畜禽產(chǎn)品中微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建與初步應(yīng)用

趙 格，趙建梅，王 琳，王君瑋，劉 娜，劉俊輝，曲志娜，王 娟，張喜悅

（中國(guó)動(dòng)物衛(wèi)生與流行病學(xué)中心致病微生物檢測(cè)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（青島），山東青島 266032）

由畜禽產(chǎn)品中致病微生物引起的食源性疾病非常普遍，已成為世界范圍內(nèi)日益嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題[1-2]。畜禽源性致病微生物可以通過(guò)直接接觸、間接接觸以及相關(guān)的食物消費(fèi)而在人與動(dòng)物之間傳播[3]。生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)施干預(yù)或控制微生物措施可以有效減少終端產(chǎn)品中的微生物污染，以確保畜禽產(chǎn)品質(zhì)量與安全[4]。畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中微生物風(fēng)險(xiǎn)管理已被國(guó)際權(quán)威組織納入整個(gè)生產(chǎn)鏈衛(wèi)生控制系統(tǒng)的一部分[5]。因此，開展畜禽養(yǎng)殖和屠宰過(guò)程中重要食源性致病微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警研究，將為畜禽產(chǎn)品致病微生物限量標(biāo)準(zhǔn)制定、安全控制體系建立和預(yù)警機(jī)制形成提供重要的科技支撐，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

從農(nóng)場(chǎng)到餐桌的微生物風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)是實(shí)時(shí)掌握微生物污染狀況的重要手段，它也可以闡明可能導(dǎo)致食源性疾病的風(fēng)險(xiǎn)因素，從而為公共衛(wèi)生政策和干預(yù)措施制定提供依據(jù)[6]。以微生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警可以及時(shí)有效地預(yù)防、減少和應(yīng)對(duì)源自這些產(chǎn)品的食品安全事件[7-8]，這也是改善公共衛(wèi)生系統(tǒng)的當(dāng)務(wù)之急。鑒于微生物風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)警的重要性，國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)陸續(xù)構(gòu)建了一系列評(píng)估預(yù)警軟件或在線工具，例如用于定量和定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的sQMRA 和iRisk，以及用于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的RASFF 等，并將它們應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和消費(fèi)中[9-11]。在國(guó)內(nèi)，一些實(shí)驗(yàn)室初步開展了畜禽產(chǎn)品中的微生物風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，但目前尚沒(méi)有相關(guān)軟件或工具來(lái)對(duì)全生產(chǎn)鏈畜禽產(chǎn)品中微生物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警。

本研究以畜禽養(yǎng)殖和屠宰過(guò)程為切入點(diǎn)，以肉蛋奶中主要食源菌為對(duì)象，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和相關(guān)性分析等數(shù)學(xué)方法，構(gòu)建了一套對(duì)畜禽養(yǎng)殖、屠宰過(guò)程微生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警的體系，最終創(chuàng)建形成可視化軟件操作平臺(tái)，以期提升我國(guó)畜禽全生產(chǎn)鏈中微生物的風(fēng)險(xiǎn)管理，完善畜禽源性致病微生物的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力建設(shè)，保障畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全。

1 數(shù)據(jù)

1.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

1.1.1 監(jiān)測(cè)地區(qū) 包括全國(guó)所有省級(jí)行政區(qū)不同市、縣轄區(qū)內(nèi)的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、屠宰場(chǎng)和畜禽產(chǎn)品銷售場(chǎng)所。

1.1.2 監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié) 涉及從農(nóng)場(chǎng)到餐桌全過(guò)程，覆蓋畜禽養(yǎng)殖、屠宰加工、流通存貯以及銷售消費(fèi)全鏈條4 個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1.3 監(jiān)測(cè)對(duì)象 包括豬、禽（雞、鴨、鵪鶉等）、牛（肉牛、奶牛等）、羊等主流食品生產(chǎn)畜禽及其產(chǎn)品，如雞蛋、牛奶等。

