同一加工设施中牛肉与猪肉污染源的差异化归因分析

《Food Research International》：Differential attribution of contamination sources for beef and pork produced at the same processing facility

　　

摘要专业翻译 本研究调查了商业肉类加工设施常规生产过程中，进入冷却胴体、肉类产品以及各类设备表面的微生物群落，旨在识别肉类污染的来源。研究人员对牛肉和猪肉加工过程中涉及的八个采样位点进行了重复采样，并采用了常规微生物学方法和微生物群落分析。牛肉和猪肉冷却胅体的总需氧菌数（TAC）相近（分别为2.19±0.91和2.26±0.62 log CFU/1000 cm2）。然而，猪肉分割肉和修整碎肉的总需氧菌数显著高于其对应的冷却胅体，而牛肉产品则未观察到这一差异。与猪肉加工相关的设备表面（刀具除外）的总需氧菌数比牛肉加工相关设备高出0.5–0.7个对数单位。猪肉加工过程中大肠杆菌（E. coli）和肠杆菌科（Enterobacteriaceae）的检出频率高于牛肉加工过程，其中手套和刀具是猪肉分割过程中大肠杆菌的重要来源。基于16S rRNA基因扩增子测序的β多样性分析显示，采样位点是微生物群落结构的主要驱动因素（R2=0.13），且该效应依赖于动物种类。冷却胅体和人员装备（手套和刀具）的微生物群落在不同采样时间保持相对稳定，而肉类产品和固定设备（传送带、不锈钢货架、切割台）的微生物群落则随时间变化。假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）是总体最丰富且最普遍的菌属，其中假单胞菌属在两种肉类加工过程的手套样本中占微生物群落的50%，不动杆菌属在猪肉加工过程的传送带和不锈钢货架上占比超过30%。牛肉和猪肉的污染源模式存在差异：牛肉的污染主要归因于固定设备表面和刀具，而猪肉的污染则与手套、刀具、不锈钢货架和传送带等多种来源相关。本研究表明，即使在同一设施、使用相同设备进行生产，牛肉和猪肉的污染水平和来源也存在差异，这提示在制定清洁和卫生策略时需要考虑肉类种类的差异。

论文解读

一、研究背景与目的

肉类是人类饮食中蛋白质、矿物质和维生素的重要来源。全球肉类产量自1961年以来增长超过四倍，2024年总量超过3.7亿吨。然而，全球约20%的肉类因微生物活动导致的品质劣变而被浪费，经济损失估计达940亿美元。在北美，牛肉和猪肉的屠宰加工高度结构化，包括屠宰分割（dressing）、冷却（chilling）和分割加工（fabrication）三个空间分离的工序。尽管已有研究关注屠宰和冷却阶段胴体的微生物风险，但关于商业设施中冷却胴体分割为肉产品过程中的污染控制研究十分缺乏。

已有报道显示，加拿大联邦检验肉类加工厂生产的冷却牛肉和猪肉胴体细菌数量可低于1 log CFU/cm2，但牛肉分割产品的细菌载量可达1.0–3.4 log CFU/cm2，提示冷却后存在污染。对于猪肉，尚无研究同时报道同一设施中分割产品与胴体的污染水平。近期研究表明，肉类加工环境可能选择性地富集能在低温下生长的环境微生物，如假单胞菌属和不动杆菌属。然而，关于设施内微生物群落的时序变化及其对肉类污染的贡献信息仍然稀缺。

本研究选择了一家同时加工牛肉和猪肉的商业肉类加工厂，旨在确定在同一设施中加工的猪肉和牛肉在微生物污染水平和来源上是否存在差异，以揭示可能影响两种肉类货架期差异的额外因素。研究人员采用常规微生物学方法和微生物群落分析，通过重复采样来辨别肉类污染的来源和时序趋势。

二、研究内容与主要发现

研究在加拿大阿尔伯塔省一家联邦检验肉类加工厂进行，该厂在不同日期分别加工牛肉（周三）和猪肉（周四），加工设施温度维持在5.5±0.6°C，相对湿度72.5±2.6%。研究人员对进入加工车间的冷却胴体、肉类产品（分割肉和修整碎肉）、固定设备（传送带、切割台、不锈钢货架）和人员装备（防护网手套和刀具）共八个位点进行采样，每种肉类各进行五次采样（每隔两周一次），共采集395份样本。

