第八章 预测微生物学和HACCP
预测微生物学在食品质量和安全评估上的应用
广西质量监督导报预测微生物学在食品质量和安全评估上的应用［摘要］预测微生物学是一门新兴的数字化、信息化的学科。
通过这门学科，人们可以对食品贮藏流通过程中的质量和安全作出合理判断，确定加工、贮存、流通过程中可能导致食品腐败的关键点的缺陷，有利于在产品开发及改良中对工艺参数、产品配方的制定和微生物学质量的控制。
［关键词］预测微生物；食品质量；安全评估；应用石毓梅（广西钦州市产品质量监督检验所，广西钦州535000）质量论坛食品质量和安全与人们的生活息息相关。
根据世界卫生组织的猜测，全世界每年发生食源性疾病数十亿人。
发达国家发生食源性疾病的概率也相当高，平均每年有1/3的人群感染食源性疾病。
一、预测微生物学20世纪80年代初，R oss 等最先提出“微生物预报技术”这一概念，从此预测微生物学便应运而生。
预测微生物学就是通过对食品中各种微生物的基本特征及其受各种因子影响程度的研究，应用数学和统计学的方法，建立微生物数据库，将这些特征输入计算机，编制各种细菌在不同条件下生长、繁殖、残存、死亡的数学模型，从而使我们在食品的不同加工、贮藏和流通条件下不通过实验室检测即可运用模型预测食品中微生物数量的动态变化，并对食品的安全性做出快速判断的学科研究。
简单来说，预测微生物学的特点就是：在没有进行微生物检测的前提下，预测微生物的生长和死亡。
它是为保证食品质量和安全性设立的研究领域，研究对象是食品中损害其质量或安全性的微生物，即腐败菌和病原菌。
近年来，美国、英国、澳大利亚、丹麦等国家致力于微生物预报软件的开发，能够对食品货架期进行有效预测、对食品安全风险进行评估。
二、预测微生物学的核心———数学模型若要预知微生物在食品中的生长情况（数量），必须具备微生物动态数据库和相应的数学模型。
1990年，欧盟等15国和冰岛、挪威、瑞士组成FL A IR -FL O WEU R O PE 研究机构，开始对微生物预报技术进行研究，并建立了微生物的特征数据库，储存了不同微生物与不同的生长介质中PH 值、A W 值（水分活度）、培养温度及有氧、无氧条件的关系数据。
8第八章 食品货架期寿命及安全的预测评估
案例：影响禽肉品质的因素
禽肉制品是否满足顾客的期望值，取 决于家禽生长过程中不同阶段的环境 条件，从蛋的受精到生产加工直至消 费。尽管许多特性决定了肉的整体品 质，下面的论述将仅仅集中在外观， 质感和风味上。
Ø 1．外观（颜色）
Ø 2 .质感 (嫩度)
Ø 3.风味 Ø 4.结论 Ø 禽肉最重要的一面是它的食用品质—
量的平均下降速度(V) 为:
• V= Qo- Q’
•
t
• 由此可得出，食品的保存期为：
• t= Qo- Q’
•
V
四、食品的化学变质
• 1.食品中蛋白质的分解 • ① 脱氨反应 • ② 脱羧反应 • ③ 胺的分解 • ④ 甲胺的生成
2.食品中脂肪的分解
• 脂肪发生变质的特征是产生酸和刺激的“哈喇”气味。人
们一般把脂肪发生的变质称为酸败（rancidity）。
• (1)油脂的自身氧化 • 油脂的自身氧化是一种自由基（游离基）氧化反应，其过
程主要包括：脂肪酸（RCOOH）在热、光线或铜、铁等 因素作用下，被活化生成不稳定的自由基R· 、H· ，这些 自由基与O2生成过氧化物自由基；接着自由基循环往复 不断地传递生成新的自由基，在这一系列的氧化过程中， 生成了氢过氧化物、羰基化合物（如醛类、酮类、低分子 脂酸、醇类、酯类等）、羟酸以及脂肪酸聚合物、缩合物 （如二聚体、三聚体等）。
3．干燥贮藏法
• (1)自然干燥法 • (2)人工干燥法
• 4. 腌渍和烟熏 • 5．气调贮藏法 • 6．辐照贮藏法
(二)食品的保存期
• 设食品进入流通领域的初始时刻的质量为 Qo，经
过时间t，质量下降到Q’，如果质量低于Q’，食品
就失去商品价值，则t就是食品的保存期。食品在
8栅栏技术
Aw＝0.90，45％，85℃～90℃杀菌
● 即食龙虾
Aw＝0.90，36％，真空包装，常压杀菌
水产食品中的栅栏因子
• PH值
– 水产品大多为低酸性食品 – 细菌的最适PH值6～7 – 鱼肉香肠
Aw＝0.94，PH＝6.5， 30℃贮藏63d，异常、腐败 Aw＝0.94，PH＝6.0， 30℃贮藏63d，正常
● 南美白对虾制品
调整PH在5.8～5.9（柠檬酸） 口感好，风味正常 抑菌效果好
水产食品中的栅栏因子
• 杀菌处理
– 温度过高、时间过长
口感软糜, 风味不佳,色泽变深
包装袋卷曲变形
● 高水分扇贝调味干制品
真空包装后低温处理
• 减少杀菌前初菌数
杀菌温度在85～90℃，时间在30～40分钟 残留少量芽孢菌和耐热性强的球菌
栅栏技术在肉制品中的应用
– 针对导致肉腐败变质的微生物污染和脂肪酸败 – 香肠类产品
• 在意大利传统的蒙特拉香肠、德国的布里道香肠
降低水分活度aw
