食源性致病菌生長延滯期的影響因素
生長延滯期的影響因素
生長環(huán)境
預(yù)測微生物學(xué)研究表明，食源性致病菌所處的實(shí)際生長環(huán)境會(huì)影響生長延滯期的長短。Buchanan等早期的研究表明，單核細(xì)胞增生李斯特菌的群體生長延滯期隨實(shí)際環(huán)境的溫度和pH值的降低而相應(yīng)延長，隨后的研究結(jié)果也表明E.coliO157:H7的群體生長延滯期隨實(shí)際環(huán)境溫度降低而有延長的趨勢。
類似的結(jié)果也出現(xiàn)在食源性致病菌單細(xì)胞水平的研究中，Parra-Flores等對(duì)不同生長溫度下的阪崎克羅諾桿菌單細(xì)胞生長延滯期分布進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨溫度降低，單細(xì)胞生長延滯期顯著延長，同時(shí)在不利的生長環(huán)境下其變異性更強(qiáng)，從而導(dǎo)致生長延滯期的分布模型曲線范圍更廣。Aguirre等研究不同水分活度（0.940～0.997）下單核細(xì)胞增生李斯特菌單細(xì)胞生長延滯期的變化情況，結(jié)果表明隨水分活度降低單細(xì)胞生長延滯期有延長的趨勢。此外，圍繞食品基質(zhì)中食源性致病菌的生長動(dòng)力學(xué)也開展了較多研究。Sant'ana等研究即食生菜中單核細(xì)胞增生李斯特菌及腸炎沙門氏菌在7～30℃范圍內(nèi)的生長參數(shù)變化情況，并準(zhǔn)確建立生長延滯期與貯存溫度關(guān)系的二級(jí)模型，所采用的平方根模型擬合度良好，能夠很好地描述即食生菜貯存過程中兩種致病菌的動(dòng)力學(xué)行為。同樣地，胡錚瑢和孟云等分別對(duì)不同溫度下（6、15、25、35℃）清蛋糕中及不同溫度下（5、10、15、20、25℃）涼皮中金黃色葡萄球菌生長延滯期二級(jí)模型進(jìn)行了構(gòu)建。綜上，不利的實(shí)際生長條件可延長生長延滯期。在對(duì)食源性致病菌生長延滯期的研究中，溫度、pH值、水分活度等為主要研究因素，由于在食品生產(chǎn)鏈中溫度波動(dòng)最大，且對(duì)細(xì)菌的生長影響作用最顯著，所以溫度是研究最多的因素。不同基質(zhì)中溫度影響食源性致病菌生長延滯期的相關(guān)研究見下表。
不同基質(zhì)中溫度影響食源性致病菌生長延滯期的相關(guān)研究
在微生物生長過程中，生長延滯期是環(huán)境變化引起的生長延遲反應(yīng)的時(shí)期。微生物接種于某一環(huán)境，生長一段時(shí)間后轉(zhuǎn)移至另一環(huán)境繼續(xù)生長。在該過程中，微生物最初的生長環(huán)境為前接種環(huán)境或歷史生長環(huán)境，之后的生長環(huán)境為實(shí)際生長環(huán)境。除實(shí)際生長環(huán)境外，歷史生長條件對(duì)食源性致病菌生長延滯期也存在顯著影響。
在早期的研究中，Dufrenne等研究在歷史生長溫度為7℃和37℃下分別培養(yǎng)35 d和5 d（每周或每天更換新鮮培養(yǎng)液）的蠟樣芽孢桿菌在實(shí)際溫度為7℃下的生長延滯期，結(jié)果表明歷史生長溫度為7℃的蠟樣芽孢桿菌生長延滯期更短。同樣地，Dykes等對(duì)歷史生長溫度為4、20、37℃的單核細(xì)胞增生李斯特菌在實(shí)際溫度4℃下的生長情況進(jìn)行比較，結(jié)果表明歷史生長溫度為4℃的單核細(xì)胞增生李斯特菌較快地進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期，表現(xiàn)出更短的生長延滯期。
類似的研究結(jié)果出現(xiàn)在Yue Siyuan等采用活菌計(jì)數(shù)法觀測不同歷史溫度對(duì)單核細(xì)胞增生李斯特菌于25℃下生長情況的研究中，隨著歷史溫度與生長溫度之間溫差的降低（25℃降低至10℃），生長延滯期從4.14 h縮短至0.30 h。除單一地研究溫度外，F(xiàn)rancois等探究了歷史生長溫度和pH值對(duì)7℃下單核細(xì)胞增生李斯特菌單細(xì)胞生長的影響，發(fā)現(xiàn)相同歷史生長溫度下，歷史生長pH值從7.4降至5.7，單細(xì)胞生長延滯期縮短。Tiganitas等研究證明歷史生長pH值（5.0、7.2）及歷史生長水分活度（0.930、0.995）對(duì)單核細(xì)胞增生李斯特菌在不同水分活度下的生長延滯期均呈現(xiàn)顯著影響，其中歷史生長水分活度與實(shí)際生長水分活度越接近，則生長延滯期越短。