（食品科学与工程专业论文）小麦中黄曲霉生长预测模型的建立及其应用.pdf

摘要 针对我国小麦做了真菌菌群分布基本研究及优势霉菌的分离、鉴定，目的是为了确定生长预 测模型中的目的微生物。根据逐次递进的方法，按照菌种生物量在总菌落中的优势性，产生毒素 及在小麦中检出率稳定的要求，最终确定了目的微生物为黄曲霉。 参照相关文献提供的小麦储藏及霉菌适宜生长条件，选取八种不同温度、三种环境相对湿度 建立生长预测模型。结果表明小麦中黄曲霉在1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 、3 5 、4 0 、4 5 。c ，环境相对湿 度分别为4 0 、6 0 $ n8 0 的条件卜- 的生长曲线，用经典g o m p e r t z 模型和l o g i s t i c 模型拟合效果 较好。经过t 检验和f 检验过程验证了2 4 个生长曲线样本中g o m p e r t z 模型被接受度更高，t 检 验和f 检验接受度分别为1 0 0 和8 7 5 。，将实验数据与r a t k o w s k y 模型相拟合建立了黄曲霉 生睦的二级模犁温度预测模型：并将模型数据与实验数据进行对比，验证了模型的有效性。 经正交实验设计，采用酶联免疫检测法测定小麦中a f b 。的含量。实验结果表明对于小麦中 a f b ，的含量的影响：湿度 温度 时间。当储藏条4 1 ：为3 0 。c ， r h8 0 时，黄曲霉在小麦中 产：毒量较人；当r h 4 0 时，小麦中的黄曲霉基本不产牛毒紊。 参考相关流行病学研究结粟，结合模型预测值，考虑a f b 。产生的条什及黄曲霉产毒菌株概 率约为5 0 ，对小麦中的a f b ，进行了风险评估。结果显示：根据实验测得的小麦中a f b l 含量 i 算，我国平均肝癌发病率为9 7 5 1 0 万。 关键词：小麦，黄曲霉毒素b 。生跃预测模型，风险评估 a b s t r a c t t h ef u n g a ld i s t r i b u t i o ni nw h e a t ，i s o l a t i o na n di d e n t i f i c a t i o no fm a i nf u n g a l 。m o u l do f4k i n d so f w h e a tw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h eo v e r a l lg o a lw a st od e t e r m i n et h eo b j e c t i v em i c r o o r g a n i s mi n g r o w t hp r e d i c t i v em o d e l a c c o r d i n gt ot h eg r a d u a l a p p r o a c hm e t h o d ，t h ea s p e r g i l l u sf l n v u sh a sb e e n d e s 远n a t e da st h eo b j e c t i v em i c r o o r g a n i s m g r o w t hp r e d i c t i v em o d e l sw e r ee s t a b l i s h e db a s e do i le i g h td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sa n dt h r e er e l a t i v e h u m i l i t i e sa c c o r d i n gt ot h el i t e r a t u r e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f e c t so fs i m u l a t i o nb yc l a s s i c a l g o m p e r t zm o d e la n dl o g i s t i cm o d e lw e r eg o o da t t h et e m p e r a t u r eo f1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 ，3 0 ，3 5 ，4 0 ，4 5 1 2 a n dr h4 0 ，6 0 ，8 0 a f t e rft e s ta n dtt e s to fg r o w t hc u r v ed u r i n g2 4s a m p l e s ，g o m p e r t zm o d e l h a sb e e np r o v e da st h em o s ta v a i l a b l em o d e lw i t h1 0 0 a c c e p t a n c eb ytt e s ta n d8 7 5 a c c e p t a n c eb yf t e s t t h es e c o n d a