1.1.4 監(jiān)測(cè)參數(shù) 包括常見(jiàn)的重要人獸共患食源性致病微生物，如沙門氏菌、致病性大腸桿菌、彎曲桿菌、金黃色葡萄球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等的污染率和污染量數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)生指標(biāo)菌——大腸桿菌和菌落總數(shù)的定量數(shù)據(jù)。

1.1.5 監(jiān)測(cè)其他數(shù)據(jù)資料 除了畜禽及其產(chǎn)品中微生物污染數(shù)據(jù)，還需要對(duì)畜禽及其產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)環(huán)境（如溫濕度）、生產(chǎn)存貯方式（如是否冷鏈）、產(chǎn)品接觸環(huán)境中微生物污染狀況等數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行采集。

1.2 當(dāng)前數(shù)據(jù)資料來(lái)源

采用2019 年以來(lái)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)文獻(xiàn)或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研收集的，或者本實(shí)驗(yàn)室歷年來(lái)實(shí)際監(jiān)測(cè)的畜禽產(chǎn)品中常見(jiàn)致病微生物污染數(shù)據(jù)，作為微生物污染統(tǒng)計(jì)分析或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警演示的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 評(píng)估預(yù)警方法

2.1 整體技術(shù)路線

畜禽養(yǎng)殖和屠宰環(huán)節(jié)主要食源性致病微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建的整體技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 畜禽養(yǎng)殖和屠宰環(huán)節(jié)微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)路線

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.2.1 畜禽產(chǎn)品中微生物暴露評(píng)估模型構(gòu)建

2.2.1.1 生產(chǎn)后畜禽產(chǎn)品中微生物暴露評(píng)估 選擇某地區(qū)或者具體到某生產(chǎn)場(chǎng)所，將特定時(shí)間系統(tǒng)中錄入的某種畜禽產(chǎn)品中某種微生物的污染率（p，Pert 分布函數(shù)擬合）與單位質(zhì)量或面積的污染量（M，poisson 分布函數(shù)擬合）相乘，同時(shí)乘以這種畜禽產(chǎn)品這段時(shí)間的產(chǎn)量（n）獲得該批畜禽產(chǎn)品中微生物的污染量。如果考慮畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)后存放的溫度（T）和持續(xù)的時(shí)間（t），則加入預(yù)測(cè)微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型中預(yù)測(cè)增長(zhǎng)的微生物量。系統(tǒng)中嵌入了從Combase 數(shù)據(jù)庫(kù)和cb-premium 數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢獲得的20 種畜禽產(chǎn)品中常見(jiàn)致病微生物組合的一級(jí)預(yù)測(cè)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)整理獲得了二級(jí)模型，可以直接對(duì)不同溫度和時(shí)間下產(chǎn)品中微生物的生長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。多數(shù)情況下，畜禽產(chǎn)品中某些致病微生物含量很少，因此難以直接獲得污染量數(shù)據(jù)。此時(shí)，可采用公式將定性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為定量數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型構(gòu)建。轉(zhuǎn)換公式：M=-（2.303/V）×lg（Nneg/Ntotal）。其中V為樣品的稀釋倍數(shù)，Nneg 為陰性樣品數(shù)，Ntotal 為樣品總數(shù)[12]。

2.2.1.2 生產(chǎn)過(guò)程畜禽產(chǎn)品微生物污染風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)評(píng)估 將畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的不同環(huán)節(jié)分解，以生豬屠宰為例，按屠宰工藝流程可分解為燙煺毛、凈膛、去頭蹄修整、沖淋預(yù)冷等4 個(gè)環(huán)節(jié)。以燙煺毛后胴體直接暴露于空氣中為評(píng)估起點(diǎn)，取后續(xù)各環(huán)節(jié)豬胴體或相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因素（如設(shè)備、器具或工人接觸部位等）的微生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息資料，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合和數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算，構(gòu)建關(guān)鍵控制點(diǎn)評(píng)估模型。通過(guò)模擬抽樣獲得終端產(chǎn)品中微生物污染量分布，同時(shí)通過(guò)相關(guān)系數(shù)對(duì)不同環(huán)節(jié)各參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，獲得微生物污染的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

