(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證
將EcSF工具預(yù)測的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生產(chǎn)和貯藏過程中觀測到的濃度進(jìn)行了比較?？傮w而言，模型預(yù)測的濃度與所有VTEC曲線在整個FRMS制備和貯藏過程中的觀測值高度吻合，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個對數(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個對數(shù)單位。
(iii)整個FRMS生產(chǎn)和貯藏過程中模型性能與其他建模方法的比較
我們將建模工具EcSF與MLA-RIC和MLA-EcIFM模型進(jìn)行了比較。EcSF通過求解動態(tài)方程來預(yù)測波動環(huán)境條件下的VTEC濃度，而MLA-RIC主要預(yù)測生長導(dǎo)致的增加，MLA-EcIFM預(yù)測加工中的滅活。
模擬結(jié)果表明，對于北歐型半干制FRMS（干燥時間短），兩種方法均預(yù)測VTEC減少量較小（<1 log10）。對于干制FRMS和北美型半干制產(chǎn)品，預(yù)測減少量更大。傳統(tǒng)干制南歐型FRMS因干燥期長，預(yù)測滅活最大。EcSF通常預(yù)測的VTEC減少量低于MLA-EcIFM，這源于EcSF基于抗性最強的O157:H7菌株進(jìn)行了校正。
統(tǒng)一從屠宰到成品（流程F1+F2）的模擬預(yù)測顯示，VTEC總減少量因肉類加工階段（F1）可能的增長而低于單獨FRMS制造（F2）的預(yù)測。這表明控制初始加工環(huán)節(jié)對最終產(chǎn)品安全至關(guān)重要。
討論
動力學(xué)和概率模型已被整合，以提供在生長、存活和滅活條件范圍內(nèi)波動環(huán)境下的動態(tài)預(yù)測。整個FRMS制造和儲存過程中VTEC濃度的預(yù)測已與獨立觀察結(jié)果進(jìn)行了比較。該模型在EcSF計算工具中實現(xiàn)，該工具預(yù)測FRMS制備過程中的VTEC濃度，并允許估計達(dá)到VTEC濃度特定減少所需的儲存條件和制造步驟。
當(dāng)模型如本工作中那樣是經(jīng)驗性時，預(yù)測僅當(dāng)在模型插值區(qū)域內(nèi)時才可靠。模型的插值區(qū)域在一篇里程碑論文中被定義為包含用于擬合模型的所有測量環(huán)境條件的最小凸區(qū)域。模型的插值區(qū)域不同于名義區(qū)域或獲得觀察結(jié)果的環(huán)境變量范圍的乘積。這些范圍在我們的模型補充材料表S1中描述。使用DMFit工具從用于擬合種群動力學(xué)模型的非熱滅活、熱滅活和生長數(shù)據(jù)集中估計了EcSF工具的插值區(qū)域，其頂點在補充材料表S4中報告。插值區(qū)域在模型名義區(qū)域內(nèi)但通常較?。煌ㄟ^蒙特卡洛方法估計兩者之間的重疊百分比，如先前描述。我們估計EcSF工具的插值區(qū)域是其名義區(qū)域的30%。因此，如果條件在名義區(qū)域內(nèi)隨機選擇，則存在高度外推風(fēng)險。這一點非常重要，因為在插值區(qū)域之外的環(huán)境條件下獲得的模型預(yù)測誤差隨著到插值區(qū)域邊緣距離的增加而越來越大。雖然FRMS制造條件的巨大變化未預(yù)期，因此可能位于EcSF工具的插值區(qū)域內(nèi)，但建議檢查形成動態(tài)環(huán)境剖面的一組條件的頂點是否在模型的插值區(qū)域內(nèi)。