r yg r o w t hm o d e l t e m p e r a t u r ep r e d i c t i v em o d e lw a se s t a b l i s h e dt o oa n dt h ed a t a p r o c e s s i n go ft h em o d e lh a ss h o w nt h a tt h em i n i m u ma n dm a x i m u mg r o w t ht e m p e r a t u r eo f a f l n v b i sa t 4 0 ，6 0 a n d8 0 a r e3 7 8 ，5 5 0 9 ；8 8 3 ，4 7 7 0 ( 2a n d3 7 0 ，5 3 6 9 。c ，r e s p e c t i v e l y i ts h o w e dt h a t t h i sm o d e li sa c c e p t a b l eb yc o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t a ld a t aa n ds i m u l a t i o nr e s u l t su n d e rc o n t r o l l e d l a b o r a t o r yc o n d i t i o n s o r t h o g o n a ld e s i g na n de l i s a m e t h o dw e r eu s e dt od e t e r m i n et h ec o n t e n to fa f l a t o x i nb 1i nw h e a t t h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h ec o n t e n to fa f l a t o x i na r e ：r e l a t i v eh u m i d i t y t e m p e r a t u r e t i m e a t t h es t o r a g ec o n d i t i o no f3 0 。ca n dr h8 0 ，t h ec o n t e n to fa f b li nw h e a tw a sr e l a t i v eh i g ha n da t4 0 r h ，t h ec o n t e n to fa f b 】i nw h e a td i d n tc h a n g ew i t ht e m p e r a t u r ea n dt i m e t h er i s ka s s e s s m e n ta n do r i e n t a t i o no fa f b li nw h e a tw e r ed i s c u s s e dt o o m e a n w h i l e ，t h e s i m u l a t i o n so fm o d e ld a t a ，f a c t o r so fm e t a b o l i z i n gm y c o t o x i n so fa s p e r g i l l u sf l a v u sw e r ea n a l y z e d t h e r i s k a n a l y s i s i sc o n d u c t e de x c l u s i v e l yf o ra d v e r s eh e a l t he f f e c t sc a u s e db ya f b l ，c o n t a m i n a n t s f r e q u e n t l y f o u n di nw h e a t i tf o l l o w st h ec o n c e p to fh a z a r di d e n t i f i c a t i o n ，e x p o s u r ea s s e s s m e n t ， d o s e m s p o n s ea s s e n s s m e n ta n dr i s kc h a r a c t e r i z a t i o n k e yw o r d s ：w h e a t ；a f l a t o x i nb 1 ；g r o w t hp r e d i c t i v em o d e l ；r i s ka s s e s s m e n t 中阿在业人学螂1 学位论| 迁缩略例垃符j 列表 a 1 t a v u s a f b l c f u s e m r h s p s s m 爿 缩略词及符号列表 a s p e r g i l l u s f l a v u s a f i m o x i nb 1 c o l o n yf o r m a t i o nu n i t s c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o c