基于蒙特卡洛模拟的模块化过程风险模型整合动力学参数评估发酵香肠中亚硝酸盐暴露风险

本研究针对发酵与非发酵香肠中亚硝酸盐残留的食品安全问题，通过整合动力学参数与蒙特卡洛模拟的模块化过程风险模型（MPRM），定量评估了不同储存条件下亚硝酸盐降解规律及健康风险。研究发现发酵香肠中乳酸菌（LAB）显著降低亚硝酸盐残留，儿童与成人的危害商数（HQ）分别降至0.203-0.252和0.043-0.054，远低于非发酵样品（HQ儿童0.835，成人0.179），为食品工业优化工艺提供科学依据。

　　

亚硝酸盐作为肉制品加工中的关键添加剂，虽能抑制肉毒杆菌并改善风味，但其潜在致癌性引发广泛担忧。尤其令人关注的是，亚硝酸盐在储存过程中与生物胺反应生成亚硝胺，而现有研究多忽略储存条件对残留量的动态影响。更棘手的是，儿童因体重较轻更易暴露于高风险，但传统风险评估模型缺乏对温度和时间变量的量化分析。这一空白使得食品监管和消费者选择缺乏精准依据。

针对这一难题，伊朗德黑兰Robat Karim肉制品公司与沙希德·贝赫什提医科大学的研究团队开展了一项创新研究。他们通过对比发酵与非发酵香肠在不同温度下的亚硝酸盐降解动力学，首次将Arrhenius方程与蒙特卡洛模拟结合，构建了模块化过程风险模型（MPRM）。该研究发表在《LWT-Food Science and Technology》上，为食品风险评估提供了新范式。

研究采用四项关键技术：1) 基于ISO标准的亚硝酸盐残留量检测；2) 零级和一级动力学模型拟合降解曲线；3) Arrhenius方程量化温度敏感性参数（如活化能E_a和Q₁₀值）；4) 通过@Risk软件进行10,000次蒙特卡洛模拟，结合贝叶斯分析验证可靠性。样本队列来自工业化生产的香肠，设置对照组与三种LAB接种方案（Lallemand-CXSP、L. acidophilus LA-5及混合菌株）。

3.1 亚硝酸盐降解动力学研究
通过一级反应模型（R²=0.928-0.989）发现，22°C储存时发酵香肠降解速率显著提升：接种Lallemand-CXSP的样品1速率提升177.96%，而对照组仅增32.5%。乳酸菌代谢活性在常温下展现优势，这与Huang等在中国香肠中的发现一致。

3.2 热力学特性分析
发酵样品呈现更高活化能（E_a=39.89 kJ/mol）和Q₁₀值（1.83），显示其对温度更敏感。有趣的是，pH降低（5.7→5.18）与E_a升高呈正相关，暗示酸性环境可能通过影响LAB代谢而加速降解。

3.3 模块化风险模型构建
MPRM整合四大模块：初始残留量（正态分布）、储存条件（三角分布温度+均匀分布时间）、暴露评估（一级动力学方程）和风险表征（HQ=EDI/ADI）。模型首次将半衰期（4°C下样品1为11.75天）与消费数据联动。

3.4 暴露评估结果
蒙特卡洛模拟显示，发酵香肠在儿童群体中EDI_95%仅为0.014 mg/kg bw/day，较对照组降低76%。这一数值显著低于欧洲报告的肉制品贡献值（0.023 mg/kg bw/day），证实LAB的防护作用。

3.5 风险特征化
贝叶斯验证的HQ指数揭示：发酵样品使儿童风险降低3.3-4.1倍（HQ_95%=0.203 vs 0.835）。尽管所有样本HQ<1，但对照组儿童HQ达0.835，接近安全阈值，凸显发酵工艺的减害价值。

该研究通过创新性地整合动力学与概率模型，首次量化了储存条件对亚硝酸盐风险的动态影响。发酵香肠中LAB不仅将半衰期缩短至对照组的1/3，其温度敏感特性（ΔH=37.57 kJ/mol）更提示需加强冷链管理。从公共卫生视角看，该模型为制定差异化储存标准提供依据，尤其对儿童保护具有重要意义。未来可扩展至其他加工食品的风险预测，推动食品安全评估从静态向动态范式转变。