全性。最终保证产品的微生物安全性。2024/5/7 周二五、原理5纠正措施的说明n利用预测模型可以定量地评价生产过程失利用预测模型可以定量地评价生产过程失去控制对产品安全性的影响，并且合理决去控制对产品安全性的影响，并且合理决定失控状态下生产的产品命运，如重新加定失控状态下生产的产品命运，如重新加工、降低产品等级或销毁等。工、降低产品等级或销毁等。n当预测模型和间接传感器以及计算机结合当预测模型和间接传感器以及计算机结合时，可以利用自动在线过程控制使食品生时，可以利用自动在线过程控制使食品生产实现真正的自动化。产实现真正的自动化。2024/5/7 周二第四节 预测模型在HACCP系统中的应用一、一、肉制品加工过程中的预测模型肉制品加工过程中的预测模型二、二、乳制品加工中的乳制品加工中的ListeriaListeria模型模型三、三、响应值的变化响应值的变化2024/5/7 周二一、肉制品加工过程中的预测模型（一）（一）E.coliE.coli模型模型（二）（二）B.thermosphactaB.thermosphacta模型模型2024/5/7 周二二、乳制品加工中的Listeria模型n破坏微生物的生长、繁殖；破坏微生物的生长、繁殖；n消除或减少危害；消除或减少危害；n抑制微生物繁殖及其毒素的产生。抑制微生物繁殖及其毒素的产生。n预测模型不能完全取代微生物学，且模型预测模型不能完全取代微生物学，且模型不可能涵盖每种情况下所有重要数据，但不可能涵盖每种情况下所有重要数据，但在一定程度上能大大减少实验工作量，并在一定程度上能大大减少实验工作量，并能确认那些确实需要实验解决的问题。能确认那些确实需要实验解决的问题。2024/5/7 周二三、响应值的变化三、响应值的变化n微生物反应的可变性及其对商业的影响。微生物反应的可变性及其对商业的影响。2024/5/7 周二第五节 结论n高质量的产品是生产出来的，而不是检测高质量的产品是生产出来的，而不是检测出来的。出来的。n用简单的预测方程式来表示食品中环境因用简单的预测方程式来表示食品中环境因素与微生物反应之间的关系，其意义在于素与微生物反应之间的关系，其意义在于这种预测方程式为客观评价特定环境中食这种预测方程式为客观评价特定环境中食源性微生物感染、中毒或腐败的风险提供源性微生物感染、中毒或腐败的风险提供了一个方法。了一个方法。2024/5/7 周二预测微生物学有待解决的问题预测微生物学有待解决的问题(1)(1)鉴别描述比生长率、概率模型的可靠性；鉴别描述比生长率、概率模型的可靠性；(2)(2)建建立立将将微微生生物物生生长长、死死亡亡和和残残存存的的模模型型统统一一在一起的模型结构；在一起的模型结构；(3)(3)发发展展能能实实际际执执行行和和使使用用的的专专家家系系统统和和应应用用软软件；件；(4)(4)发发展展能能对对数数据据进进行行有有效效生生成成和和适适宜宜分分析析的的方方法。法。2024/5/7 周二本章重点n什么是预测微生物学？什么是预测微生物学？n预测微生物学的主要作用？预测微生物学的主要作用？n什么是栅栏因子？什么是栅栏技术？什么是栅栏因子？什么是栅栏技术？THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二31可编辑