o p y r e l a t i v eh u m i d i t y s t a t i s t i c a lp a c k a g ef o r t h es o c i a l s c i e n c e m a x i m u ms p e c i f i cg r o w t hr a t e l a g t i m e a s y m p t o t i cl e v e l 黄曲霉 黄曲霉毒素b 菌落形成单位 扫描电镜 相对湿度 社会科学统计软件包 最大比生长速率 迟滞期 渐近线值 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 畜乌坚 时间： 如占年弓月d j 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中围农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名：专曼 时i w ：沙岖年；月寸i 同 导师签名： 群哆 时问：年 月h 1 1 引言 第1 章绪论 我国是粮食生产和消费的大国，粮食安全生产和食用对维护社会稳定与发展，保护粮食生产 者与消费者的人身安全与健康具有重要意义。 我国是世界上栽培小麦最早的国家之一，小麦在我国粮食生产中占有重要地位，是我国主要 的商品粮之一。小麦及其制成品在人们生活和t 农业生产发展中，部占有极其重要的地位f ”。 1 2 小麦的概况 1 2 1 小麦的分类及在我国的分布 小麦属丁i 禾本科植物，麦粒在植物学上称为颖果，在种子学上则称为种子，通常称为小麦。 友粒皮色有红白之分，红皮的叫红麦，自皮的叫白麦。由丁i 品种和受环境影响不同，红皮小麦义 有深红色和红褐色：白皮小麦又有白色、乳白色或黄白色之分。按播种季宵分，可分为冬小麦和 春小麦两种。春季播种的小麦称舂小盛，秋季播种的小麦称冬小麦。 我国冬小麦主产省为河南、山东、 可：i i g 等省，主要分布在河南省黄河以北，山尔省的济南、 潍坊、胶东等地区，河北省南部。我国春小麦主要分布存东北、西北及华, i i ：j l , 部。我国以冬小麦 为士。 1 2 2 储藏过程中小麦变质与微生物的关系 1 2 2 1 小麦储藏过程中微生物区系变化的一般规律 在常规储粮的环境f ，粮食外部的微生物区系将会发生一系列的变化。一般随着储藏时间的 延k ，细菌的数量将迅速减少，尤其以附生形的细菌下降速度更快，而芽孢菌的数量呵基本保持 不变。粮食中附生细菌的含量变化存一定程度上可反映粮食储藏的年限和粮食储藏的条什，也与 粮食的新鲜程度有一定的关联。 利_ l j 平板衙落计数法检验常规储粮条件下粮食外部霉菌数量的变化，通常可以发现在储藏 初期，以链格孢霉为代表的出问型霉菌的数量f 降较快，其在霉卤总量中所占的i ：l n 迅述减少。 随着储藏删的延氏，其f 降的速率口趋平缓。储藏型霉菌在储粮条”( 包捐粮食的品质、粮仓、 管理等闳素) 较女f 的常觇储藏j j j 问一般数量基本维持稳定：但是在粮仓的某些部位如近表面的 粮层、铭近仓墙、fj 窗等处的粮食由于粮食本身的后熟呼吸及受外界温、湿的影响较大，可能山 现储藏1 4 霉菌增加的情况。 1 2 2 2 小麦霉变发生的一般规律 储粮霉变的发生是粮堆内冈利外因共同作用的结果。半环境条件适合霉菌活动时，粮食的霉 变可能在短时间山就会发生，可导致储粮的严重经济损失；但霉菌在粮食上少量的活度股4 j 为 人们所察觉，如果长期积累，其结果会从量变到质变，降低粮食的使用价值。目司此必须了解并掌 握粮食中霉菌活动的规律，从而确保储粮的安全。 不良储藏条件是指粮食储藏的环境适合霉菌的生长、繁殖。如粮堆温度处于适合霉菌生长的 范围，粮食的水分含量较高，氧气供给充分等。在这样的条件f 粮食霉变发生的速度是惊人的。 有实验表明，将5 k g 麸皮接种黄曲霉菌，并将水分调节到2 5 ，用纱布包裹后置于2 8 的环境中， 8 h 后黄曲霉就己旺盛生长，麸皮的温度已上升到5 0 。c 以上。 从理论上说，专业粮库的储粮出现满足霉菌快速生长条件的概率是很小的，但也不能排除一 些偶然因素的影响，如地坪、仓墙渗水，仓顶漏雨等。虽然初始时可能只在粮仓的局部发生储粮 条件的恶化，但由于局部粮食火量滋长霉菌后会产生大量的水分和热量进而可影响周边的粮食， 使霉菌的危害迅速扩展、蔓延、导致粮食大量霉坏。 1 此，有人将粮食中的霉菌比喻成埋在粮食 中的“炸弹”，一旦爆发，后果将非常严重。 不良储藏条件导致储粮事故在我国的大型粮仓中就发生过多起，严重的使整仓的粮食完全变 质。另外，这种粮食霉变事故还可能发生在粮食的运输过程中。例如，我国东北地区生产玉米， 玉米收获己值秋冬季节，缺乏晾晒降水的条件，此时入库的工米水分可能高边2 0 以上但是北 方的低温可使玉米在冬季保持品质不变，待气温卜升后必须作降水处理才能进行正常储藏：在秋 冬或初春季节常订人批量的玉水从东北南运，当高水分的五米专列枉进入汀南厉霉菌会迅速生 艮冈f 而多次发生整个专剁的玉米在运输过程中全部霉变的事故j 。 