綜上，食源性致病菌的生長延滯期不僅受實(shí)際及歷史生長條件的影響，還受歷史與實(shí)際生長條件間的變化量影響，且變化量減小可縮短生長延滯期。根據(jù)實(shí)際中食品加工條件的復(fù)雜性，應(yīng)設(shè)計(jì)更多的歷史及實(shí)際生長條件并量化以上兩種條件對(duì)生長延滯期的影響，從而提高生長預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，使其能夠更好地應(yīng)用于食源性致病菌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。
亞致死損傷
在食品加工等環(huán)節(jié)中，通過多種加工方法處理后，致病菌可能會(huì)出現(xiàn)3種不同生理狀態(tài)的細(xì)胞：正常細(xì)胞、亞致死損傷狀態(tài)的細(xì)胞和死亡細(xì)胞。其中亞致死損傷菌不能通過普通檢測致病菌的方法檢測出，而一旦處于適宜的環(huán)境條件下，亞致死損傷菌能夠自我修復(fù)并恢復(fù)到正常狀態(tài)，這將給食品安全帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。由于亞致死損傷菌存在修復(fù)過程，生長延滯期要比正常細(xì)胞的生長延滯期更長，而生長延滯期的長短與細(xì)胞的損傷程度、壓力處理方式、細(xì)菌種類、食品的成分及貯存條件均有關(guān)。
在眾多食品處理方式中，熱力殺菌是一種應(yīng)用最早、使用最廣泛且效果可靠的方法，這其中溫和熱加工方法由于具有能夠很好地保持食品營養(yǎng)成分及感官特性等優(yōu)勢已成為熱加工發(fā)展趨勢和研究熱點(diǎn)之一，然而此方法很可能由于加工不充分產(chǎn)生大量處于亞致死損傷狀態(tài)的致病菌。如Xuan Xiaoting等對(duì)55℃熱處理后Listeria monocytogenesATCC 19114-3的生長延滯期進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)55℃處理10 min后Listeria monocytogenesATCC 19114-3的亞致死損傷率為60.19%，且在15℃修復(fù)條件下的生長延滯期與未處理組相比延長了4.74 h。Aguirre等研究了溫和熱處理對(duì)腸炎沙門氏菌單細(xì)胞生長延滯期的影響，結(jié)果顯示隨熱處理溫度升高，單細(xì)胞生長延滯期的分布模型曲線范圍更廣，證明熱損傷增強(qiáng)了單細(xì)胞的生長變異性。此外，許多學(xué)者致力于非熱處理或其與熱處理相結(jié)合方式所致的食源性致病菌損傷及后續(xù)修復(fù)的研究。
Sibanda等采用流式細(xì)胞儀分選出經(jīng)酸（pH 4.2）、滲透壓（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%NaCl）及熱（55℃）處理后的單核細(xì)胞增生李斯特菌損傷群體并研究其生長延滯期，結(jié)果表明生長延滯期受菌株變異性（P＜0.000 1）、處理?xiàng)l件（P＝0.007）及修復(fù)溫度（P＜0.001）的極顯著影響。此外，Kimura等應(yīng)用400～600 MPa的高靜水壓處理大腸桿菌ATCC 25922并研究其損傷及修復(fù)動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激強(qiáng)度更低的條件下生長延滯期更短，從而反映出經(jīng)高靜水壓處理后大量損傷菌的存在。McKellar等采用47℃熱處理與不同生長溫度（10～30℃）研究損傷程度及修復(fù)溫度對(duì)熒光假單胞菌生長延滯期及此過程中rRNA的rrnB P2啟動(dòng)子活性的影響，結(jié)果顯示隨熱處理時(shí)間縮短及生長溫度的升高，生長延滯期縮短且rrnB P2啟動(dòng)子的活性顯著提高，證明亞致死損傷會(huì)影響延滯期過程中基因的表達(dá)。Ma Jingjing等研究高壓處理損傷的Escherichia coliO157:H7修復(fù)動(dòng)力學(xué)，結(jié)果也證明損傷菌會(huì)在生長延滯期過程中發(fā)生一系列生理及形態(tài)學(xué)變化并最終恢復(fù)至正常水平。下表總結(jié)了不同處理?xiàng)l件下食源性致病菌損傷與修復(fù)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究。