• 荷兰的格德斯香肠
降低pH值至5.4～5.6（葡萄糖醛酸内酯） 真空包装
• 中国传统腊肠
迅速降低水分活度
• 台湾腊肠（aw＝0.94）
1.栅栏技术与微生物的内平衡
微生物的内平衡：是微生物处于正常状态下内部环境的 稳定和统一，并且具有一定的自我调节能力，只有其内 环境处于稳定的状态下,微生物才能生长繁殖。 食品要达到可贮性与卫生安全性，其内部必须存在能够 阻止食品所含腐败菌和病原菌生长繁殖的因子，这些因 子通过临时和永久性地打破微生物的内平衡，从而抑制 微生物的致腐与产毒，保持食品品质。
栅栏技术在水产食品中应用的设想
预测微生物学及其在食品科学中的运用
预测微生物学及其在食品科学中的运用彭盼盼（新乡职业技术学院，河南新乡453006）［摘要］基于分析预测微生物学及其在食品科学中的运用，首先分析出预测微生物学的概念，以及预测微生物学的数学模型，包括一级、二级和三级模型。
其次分析出预测微生物学在食品科学中的有效应用途径，分别在食品工业、食品生产管理、食品有益微生物、其他领域四个方面，来增强食品的质量和食品安全。
最后分析出预测微生物学在食品科学中的应用，有助于人们食用的健康、安全，从而实现食品生产的经济效益最大化。
［关键词］预测微生物学；预测模型；食品科学；食品安全［中图分类号］G712［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2020）07-0184-02微生物学是一门不断发展和进步的学科，开始出现的预测微生物学，能够让人们在没有进行微生物检测情况下，来预测微生物的生长和死亡，这为食品的安全性提供了重要的保障。
因为预测微生物学是在多个学科交叉的基础上逐渐发展起来的，所以对食品科学的管理、安全的预测等具有一定的运用价值。
从而在一定的条件下，去预测微生物数量对人们健康生活的威胁，或者影响微生物灭活的程度，推动食品科学工业的更好发展，提高人们食用食品的安全性。
一、预测微生物学的概念预测微生物学，最早为食品预测微生物学，是食品科学家针对食品中微生物危害的问题所提出的，后来逐渐发展为一门专业的学科。
预测微生物，主要是运用微生物学、工程数学、统计学等进行数学建模，并通过计算机、相关配套软件，去描述处于特定环境下微生物的生长、死亡规律。
由于当前的食品产业需要解决的一个问题就是，如何预测食品中的微生物危害、食源性病原微生物的危害。
在传统的检测上，主要是通过接种对食品病原微生物的生长、产生霉素的风险进行检验。
首先，取一定量的病原微生物，再接种到食品中，在食品保存过程中，进行连续的取样，来检测微生物的生长和衰退或者死亡情况。
但是因为食品货架期的不稳定因素，一些新型的食品日益增加，而大部分的食品成分不同，生产过程也不同，就会导致难以评估每一种产品食物的病原微生物情况。
栅栏技术
● 高水分扇贝制品
Aw＝0.90，45％，85℃～90℃杀菌
● 即食龙虾
Aw＝0.90，36％，真空包装，常压杀菌
栅栏因子(Hurdle Factor)
• 物理性栅栏因子
– 温度、照射、电磁能、超音波、压力 – 包装：气调、色调、活性包装、包装材质
• 物理化学栅栏因子：
– 水分活度aw、pH值、氧化还原电位、烟熏、防腐剂等
• 微生物栅栏因子
–其它栅栏因子
– 游离脂肪酸、甲壳素、氯化物等
• 鱼卷、鱼饼、鱼丸 等
营养丰富、价格便宜
• 模拟蟹肉、人造虾仁等
风味独特、可调
• 鱿鱼丝、鱼松等
附加值高
水产食品中的栅栏因子
• 水分含量和水分活度（aw）
– 水分活度(aw) 反映制品中水分存在的状态及微生物对 水分的可利用性 – 水分含量高
经济效益、产品品质 芽孢杆菌生长受抑制、球菌生长 设置其他栅栏
• 建立两种栅栏因子模式
– aw=0.97，F值=0.8，pH=5.0 – aw=0.96，F值=0.4，pH=5.0
• 品质和食品安全常温可良好保持数周
• 世界水产品
– – – –
水产品加工现状
年产量：1亿吨左右 变质而丢弃：10% 动物饲料：30% 人类食用：不充分
• 我国水产品
– 淡水渔业产量占总渔获量的40％左右 – 水产品加工产品的出口量急剧增加，
• 研究方法：
1.研究在不同条件下微生物生长情况 2.研究在真实的配送环境中，随着环境因素 的改变，食品可能出现的情况。
4、栅栏技术的发展历程
栅栏技术（Hurdle Technology）
– 1976年
米业HACCP计划
米业有限公司大米HACCP计划书文件编号：**-HACCP-01 ______版本： _____________ A/0 ________实施日期：20160102编制人：_________________________核准人签名：_______________________早节标题页数第0章目录1第一章食品安全小组1第一章产品描述1第三章原辅料描述2第四章工艺流程图1第五章工艺描述2第六章危害分析工作单3第七章HACC计划表1第八章HACC计划确认1第九章HACC计划的验证1为贯彻执行《食品安全法》，保障公众身体健康和生命安全，保证企业正常发展，维护企业利益，公司决定成立食品安全领导小组，全面负责公司食品安全工作。
