肉品微生物预报模型系统构建

侯志强，李苗云，赵改名，田 玮

(1.河南农业大学食品科学与技术学院，河南郑州450002;2.河南省肉制品加工与质量安全控制重点实验室，河南郑州450002)

预测食品微生物学是一个将微生物学、数学和统计学等结合在一起的新学科，它的发展方向是通过建立一些数学模型来预测微生物在不同环境条件下的生长、死亡情况［1］。目前，国内外科学家已经可以应用一些很成熟的预测方法，通过电脑人机对话，预测出各种环境条件下的微生物生长情况［2］。预测微生物技术在国外已经被广泛研究，产生了许多微生物生长模型的预测软件，如:Com-Base作为微生物对食品环境响应的公共数据库，是目前世界上最全面的预测微生物学信息库，且还在不断完善中［3］。SSSP(sea food spoilage and safety predictor，SSSP)［4］为海产鱼类的剩余货架期预测软件，该软件中部分预测微生物模型的建立采用了重复法(Iterative approach)，即在数据生成之前就对建模过程中涉及的特定腐败菌、腐败范围和培养基等进行反复验证，因此可以最大限度地减小模型应用中的误差。SMAS［5］是一个正在开发的冷链肉制品综合管理系统，它能使原料从加工到产品售出的全过程得到安全和品质的保障。这些国外模型预测软件的思路值得我们参考和借鉴。目前国内还没有比较正式、规范、公共的预测微生物的平台，以便科学家进行研究、探讨、学习和交流［6］。

肉品微生物预报模型系统(以下简称预报模型系统)是依照“成果共用、资源共享、信息共通”的原则进行建设，汇集国内外预报模型研究成果，博览全球众多相关资料，最后建成适合各类微生物预报模型存储、检索、应用的共享服务平台，为中国肉品微生物风险评估构建提供资源共享平台，为科研人员及相关单位提供一个在线探讨、交流互动的共享平台。本研究主要针对托盘冷却肉中的假单胞菌分布和作用进行了系统研究，应用修正的Gompertz函数建立了不同温度条件下猪肉的生长模型曲线，即在不同的温度下猪肉中影响腐败品质的生长模型，建立的数学模型与计算机软件技术结合后更好地预测微生物生长动态。

1 肉品微生物预报模型系统的总体架构

预报模型系统采用ASSF(access service standard fundation)模式［7］，用户可以通过浏览器、移动终端或PC端访问本系统，各个模块的访问、显示不受终端因素影响。系统主要模块包括:模型存储模块、模型检索模块、模型展示模块和资料显示模块，如图1所示。

图1 预报模型系统总体结构Fig.1 The architecture of information froecasting

1.1 模型存储模块

模型存储模块主要让操作员按一定的统一格式录入模型信息，如:名称、搜索关键字、模型内容、模型类型等。管理员可以审核用户录入的模型信息，凡通过审核的模型可以在系统中查询得到，如果审核不通过，管理员会通知用户。

1.2 模型检索模块

模型检索模块可以提高用户操作的便捷性，通过系统提供的检索规则更快速地过滤数据。目前系统主要提供用户类型和关键字组合检索规则，用户可以按照类型、关键字进行模糊检索，也可以通过类型+关键字组合，检索到更准确的数据。如图2所示。

图2 模型检索界面Fig.2 Search interface of the model

1.3 模型展示模块

模型展示可以提供用户更加直观的效果。采用图形显示插件可以从各个维度观察模型的变化，更加直观地体现模型与维度的关系。目前用户可以通过改变时间、生长量和温度3个维度［8］，间接改变微生物的生长环境条件，动态观察这3个维度对每个模型的影响［9］。如图3(托盘猪肉假单胞菌生长模型［10］)所示。

1.4 资料显示模块

资料显示模块主要提供给用户查看某个模型的具体实现方式，用户可以在资料显示界面进行在线查看、下载操作。图4为资料显示界面。

图3 托盘猪肉假单胞菌生长模型展示界面Fig.3 The tray pork pseudomonas growth model display interface

图4 资料显示界面Fig.4 Disphy interface of the data

2 肉品微生物预报模型系统的相关技术

2.1 搜索技术

通过设定模型分类和关键字，提供给用户的检索模型，是一个比较有效、快速的方法［11］。通过在数据库中增加2个字段kind和key来处理用户的每次请求，当用户的请求发送时，首先解析链接中的搜索方式，再根据数据库查询语句进行查询，然后返回结果给用户，图5为搜索流程图。

