发酵与干燥动力学同萨拉米肠中李斯特菌灭活的关联研究:一种动态过程监测方法

《Food Microbiology》:Linking Fermentation and Drying Kinetics to Listeria monocytogenes Inactivation in salami: A Dynamic Process Monitoring Approach

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月02日 来源:Food Microbiology 5.4

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   摘要干发酵香肠(DFS)依靠发酵和干燥来控制病原体;然而,这些过程是动态的,变化中的工艺条件与病原体灭活之间的关系仍然知之甚少。本研究评估了发酵剂依赖性差异在DFS发酵过程中对单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)灭活的影响,并开发了将动态工艺条

  

摘要

干发酵香肠(DFS)依靠发酵和干燥来控制病原体;然而,这些过程是动态的,变化中的工艺条件与病原体灭活之间的关系仍然知之甚少。本研究评估了发酵剂依赖性差异在DFS发酵过程中对单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)灭活的影响,并开发了将动态工艺条件与病原体减少联系起来的可预测模型。使用发酵pH动力学和初级灭活模型比较了三种商业发酵剂。在发酵和干燥过程中,收集了4,969个实时pH测量值和186个L. monocytogenes和水活性(aw)测量值。随机森林分析确定aw、pH和相对湿度(RH)是与病原体减少最相关的最有影响力的工艺变量。随后开发了结合持续变化的pH和aw条件的次级模型。使用动态pH和aw数据从模型中估计的单核细胞增生李斯特菌在萨拉米香肠中的Dr值为14.3小时,显著大于(P < 0.05)仅使用动态pH的模型中Dr值29.66小时。这些结果表明,pH + aw组合模型更好地捕捉了障碍效应。这些发现证明,将实时发酵和干燥数据与病原体减少测量相结合,提高了DFS加工中L. monocytogenes灭活模型的可解释性,并为工艺验证和定量微生物风险评估(QMRA)应用提供了框架。

引言

干发酵香肠(DFS)是保质期长的即食肉类制品。在受控温度和相对湿度(RH)下,发酵和干燥过程中会发生微生物、生化和理化变化(Barcenilla et al., 2022; Villani et al., 2007)。多种因素,包括酸化、aw降低、盐和亚硝酸盐添加,以及天然或发酵微生物的活动,通常使产品具有较低的病原体存活风险(Giello et al., 2018; Osek et al., 2022)。
然而,病原体可能在DFS生产的多个阶段出现,包括通过原材料、非肉类配料如香料,或加工环境(FDA, 2012; Tompkin, 2002)。一旦引入,病原体可能在加工过程中持续存在。在食源病原体中,单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)对即食肉类产品尤其令人担忧,因为它能够在加工环境中存活,并定殖设备和食品接触表面(Carpentier & Cerf, 2011; Villani et al., 2007)。此外,L. monocytogenes显示出对aw降低和酸化的耐受性,使其能够在DFS发酵和干燥特征性的非热障碍条件下存活(EFSA Panel on Biological Hazards et al., 2018)。
在美国,食品安全和检验服务局(FSIS)对即食肉类和禽类产品中的L. monocytogenes执行零容忍政策(FSIS, 2023)。欧盟允许不能支持生长的产品在保质期结束时达到100 CFU/g,前提是此限值在储存期间未被超过(European Commission, 2005, 2024)。对于DFS,遵守这些标准依赖于发酵、干燥和储存障碍的累积效应,以实现足够的灭活或生长限制。
评估DFS中病原体控制的研究主要依赖于在发酵和干燥的特定阶段收集的数据,包括pH、aw和病原体计数(Austrich-Comas et al., 2023; Du?i? et al., 2023; Nam et al., 2024; Porto-Fett et al., 2022)。这些研究提供了特定加工条件下病原体总体减少的重要见解,并支持了工艺评估和验证工作。发酵和干燥是动态过程,条件不断变化,发酵pH动力学尤其可能随微生物活动而变化(Nam et al., 2026)。然而,工艺变量通常作为离散测量值评估,而不是沿着共同的加工时间线集成,这限制了对工艺条件与病原体灭活关系的解析度。将连续工艺数据与病原体减少测量相结合,可以确定灭活发生的时间,并解决单个工艺变量对减少的贡献方式。这种方法提高了对灭活行为的解释,并支持了综合可预测模型的开发(Nam et al., 2026)。产品aw和pH被排名为影响包括干发酵香肠在内的食品中L. monocytogenes减少的因素。然而,DFS现有的可预测模型主要是经验性的,将减少与终点pH、终点aw或平均加工温度联系起来(Nam et al., 2026; Hwang et al., 2009; Mataragas et al., 2015),而此类灭活动力学模型的表观意义对于发酵和干燥食品产品尚未充分确立。由于pH和aw在萨拉米香肠发酵和干燥过程中持续变化,需要将这些因素整合在一起的具有表观意义的动力学模型,以将累积病原体减少与动态工艺条件联系起来。
为了解决这一局限,需要明确将DFS加工过程中持续变化的工艺条件与病原体反应联系起来的数据集。发酵剂在生长特性、发酵pH动力学和相关病原体减少动态方面存在差异(Leroy & De Vuyst, 2004)。确定与延迟或减少灭活相关的条件为评估病原体行为提供了保守基础。在本研究中,保守发酵剂被定义为与较慢的酸化和/或较慢的预测L. monocytogenes灭活相关的发酵剂,从而代表了后续发酵–干燥建模的较低抑制条件。这种方法最小化了在较低抑制加工条件下高估工艺致死性的风险。本研究量化了DFS发酵和干燥过程中L. monocytogenes的灭活,同时连续监测工艺条件,并开发了将工艺动态与病原体灭活联系起来的可预测模型。首先对三种商业发酵剂进行筛选,以确定产生最慢酸化和最低预测灭活的发酵剂,然后将其用于建立后续实验的保守工艺条件。