2.2.2 產(chǎn)品安全性評(píng)估模型 通過(guò)上述可以獲得某批次畜禽產(chǎn)品中微生物總的污染量，結(jié)合致病微生物的劑量-反應(yīng)關(guān)系，以及烹飪過(guò)程不完全加熱的可能占比，構(gòu)建產(chǎn)品中致病微生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。通過(guò)隨機(jī)抽樣模擬，計(jì)算獲得本批次畜禽產(chǎn)品中某致病微生物的致病概率分布，從而評(píng)估產(chǎn)品的安全性。本系統(tǒng)嵌入了沙門氏菌、致病性大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、彎曲桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等6 種致病微生物的劑量-反應(yīng)關(guān)系模型[13]。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方法

2.3.1 微生物危害可能性定性和定量預(yù)警閾值的初步設(shè)定 通過(guò)對(duì)畜禽產(chǎn)品中致病微生物的污染率/量以及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行廣泛的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研，擬定了5 種主要畜禽產(chǎn)品（豬肉、雞肉、雞蛋、牛奶、牛羊肉等）中7 種致病微生物（沙門氏菌、致病性大腸桿菌、彎曲桿菌、金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌和小腸結(jié)腸炎耶爾森菌）的污染率和污染量不同級(jí)別數(shù)值，然后通過(guò)征求16 位相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威專家意見(jiàn)，采用德?tīng)柗品ǎ―elphi Method），初步設(shè)定了188 個(gè)畜禽產(chǎn)品-致病微生物組合不同級(jí)別（共5 級(jí)）危害可能性的定性和定量數(shù)據(jù)作為預(yù)警閾值。

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級(jí)別和相應(yīng)決策措施的確定 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和暴露評(píng)估的數(shù)據(jù)獲得某地區(qū)（場(chǎng)所）某時(shí)間內(nèi)某種畜禽產(chǎn)品中某種致病微生物危害可能性分值，與國(guó)際食品微生物標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ICMSF）中規(guī)定的此致病微生物危害嚴(yán)重度分值相乘[13]，獲得風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。將風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)帶入風(fēng)險(xiǎn)矩陣[13]，可以得出當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)設(shè)定預(yù)警，預(yù)警也分為5 個(gè)級(jí)別，分別是“極低（可忽略）風(fēng)險(xiǎn)”（用綠色表示）、“低風(fēng)險(xiǎn)”（用藍(lán)色顯示）、“中風(fēng)險(xiǎn)”（用黃色表示）、“高風(fēng)險(xiǎn)”（用橙色表示）、“極高風(fēng)險(xiǎn)”（用紅色表示）。根據(jù)前期評(píng)估的畜禽產(chǎn)品中微生物不同的預(yù)警級(jí)別，系統(tǒng)還列出了不同環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制微生物風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)手段和措施等。

2.4 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，即畜禽產(chǎn)品中微生物污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或資料性數(shù)據(jù)是在輸入層直接輸入或者從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取輸入。然后數(shù)據(jù)進(jìn)入隱含層，按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警原理流程并結(jié)合嵌入到系統(tǒng)的模型資料，如預(yù)測(cè)微生物學(xué)模型和劑量-反應(yīng)關(guān)系模型等，進(jìn)行逐級(jí)數(shù)學(xué)運(yùn)算和訓(xùn)練，最后在輸出層顯示風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別或是預(yù)警決策。

3 結(jié)果展示

3.1 畜禽產(chǎn)品微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)的整體呈現(xiàn)

所構(gòu)建系統(tǒng)的全稱為“國(guó)家畜禽養(yǎng)殖和屠宰過(guò)程中人畜共患食源性病原微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱PRAWS 系統(tǒng)。目前可通過(guò)https://praws.cahec.cn 網(wǎng)址登錄使用，登錄界面見(jiàn)圖2。登錄后可見(jiàn)系統(tǒng)設(shè)置為3 個(gè)模塊，分別是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策（圖3）。