1 2 2 3 微生物对小麦品质的影响 储藏的小麦如果水分含量很高时，根霉等湿生性利具有较强淀粉分解能力等霉曲可在其上牛 k ，如果不采取降水、降温等有效措施处理，其他霉菌也会随着大量生长，最终导致小麦霉坏。 储藏的小麦如果水分含量偏高时，黄曲霉、青霉等储藏型霉菌往往先侵染小麦的胚部，并形 成各种颜色的菌落，亦称“点翠”。这是因为小麦胚部的保护层比较薄，营养比较丰富，特别是 可以被霉菌直接利用的小分子物质含量比较多，最易受到霉菌攻击，并在上面形成菌落。 微生物对小麦及其制成品的污染，不仅影响其本身储藏稳定性平安全性，而且还会使其加工 上艺品质、食用品质及营养价值下降。在储藏不当时，些微生物在适宜条件下，分泌产生相应 的毒素，影响人类机体健康基至会对生命造成严重威胁1 。粮食霉变不仅降低粮食的营养和商晶 价值更重要的是影响粮食及其制品的可食性利安全性。冈此，历来为人”所重视。粮食霉变的 实质就是微生物分解和利瑚粮食中的有机物质，合成自身细胞物质及分泌代谢产物的生物化学过 程。粮食中含有丰富的营养成分，而在粮食及其制。 i ! l 中，通常带有相当数量午不同种类的微生物， 其中危害较大的是霉菌，其次是细菌和酵母菌，这些曲都是异养l q 的，需要现成的有机物米供给 营养，故粮食是它们生艮繁殖的天然营养基。但在i 【i 常情况r ，这些微生物往往受到生态环境( 如 干燥、低温等) 条件的制约，处于被抑制状态，难以直接危害。但是，当粮食储藏环境相对湿度 ( r e l a t i v et l u m i d i t y ，r h ) 超过6 5 一7 0 ( 或粮食及其制品的水分活度a w 0 6 5 0 7 0 ) ，在微 生物能够生k 的任何温度卜部”t 能导致粮食发热霉变，而生活力降低或籽粒艘损的粮食，由1 i 白身抗御能力的减弱或f ! 乏火，更易被微生物所侵害。 中旧农业人学坝i 学位论义聃一帝结论 微生物在粮食及其制d i - 活动危害时，并不能直接吸收粮食叶1 的各种复杂的营养物质，必须 依靠其分泌的胞外酶，在细胞外将粮食中人分子物质( 淀粉、纤维素、蚩白质和脂肪等) 水解为可 溶性的低分子物质，才能吸收到细胞内加以利用，这是微生物进行营养的基本特点。所以，粮食 霉变过程，就是微生物分解和利川粮食中有机物质的生物化学过程，实质上就是微生物以粮食为 营养基质，进行消化、吸收和利_ f j 的营养过程，这个过程包括了微生物进行物质代谢和能量代谢 的生物化学反应。微生物的物质代谢，包括分解代谢和合成代谢两个方面。前者是微生物将粮食 中复杂的有机物质，先在细胞外分解为低分子化合物，然后吸收，再在细胞内氧化分解，获得营 养、转化和释放能量的过程；后者则是微生物利用储存能量，以低分子的中间代谢物质为原料， 合成新的细胞物质的过程。冈此，微生物在粮食上的代谢活动，保证了微生物自身的生长、发育 和大量繁殖，其结果反映在粮食上，便是霉变的发生和发展。由此可见，粮食霉变的生物学基础 是微生物与环境所进行的物质交换和能量转化。 1 3 国内外粮食安全形势及解决办法 1 3 1 世界粮食安全形势及主要问题 概括地说，世界粮食安全的形势足比较严峻的。2 0 世纪，世界农业取得f i 大发展。在过去 1 0 0 年间，化肥使用晕增加2 3 倍，农药增加5 3 倍，电力很快发展、灌溉面积很快增加，加之农 业机械得到有效利用，谷物总产苗从1 9 3 4 年5 5 亿吨提高到2 0 0 0 年的2 1 亿吨。但是，农业的高 速发展，却给资源和环境带米厅犬问题。全球1 0 0 多个国家，约有3 6 亿公顷土地上e 受刨荒漠化 严m 威胁。每年增加伞球水【流失面积和次生盐渍化面积，各有2 0 0 万公顷。2 0 世纪6 0 年代， 年均谷物增k 率为3 ，7 0 年代为2 3 ，8 0 和9 0 年代为2 预计2 0 1 0 年将降到1 8 。世界谷 物生产最低于消费量。2 0 0 0 、2 0 0 1 和2 0 0 2 年缺口分别为1 6 0 0 、2 7 0 0 和9 6 0 0 万吨。据美国农q k 部报告( 2 0 0 3 年9 月1 1h 预测) ，2 0 0 3 年世界谷物产量将降剑1 8 1 8 亿吨，将出现缺口9 3 0 0 万吨。 应该说2 0 0 0 年以前，世界粮食生产形势总的来看相对较好。但是从主要粮食生产和消费国粮食 产量波动指数、自给率、储备率等方面分析，世界粮食产量波动指数是比较人的。只有美国、加 拿人、澳大利亚、法国自给率较高 1 3 2 我国粮食安全的形势和主要问题 概括地说，5 0 多年以来，我国农业和粮食生产取得巨大发展。国家卜分重视粮食储备。但是， 粮食交全问题必须高度重视。新中国成由以来，我国农业取得世人瞩目的高速发展。农业能取得 i 岛速发展，得箍丁化肥、农约、拖拉机、农_ q ：j 电力和灌溉面币j 的增加。 目前，我国约有6 0 0 0 万人湍饱问题处于1 i 稳定状态返贫率高，尚有3 0 0 0 万人温饱问题术解 决，有2 亿左右农, h n 余j 7 动力需要就业。现在中国每年的谷物缺11 约为4 0 0 0 万吨。如果中国 在耗堞其谷物储备后，转而向凼际锌物市场填补这一筹额的话，世界谷物市场将会在一夜之间失 去稳定。对丁中囤来说，靠从其它圈家进口食物，将结束其食物r i 给的历史，并使它处丁受t 日= 界 l lj 场波动严t - 影响的不利地似。