一、食品安全小组成员组长：**总经理副组长:员：***食品安全小组职责1. 负责公司食品安全的规划和规章制度的制定；2. 负责组织对公司食品安全过程的自查、互查和检查；负责对食品安全存在问题提出整改意见；负责对相关责任人做出考核处理；3. 负责对食品安全相关人员进行培训；4. 由组长提议不定期召开食品安全领导小组会议，研究解决食品安全生产过程中存在的问题。
食品安全小组成员分工1. 食品安全小组组长:负责管理食品安全小组，并组织其工作；确保食品安全小组成员的相关培训和教育；确保建立、实施、保持和更新食品安全管理体系；向组织的最高管理者报告食品安全管理体系的有效性和适宜性；负责与食品安全管理体系有关的事宜对外联系2. 食品安全小组组员：负责落实体系方案在各部门的实施；接受具体情况反馈；调整体系运行，审核相应文件；审核批准前提方案；验证流程图准确性；策划和实施控制措施，控制措施的确认、验证；评审危害分析、操作性前提方案、HACCP计划建立的必要性；确保食品安全管理体系的不断更新。
、大米验收化验室检验员对进厂的每车大米进行质量验收。
2、 投料将当天需加工产品的原料投入投料口去杂去石自动化生产线自动将投入的原料传送到去石机内进入去石程序，去石机自动将大米与砂 石等杂质去除，石杂米糠碎米异色粒然后传送碾米机内进入碾白程序。
HACCP食品安全认证危害分析与提出预防控制措施
HACCP食品安全认证危害分析与提出预防控制措施HACCP（Hazard Analysis and Critical Control Points）食品安全认证是一种以预防为主的食品安全管理系统，通过对食品生产过程中的危害进行分析，并提出相应的预防控制措施，以确保食品的安全性。
下面将详细介绍HACCP认证的危害分析和预防控制措施。
在食品生产过程中，常见的危害包括微生物污染、化学物质残留、生物危害和物理污染等。
针对这些危害，我们需要进行具体的分析和评估。
首先是微生物污染。
在食品生产过程中，可能存在细菌、真菌、病毒和寄生虫等微生物的污染。
这些微生物会导致食品腐败、变质，甚至引发食源性疾病。
因此，我们需要采取一系列预防控制措施，如定期清洁和消毒生产设备、严格控制原材料的质量、保持食品生产环境的卫生等。
其次是化学物质残留。
化学物质残留可能来自农药、兽药、添加剂等。
这些化学物质的残留会对人体健康造成潜在威胁。
因此，我们需要加强对原材料的检测和筛查，确保其不含有有害的化学物质。
同时，在生产过程中还需要对化学物质的使用进行严格的管理和控制，避免超标使用。
第三是生物危害。
生物危害主要包括害虫、啮齿类动物和其他有害生物的侵入。
这些生物会对食品的安全性造成威胁。
预防和控制这些生物危害需要采取一系列措施，如进行定期的清洁和消毒，安装虫闸和防护网等。
此外，对于害虫和啮齿类动物的防治，我们还需要制定相应的灭鼠和灭虫计划，确保食品生产过程中的环境卫生。
最后是物理污染。
物理污染是指食品中夹杂的各种异物，如金属碎片、玻璃碎片、塑料颗粒等。
这些异物的存在会威胁到食品的安全和品质。
预防物理污染的关键在于制定一系列的检测和筛查措施，以保证食品的原始材料和生产设备的完整性。
同时，加强员工培训，提高他们对物理污染的警觉性，以及建立健全的质量控制体系，确保产品的质量。
总之，HACCP食品安全认证的危害分析和预防控制措施是确保食品安全的重要步骤。
食品微生物学思考题答案Word版
2013-2014（2）《食品微生物学与实验》思考题期末考试题型：1、单选题（四选一）2、多选题（两个以上）3、填空题4、简述题5、绘图说明题6、试述题或分析题第0章绪论1. 概念：细胞型微生物、非细胞型微生物、单细胞微生物、多细胞微生物、原核微生物、真核微生物、种、菌株、变种、型、模式种、柯赫原则。
细胞型微生物：具有典型的细胞结构，即细胞内含有真正的细胞核，有核膜、核仁和染色体。
非细胞型微生物：没有典型的细胞结构、不具备代谢必须的酶系统、只能在各种活的细胞中生长繁殖，病毒就属此类。
单细胞微生物：仅由一个细胞构成的生物。
多细胞微生物：由许多形态和功能发生了分化的细胞群构成的生物。
原核微生物：具有细胞结构的微生物中，原核微生物是指一类不具有细胞核膜，只有核区的裸露DNA的原始单细胞生物，核区内只有一条双螺旋结构的脱氧核糖核酸构成的染色体。
真核微生物：在微生物中，大多数种群具有真核生物(Eukaryotes)的细胞结构，即细胞核具有核膜、能进行有丝分裂、细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器这些微生物被称为真核微生物。