图5 搜索流程Fig.5 Searching results

2.2 预报模型信息模板

信息模板［12］是指用于解析数据内容的自定义格式文本文件。通过在模板文件中嵌入与页面动态显示数据项匹配的字段名称，进而代替页面中的动态显示数据项，在数据展示时，结合对应的模板，实现预报模型信息的自动化显示。目前关于预测模型系统信息内容刚刚起步，模型信息数据格式还没有标准的格式，将信息展示方式提高到基于模板的层面，并提供智能化的信息展示是解决问题的根本和关键。

针对预报模型数据模板结构［13］变化概率低，可以采用不同的预报模型模板参数进行设置，只要设置好这些参数，就能动态地展示模型数据。相关参数设置说明如表1所示，在试验中，我们可以根据不同的预报模型对这个模板参数表进行添加参数［14］，进一步达到准确地获取数据，图6是试验中托盘猪肉假单胞菌生长模型的配置信息模板。

表1 预报模型信息模板参数说明Table 1 Parameter description of froecasting model information template

2.3 统一预报模型展示

预报模型系统采用2种约定数据格式［15］，包括模型信息和参数信息，其中模型信息主要记录模型的相关信息，参数信息主要记录模型公式输入的参数名称、表达意思和参数的相关值。图7为系统默认的数据录入格式，表2为系统识别的数据格式，通过获取模型信息和参数信息的相关值，自动形成一套模板数据，系统通过此模板进行解析数据。通过采用这2种格式，实现自动化对应模型界面的数据展示。

预报模型系统通过读取每个模型的数据录入

图6 托盘猪肉假单胞菌生长模型的模板Fig.6 The model of pseudomonas from chilled meat informate template

图7 数据录入格式Fig.7 The format of data type

表2 数据识别格式Table 2 The format of data identify

3 肉品微生物预报模型系统的试验分析

使用预报模型系统对托盘猪肉假单胞菌生长模型进行显示。试验的硬件设备为:AMD速龙X2 5000 内存 DDR4.0 G、硬盘 7 200 r·min-1。在试验过程中，首先录入模型数据，如图8所示。

图8 托盘猪肉假单胞菌生长模型数据Fig.8 The data of growth model for Pseudomonas’tray pork

进入系统，点击对应的模型链接，就可以显示托盘猪肉假单胞菌生长模型对应的界面，如图9所示。

图9中①是提供用户的预报模型记录列表。系统的预报模型列表是在加载界面启动的时候，从服务器端更新的。②是预报模型的名称，表明用户当前正在查看的预报模型。③是预报模型的数据展示区域，用户可以通过X、Y轴，观察模型变化。④是预报模型对应的变化维度，用户通过修改这个维度，更加直观、动态的观察数据显示区域界面的变化。

图9 系统界面Fig.9 System interface

4 总结和展望

肉品微生物预报模型系统，可以针对不同用户的需求，提供多方面的微生物模型研究、交流、学习的平台，也为科研人员提供一个在线探讨、交流互动的共享平台。它有自身的优点和适用的用户群体，但也存在一些不足，随着计算机及其网络技术的发展，微生物预报模型系统必将得到广泛应用，进而也迫切需要更多高效、直观、多角度的预报模型。未来肉品微生物预报模型系统研究中面临的问题主要集中于以下几个方面:

1)多种预报模型对比。目前，肉品微生物预报模型系统，只能展示单个预报模型效果，如何比较多个相似的预报模型，是今后改善的一个重要方面。

2)多维度实时动态展示。在实现多种预报模型对比的基础上，将搜索结果通过不同图形展示出来，并能够动态展示每个节点隐藏的数据，使用户能够更加直观、有效地查看模型曲线，从而实现用户的个性化定制，随着用户个性化定制的需求增多，考虑如何实现智能化和个性化，是下一步将要进行研究的重点。

3)数据统计。不同用户关注的搜索结果各不相同，有些比较侧重数据的详细信息，另外有些则侧重整体数据的关联性。增强数据统计功能以及将其更好地展示给用户，也是我们下一步要进行研究的问题。

尽管目前肉品微生物预报模型系统本身存在一些不足，可能会限制它的应用和发展，但随着预报模型和其它技术(特别是人工智能)的不断研究、发展以及相互之间有机的结合，肉品微生物预报模型系统必将进一步完善和升级，并有着很好的发展前景。

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