章节摘要

细菌菌株和接种物制备

从美国农业部食品安全和检验服务局(USDA FSIS)获得的五种L. monocytogenes菌株用于本研究(表1)。单个菌株的冷冻库存被划线接种在胰蛋白胨大豆琼脂(TSA; Neogen, Lansing, MI, USA)上,并在37 °C下培养20小时。单菌落被接种到添加了0.6%酵母浸出物(TSBYE)(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)和1%葡萄糖(Thermo

保守发酵剂的鉴定

比较三种商业发酵剂以确定在动态工艺监测实验中使用的保守发酵剂。本研究使用的发酵剂在相关病原体灭活动态(图2)和发酵pH动力学(图1)方面存在差异。与最慢或最低效病原体灭活相关的发酵剂代表了下游挑战性实验的保守情景,因为它最小化了…

结论

在发酵和干燥过程中,aw和pH被确定为与病原体减少相关的主要工艺变量。开发的模型将L. monocytogenes存活的预测从静态初级模型推进到结合随时间变化的加工条件的次级动态框架。该模型捕捉了发酵和干燥期间观察到的非线性减少行为,并证明病原体减少是由累积效应驱动的…

CRediT作者贡献声明

Teresa M. Bergholz:撰写 – 审阅与编辑,资源,项目管理,概念化。Jun Haeng Nam:撰写 – 审阅与编辑,撰写 – 原稿,可视化,方法学,调查,概念化。Natoavina T. Faliarizao:撰写 – 原稿,调查,形式分析。Joshua Ombaka Owade:撰写 – 审阅与编辑,撰写 – 原稿,可视化,方法学,形式分析

未引用参考文献

Ricci et al., 2018; Faliarizao et al., 2025.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些利益或关系可能被认为影响了本论文中报告的工作。

数据可用性

支持本研究的数据公开可用,可通过DOI https://doi.org/10.15482/USDA.ADC/32762325在Ag Data Commons上获取。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这些利益或关系可能被认为影响了本论文中报告的工作。

致谢

本研究部分由美国农业部国家食品与农业研究所资助,项目编号#2023-67017-39044。
Jun Haeng Nam | Natoavina T. Faliarizao | Joshua Ombaka Owade | Teresa M. Bergholz
密歇根州立大学食品科学与人类营养系,东兰辛,密歇根48824,美国
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