种：是分类单元的最基本单位，是显示高度相似性、亲缘关系极其相近、与其他种有明显差异的一群菌株的总称。
菌株：它是指来源不同的同一个种的纯培养物。
变种：从自然界中分离得到的某一微生物的纯种，必须与文献上记载的典型种的特征完全一致，才能鉴定为同一个种。
实际上有时分离到纯种，除了大多数指标符合典型种的特征外，还有某一个显然不同的特征，而此特征又是稳定的。
就把这种微生物称为典型种的“变种”。
型：同一细菌种内显示很小生物化学与生物学差异的菌株，常用于细菌中紧密相关菌株的区分。
型是细菌亚种的细分。
模式种：微生物学中种带有抽象的种群概念，但在具体分类时常用一个被指定的、能代表这个种群的模式菌株或典型菌株作为该种的模式种来定种。
它往往是定为一个新种的第一个种或第一批种之一，也可以是在某一已知数内任意指定的种。
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1995年，欧洲，COST计划。
2017/4/4
三、预测微生物学的主要作用
1.测定产品形式的改变对货架期和安全性的 影响。 2.客观评价生产和贮藏控制中的失控情况。 3.有助于合理设计新工艺和新产品。
2017/4/4
栅栏技术
栅栏技术是由Leistner（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 上率先提出。
三、响应值的变化
微生物反应的可变性及其对商业的影响。
2017/4/4
第五节 结论
高质量的产品是生产出来的，而不是检测 出来的。
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 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 了一个方法。
2017/4/4
二、乳制品加工中的Listeria模型
破坏微生物的生长、繁殖； 消除或减少危害； 抑制微生物繁殖及其毒素的产生。 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 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。
2017/4/4
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 产实现真正的自动化。
2017/4/4
第四节 预测模型在HACCP系统中的应用
一、肉制品加工过程中的预测模型
二、乳制品加工中的Listeria模型 三、响应值的变化
2017/4/4
一、肉制品加工过程中的预测模型
（一）E.coli模型 （二）B.thermosphacta模型
包括温度、pH、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；
（二）食品微生物模型—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
响；
（三）数据库和专家系统—数据库、操作原则
2017/4/4
（三）数据库和专家系统
1.决策支持系统：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 分活度、pH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、 水分活度和pH范围，以及最适生长条件和最 快生长速度。
2017/4/4
二、微生物生长的预测模型
（一）概率模型
------ 假设在特定环境中微生物细胞开始 生长的概率与环境的物理化学性质有关。 概率模型将各种栅栏因子结合起来，以减
少相关微生物在特定食品中生长的机会。
2017/4/4
（二）运动模型来自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 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 长速度和最大数量密度的信息 。
2017/4/4
一、微生物致死的预测模型
D值，Z值——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。 Arrhenius动力图代表理想状态。
微生物致死曲线显示最初的肩部和最终的尾部。
决定食品中微生物致死动力的方法：Ball’s方 程，图形致死法等。 微生物的损失率总体与时间的关系。
第八章 预测微生物学 和HACCP
第一节 前言 第二节 预测微生物学的模型 第三节 预测模型和HACCP 第四节 预测模型在HACCP系统中的应用 第五节 结论
2017/4/4
第一节 前言
一、预测微生物学的概念 二、预测微生物学研究历史 三、预测微生物学的主要作用
2017/4/4
一、预测微生物学的概念
2017/4/4