统管美圈各情报机构的荚【l i 【k 1 家情报委员会组织了对中陶食物产 3 c 扣划农业人学坝l j 学位论文 第一争绪论 山前景的一次极详细的评估。该委员会最关心的是，如累中国转向国际市场寻求粮食，是否有町 能导致全球谷物价格上涨，以及受其影响而造成的簟喂中国家的政局动荡。这个雄心勃勃的研究 项l = j ，是哈佛人学地球和行星科学系主任迈克尔麦克尔罗伊领导的一个跨学科小组完成的。依 靠跨翔斗的研究方法和多方面的信息来源，其中包括美国中央情报局3 5 年的测地星资料平桑 迪亚国家实验室建立的中国诸河流流域水资源供需平衡的模型，这个小组的结论是：中国“最有 可能发生的情况”，是早晚不得不大量进口谷物。 1 3 3 减少粮食产后损失是保障粮食安全的重要途径 这里所指的农业产后损失，主要指粮食收获厉的损失。我国国有粮食仓库储藏损失约o 2 ， 而农村粮食收获、储运损失十分严重。据中国农业大学对2 2 个省5 7 4 个县粮食产后损失情况抽 样调查表明：粮食收获、储藏、运输、加工、销售和消费中总损失达1 8 2 。减少农产品损失已 成为我们的历史责任。上述中国农业大学调杏的提供损失率，如果我们1 ；是按1 8 2 而是1 82 的1 4 计算，2 0 0 3 年粮食总产量4 3 0 0 0 万吨，按照损失率4 5 计算，损失量仍达1 9 5 6 万吨。这 个数字高丁1 9 7 8 年至2 0 0 0 年绝大多数年份粮食进口量。这个数字要每年靠农业来提高产量是1 r 常艰巨的。冈此，可以说减少粮食产斤损失是保障粮食安全必须引起高度重视的、可行的重要途 径h i 。 1 3 4 小麦储藏中安全性研究现状及发展 国内外粮食企业在粮食安全储备与生产中首先考虑的是粮食的物理特性，采取科学保粮措 施。粮食足一种有机物质，在仓储保管中需要防腐、防霉变、通风散热，还婴根据不同品种物质 的特点，有针对性地制定科学保粮计划。特别需要考虑采用先进的管理手段从而保证粮食的生态 环境不被破坏。安全生产与经济效益存在不可分割的辨证关系。如果对安全管理投入的少，监督 管理差，短期行为严重，安全设施不合格，只顾眼前利益增长，忽视安全操作规程的执行，由此 造成的厉果，将导致难以估计的经济损失。各种事实证明，安全就是效益。安全管理的重点是研 究事故发生的科学预弛性、判别性和可能导致事故发生的各种危险因素，从而采取相应的管理措 施和手段，建立科学的安全机制，避免和消除事故隐患口j 。多年来，国内外通过实施规范操作行为 建立质量保证体系及食品卫生标准体系，有效控制了这一过程的食品危害，如g m p ( 良好操作规 范) ，s s o p ( j 生操作规帽) 、h a c o f ( 危害分析与关键控制点) 、i s 0 9 0 0 0 系列标准”】，如美国成订 彳丁食品安全委员会，欧盟成立有食品安全机构，美国不仅成立有食品安全同还没立了专门的快速 报警系统，这些机构对确保食t 铺安全起j | 了很好作用1 7 】。加宁人农场粮库储藏期间，根据粮怙及 气候条什等进行的自然通风、机械通风及倒仓将粮温降至2 0 ，出仓时过筛清除冻夕e 的害虫 粮食害虫控制主要是以预防为主，少川杀虫剂。中转库还n 以对高水分粮食进行烘干降水处理p i 。 并h 探讨t l f 4c o ：做熏蒸剂的可能性。烘干、冬季冷守气通风和熏蒸雨ic o ：熏蒸技术，将替代马拉 硫磷、磷化氡、溴甲烷等杀虫剂1 9 j 。澳丈利弧联邦科学于】业研究组织储存粮食研究实验室的科 家们提山j j 硫化羰取代溴甲烷，使用钏瓶装膦气体取代磷化铝片，及基t - f ：干! f ! 的消除害虫的处 理方法i 。 1 3 5 粮食储藏科学技术的发展 近十年来，我们明确提出，我国2 1 世纪粮食储藏科学技术的发展必须坚持可持续发展的战 略。重视经济伦理、科技伦理，走“绿色储粮”、“生态储粮”之路。最人限度地保护和利片】人类 物质资源，最大限度地保护人类生存环境，最大限度地提高人类生存质量。只有这样，才能选择 和确立科学技术发展的正确道路；才能制定正确的、富有前瞻性的科技政策；才能准确地、及时 地开展储粮生态系统相关课题研究。储粮生态系统是“绿色储粮”、“生态储粮”的理论基础。根 据储粮与环境因子( 生物与非生物的) 互相关系和物质能量流动的规律，选择控制对储粮质量有利 的环境因子，防止虫霉危害，延缓品质劣变，以此达剑安全储粮目的。粮食储藏实施可持续发展 战略，提出以储粮生态系统理论为储粮安全依据，是一项历史性的正确选择和贡献。坚持可持续 发展战略与运删储粮生态系统理论指导安全储粮，两者是密不可分的、一致的。前者是发展策略、 后者是理论基础，两者天然地、本质地联系在一起1 1 ”。 因此必须开展储粮生态系统相关i = 】容的研究，进一步开展储粮生态系统相关的基础性、理论 性研究【：作，包括中国储粮害虫、螨类和微生物的种类、区系分布、演替规律凋查；我国储粮害 虫抗曲性增i 丈情况调查；我国主要粮种理化特性和r 艺、食用品质研究；我国小麦、稻谷、玉米、 人豆等粮种储藏品质变化规律、陈化机理、延缓猪施：我国玉米、稻谷等粮种干燥机理研究；我 国粮食仓储技术管理l u 子计算机模型、储粮害虫防治熏蒸剂、谷物保护荆降解数学模型：储藏期 间粮堆湿热传导数学模型、物质能量变化数学模型研究等。 