結(jié)果
本研究所采用的關(guān)于VTEC（產(chǎn)志賀毒素大腸桿菌）在發(fā)酵生肉制品（FRMS）生產(chǎn)與貯藏相關(guān)環(huán)境條件下響應(yīng)的數(shù)據(jù)，涵蓋了多種血清型與菌株。盡管數(shù)據(jù)生成條件多樣，且涉及大量不同的血清型與菌株，但我們的聯(lián)合數(shù)據(jù)集呈現(xiàn)出良好的一致性趨勢(shì)。所構(gòu)建的模型已成功通過新的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果以及來自文獻(xiàn)和公共數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。
模型開發(fā)
(i)生長速率模型
模型預(yù)測(cè)的生長速率與在不同溫度、pH和水分活度（a_w）條件下觀測(cè)到的生長速率進(jìn)行了比較?；谶@三個(gè)環(huán)境因子構(gòu)建的核心模型，進(jìn)一步通過引入未解離乳酸濃度的影響項(xiàng)進(jìn)行了擴(kuò)展，該擴(kuò)展項(xiàng)的參數(shù)擬合基于本研究生成的數(shù)據(jù)。表2列出了所估計(jì)的模型參數(shù)值。與先前對(duì)單核細(xì)胞增生李斯特菌的報(bào)道類似，我們?cè)诖竽c桿菌中也觀察到，生長速率的自然對(duì)數(shù)所受的抑制與未解離乳酸濃度成正比，且此關(guān)系獨(dú)立于pH或總?cè)樗釢舛取?
表2 - 模型系數(shù)估計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)誤表2 模型系數(shù)估計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)誤| 模型、建模量及方程 | 系數(shù)或其他參數(shù) | 估計(jì)值 | 標(biāo)準(zhǔn)誤 (SE) |
|---|---|---|---|
| 最大比生長速率 (μmax), ln(μmax), 方程 4 | a0 | -9.95 | 1.25 |
| a1 | 0.188 | 0.0584 | |
| a2 | 1.89 | 0.253 | |
| a3 | -3.65 | 4.22 | |
| a12 | 0.0290 | 0.00789 | |
| a13 | -0.279 | 0.0955 | |
| a23 | 4.55 | 0.572 | |
| a11 | -0.00514 | 0.000295 | |
| a22 | -0.223 | 0.0184 | |
| a33 | -131 | 8.81 | |
| a4 | -0.146 | 0.0167 | |
| RMSEa | 0.307 | - | |
| a RMSE, 均方根誤差。 | |||
| 非熱比滅活速率 (φ), ln(φ), 方程 5 | b0 | 23.4 | 1.96 |
| b1 | -8000 | 567 | |
| F | -1.51 | - | |
| b4 | 0.00796 | 0.000737 | |
| RMSE | 0.693 | - | |
| 熱比滅活速率 (τ), ln(τ), 方程 6 | c0 | -20.3 | 1.61 |
| c1 | 0.391 | 0.0281 | |
| RMSE | 0.267 | - | |
| 生長概率 (P), ln(P/(1-P)), 方程 7 | d0 | 21.3 | 1.26 |
| d3 | 7.38 | 0.468 | |
| d12 | 0.642 | 0.157 | |
| d13 | -0.583 | 0.0521 | |
| d23 | -0.496 | 0.121 | |
| d4 | 16.5 | - | |
| 一致性b | 97.2% | - | |
| AICc | 660 | - | |
|
b 預(yù)測(cè)概率與觀察響應(yīng)之間的一致性。 c AIC, 赤池信息準(zhǔn)則。 |
|||
(ii)生長概率模型
通過邏輯回歸方法，構(gòu)建了描述生長概率對(duì)溫度、pH和a_w依賴關(guān)系的模型。采用向后回歸系數(shù)選擇法進(jìn)行變量篩選，結(jié)果表明，初始包含的10個(gè)模型項(xiàng)中有5項(xiàng)不顯著，故將其從最終模型中剔除。模型系數(shù)見表2。該模型隨后通過引入第四個(gè)環(huán)境因子——未解離乳酸濃度的影響項(xiàng)進(jìn)行了擴(kuò)展。乳酸添加顯著改變了生長概率為0.5的預(yù)測(cè)邊界條件。在不含乳酸的情況下，生長/不生長的邊界pH值約為4；而當(dāng)培養(yǎng)基中添加總?cè)樗釢舛冗_(dá)到45,000 ppm時(shí)，邊界pH值上升至6。
