空间交叉污染情况分析：水资源再利用对禽类产品加工过程中弯曲杆菌（Campylobacter）和大肠杆菌（E. coli）动态的影响

《folia medica》：Spatial cross-contamination profiles: Effect of water reuse on dynamics of Campylobacter and E. coli during poultry processing

本研究开发了首个反应-扩散-输运模型，追踪鸡只浸渍冷却过程中微生物的空间和时间演变，验证后确定参数分布，预测 Campylobacter 和 E. coli 水平，并识别高风险区域，提出提高水循环和流速可减少细菌残留。

　　本研究旨在通过开发和应用一个能够描述空间和时间变化的反应-扩散-对流模型，以更好地理解在浸没冷却过程中微生物的动态行为。这一模型特别关注于在冷却阶段中，如何通过水的流动和循环来影响微生物的分布和污染风险。在当前的研究中，我们利用该模型对以往的研究数据进行分析，以确定影响有机负荷和杀菌剂浓度的关键参数，并通过模型验证来展示不同工艺条件下的空间污染风险分布。

在现代家禽加工过程中，水的过度使用是一个严重的问题，因此大多数系统都采用水的循环利用策略，以减少用水量并提高资源利用效率。这种策略通过特定的水流动态来实现，使冷却水能够在系统中反复使用，同时维持一定的水质标准。然而，传统的建模工具通常基于均匀混合的假设，无法准确反映在实际加工环境中微生物的空间分布变化。为了克服这一限制，我们开发了一个反应-扩散-对流模型，该模型不仅考虑了水的流动和循环，还结合了微生物的迁移和失活过程，从而能够更精确地描述冷却过程中微生物的动态行为。

在实际应用中，我们发现该模型可以有效地捕捉到不同工艺条件下的微生物分布特征。例如，在使用自由氯（FC）作为杀菌剂的情况下，模型能够预测冷却水和家禽体表的微生物水平，并与实际观测数据进行对比。这种对比结果显示，模型预测的微生物水平与实际观测值之间存在较高的吻合度，表明该模型在描述微生物动态方面具有较高的准确性。此外，我们还通过详细的参数研究，揭示了在冷却罐中不同区域的微生物污染风险分布，特别是高风险和低风险区域的形成及其演变过程。

模型的预测结果表明，增加水的反向流动和循环速率可以有效降低冷却后的微生物负荷，特别是在家禽加工线速度较快的情况下。这一发现对于优化冷却工艺和提高食品安全具有重要意义。同时，我们还分析了不同国家和地区的水处理实践，发现尽管美国的一些家禽加工厂已经转向使用过氧化氢（PAA）或酸化次氯酸盐（ASC）作为杀菌剂，但在某些情况下，自由氯仍然被广泛使用。因此，从全球角度来看，改进基于自由氯的微生物控制策略具有重要的现实意义，这不仅有助于提高食品安全，还能够为其他常用的杀菌剂提供建模基础。

在研究过程中，我们采用了多种方法来确定模型的关键参数，包括参数拟合和敏感性分析。通过分析实际的有机负荷和氯浓度数据，我们能够更准确地模拟冷却水和家禽体表的微生物动态。此外，我们还结合了水的流动和循环特性，以评估不同工艺条件对微生物分布的影响。这种多维度的分析方法使得模型能够更全面地反映实际加工环境中的微生物动态行为。

为了验证模型的有效性，我们使用了不同商业冷却系统的预冷却家禽分布数据作为输入，通过模型预测冷却后的微生物水平，并与实际观测数据进行比较。结果显示，模型预测的微生物水平与实际观测值之间存在较高的一致性，这表明模型在描述微生物动态方面具有较高的可靠性。同时，我们还通过详细的参数研究，揭示了不同区域的污染风险分布，特别是在冷却罐中不同位置的微生物迁移和失活过程。

本研究的成果不仅为家禽加工过程中的微生物控制提供了理论支持，还为实际应用中的决策制定提供了依据。通过模型的预测和分析，我们能够更准确地评估不同工艺条件对微生物污染的影响，并为优化冷却工艺提供科学指导。此外，模型的开发也为其他类型的杀菌剂提供了建模基础，使得未来的研究能够更全面地覆盖不同杀菌剂的应用场景。

在实际应用中，模型的预测结果表明，水的反向流动和循环速率的增加可以有效降低冷却后的微生物负荷。这一发现对于提高家禽加工过程中的食品安全具有重要意义，尤其是在高生产速度的加工线上，模型能够帮助识别和控制高风险区域，从而减少微生物污染的发生。同时，我们还发现，不同的水处理实践对微生物污染的影响也存在差异，这表明在制定水处理策略时，需要综合考虑多种因素，包括水的流动模式、杀菌剂的使用方式以及微生物的迁移和失活过程。

通过本研究，我们不仅验证了模型的有效性，还展示了其在实际应用中的潜力。模型的预测结果与实际观测数据之间的高一致性，表明该模型能够准确反映冷却过程中微生物的动态行为。此外，模型的开发也为未来的水处理策略优化提供了理论基础，使得研究人员能够更好地理解不同工艺条件对微生物污染的影响，并为提高食品安全提供科学支持。本研究的成果表明，通过精确的建模和参数分析，可以有效降低家禽加工过程中的微生物污染风险，从而提高食品安全水平。