圖2 畜禽產(chǎn)品微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)登錄界面

圖3 畜禽產(chǎn)品微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)模塊設(shè)置

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊有4個(gè)環(huán)節(jié)（養(yǎng)殖、屠宰/生產(chǎn)、儲(chǔ)存、流通消費(fèi)）的不同畜禽或其產(chǎn)品不同微生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的單條錄入或批量導(dǎo)入以及查詢功能，還有對(duì)選擇數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能（圖4）。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型模塊設(shè)置了產(chǎn)品安全性評(píng)估、關(guān)鍵控制點(diǎn)評(píng)估、產(chǎn)品病原微生物風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)估、模型庫(kù)和評(píng)估方法，以及歷史評(píng)估結(jié)果查詢幾個(gè)部分（圖5）。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊設(shè)置了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警記錄、微生物危害嚴(yán)重度賦值、微生物危害可能性閾值、風(fēng)險(xiǎn)矩陣幾個(gè)部分。用戶可以通過(guò)鎖定地區(qū)（點(diǎn)）、時(shí)間、環(huán)節(jié)、畜禽/產(chǎn)品種類以及微生物種類等選項(xiàng)，調(diào)入前面的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)評(píng)估數(shù)據(jù)，即可顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級(jí)別。系統(tǒng)包含地區(qū)（地圖）、時(shí)間（折線圖）和環(huán)節(jié)（柱狀圖）3 種展示形式。不同顏色對(duì)應(yīng)不同預(yù)警級(jí)別（圖6）。鼠標(biāo)點(diǎn)擊某個(gè)位置，即可顯示當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和對(duì)應(yīng)的決策支持提示。

圖4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的功能設(shè)置

圖5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型模塊的功能設(shè)置

圖6 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊的功能設(shè)置

3.2 不同類型用戶使用評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)的操作模式

PRAWS 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)企業(yè)用戶、監(jiān)管機(jī)構(gòu)用戶和技術(shù)機(jī)構(gòu)用戶3 種類型的用戶實(shí)際需求，設(shè)置了相應(yīng)的使用權(quán)限，后期通過(guò)分配的賬號(hào)實(shí)現(xiàn)分類。企業(yè)用戶登錄后可在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊直接單條錄入或批量導(dǎo)入、導(dǎo)出、查詢養(yǎng)殖屠宰等環(huán)節(jié)微生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以使用這一模塊的統(tǒng)計(jì)分析功能查看特定時(shí)間的微生物污染數(shù)據(jù)；還可以使用風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊查看特定時(shí)間微生物污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警情況；當(dāng)然所有數(shù)據(jù)操作僅限于各企業(yè)本身，不能針對(duì)其他企業(yè)。同樣，監(jiān)管機(jī)構(gòu)用戶也可登錄基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊，查詢轄區(qū)內(nèi)特定環(huán)節(jié)、特定畜禽/產(chǎn)品、特定微生物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可使用此模塊的統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；還可使用風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊查看轄區(qū)內(nèi)特定地區(qū)/養(yǎng)殖（屠宰、收儲(chǔ)）場(chǎng)、特定時(shí)間、特定畜禽/產(chǎn)品、特定微生物污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警情況。技術(shù)機(jī)構(gòu)用戶可以使用3 個(gè)模塊中的所有功能，主要是利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊里的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，然后在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型模塊中調(diào)用模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，最后在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊中分析風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和預(yù)警及決策支持情況。圖7 顯示了不同權(quán)限用戶在使用該系統(tǒng)時(shí)的操作模式。