1 4 预测微生物学及其在粮食储藏中的应用 1 , 4 1 预测微生物学概述 预测微生物学( p r e d i c t i v e m i c r o b i o l o g y ) 是建立丁计算机基础上的对食品中微生物的生k 、残 存和死亡进行的数量化预测方法它将食品微生物学与j 二程、统计学等结合在一起，建立温度、 p h 值、水分活度、防腐剂等环境因素与食品中微生物之间关系的数学模型。其目的是通过计算机 平配套软件在不进行微生物检测的条件下快速对产：品货架期和安全性进行预测。在计算机的基 础上，将微生物预测、栅栏技术平h a c c p 系统有效结合，就可以实现食品厂从原料、加j ：刨产口1 的贮存、销售整个体系的计算机钾能化管理和监控【l “。 卜 前将模型建立剑三级基础，具需代表性的是英国农业、洫业和食品部( u k m a f f ) 开发的 “f o o dm i c r o m o d e l ”( 见剀1 - 1 ) 以及荚同微生物食品安全性研究机构( u s d a sm i c r o b i a lf o o d s a l t y r c s e a r c hu n i l ) 开发的应用软r 。“p a t h o g e n m o d e l i n g p r o g r a m ，p m p ”( 见剀】一2 ) 1 1 3 1 ) 其中就 常规的肉类，l b , 女u 新鲜鸡肉、猪肉、牛肉等建立j ，系列预洲模型“。 1 4 2 预测微生物学在粮食储藏中的应用 1 , 4 2 1 国外预测微生物学在粮食储藏中的应用 中国农业人学坝十学位论文 第章绪沧 图1 - 1 英国农业部开发的m i c r o f i tv l0 模型界面 f i g 1 - 1t h em i c r o f i tv 1 0d e v e l o p e db yu km i n i s t r yo f a g r i c u l t u r e 图1 2 由美国农业部开发的p m p 模型界面 f i g 1 - 2t h ep m pd e v e l o p e db yu sd e p a r t m e n to f a g r i c u l t u r e 十儿年米，食品预测微生物学中关于通过模型预测病源细菌生长的情况的研究有了长足的进 步( b u c h a n a na n dp h i l l i p s ，1 9 9 0 ) 1 1 3 1 ，但是对于丝状真菌的生长预测模型却缺乏应有的关注( g i b s o n e ta 1 ，1 9 9 4 ：g i b s o na n dh o c k i n g 1 9 9 7 ) ”l 。对于霉菌生长米说，最重要的环境因素是温度和相 对湿度( s c o t t ，1 9 5 7 ) 。最先采用数学模犁的方法预测水分活度对霉菌生长影响的是g i b s o n 等 人( 1 9 9 4 ) 1 1 4 。他们应用以前用_ 丁二预测细菌生长的模型来解释霉菌生长的数据。目前在国外对于 霉菌对丁- 粮食的污染问题越米越引起重视并利用预测微生物学技术进行相关的研究。a b r a m s o n d 等人研究了储藏过稗中不同水分含量的硬质小麦中菌枝毒素含量的变化”7 1 op a r d oe 等人研究 6 c j 【4 农业人学坝i 学位论义 讹市绪论 了经过辐照处理后的人麦中棕曲霉的生长及其产毒的情况m i 。可以说当前国外对1 粮食中所含霉 卤产毒问题的研究在综合考虑各种环境闪素的影响的前提f ，结合现代统计学知识已经形。t 了一 套系统而科学的研究方法。 在我国，“粮食安全”问题一直是一个举国关注的问题。氏期以束我国在粮食仓储、运输等 环节的管理方面积累了大量的实践经验，但是还缺乏相应系统、科学的理论研究，且研究方法多 未定性方法，缺少定量化及机理研究。 1 4 2 2 国内预测微生物学研究进展 我国对于预测微生物学的研究与应用还处于起步阶段，相关报道还比较少。中国农业大学的 李博、李里特等人建立了豆腐( 豆浆) 中屎肠球菌生长的温度预测模型，并验证了该模型的有效性 【1 9 1 。 1 5 微生物风险评估 风险分析( r i s k a n a l y s i s ) 是保证食品安全的一种新模式，同时也是一fj 止在发展中的新兴 学科。其中风险评估是利用现有盼科学资料，对食品中某种生物、化学或物理因素的暴露对人体 健康产生的不良后果进行识别、确认和定量。它分为四个阶段：危害识别、危害特征描述、暴露 评估以及风险描述。 1 5 i 风险评估研究背景 早在1 9 9 1 年，联合国粮农组织( f a o ) 、世界卫生组织( w h o ) 和关贸总协定( c a i t ) 联台召开 了“食品标准、食。铺中的化学物质与食品贸易会议”，建议c a c 在制定政策时应采用风险评估原 理。1 9 9 1 年和1 9 9 3 年举行的c a c 第1 9 届和第2 0 届人会同意采片j 这一= 程程序。