基于太赫兹光谱和机器学习算法的复合香料识别研究

《Journal of Food Protection》：Research on the identification of composite spices based on terahertz spectroscopy and machine learning algorithms

　　沙门氏菌低水分食物动态高温热失活模型研究。以亚麻籽为对象，采用非等温数学模型（log-linear/Bigelow和Weibull/Bigelow）分析95-120℃油浴动态处理下的菌落减少率。结果显示log-linear/Bigelow模型拟合最佳（AICc最低-108.00），D值随温度升高显著降低（D90=70.93s，D105=37.34s，D120=19.66s），z值35.9℃表明温度每升高35.9℃可倍增杀菌速率。研究验证动态温度模型较传统等温模型预测误差降低（RMSE≤0.538），并揭示高温下菌体存活呈非线性衰减特征。

　　在食品加工过程中，微生物污染一直是食品安全的重要挑战。尽管高水分食品因水分的存在而更容易受到微生物的影响，但近年来，低水分食品（Low-Moisture Foods, LMFs）的微生物污染问题也引起了广泛关注。这些食品通常包含干燥的种子、坚果、香料等，由于其低水分特性，微生物往往具有更高的耐热性，使得在高温处理过程中难以完全灭活。因此，开发适用于低水分食品在非等温（动态）高温处理条件下微生物灭活的数学模型，对于确保食品安全至关重要。

本研究以亚麻籽为案例，探讨了在非等温高温处理条件下，沙门氏菌（*Salmonella enterica* Enteritidis PT 30）的灭活过程。亚麻籽作为一种常见的食用种子，常用于生食或作为食品配料，但其可能被沙门氏菌污染，因此需要有效的灭活手段。通过实验，研究人员在非等温条件下对沙门氏菌进行了灭活处理，并采用多种数学模型对灭活过程进行了分析，以确定最适合描述该过程的模型。

实验中，亚麻籽被调整至特定的水分活度（0.55±0.03），然后接种沙门氏菌，并在加热油浴中以95°C、105°C和120°C的温度进行处理。为了准确记录温度变化，研究人员使用了配备热电偶的铝制测试单元，同时在不同时间点采集样本以评估沙门氏菌的存活情况。实验结果显示，随着处理温度的升高，沙门氏菌的灭活速率显著加快，这表明高温对于降低微生物污染具有重要作用。

研究中比较了两种次级灭活模型（log-linear/Bigelow和Weibull/Bigelow）与三种初级灭活模型（log-linear、Weibull和Geeraerd）的拟合效果。通过统计分析，研究人员发现log-linear/Bigelow模型在描述非等温条件下沙门氏菌的灭活动力学方面表现最佳，其Akaike信息准则（AIC）值最低，表明该模型能够以更少的参数实现更高的预测准确性。此外，该模型在处理不同温度条件下均能保持良好的拟合效果，显示出其在实际食品加工中的应用潜力。

研究还指出，次级模型在非等温条件下能够更好地捕捉微生物灭活过程中的非线性关系，从而提高预测的准确性。相比之下，传统的初级模型假设等温处理，无法有效描述在加热过程中由于温度变化导致的微生物死亡行为。例如，Weibull模型虽然在非等温条件下能提供较好的拟合，但其参数估计存在较高的不确定性，这限制了其在实际应用中的可靠性。因此，研究强调了次级模型在动态温度条件下的优势，尤其是在处理快速升温或温度波动较大的食品加工场景时。

此外，研究通过敏感性分析，评估了不同模型参数对灭活效果的影响。结果显示，z值（温度敏感性参数）在非等温条件下表现出更强的敏感性，表明温度变化对微生物灭活效果具有显著影响。而δ值（缩放参数）和n值（形状因子）则在不同温度条件下表现出不同的变化趋势，进一步说明了动态温度处理对微生物灭活过程的复杂性。

在实际食品加工中，动态温度处理是常见的做法，例如烘焙、烘烤、蒸煮等。这些过程通常涉及快速升温，使得微生物在达到目标温度前就已经受到一定程度的灭活。然而，传统的等温模型难以准确描述这一过程，导致预测结果与实际数据存在偏差。因此，研究建议在食品加工过程中采用动态温度模型，以更真实地反映实际的灭活行为。

研究还提到，次级模型在工业应用中具有更高的灵活性和实用性。通过引入非等温条件下的温度变化，这些模型能够更全面地描述微生物在食品中的存活和灭活过程。这不仅有助于优化加工参数，还能够提高食品加工的安全性和效率。例如，在高温度处理过程中，沙门氏菌的灭活速度显著提高，因此在实际操作中，选择适当的温度和时间组合对于有效减少微生物污染至关重要。

在实际应用中，动态温度模型的使用需要考虑多种因素，包括食品的水分活度、成分、加工环境等。由于低水分食品的微生物耐热性较强，因此需要更高的温度和更长的处理时间才能达到有效的灭活效果。此外，食品加工过程中可能发生的水分活度变化也会影响微生物的存活和灭活行为，因此在模型开发时需要综合考虑这些因素。

总之，本研究通过实验和建模，揭示了非等温高温处理条件下沙门氏菌在亚麻籽中的灭活规律，并验证了次级模型在描述该过程中的优势。研究结果表明，采用动态温度模型能够更准确地预测微生物灭活效果，从而为食品加工提供科学依据。未来的研究可以进一步探索不同食品材料在非等温条件下的灭活特性，以及如何在实际加工过程中应用这些模型，以确保食品安全。