圖7 不同權(quán)限用戶使用系統(tǒng)的操作模式

3.3 畜禽產(chǎn)品微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)的使用流程

畜禽或其產(chǎn)品中微生物攜帶污染數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊輸入后，可以在此模塊直接查詢特定時(shí)間、地區(qū)或養(yǎng)殖（屠宰、收儲(chǔ)）場(chǎng)、環(huán)節(jié)、畜禽/產(chǎn)品種類中某微生物的污染攜帶數(shù)據(jù)列表，也可以利用此模塊的統(tǒng)計(jì)分析功能直接分析相應(yīng)污染狀況。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究者可以在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型模塊選擇擬開展的評(píng)估類型，按照評(píng)估需要逐條輸入相應(yīng)參數(shù)，并可直接調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提交后，后臺(tái)調(diào)用系統(tǒng)嵌入的預(yù)測(cè)微生物模型和劑量-反應(yīng)模型等，同時(shí)按模型參數(shù)間數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系運(yùn)算，在輸出界面獲得微生物的污染率/量分布、致病概率分布、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、關(guān)鍵控制點(diǎn)等信息，評(píng)估結(jié)果會(huì)自動(dòng)保存。最后在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊可以輸入擬評(píng)估預(yù)警的時(shí)間、地區(qū)或場(chǎng)、環(huán)節(jié)等信息，直接調(diào)用前期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)特定畜禽/產(chǎn)品中微生物的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。系統(tǒng)在后臺(tái)根據(jù)擬定的微生物危害嚴(yán)重度賦值和危害可能性閾值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，輸出風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，然后對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)矩陣獲得風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和預(yù)警提示。系統(tǒng)的使用操作流程如圖8 所示。

圖8 畜禽產(chǎn)品微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)使用流程

3.4 畜禽產(chǎn)品微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

3.4.1 屠宰豬肉產(chǎn)品安全性評(píng)估 利用系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的產(chǎn)品安全性評(píng)估功能評(píng)估A 省6 月份和B 省7 月份屠宰豬肉中沙門氏菌污染對(duì)產(chǎn)品安全性的影響。按照提示選擇評(píng)估對(duì)象和時(shí)間、溫度等參數(shù)信息，然后通過(guò)檢索歷史數(shù)據(jù)鎖定這段時(shí)間此省屠宰豬肉中沙門氏菌的污染率等眾數(shù)值，通過(guò)后臺(tái)的定量轉(zhuǎn)換公式獲得定量數(shù)據(jù)。提交后，后臺(tái)先結(jié)合預(yù)測(cè)微生物學(xué)模型獲得消費(fèi)時(shí)的暴露量，然后考慮烹飪時(shí)可能由于不完全加熱導(dǎo)致微生物的殘留率（假定0.1%），并結(jié)合劑量-反應(yīng)關(guān)系模型，最終獲得產(chǎn)品中沙門氏菌的致病概率。A 省眾數(shù)值為1.5×10-9，風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)為“極低風(fēng)險(xiǎn)”（圖9-A）；B 省眾數(shù)值為3.8×10-4，風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)為“極高風(fēng)險(xiǎn)”（圖9-B）。

圖9 屠宰環(huán)節(jié)豬肉中沙門氏菌相關(guān)產(chǎn)品安全性評(píng)估模擬結(jié)果

3.4.2 某生豬屠宰場(chǎng)沙門氏菌污染關(guān)鍵控制點(diǎn)評(píng)估 利用系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型模塊中關(guān)鍵控制點(diǎn)功能，選擇生豬屠宰模塊化模型。在輸入界面錄入評(píng)估所需的生豬屠宰過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)相關(guān)因素中沙門氏菌的污染率和污染量數(shù)據(jù)，包括豬本底攜帶的以及屠宰過(guò)程可能接觸的器具、工人手部等環(huán)境中沙門氏菌的污染數(shù)據(jù)和交叉污染的傳遞率，以及屠宰過(guò)程的沖淋時(shí)間和消除率等數(shù)據(jù)。提交后，獲得屠宰過(guò)程每個(gè)環(huán)節(jié)沙門氏菌消長(zhǎng)變化（圖10-A）。可見(jiàn)凈膛和劈半兩個(gè)環(huán)節(jié)沙門氏菌增加量最多。通過(guò)雷達(dá)圖明確關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)是劈半環(huán)節(jié)，其次是凈膛環(huán)節(jié)（圖10-B）。