1 9 9 4 年，第 4 1 届c a c 执委会会议建议f a o 与w h o 就风险分析问题联合召开会议。根据这一建议，1 9 9 5 年3 爿，在日内瓦w h o 总部召开了f a o w h o 联台专家咨询会议，会议最终形成了一份题为风 险分析在食品标准问题上的应用的报告、风险管理和风险情况交流等三个方面，同时对风险评 估的方法以及风险评估过程巾的不确定性平变异性进行了讲座。1 9 9 5 年，c a c 要求f 属所有有 关的食品法典分委员会对这一报告进行研究，并且将风险分析的概念应川到具体的_ l 。作程序中 去。 另外，f a o 与w t o 要求就风险管理和风险情况交流问题继续进行咨询。1 9 9 7 年1 月f a o w h o 联台专家咨恂会议在罗马f a o 总部召开会议提交了风险管理与食铺交仑报告，规定了风险 管理的框架和基本原理。1 9 9 8 年2 月，在罗马召开了f a 0 删h o 联合号家咨询会议会议提交r 题 为风险情况交流在食品标准和安全问题上的应硝的报告，对风险情况交流的要求和原则进行 了规定，同时对进彳j 订效风险情况交流的障碍平策略进行了讨论。至此，有关食一记风险分析原理 的基本弹论框架已经形成。 目前，风险分析已被认为是制定食品安全标准的基础。在风险分析的二个组成部分中，风险 评估是整个风险分析体系的核心和基础。 食t 铺t t 的危击包括二类，即物理、化学年生物危害。由丁物理危害1 | 常简单，可以通过良好 的生产操作规范加以避负，田此基本不作讨论。有关化学危害的联合专家委员会( j e c f a ) i i f a 0 w h o 农药残留联席会议( j m p r ) 在这方面已经进行了大量的一i ：作，形成了一些相对成熟的方 法。比较而言，食品中生物危害的作用和效果都更加直接和明显，但进行有关生物危害的风险评 估却是一j 新兴的发展中的科学。 风险评估是一种系统地组织科学技术信息及其不确定度的方法，用以回答有关健康风险的特 定问题。它要求对相关信息进彳亍评价，并且选择模型根据信息作山推论。风险评估过程中的不确 定度来自资料利选择模型两个方面，前者源丁可获得资料的有限性以及流行病学和毒理学研究实 际资料的评价和解释；后者是当试图采用某一特定条什f 发生的具体事件的资料来估计或预测另 外种条件下类似事件的发生时产生的。有时，为了克服知识和资料的不足，在风险评估中可以 使用合理的假设。 1 5 2 风险评估内容 风险评估的过程可以分为四个明显不同的阶段：危害识别、危害描述、暴鼯评估以及风险 描述。危害识别采用的是定性方法，其余步可以采_ 日j 定性方法，但最盘采_ 【 j 定量方法。相剥丁 微生物危害而言，这一方法更适用于化学危害，这主要是因为考虑许多混淆因素比较困难。因此， 对微生物危害来说，这一方法仍停留在概念应j | | 阶段。 1 、危害识别 通常按照阿咖哽序对不_ j 的研究给予小同的重视：流行病学研究、动物毒理学训f 究、体外试 验和定量的结构活性关系。卅胜的流行病资料以及临床资料对于危害的识别十分有f j ，但是由丁 流行病学研究的费用较高，对丁大多数危害的研究而言提供的数据有限，因此实际j 作中，危害 识别般采用动物和体外试验的资料作为依据。动物试验包括急性雨| _ 漫性毒性试验，它们必须遵 循广泛接受的标准化试验挥序，同时必须实施良好实验室规范( g o o dl a bp r a c t i c e ，g l p ) 和标准 化的质量保证，质量控制( q u a l i t ya s s u r a n c e q u a l i t yc o n t r o l ，q a q c ) 程序。 2 、危害描述 危害描述一般是由毒理学试验获得的数据外推到人，计算人体每日容许摄入嚣( a c c e p t a b l e d a i l yi n t a k e ，a d i ) 。为了与人体的摄入水平 日比，需要把动物试验的数据外推到低得多的剂量， 这种剂量反应关系f l 勺外推存在质和量两方面具有不确定性，此外，剂量的种屈间度簟系数也是目 前争论很人的问题。致癌物可分为遗传毒性致癌物和1 r 遗传毒性毁癌物，某些非遗传毒性致癌物 在剂量人小不同叫会产生不同的效果( 致痛或不致癌) ，相反，遗传毒性致癌物没有这种作川。 日 j ，安全系数一般选为1 0 0 ，川以f + 汁试聆动物与人体、以及人群不同个体之间的芹异。 3 、暴露评估 暴露评估主要根据瞒食调a 和各种食r w 二学物质暴始水半调a 的数据进行的。通过计算， i l 以得剑人体对丁该种化学物质的暴露蕈。进行暴露评t l 需要有有关食品的 f l j 费i t q 1 1 这些食品中 相关化学物质浓度两方面的资料，一般可以采_ l j 总胼食研究、个别食| i ! l 的选择降研究和般份饭研 究进行。因此，进行膳食调查和国家食品污染嗌测计划是准确进行暴露评估的基础。 4 、风险描速 风险描述是就暴露对人群产生健康不良效果的可能性进行估计。目前全球食品安全最显著的 危害是致病性细菌。就生物因素而言，由于目前尚未有一套较为统一的科学的风险评估方法，因 此一般认为，食品中的生物危害应该完全消除或者降低到一个可接受的水平，c a c 认为危害分 析和关键控制点( h a c c p ) 体系是迄今为止控制食源性危害最经济有效的手段。