四、原理3建立关键限值
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
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，
最终保证产品的微生物安全性。
2017/4/4
五、原理5纠正措施的说明
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 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。
预测微生物学（predictive Microbiology） 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中微生物之间的
关系的数学模型。
2017/4/4
二、预测微生物学研究历史
1937年，Scott 1964年，控制鱼的腐败。与防止食物中毒 有关。 1972年，Kreyger，图表形式，预测海洋 运输中谷物的无霉贮存期。 1980s，平方根模型。比生长率模型。
2017/4/4
三、原理2确定CCPs
定义：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 何点、步骤或过程
关键控制点
新定义：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 危害的点。
2017/4/4
如何定量表示发生危害的可能性 和显著性？模型
利用各种预测模型评价个人操作/加工步骤 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/毒素产生 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。
什么是栅栏因子？什么是栅栏技术？
2017/4/4
2.其他专家系统：MKES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。
2017/4/4
决策支持系统的使用规则
（1）微生物和产品特征之间的关系 （2）微生物之间的相互影响 （3）微生物之间的相互影响与产品的结合 （4）其他一般规则
2017/4/4
二、原理1危害分析和风险评估
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 此建立显著性水平； 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 条件对这些致病菌的影响。 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。
2017/4/4
预测微生物学有待解决的问题
(1)鉴别描述比生长率、概率模型的可靠性； (2) 建立将微生物生长、死亡和残存的模型统一 在一起的模型结构； (3) 发展能实际执行和使用的专家系统和应用软 件； (4) 发展能对数据进行有效生成和适宜分析的方 法。
2017/4/4
本章重点
什么是预测微生物学？ 预测微生物学的主要作用？
描述微生物在特定环境下的各种可能反应 。 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。
2017/4/4
第三节 预测模型和HACCP
一、模型来源 二、危害分析和风险评估
三、确定CCP
四、建立关键限值
五、纠正措施的说明
2017/4/4
一、模型来源
（一）病原菌模型PMP—以伸展片软件为基础，
存在于食品中对腐败菌起控制作用的因素（温 度、pH、盐、防腐剂等）可归结为少数几个 因子，称作栅栏因子（Hurdle Factor）。栅 栏因子共同防腐作用的内在统一，称作栅栏技 术（Hurdle Technology Leistner,1994）。
2017/4/4
第二节 预测微生物学的模型
一、微生物致死的预测模型 二、微生物生长的预测模型 三、结合模型
2017/4/4
二、预测微生物学研究历史
1983年，开发腐败菌生长数据库。
1991年，美国开发发行应用软件 “Pathogen Modeling Program “,处理防 腐剂。 1992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 菌的生长与环境因素之间的关系。
2017/4/4
（二）运动模型
1.初级模型---微生物的数量与时间变化之间 的关系. 2.二级模型---初级模型的特征(迟滞期)如何随 不同环境参数(如pH、温度、Aw和防腐剂 浓度)而变化。
3.三级模型---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。
2017/4/4
三、结合模型