圖10 某生豬屠宰場(chǎng)屠宰過(guò)程沙門氏菌暴露評(píng)估結(jié)果

3.4.3 某地區(qū)屠宰豬肉中沙門氏菌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警測(cè)試 在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策模塊，點(diǎn)擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警功能，即可繼續(xù)選擇要評(píng)估預(yù)警的省市（山東省濰坊市）、環(huán)節(jié)（屠宰生產(chǎn)）、微生物（沙門氏菌）、畜禽/產(chǎn)品（豬肉），以及時(shí)間（2021 年1 月1 日—6 月30 日）。提交后，系統(tǒng)自動(dòng)顯示目標(biāo)省份，鼠標(biāo)放到目標(biāo)區(qū)域，即自動(dòng)顯示在這段時(shí)間屠宰豬肉中沙門氏菌的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊后，新的窗口根據(jù)豬肉中沙門氏菌危害嚴(yán)重度賦分（2 分）和危害可能性閾值賦分（1分）的乘積獲得風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（2）。然后，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣提示獲得風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“極低風(fēng)險(xiǎn)”。這種情況下預(yù)警防控措施顯示不預(yù)警（圖11）。實(shí)際從“低風(fēng)險(xiǎn)”開始，系統(tǒng)就會(huì)在預(yù)警防控措施里提示一級(jí)預(yù)警所需采取的措施，以此類推到“極高風(fēng)險(xiǎn)”的4 級(jí)預(yù)警防控措施。比如，通過(guò)輸入模擬數(shù)據(jù)對(duì)四川省某地區(qū)生豬屠宰環(huán)節(jié)沙門氏菌的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研判，結(jié)果如圖12 所示。本測(cè)試以山東省濰坊市和四川省彝族自治州豬肉產(chǎn)品為例，為方便敘述，數(shù)據(jù)采用模擬數(shù)據(jù)，不代表真實(shí)情況。

圖11 山東省某區(qū)屠宰豬肉監(jiān)測(cè)沙門氏菌的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警模擬結(jié)果

圖12 四川省某區(qū)屠宰豬肉沙門氏菌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警模擬結(jié)果

4 討論

動(dòng)物源性食品病原微生物引發(fā)的人類食物中毒和人獸共患疾病，危害范圍廣，經(jīng)濟(jì)損失大。為有效預(yù)防和控制食源性病原微生物傳播和感染，增強(qiáng)對(duì)食源性疾病暴發(fā)的反應(yīng)和預(yù)警能力，國(guó)際組織和發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛開展了食源性致病菌的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，不斷建立和完善食源性疾病的監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)。國(guó)外對(duì)動(dòng)物源性食品致病微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警方面的研究主要集中在從農(nóng)場(chǎng)到餐桌的食品安全生產(chǎn)體系（如HACCP 體系）探索和建立[14]，食品中主要致病性微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[15-19]，以及開發(fā)食品中致病微生物風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)與實(shí)際應(yīng)用。如美國(guó)疾病預(yù)防控制中心（CDC）開發(fā)的FoodNet 網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室調(diào)查、醫(yī)生調(diào)查、人口調(diào)查和特殊研究4 種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和分析評(píng)估，確定通過(guò)食品傳播的致病菌感染的發(fā)生率，判斷各種可能的危害暴露和操作作為特定病原體引起疾病的可能性；歐盟創(chuàng)建的食品和飼料安全預(yù)警系統(tǒng)（Rapid Alert System for Food and Feed，RASFF）具有方便可查詢的官方網(wǎng)站、連續(xù)完整的年度報(bào)告、規(guī)范有效的通報(bào)方式和及時(shí)完善的政策法規(guī)，使其在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和應(yīng)對(duì)上的可操作性大大增強(qiáng)，極大程度地確保了歐盟消費(fèi)者的食品安全和健康[20]。