研究发现，牛肉和猪肉冷却胴体的总需氧菌数相近（2.19±0.91 vs 2.26±0.62 log CFU/1000 cm2），但猪肉分割肉和修整碎肉的总需氧菌数显著高于其对应胴体，而牛肉产品则未出现这一差异。猪肉加工相关设备表面（刀具除外）的总需氧菌数比牛肉加工相关设备高0.5–0.7个对数单位。在395份样本中，仅11份检出大肠杆菌，其中8份来自猪肉加工过程（传送带2份、手套4份、刀具2份），3份来自牛肉加工过程（传送带2份、切割台1份），手套样本的大肠杆菌计数最高（2–2.3 log CFU/件）。猪肉加工过程中肠杆菌科（23.5% vs 39.0%）和大肠菌群（18.5% vs 28.7%）的检出频率均显著高于牛肉加工过程。

基于16S rRNA基因扩增子测序的β多样性分析显示，采样位点是微生物群落结构的主要驱动因素（R2=0.13），且表面类型与动物种类之间存在显著的交互效应（R2=0.14）。冷却胴体和人员装备的微生物群落在不同采样时间保持相对稳定，而肉类产品和固定设备的微生物群落随时间显著变化。假单胞菌属和不动杆菌属是最丰富和最普遍的菌属，假单胞菌属在两种肉类加工过程的手套样本中占50%以上，不动杆菌属在猪肉加工过程的传送带（44.4%）和不锈钢货架（34.1%）上占比显著高于猪肉胴体。

牛肉和猪肉的污染源模式存在显著差异。牛肉的污染主要归因于固定设备表面和刀具，其中短波单胞菌属（Brevundimonas）、巨球菌属（Macrococcus）和寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）归因于固定设备和刀具，梭菌属（Clostridium）归因于传送带，假单胞菌属归因于所有设备表面。猪肉则呈现不同的污染模式：手套是假单胞菌属的主要来源（占66.8%），手套和刀具以及不锈钢货架和传送带是寡养单胞菌属的重要来源，消化链球菌属（Peptostreptococcus）和隐秘杆菌属（Trueperella）在修整碎肉、刀具、切割台和传送带上更为丰富。

三、关键技术方法

本研究采用的主要技术方法包括：常规微生物学方法，使用Petrifilm需氧菌计数板（AC）、肠杆菌科计数板（EB）和大肠杆菌/大肠菌群计数板（EC）进行细菌计数和鉴定；16S rRNA基因扩增子测序，针对V4区域进行PCR扩增，采用Illumina NextSeq平台测序，通过DADA2流程处理序列数据，使用SILVA数据库（release 138.1）进行分类学注释，并利用decontam包去除DNA提取试剂盒污染；生物信息学分析，包括α多样性（Observed ASVs和Shannon指数）和β多样性（Bray-Curtis距离、主坐标分析PCoA、PERMANOVA）评估。样本来源为加拿大阿尔伯塔省一家联邦检验肉类加工厂，共395份样本，其中240份样本进行了16S rRNA基因扩增子测序。

四、研究结论与讨论

本研究发现，尽管牛肉和猪肉在同一设施、使用相同设备进行加工，且冷却胴体的初始细菌载量相近，但两种肉类的污染水平和来源存在显著差异。猪肉分割肉和修整碎肉的细菌载量显著高于其对应胴体，而牛肉产品则未观察到这一现象。猪肉加工相关设备的细菌载量更高，大肠杆菌和肠杆菌科的检出频率也更高。研究人员推测，牛肉和猪肉质地的差异可能是导致设备污染水平不同的原因之一——猪肉因多不饱和脂肪酸比例较高而相对柔软，且猪皮在加工过程中被去除，暴露出的内部表面较软，肉类加工人员也确认处理猪肉分割时网手套上的碎屑积累更快。

固定设备表面微生物群落的动态变化是导致肉类产品微生物群落差异的主要因素，而冷却胴体和人员装备的微生物群落则相对稳定。假单胞菌属和不动杆菌属作为最主要的污染菌属，能够在低温、营养有限的条件下存活，且对消毒剂具有抗性，是食品加工环境中多物种生物膜的主要组成部分。牛肉和猪肉的污染虽然来源不同，但主要来自设备表面，且大部分由能在加工环境中存活和繁殖的微生物组成。

本研究的发现表明，在制定肉类加工设施的清洁和卫生策略时，需要考虑肉类种类的差异。采样时间是肉类和固定设备微生物群落差异的驱动因素之一，这提示在清洁过程中需要特别关注这些时序变化。本研究为肉类加工过程中的污染控制提供了重要的科学依据，也为理解牛肉和猪肉货架期差异的微生物学机制提供了新的视角。