食品中金黄色葡萄球菌定量风险评估的研究进展

黄欣悦，陈 娟 ，马欣玥

（1.华中农业大学食品科学技术学院，教育部环境食品学重点实验室蛋品加工技术国家地方联合工程研究中心，湖北武汉 430000；2.西南民族大学食品科学与技术学院，四川成都 610041）

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一种会对人体健康造成一定危害的细菌，在空气、灰尘、水及人与动物的排泄物中普遍存在，因而食品受到其污染的概率很高。金黄色葡萄球菌常在奶、肉、蛋、鱼及其制品中生长繁殖，此外，在剩饭、油煎蛋、糯米糕及凉粉中也有相关食物中毒事件的报道[1-4]。

风险分析是一种可以改进食品控制系统减少食源性疾病数量，有助于促进国内和国际食品贸易的分析手段。风险评估则是风险分析的基础，风险评估可以在食品的生产、加工和储藏过程中起到指导作用，更好地理解微生物、食品和人类疾病之间的相互联系。对食品进行风险评估也可以对危害分析与关键控制点体系（Hazard Analysis and Critical Control Point，HACCP）等规则的制定起到一定的指导作用和参考价值。食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission，CAC）将食品中微生物危害的风险评估定义为一个基于科学的过程，其主要包括危害识别、危害特征描述、暴露评估以及风险特征描述四个部分。评估方法可以分为定性、半定量及定量三种类型[5]，其中，定量评估因其具有清晰具体的数据来表示风险大小的特点，能够为管理者提供更多的信息和直观的依据。国际食品微生物标准委员会曾指出“如果想让危害分析变得有意义就必须进行定量评估”，微生物定量风险评估（Quantitative Microbial Risk Assessment，QMRA）是运用数学和逻辑语言的组合建立的模型，对具有潜在危害人体健康的因素进行定量分析的一种方法，可以指导管理者制定有关食品的管理守则从而达到降低食品风险的目的。

本文从危害识别、危害特征描述、暴露评估及风险特征描述四个方面，详尽阐述了国内外食品中金黄色葡萄球菌的风险评估工作现状，在现有的工作基础上总结分析并对未来的研究方向提出展望，以期能为未来在相关领域构建危害分析与关键控制点的确定工作起到一定的指导意义和参考价值。

1 金黄色葡萄球菌的危害识别

金黄色葡萄球菌属于革兰氏阳性球菌，是葡萄球菌属的典型代表之一，大约有20%～30%的人携带此种病原菌，菌体直径约0.8 μm，小球形，常堆聚成葡萄串状，无芽孢，大多数无荚膜。金黄色葡萄球菌能够耐低温、耐高渗、耐热，同时还具有较强的耐药性，对磺胺类药物敏感性低，但对于青霉素、红霉素等具有较强的敏感性[6]。

金黄色葡萄球菌肠毒素（Staphylococcal enterotoxins，SEs）是金黄色葡萄球菌在适宜的基质和环境条件下所分泌的外毒素，为一组可溶性单链蛋白且在结构和功能上具有一定的相似性。根据肠毒素的抗原性将其分为肠毒素A、B、C、D、E五个经典的血清型和新型肠毒素（如SEG、SEH、SHI、SHJ、SHK等）。据报道，肠毒素A是造成葡萄球菌食物中毒最常见的病原因子，大约80%的葡萄球菌食物中毒事件是由肠毒素A所致，其次是肠毒素B（导致大约10%的葡萄球菌食物中毒事件）、肠毒素C和肠毒素D[7-9]。新型肠毒素中肠毒素G、H、I、R、S和T已被证明具有催吐活性，其他的金黄色葡萄球菌类肠毒素SEIs（Staphylococcal enterotoxin-like proteins）的催吐活性还有待证实[10]。

2 危害特征描述

2.1 金黄色葡萄球菌肠毒素的危害

食品在原料收集、加工、运输及包装储藏过程中都会受到金黄色葡萄球菌的污染[8]。金黄色葡萄球菌能在7～48、pH6～7、低水分活度（Aw＞0.85）和7.5%的氯化钠浓度条件下生长并产生肠毒素[11]。同时，肠毒素又对大多数的抑菌处理条件如高温和低pH具有耐受性，因此，加工后的食品中仍然存在肠毒素。而且，肠毒素对蛋白酶有抵抗能力，能随食物进入并通过消化道系统，从而增加食物中毒的风险[12]。SEs中毒潜伏期短，2～4 h即可发病，一般幼龄儿童多发，症状较成人严重，但死亡率很低，病程较短。临床症状为腹痛、剧烈呕吐、脱水及腹泻等，病情严重时可导致肌肉痉挛甚至休克，一般中毒病例呈暴发性流行。在美国，2000～2008年间由金黄色葡萄球菌引起的食源性疾病大约每年有241000例，在各种食源性致病菌中金黄色葡萄球菌造成的危害排在第五位[13]。在2016年欧洲食源性疾病暴发事件中，有8%的病例被确诊为由金黄色葡萄球菌肠毒素所致，其是引起食源性疾病的第三位重要病原[14]。此外，在世界其他国家，例如澳大利亚，2000～2012年期间由金黄色葡萄球菌引起的食物中毒占到了所有确诊和疑似的食源性疾病总数量的1%[15]。我国2011～2016年期间食源性疾病监测数据分析表明，金黄色葡萄球菌引起的食源性疾病暴发总次数为314，疾病总数5196例，仅次于副溶血性弧菌和沙门氏菌，金黄色葡萄球菌食物中毒暴发数量和疾病数量均位列病原菌引起的食源性疾病的前五位[16]。