我國(guó)動(dòng)物源性食品（主要為豬、禽制品等）生產(chǎn)消費(fèi)量居全球之首，但動(dòng)物源性食品致病微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警研究水平與國(guó)際先進(jìn)水平還存在不小差距。雖然我國(guó)也越來(lái)越重視動(dòng)物源性食品的質(zhì)量安全問(wèn)題，如原農(nóng)業(yè)部在2001 年就建立了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全例行監(jiān)測(cè)制度，但是尚未將畜禽產(chǎn)品中致病微生物納入。致病微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估由于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的匱乏而導(dǎo)致開展成效不很顯著。原國(guó)家質(zhì)檢總局于2007 年開發(fā)了“快速預(yù)警和快速反應(yīng)系統(tǒng)（RARSFS）”[21]，構(gòu)建了質(zhì)檢部門動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，但并未涉及致病微生物的預(yù)測(cè)生長(zhǎng)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心于2021 年推出了“基于規(guī)則庫(kù)引擎構(gòu)建食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警系統(tǒng)”[22]，通過(guò)使用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言，基于規(guī)則庫(kù)引擎的可視化方法，研究構(gòu)建了可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警和定時(shí)預(yù)警的食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)重視的是食品中各種危害因子大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)抓取，并未特別考慮微生物的增殖和交叉?zhèn)鞑サ忍禺悓傩?。目前我?guó)畜禽產(chǎn)品中致病微生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估多集中在生產(chǎn)鏈關(guān)鍵控制點(diǎn)或終端產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者危害的研究階段。為更好地指導(dǎo)生鮮畜禽產(chǎn)品的科學(xué)有效監(jiān)管、安全生產(chǎn)和安心消費(fèi)，亟需構(gòu)建畜禽產(chǎn)品全鏈條微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警體系。

本研究針對(duì)國(guó)內(nèi)外研究背景以及我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需求，以動(dòng)物養(yǎng)殖和屠宰過(guò)程為切入點(diǎn)，以肉蛋奶中重要人畜共患食源性致病微生物為對(duì)象，以監(jiān)測(cè)的污染數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、相關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算法以及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)等，結(jié)合預(yù)測(cè)微生物學(xué)模型和劑量-反應(yīng)關(guān)系，整合了一系列畜禽養(yǎng)殖屠宰過(guò)程重要致病微生物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并結(jié)合BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，構(gòu)建了一套對(duì)畜禽養(yǎng)殖屠宰過(guò)程致病微生物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警的體系，最終創(chuàng)建形成了可視化軟件操作平臺(tái)。系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，只需輸入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，后臺(tái)就可以調(diào)用模型或算法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，然后根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)本批次產(chǎn)品的微生物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。如果風(fēng)險(xiǎn)極低可忽略時(shí)，顯示不預(yù)警；如果有一定的風(fēng)險(xiǎn)，就顯示相應(yīng)的預(yù)警，同時(shí)會(huì)顯示相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

本系統(tǒng)分了3 個(gè)模塊，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警決策。系統(tǒng)還針對(duì)企業(yè)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和技術(shù)機(jī)構(gòu)的不同需求，設(shè)有3 種操作模式，對(duì)提升產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量安全具有重要指導(dǎo)意義。目前系統(tǒng)正推廣到不同企業(yè)和監(jiān)管技術(shù)機(jī)構(gòu)試用，在試運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)該還會(huì)發(fā)現(xiàn)一些需要改進(jìn)的問(wèn)題。本開發(fā)團(tuán)隊(duì)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化完善，爭(zhēng)取早日使其在畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的衛(wèi)生控制和質(zhì)量安全的有效監(jiān)管中發(fā)揮實(shí)際作用，提升我國(guó)畜禽產(chǎn)品全生產(chǎn)鏈致病微生物的風(fēng)險(xiǎn)管理能力，完善動(dòng)物源性致病微生物的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警能力建設(shè)，保障畜禽產(chǎn)品的質(zhì)量安全和民眾消費(fèi)安全。

致謝：

中科軟科技股份有限公司負(fù)責(zé)該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言體系和軟件開發(fā)；中國(guó)動(dòng)物衛(wèi)生與流行病學(xué)中心動(dòng)物衛(wèi)生信息處鄭雪光副研究員、彭東副研究員在系統(tǒng)調(diào)試和試運(yùn)行過(guò)程中給予網(wǎng)絡(luò)方面問(wèn)題的指導(dǎo)；“十三五”重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目組及本課題參與單位揚(yáng)州大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)獸醫(yī)藥品監(jiān)察所和中山大學(xué)在系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中給予建議和協(xié)助；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管司畜禽產(chǎn)品病原危害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目和畜牧獸醫(yī)局屠宰環(huán)節(jié)微生物風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目給予持續(xù)支持。在此一并表示感謝。