不同處理?xiàng)l件下食源性致病菌損傷與修復(fù)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究
亞致死損傷菌的存在會(huì)造成傳統(tǒng)致病菌檢測中污染水平的低估并且呈現(xiàn)更長的生長延滯期，在今后的研究中開發(fā)更準(zhǔn)確、簡單、快速的方法來檢測損傷菌，并研究不同損傷及修復(fù)條件對(duì)生長延滯期修復(fù)過程的影響，對(duì)食品安全檢測及降低食品安全風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。
初始接種細(xì)菌數(shù)量
傳統(tǒng)的預(yù)測微生物學(xué)研究認(rèn)為初始接種細(xì)菌數(shù)量（＞103CFU/mL）對(duì)食源性致病菌的生長沒有影響。然而，許多研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)食源性致病菌處于臨界狀態(tài)如接近生長邊界的溫度、pH值及滲透壓等條件或經(jīng)過歷史條件的脅迫壓力處理后，初始接種細(xì)菌數(shù)量會(huì)對(duì)生長延滯期造成一定的影響，尤其是在低接菌量條件下這種影響會(huì)更加顯著。Robinson等研究指出在含有1.2 mol/L NaCl溶液的TSB培養(yǎng)液中，單核細(xì)胞增生李斯特菌生長延滯期的均值及標(biāo)準(zhǔn)差均隨初始接種細(xì)菌數(shù)量的降低而增加，而未處理組單核細(xì)胞增生李斯特菌的生長延滯期不受接菌量的影響。Pin等通過隨機(jī)建模的方法探究不同初始接種細(xì)菌數(shù)量對(duì)大腸桿菌生長延滯期的影響，結(jié)果表明初始接種細(xì)菌數(shù)量越少則生長延滯期越長。類似結(jié)果也出現(xiàn)于Augustin等的研究。
食品中致病菌的污染大多是低數(shù)量級(jí)水平，并且其同樣具有適應(yīng)食品中脅迫環(huán)境并生長繁殖的能力。因此，準(zhǔn)確預(yù)測低菌量的致病菌在不同環(huán)境脅迫條件影響下的生長參數(shù)是必要的。董慶利等建立了單細(xì)胞生長流動(dòng)成像系統(tǒng)，并通過隨機(jī)建模的方法建立單細(xì)胞與群體細(xì)胞之間生長延滯期的關(guān)系，同時(shí)采用多次模擬探究不同初始接種細(xì)菌數(shù)量對(duì)銅綠假單胞菌群體細(xì)胞生長延滯期的影響，發(fā)現(xiàn)隨初始接種細(xì)菌數(shù)量的增加其生長延滯期縮短。類似的研究也見于Alonso等的報(bào)道，該研究通過建立隨機(jī)微分方程模型來描述單細(xì)胞生長與分裂的變異性，并通過模擬群體細(xì)胞生長，發(fā)現(xiàn)群體細(xì)胞生長延滯期隨初始接種細(xì)菌數(shù)量增加而縮短且變異性降低。
Aguirre等測定不同低接菌量下英諾克李斯特氏菌的生長延滯期，結(jié)果表明生長延滯期與初始接種細(xì)菌數(shù)量及生長溫度呈反比，與熱應(yīng)激處理時(shí)間呈正比，且初始接種細(xì)菌數(shù)量對(duì)生長延滯期的影響既有隨機(jī)性因素又有微生物的生理因素。其中隨機(jī)性因素體現(xiàn)在單細(xì)胞生長延滯期的變異性以及影響該變異性的所有因素，如歷史條件造成細(xì)胞的亞致死損傷、接近生長邊界的實(shí)際生長條件等。另外，生理因素主要包括Kaprelyants等提出的“細(xì)胞間交流”，該研究表明原核生物細(xì)胞會(huì)使用某種（些）促生長的信號(hào)分子進(jìn)行信息的傳遞，增加初始接種細(xì)菌數(shù)量會(huì)有利于這些信號(hào)分子的釋放與接收，從而縮短群體細(xì)胞的生長延滯期。
綜上所述，初始接種細(xì)菌數(shù)量與歷史、實(shí)際環(huán)境條件對(duì)食源性致病菌生長延滯期及變異性存在復(fù)雜的交互影響作用，研究以上交互效應(yīng)如何影響生長延滯期對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測與控制食源性致病菌在食品中的生長至關(guān)重要，并且由于初始接種細(xì)菌數(shù)量顯著影響生長延滯期及變異性，在微生物定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究中需將初始污染水平考慮在內(nèi)。
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