《npj Antimicrobials and Resistance》：Food safety culture and the control of microbial communities in food production environments
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本文针对食品生产环境中微生物污染持续存在的挑战，探讨了如何通过微生物生态学视角优化食品安全控制策略。研究人员系统分析了生物膜形成机制、消毒剂耐受性演化规律，提出整合基因组学监测、多物种生物膜模型和表面工程技术的综合防控体系，为食品行业制定精准干预措施提供了科学依据，对降低食源性疾病负担具有重要意义。
在现代化食品工业体系中，尽管企业投入大量资源实施卫生管理计划，但食源性疾病仍然构成重大公共卫生负担。英国卫生安全局最新数据显示，产志贺毒素大肠杆菌(STEC)、单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)、沙门氏菌(Salmonella)和弯曲菌(Campylobacter)的感染病例持续增长，增幅达14%-26%。这一严峻现实揭示了当前食品安全控制体系的局限性：食品生产环境(Food Production Environments, FPEs)并非无菌场所，在温度、消毒剂选择压力和持续微生物引入的综合作用下，适应性微生物群落能够在特定生态位建立并污染食品。
传统依赖化学处理(如消毒剂)和工程控制(如消除易感定植点)的卫生方案，往往难以应对微生物群落的动态演化。特别是生物膜(biofilm)的形成，使微生物细胞能够嵌入保护性基质中，对常用消毒剂产生显著耐受性。这种结构化微生物群落通过代谢协作、共粘附和群体感应等机制，在加工设备、地漏和通风系统等难以清洁的区域形成持久污染源。随着微生物生态学研究的深入，食品安全策略正从简单的病原体检测转向基于微生物"存在"-"传播"-"连通性"-"演化"全过程的系统性干预。
为应对这些挑战，研究人员在《npj Antimicrobials and Resistance》发表的研究中，基于英国食品工业实践，提出了创新性食品安全控制框架。该研究通过整合行业利益相关者洞察和微生物学研究进展，强调需要将食品安全文化融入从预防到监测的全流程管理。研究指出，有效的微生物风险控制需建立四道防线：防止危害因素进入、避免其定植、阻断传播途径以及及时杀灭清除。这些措施需要结合先进的微生物监测技术和生态学理解，才能实现从被动应对到主动预防的转变。
关键技术方法包括：1)采用全基因组测序(Whole-Genome Sequencing, WGS)和宏基因组学(metagenomics)分析设施内微生物群落结构；2)建立多物种生物膜模型模拟真实生产环境；3)应用表面工程技术开发抗菌涂层；4)通过标准化消毒剂验证程序(如EN 1276标准)评估杀菌效果；5)利用快速检测工具(如显色喷雾)进行实时卫生监测。研究特别关注了即食食品生产环境中的微生物样本特征。
微生物群落的复杂性特征
研究表明，食品生产环境中的微生物群落具有高度复杂性。尽管采取了严格的卫生措施，FPEs中仍普遍存在以生物膜形式存在的微生物群落。这些群落通过选择性压力不断适应环境，形成独特的本地生态体系。微生物来源多样，包括食品原料、运输基础设施、工作人员以及水处理和空气处理系统。非食品接触表面(如地板、地漏、通风系统和墙壁)成为常见的微生物储库，可作为污染源传播至食品接触表面和相连区域。
生物膜生态学在食品生产环境中的特殊意义显示，生物膜是食品设施中细菌的主要和弹性存在状态。与浮游(planktonic)细胞相比，生物膜相关细菌对压力(包括消毒剂、抗菌剂、干燥和物理清洁)的耐受性显著更高。这些特性源于多种机制，如深层代谢活性降低、基质限制消毒剂渗透以及群落水平的协调应激反应。对食品安全而言，生物膜的存在意味着常规存在/缺失检测可能无法准确表征间歇性释放细胞的生物膜组成，传统清洁消毒可能不足以破坏生物膜结构，而保持干燥条件、有目的的表面设计和针对性卫生措施比试图清除成熟生物膜更为有效。
当前环境监测与控制方法
环境监测方案通常要求食品生产者对优先食品安全风险(如单核细胞增生李斯特菌)进行采样和鉴定。对食品接触和非食品接触表面(主要来自FPE的高关怀/高风险区域)的拭子样本进行检测，当病原体检测超过特定阈值时，可能触发根本原因分析和风险评估。
研究强调，预防生物膜形成比发现生物膜更为重要。环境监测数据的趋势分析为制定定制化控制措施和缓解计划提供了关键信息。这些新防线包括一系列工程和基础设施控制、员工教育、供应链管理以及严格的清洁和消毒计划，旨在防止这些生态位的形成。
行业利益相关者强调的四道防线包括：
防止进入(操作层面)：微生物风险可能通过原料、包装、人员或设备进入FPE，在对即食食品生产等无后续杀菌步骤的环境构成特别关注。风险缓解必须从源头开始，包括加强供应商保证和质量控制措施，以及在进入前减少生物负载。保持全员工对食品安全的理解和认识对建立强有力的食品安全文化至关重要。