為探究模型在不同乳酸濃度、溫度、pH和a_w組合下的性能，本研究生成了一套新的數(shù)據(jù)集?？傮w而言，包含乳酸影響項(xiàng)的擴(kuò)展模型預(yù)測(cè)結(jié)果與獨(dú)立生成的生長/不生長數(shù)據(jù)吻合良好。估計(jì)擴(kuò)展模型（含乳酸項(xiàng)）的預(yù)測(cè)與觀測(cè)響應(yīng)之間的一致性百分比為86%，而原始模型（不含乳酸項(xiàng)）的一致性為77%。
(iii)存活/非熱滅活速率模型
在此上下文中，“存活”或“非熱滅活”特指在FRMS特有的環(huán)境條件下（即溫度以外的其他因素，如低pH或低a_w，阻止了大腸桿菌生長）菌群數(shù)量的衰減。為研究種群衰減速率對(duì)溫度、pH和a_w的依賴性而開發(fā)的核心模型表明，只有溫度對(duì)大腸桿菌的滅活速率具有顯著影響。因此，當(dāng)其他因素（如低pH和/或低a_w）抑制大腸桿菌生長時(shí)，滅活速率主要依賴于溫度，并在較小程度上依賴于未解離乳酸濃度。這些抑制生長因素本身（pH和a_w）并非直接導(dǎo)致滅活速率變化的主因。
為研究未解離乳酸濃度對(duì)大腸桿菌非熱滅活的影響，我們生成了一套新的數(shù)據(jù)集，包含96條存活曲線，涉及兩種大腸桿菌血清型（O157:H7和O103:H25），在多種乳酸濃度、溫度、pH和a_w組合下進(jìn)行。這兩種血清型滅活速率的比較表明，大腸桿菌O103:H25的衰減速率顯著高于O157:H7（P值<0.0001）。大腸桿菌O157:H7表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗滅活能力，尤其是在低pH條件下。初始的非熱滅活模型在最苛刻條件下預(yù)測(cè)的滅活速率快于該菌株的實(shí)際觀測(cè)值。因此，我們對(duì)模型進(jìn)行了修正，使其能夠基于本研究中發(fā)現(xiàn)的抗性最強(qiáng)的菌株（O157:H7）來預(yù)測(cè)VTEC的存活情況。修正方法是在模型中引入一個(gè)因子F，該因子根據(jù)模型預(yù)測(cè)值與O157:H7實(shí)測(cè)滅活速率之間的偏差計(jì)算得出。利用該菌株生成的數(shù)據(jù)也用于通過乳酸影響項(xiàng)擴(kuò)展VTEC的非熱滅活模型。
本工作開發(fā)的非熱滅活速率模型與McQuestin等人的模型存在差異。這主要是由于本研究模型引入了校正因子，使其能夠基于最具抗性的菌株進(jìn)行預(yù)測(cè)。在較高溫度下，本研究模型預(yù)測(cè)的滅活速率比McQuestin等人的模型預(yù)測(cè)值低達(dá)40%。先前一項(xiàng)使用相同VTEC菌株的研究也報(bào)道了McQuestin模型預(yù)測(cè)值與觀測(cè)非熱滅活速率之間的類似差異。
(iv)熱滅活速率模型
當(dāng)溫度高于約47°C時(shí)，溫度本身對(duì)大腸桿菌產(chǎn)生致死效應(yīng)，因此需要開發(fā)熱滅活模型。我們構(gòu)建了一個(gè)熱滅活模型來描述溫度對(duì)大腸桿菌的致死效應(yīng)。為此，將ComBase數(shù)據(jù)庫中報(bào)告的、在49°C至55°C和pH 7條件下測(cè)量的熱滅活速率，與薩拉米香腸在相同溫度和pH下報(bào)告的結(jié)果進(jìn)行了比較。該數(shù)據(jù)集被用于擬合熱滅活模型的參數(shù)（表2）。
模型驗(yàn)證
(i)生長速率與生長概率模型驗(yàn)證
我們將本模型的生長速率預(yù)測(cè)結(jié)果與Ross等人開發(fā)的大腸桿菌生長速率模型預(yù)測(cè)進(jìn)行了比較。Ross等人的模型平均預(yù)測(cè)生長速率高出約50%。這種差異可能源于數(shù)據(jù)生成方法和生長速率估算方式的不同。通過分析誤差的偏差和隨機(jī)變異組成部分，在考慮系統(tǒng)差異后，我們的模型表現(xiàn)出可比的性能。
生長概率模型的驗(yàn)證表明，擴(kuò)展模型（包含乳酸影響項(xiàng)）與觀測(cè)數(shù)據(jù)的一致性（86%）優(yōu)于原始模型（77%）。預(yù)測(cè)的生長/不生長邊界條件與獨(dú)立數(shù)據(jù)集吻合良好，證實(shí)了模型的有效性。
(ii)在中試工廠生產(chǎn)的VTEC污染FRMS中大腸桿菌濃度的模型驗(yàn)證
將EcSF工具預(yù)測(cè)的VTEC濃度與在中試工廠生產(chǎn)的挪威香腸和瑞典梅特沃斯特香腸整個(gè)生產(chǎn)和貯藏過程中觀測(cè)到的濃度進(jìn)行了比較?？傮w而言，模型預(yù)測(cè)的濃度與所有VTEC曲線在整個(gè)FRMS制備和貯藏過程中的觀測(cè)值高度吻合，差異百分比在3%至16%之間。在發(fā)酵兼成熟期內(nèi)，VTEC濃度減少了約1個(gè)對(duì)數(shù)單位。最大的VTEC減少量出現(xiàn)在高溫貯藏階段，如在25°C下貯藏66天后，VTEC減少量超過6個(gè)對(duì)數(shù)單位。
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