在制定具体的 h a c c p i ：p 划时，必须确定所有潜在的危害，而这些危害的消除或者降低剑可接受的水平是生产安 全食品的关键。然而，确定哪些潜在危害是必须控制的，这需要包括以风险为基础的危害评估。 这种危害评估将找出一系列显著性危害，并应当在h a c c p 计划中得到反映。目前对于生物性 危害进行定量评估是1 f 常凼难，所以该课题就口的微生物进行定量分析不可行，只能建立在模型 数据上的定量，或者危害分析的基础上。 1 6 课题研究的内容及意义 1 6 1 研究内容 1 ) 研究找固小麦中真茁的摹本构相，刀确定霉凶住小麦真菌菌群中的优势情况： 2 ) 依据生物量优辨在小麦中检出率稳定及产生毒紊特征的要求，并按照逐次递近法，确 定优势霉菌，对该类霉菌进行真菌学鉴定； 3 ) 就以上确定的霉菌菌种建立不同环境温度及相对湿度f ，小麦中黄曲霉生长预洲模型， 使其置信度9 5 ，) f 就模型有效性进行验证讨论该模型的适_ e i j 范围和应用价值； 4 )测定不同储藏条件r 小麦中黄曲霉的代i 身 产物黄曲霉毒素b ：( a f i a t o x i nb 。，a f b 】) 的产 率： 5 ) 依靠模犁模拟数据，对小麦黄曲霉进行定性定量风险评估，定性分析主要就a f b 。的风险， 定最分析幸要就该霉菌数量。而他4 、j 之问相关性为霉菌数量与真菌毒索成正比关系。 1 6 2 研究意义 现n ：提起食品安全，更多考虑的是确保食晶对人类健康有没有直接或潜在的不良影响。食品 安全内涵包括“食物量的安全”和“食物质的安全”两个方面，现在斤一个含义的突出和前一个 含义的弱化，反映j 我因在基本解决食物量的安全的同时，食物质的安全越来越引起全社会的关 注。 近年来，随着国际上食品安全事什的频繁发生，许多阅家加人了对食品安全研究的人、财、 物的投入。町我国食品安全研究j 一作目前缺乏系统规划和哆r 织，科技成果和技术储彝 不足不能 很女，地列与食品宜全技术订芙的法规、标准制( 修) 订提供科学依据。陔课题研究为为我国“国 中肚i 农业人学坝t 牛位论文第- 。争结论 家十五重人科技专工砸食品安全关键技术”中粮食贮运p 生规范的制定提供一定的依据与疗 法。 食品安全性的子课题包括了危害分析、h a c c p 体系、预测微生物学等，其中预测微生物学 的研究还未征我国系统地开展。但是住我国针对粮食储藏还来建立相关预测模型。所以无沦是开 发出新的模板，还是将原有模扳应用到我国粮食储藏模型的建立，该课题都具有其深远的意义。 o 第2 章小麦中真菌基本构相研究及优势霉菌的分离、鉴定 2 1 引言 微生物对小麦及其制成品的污染，不仅影响其本身储藏稳定性和安全性，而且还会使其加工 工艺品质、食用晶质及营养价值f 降。在储藏不当时，一些微生物在适宜条什下，分泌产生相应的 毒素，影响人类机体健康甚至会对生命造成严重威胁。 小麦中真菌菌群及优势霉菌的分离鉴定目的是为分析并确定预测模型中的目的微生物。 2 2 实验材料和主要试剂、设备 2 2 1供试材料 小麦，样品来源北京市东南郊粮库鹿圈分库：黄曲霉( a s p e r g i l l u s 伽v l t s ) 桕、准曲株1 3 3 ，中 国将通微生物菌种保减管理中心；麦芽汁，北京燕京啤酒集团公司。 2 2 2 主要试剂 营养琼脂培养摹 高盐察氏培养基 马铃薯琼脂培养基 2 2 3 主要仪器和设备 电子称 微波炉 玻璃仪器气流干燥器 电热干燥箱 高压灭曲j f j 超净j 作台 生化培养箱 2 3 实验方法 北京奥博星生物技术责任有限责任公司 北京奥博星生物技术责任有限责任公司 北京奥博星生物技术责任有限责任公司 b s2 0 0 s p j 2 1 f b 诗圣牌b 型 c s l 0 1 1 a b y x 一2 8 0 h p s 一2 5 0 北京赛多利斯天平有限公司 顺德市荚的微波炉制造有限公司 河南省巩义市杜甫仪器厂 重庆银河试验仪器有限公司 江阴滨江医疗设备厂 北京、| 导体址备一厂 哈尔滨市东明医疗仪器厂 中【 ：i 农业人学坝卜学位沦爻 第一争小麦中真菌早牟构相t o f 究殷优势碍茁的分高、搽定 2 3 i 小麦中真菌菌相分布的研究 依j 中华人民共和国食晶卫生检验中微生物部分( g b 4 7 8 9 1 5 9 4 ) 霉菌和酵母菌检测方法进行。 2 3 2 小麦中优势霉菌的分离与鉴定 2 3 2 1霉菌的分离 从上述霉菌培养基菌落艮山5 7d ，从中选出长势良好，形态各异的单个菌落，进行划线接 种到高盐察氏培养基上培养5 一l o d ，得到比较纯化的菌种，但并非挑选的都为纯菌种，为了保证 鉴定结果准确性，必要时可以反复进行平板划线，真到最终获得纯划菌种。 2 322 霉菌的鉴定 a 1 点植培养法 从得到纯划菌种的平极上挑取单个孢子或菌落点植培养于高盐察氏培养基上，方式为点植 丁等边二角形三个顶点处，倒置丁2 8 的恒温箱中进行培养。 b ) 斜面插片法 无菌操作，打开经点植培养的平i u l ( 菌落已稍稍形成) ，在已初步形成菌落周崩的凝j 州的高