我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度以外的因素（如低pH和/或低a_w）抑制大腸桿菌生長時，滅活速率依賴于溫度，并在較小程度上也依賴于未解離乳酸，這些因素本身并非致死性的，而不依賴于引起生長抑制和/或滅活的環(huán)境因素，即pH和/或a_w。類似結(jié)果先前已在大腸桿菌中報道。我們觀察到，當(dāng)pH和/或a_w值抑制生長時，大腸桿菌的滅活速率隨著溫度從2°C升高到37°C而增加。速率的增加可能是由于在此范圍內(nèi)溫度升高加速了滅活細(xì)胞過程。對于大多數(shù)細(xì)菌，酶速率在20至40°C范圍內(nèi)與溫度成比例增加。大腸桿菌在高溫度下對滅活pH和/或a_w值更敏感的另一種解釋可能是膜特性的變化。細(xì)菌耐酸機制與膜組成相關(guān)，如影響質(zhì)子滲透性的脂質(zhì)含量。耐酸性還基于通過細(xì)胞膜的有效離子傳輸以維持恒定內(nèi)部pH，以及負(fù)責(zé)修復(fù)膜的蛋白質(zhì)誘導(dǎo)。另一方面，據(jù)報道，大腸桿菌在暴露于增加滲透壓期間死亡的機制是膜變形和影響滲透性的膜脂質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的組合。因此，與相對高溫相關(guān)的膜特性擾動可能是導(dǎo)致大腸桿菌在滅活pH和/或a_w值下存活減少的因素之一。已觀察到隨著溫度升高，大腸桿菌細(xì)胞膜中飽和脂肪酸增加同時不飽和脂肪酸減少，影響其一致性。42°C的熱休克據(jù)報道會destabilize膜，改變磷脂和脂肪酸剖面，并增加其滲透性。其他研究人員指出暴露于42°C會降低膜各向異性并增加其剛性。
在本研究中，我們觀察到未解離乳酸濃度影響生長和滅活速率，并對生長/無生長邊界條件有相當(dāng)大的影響（見補充材料中的圖S2）。有機酸廣泛用于食品工業(yè)作為防腐劑。盡管有此用途，其抗菌作用模式仍未完全理解。普遍認(rèn)為弱酸抑制微生物生長的能力與其膜滲透性相關(guān)。在pH值低于其酸性基團(tuán)pKa時，酸主要不帶電荷，以此形式酸可以自由通過細(xì)胞膜。在較高pH值時，酸主要以解離或帶電形式存在；解離酸通過膜的運輸不能通過自由擴(kuò)散發(fā)生，但需要效率較低的二級運輸機制。早期研究表明對細(xì)胞內(nèi)pH的影響是理解弱酸毒性的關(guān)鍵。細(xì)胞內(nèi)，乳酸解離，釋放質(zhì)子降低內(nèi)部pH和陰離子，此外特異性抑制代謝的不同方面并對細(xì)胞產(chǎn)生滲透效應(yīng)，導(dǎo)致生長受損?？捎米C據(jù)表明它也可能影響膜功能。未解離乳酸已顯示破壞大腸桿菌外膜的脂多糖層，增加其滲透性。這些對細(xì)胞的作用可能有助于其他環(huán)境因素的生長抑制效應(yīng)，并縮小生長環(huán)境區(qū)域。
EcSF預(yù)測工具可用于評估制造過程和/或儲存期間修改、干預(yù)或意外事件對VTEC存活的影響。例如，EcSF預(yù)測將發(fā)酵溫度從20°C提高到28°C會導(dǎo)致VTEC滅活增加約100%。類似地，可以在每個特定FRMS制造過程的確切條件下評估成熟或儲存期間變化的影響。因此，EcSF程序可用于優(yōu)化FRMS生產(chǎn)，以實現(xiàn)相關(guān)食品安全當(dāng)局設(shè)定的大腸桿菌濃度所需減少。EcFS中實現(xiàn)的模型基于本研究發(fā)現(xiàn)的最具抗性大腸桿菌菌株，因此EcSF可能高估FRMS中的VTEC濃度。設(shè)計最佳FRMS制造和儲存過程以實現(xiàn)VTEC所需減少以及當(dāng)前最小化生肉中VTEC流行的努力是能夠增強這些肉制品安全性的方法。
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