清洁标签酸化沙拉酱中食源性病原菌的挑战研究：冷灌装动力学模型构建与安全性评估

《Applied Ergonomics》：A challenge study of foodborne pathogens in clean-label acidified dressings: Cold-fill kinetic modeling study

本研究针对清洁标签酸化沙拉酱在无传统防腐剂条件下的微生物安全风险，通过挑战性实验评估了三种常见食源性病原菌（L. monocytogenes、E. coli O157:H7和S. Typhimurium）在pH 3.3、25°C条件下的失活动力学。研究采用Log-linear和Weibull模型进行拟合分析，发现Weibull模型能更准确预测5-log减菌时间，为冷灌装酸化食品的安全生产周期制定提供了关键数据支撑。

　　

随着消费者对食品健康属性的日益关注，清洁标签（Clean-label）食品已成为行业重要趋势。这类产品强调配方简洁、成分天然，避免使用化学合成添加剂。然而，在沙拉酱等酸化食品中，传统防腐剂的移除可能带来微生物安全风险。尽管酸性环境（pH≤4.6）本身能抑制病原菌生长，但清洁标签产品的复杂基质特性使得其安全性需要重新评估。历史上，酸化食品因能有效抑制肉毒杆菌（Clostridium botulinum）而被视为安全，但近年来的食源性疾病暴发案例（如苹果汁、发酵香肠等）表明，酸性环境下的病原菌存活问题不容忽视。特别是李斯特菌（Listeria monocytogenes）、大肠杆菌O157:H7（Escherichia coli O157:H7）和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）等病原体，在酸性条件下仍可能存活，这对缺乏传统防腐剂的清洁标签产品构成了挑战。

为应对这一挑战，普渡大学食品科学系的研究团队在《Applied Ergonomics》上发表了一项针对性研究。他们选取了三款市售清洁标签沙拉酱（牛油果青柠味、奶油香草蒜味和覆盆子香槟味），通过系统的挑战性实验，量化了上述三种病原菌在特定条件（pH 3.3，25°C）下的失活动力学，旨在为行业提供科学依据，确保产品在供应链中的安全。

研究团队采用了挑战性实验结合数学模型分析的核心方法。首先，他们将三种病原菌分别接种到调整至统一pH值（3.3±0.05）的沙拉酱样品中，在25°C下培养48小时，定期取样检测活菌数。关键实验技术包括：使用选择性培养基（如SMAC用于E. coli O157:H7，XLT₄用于S. Typhimurium，MOX用于L. monocytogenes）进行微生物计数；运用MATLAB软件进行数学建模，重点比较了Log-linear模型（描述线性失活）和Weibull模型（描述非线性失活，能捕捉肩部或尾部效应）的拟合优度；采用序贯参数估计法（Sequential Parameter Estimation）和缩放敏感系数（Scaled Sensitivity Coefficients, SSCs）分析来优化模型参数估计，确保结果的可靠性。所有实验均使用来自普渡大学新鲜农产品食品安全实验室保存的标准菌株。

3.1. 沙拉酱产品特性

研究涉及的三种沙拉酱其水分活度（a_w）在0.87至0.97之间，pH均统一调整至3.3。不同产品的成分差异（如脂肪含量、有机酸种类）为研究提供了不同的基质背景。

3.2. 缩放敏感系数

分析显示，Log-linear模型和Weibull模型的参数敏感系数均较高且无显著相关性，表明同时估算模型参数是可行的，为后续动力学分析奠定了基础。

3.3. 病原菌在牛油果青柠沙拉酱中的存活情况

在牛油果青柠酱中，E. coli O157:H7表现出最强的耐受性。Weibull模型预测其达到5-log减菌所需时间最长（29.42小时），而L. monocytogenes和S. Typhimurium所需时间较短（分别为23.18和26.85小时）。Weibull模型的拟合优度（通过RMSE和SS值判断）普遍优于Log-linear模型，更准确地描述了失活曲线的非线性特征。

3.4. 病原菌在奶油香草蒜沙拉酱中的存活情况

在奶油香草蒜酱中，所有病原菌的失活速度均快于牛油果青柠酱。E. coli O157:H7仍需较长时间（Weibull模型预测18.48小时），但L. monocytogenes的失活最快（9.67小时）。这表明产品基质（如更高的脂肪含量或特定的抗菌成分）对病原菌存活有显著影响。

3.5. 病原菌在覆盆子香槟沙拉酱中的存活情况

在水分活度最低（0.87）的覆盆子香槟酱中，病原菌失活最为迅速。L. monocytogenes的5-log减菌时间最短（仅6.84小时），E. coli O157:H7（17.98小时）和S. Typhimurium（15.30小时）的耐受性依然相对较强。这进一步证实了低水分活度与酸性环境的协同抑菌作用。

研究结论明确指出，在清洁标签、冷灌装的酸化沙拉酱中，通过控制pH值（本研究为3.3）并在25°C下保持足够长的时间，可以实现对L. monocytogenes、E. coli O157:H7和S. Typhimurium的有效控制（达到5-log减菌）。在所有测试的产品和模型中，Weibull模型因其能更好地拟合非线性失活数据而被推荐用于预测减菌时间。在三种病原菌中，E. coli O157:H7 consistently表现出最强的酸耐受性，这与其已知的酸应激适应机制（如氨基酸脱羧系统、膜脂修饰等）相符。而产品基质特性，特别是水分活度和所含的天然抗菌成分（如醋、柠檬汁中的有机酸），显著影响病原菌的失活速率。

这项研究的意义在于，它为清洁标签酸化食品制造商提供了关键的科学数据，用于确定冷灌装工艺中确保产品微生物安全所必需的“保持时间”（Hold time）。这有助于在避免热加工影响产品感官品质的前提下，优化供应链管理和仓库存储策略，从而推动更安全、更符合消费者需求的清洁标签食品的发展。研究的局限性在于仅考察了单一温度和水活度范围，未来研究可扩展至不同温度条件和更广泛的配方变量，以建立更全面的预测模型。