防止定植(基础设施层面)：FPE中持续微生物污染通常与使微生物能够建立受保护生态位的结构特征有关。生物膜通常在难以清洁的区域发展，包括裂缝、多孔表面以及磨损或损坏的材料。应用卫生设计原则可显著降低这些风险，倾向于光滑、无边缘、不吸水的表面有助于减少微生物积累和生物膜发展的可能性。保持环境干燥是重要的控制措施，因为低环境湿度可以破坏生物膜形成。
防止传播(监测层面)：FPE中的环境监测不仅检测病原体，还有助于识别易受微生物积累和生物膜形成的个体和相连区域。低复杂度工具，如显色喷雾、拭子和过氧化氢检测方法，可用于可视化潜在热点。当出现关注时，这些区域可能被标记用于额外干预。有针对性的酶或氧化剂处理可用于破坏可疑生物膜，随后重新评估以确认效果。
杀灭和清除(或"寻找和销毁")：常规清洁和消毒(Cleaning and Disinfection, C&D)计划是FPE中微生物风险控制的基础。有效的清洁(清除可屏蔽微生物细胞的有机物的物理和化学过程)是关键的第一步。清洁策略根据存在的土壤类型量身定制。碱性洗涤剂(如氢氧化钠、氢氧化钾)能有效分解蛋白质和脂肪；酸性剂(如磷酸或硝酸)去除水垢；溶剂型清洁剂解决油脂残留。机械能(如刷洗、刮擦、擦洗或低压冲洗)增强去除效果。消毒剂根据微生物谱、表面相容性和监管状态选择。常见药剂包括季铵化合物(Quaternary Ammonium Compounds, QACs)、氯基消毒剂、过氧化氢、醇类、过氧乙酸和碘载体。
新解决方案与机遇
创新驱动下的食品安全活动正在发展多种新型解决方案：
防止定植：表面和涂层技术方面，卫生设计的特点是无边缘结构、耐化学材料和高性能密封化合物不断发展。被动抗菌表面提供补充控制层，特别是在难以接近或彻底清洁的区域。这些包括嵌入银或铜离子的涂层、光催化表面以及在光照下产生活性氧的聚合物基薄膜。原位清洗(Clean-in-Place, CIP)系统代表卫生基础设施的另一项重大投资，可自动清洗管道、罐体和闭环系统，而无需拆卸。
防止传播：基因组学和宏基因组学作为指导方面，理解设施的完整微生物生态学，而不仅仅是针对特定病原体，正在成为强大的行动视角。宏基因组学，特别是鸟枪法测序(shotgun sequencing)结合回收类群的全基因组测序，正被越来越多地用于检测与污染、变质或消毒剂应用相关的微生物变化。当与业务特定专业知识和现有卫生系统知识相结合时，基因组学和宏基因组学提供补充数据，以完善风险评估并为符合HACCP框架的卫生策略提供信息。
可靠杀灭：消毒剂验证标准化方面，尽管消毒剂在微生物控制中发挥核心作用，但用于验证消毒剂功效的工具仍与FPE的复杂性不相符。标准化实验室测试(如EN 1276、最低抑菌浓度(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)或最低杀菌浓度(Minimum Bactericidal Concentration, MBC)分析)在良好控制的实验环境中评估参考菌株的浮游培养物。虽然这些方案是监管批准和可比性的基础，但它们通常不能反映实际性能。
模拟现实：多物种和生物膜分析方面，考虑到FPE微生物在生物膜中的基本背景，消毒剂测试的金标准必须发展——从单一菌株在抛光钢或新塑料上，转向更好模拟真实工厂表面生态和磨损的模型。多物种生物膜模型的发展获得了动力，这是由对更现实和预测性测试系统的需求驱动的。当与组学方法(如宏基因组学、转录组学和代谢组学)集成时，这些模型提供了对群体感应、代谢互补、群落应激反应和微生物演替的强大洞察。
研究结论与展望
本研究为创新驱动的食品安全活动提出了系统性建议，食品企业和研究伙伴正共同致力于未来验证食品生产环境中的卫生和微生物控制策略：
创新与食品安全文化中的协作方面，应投资食品企业与研究机构之间的长期合作伙伴关系，以共同开发解决实际卫生挑战的实用工具；利用内部投资与公共研究计划支持微生物生态学研究和风险解释与卫生创新能力建设；在开发周期早期评估实用性和权衡(如成本、监管、工艺兼容性)，以减少采用障碍。
预防和监测微生物存在与传播的进展方面，应评估替代抗菌剂和材料——如噬菌体、酶处理、抗菌聚合物和光催化表面——基于其特定背景的有效性、安全性和生态影响；将快速检测工具(如显色喷雾)集成到现有卫生验证系统中，以指导及时、局部干预；使用基因组学和/或宏基因组学建立本地生物群的微生物基线，检测与变质或安全风险相关的群落组成的有意义变化，包括持续菌株的存在。
杀灭和清除演化生物膜的消毒剂建模与验证方面，应使用常驻菌株和代表性表面类型，针对设施相关的MIC/MBC阈值基准使用中消毒剂；用特定场地挑战模型补充标准化分析，以验证实际功效并为卫生计划调整提供信息；概率性和纵向解释结果——并非所有阳性都标志失败，并非所有减少都保证成功；采用多物种生物膜模型——特别是用于验证难以清洁区域的干预措施——并将其与组学工具集成以揭示群落水平响应；纳入其他产品和过程质量指标(如客户投诉)，而不仅仅是菌落形成单位(Colony Forming Unit, CFU)计数，以评估卫生措施的长期影响和残余风险。
该研究的创新之处在于将微生物生态学概念系统整合到食品安全管理框架中，通过多学科方法解决了食品工业中持久性微生物控制的根本挑战。通过将先进的分子工具与实用卫生策略相结合，为构建更具弹性和适应性的食品安全体系提供了科学基础，对全球食品行业具有重要的理论和实践指导意义。
