高光谱成像联合预测微生物学评估干腌火腿中金黄色葡萄球菌生长概率的非侵入性方法

本研究针对干腌火腿生产过程中盐分降低导致的食品安全隐患，创新性地采用高光谱成像(HSI)结合预测微生物学技术，建立了水分活度(aw)的预测模型(RMSEP=0.013)，实现了对切片干腌火腿中金黄色葡萄球菌(S. aureus)生长概率(19-46%)的空间分布评估。该非侵入性方法克服了传统检测耗时耗力的缺点，为干腌火腿的安全生产和质量控制提供了新思路。

　　

在传统肉制品领域，干腌火腿因其低水分高盐特性被认为具有天然抑菌性。然而现代生产工艺加速化、减盐化趋势使得其食品安全面临挑战——研究显示零售切片火腿中50%样品水分活度(a_w)≥0.92，这为耐盐菌如金黄色葡萄球菌(S. aureus)的生长创造了条件。传统挑战性试验虽能评估病原体行为，但存在周期长、成本高的缺陷。如何实现快速准确的安全评估，成为产业亟待解决的问题。

针对这一需求，来自西班牙食品科学与技术研究所的研究团队在《Meat Science》发表创新成果。研究采用高光谱成像(HSI)系统(400-1000nm波段)扫描411个火腿样本，通过偏最小二乘回归(PLSR)建立a_w预测模型，结合图像预处理技术消除脂肪条纹和镜面反射干扰，最终将预测的a_w空间分布数据输入Borneman等建立的生长概率模型，实现非侵入式安全评估。

关键技术包括：1) 采用分层抽样策略获取411个样本建立a_w预测模型；2) 开发阈值分割算法(Th=0.45-0.65)消除图像伪影；3) 构建化学图像计算a_w百分位数(P50-P95)；4) 整合pH历史数据运行微生物生长预测模型。

研究结果
3.1 预测模型性能
开发的PLSR模型使用7个潜变量，经二阶导数预处理后，验证集R²达0.933。特征波长分析显示960-1000nm区域水分子(OH键)对预测贡献最大。

3.2 图像预处理优化
通过伪彩色图像证实阈值分割能有效消除脂肪条纹(930nm处C-H键特征吸收)和镜面反射。不同阈值(0.45-0.65)对a_w百分位数预测无显著影响(P>0.05)。

3.3 盐分组比较
标准盐渍(SS)与减盐(SR)组a_w频率分布无差异，但组内变异显著(Δa_w≈0.05)，证实生产工艺的固有异质性。

3.4 生长概率评估
使用P75百分位参数时，S. aureus生长概率区间达19-46%。模型不确定性分析表明，当预测概率>20%时需辅以实验验证。

这项研究开创性地将HSI的空间解析能力与微生物预测模型结合，为干腌火腿安全生产提供了三方面价值：1) 实现产品批次间和批次内的a_w异质性量化；2) 建立基于百分位数选择的科学风险评估框架；3) 为在线检测系统开发奠定基础。研究者特别强调，评估阈值的标准化将是未来应用的关键——在食品安全领域采用P75及以上百分位数能更好反映"最坏情况"场景。该技术路径还可拓展至其他低水分食品的病原体风险评估，具有广阔的产业应用前景。