2.2 剂量-反应关系

剂量-反应模型（Does-Response Model，DRM）在微生物定量风险评估过程中是一个重要组成部分，该模型常被用作描述个体或特定群体与不良反应发生可能性的关系。剂量-反应模型的准确性需要通过进一步实验数据来完善，但是目前缺乏此类研究，只有部分动物的临床试验数据报道。

Schlievert等[17]将8只豚尾猴分为三组，数量分别为2、4、2只，在相同条件下分别饲喂0.1、1.0和10 μg/kg剂量的肠毒素C，结果显示饲喂0.1 μg/kg剂量的2只豚尾猴未出现呕吐和腹泻症状，饲喂1.0 μg/kg剂量的4只豚尾猴全部出现腹泻症状，其中2只出现呕吐症状，饲喂10 μg/kg剂量的2只豚尾猴均出现呕吐和腹泻症状，表明肠毒素C的最小催吐剂量为1.0 μg/kg。Ono等[18]研究了四种肠毒素对食蟹猕猴的催吐能力，在饲喂剂量为100 μg/kg条件下，肠毒素A导致7只食蟹猕猴中6只在5 h内出现呕吐症状，肠毒素R导致6只中2只食蟹猕猴在5 h内出现呕吐症状，肠毒素S导致4只中2只食蟹猕猴在5 h内出现呕吐症状，肠毒素T导致4只中1只食蟹猕猴在24 h内出现呕吐，2只食蟹猕猴在24 h后出现呕吐。Maina等[19]研究了肠毒素A与肠毒素C对麝香鼠的催吐活性，结果显示当肠毒素A的饲喂剂量100 mg/kg时，6只中5只出现呕吐症状，当肠毒素A的饲喂剂量500 mg/kg时，5只麝香鼠全部出现呕吐症状，当肠毒素C的饲喂剂量100 mg/kg时，5只中1只麝香鼠出现呕吐症状，肠毒素C的饲喂剂量500 mg/kg时，5只中2只麝香鼠出现呕吐症状，呕吐大体在饲喂24～126 min后出现，然而没有发现任何腹泻症状。Seo[20]总结整理了各种肠毒素对猕猴的催吐活性相关报道，包括饲喂传统肠毒素（A、B、C、D）和新型肠毒素（G、H、I、K、L、M、N、O、P、Q、R、S和T），不同肠毒素对猕猴致呕吐的作用剂量和结果不相同。肠毒素A、B、C和D的半数致死量为5～20 μg/实验动物，未见肠毒素E的报道，新型肠毒素中G、H和I的催吐作用剂量分别为80、30和150 μg/kg，其他新型肠毒素的催吐作用剂量均为100 μg/kg。

由于诸多因素的限制，例如发病后恢复快、致死率低等原因，金黄色葡萄球菌的剂量-反应关系的相关研究较少，在一定程度上影响了食品中金黄色葡萄球菌的风险评估的准确性。动物的临床试验数据也不能完全作为人体剂量反应来得出结论。多项研究结果表明，当金黄色葡萄球菌浓度高于105CFU/g时即可以产生肠毒素，因此目前风险评估研究中普遍以105CFU/g作为金黄色葡萄球菌发生食物中毒的最低阈[8]。同时，通常摄入肠毒素的最低剂量在20～50 ng时即可造成食物中毒引发相关疾病[21]。

3 暴露评估

3.1 食品中金黄色葡萄球菌污染概况

各类食品中金黄色葡萄球菌的污染率不同，我国食品总体污染现状不容乐观。表1中，容冬丽等[22]对我国15个代表性城市采集的样品进行金黄色葡萄球菌检测，其中卤肉污染率最高，其次是烤肉，蔬菜污染率最低。Wang等[23]对各种零售食品（生肉和肉制品、乳制品、蛋制品、面制品和蔬菜水果沙拉等）检测发现，金黄色葡萄球菌污染率为4.3%。Wu等[24-25]调查了零售食品中金黄色葡萄球菌流行特征，结果显示肉品中金黄色葡萄球菌的污染十分严峻，蔬菜的污染程度相对较轻。Dai等[26]发现巴氏杀菌乳中金黄色葡萄球菌的污染率为3.9%，说明人们普遍热衷的巴氏杀菌乳的污染情况也应受到重视。

表1 国内部分食品中金黄色葡萄球菌污染情况Table 1 S. aureus contamination in some foods(domestic regions)

国外，食品中金黄色葡萄球菌的污染情况也比较严峻。表2中，Sundararaj等[27]对印度南部不同地区即食食品进行污染检测，总污染率为34%，其中乳品的污染率高达52%，其次是蛋糕40%，奶酪28%和鸡肉16%。Chaalal等[28]研究发现阿尔及利亚西部地区市售各类食物样品（鲜肉、生乳、巴氏杀菌乳、熟肉制品）中有30.9%的食品受到该菌污染。Velasco等[29]对智利猪肉生产链中金黄色葡萄球菌的流行情况调查表明，金黄色葡萄球菌总污染率为33.9%，其中屠宰场猪胴体（56.5%）和养殖场猪样品（40.6%）的检出率高于屠宰场猪样品（23.3%），未包装的零售猪肉（43.1%）的检出率高于包装后的零售猪肉（5.3%）。Benito等[30]对西班牙2011～2012年期间100份生肉样（超市或肉铺的猪肉、鸡肉、火鸡肉、牛肉和羊肉）进行调查，有7%的样品检出该菌。Dittmann等[31]调查了巴西五个乳制品厂金黄色葡萄球菌的污染情况，采集样品的总污染率为7.4%，其中原料乳的污染率为10.9%，产品污染率为7.6%，食品接触表面的污染率为8.1%，非食品接触表面的污染率为4.2%。Papadopoulos等[32]调查发现，希腊西北部地区乳制品生产链中金黄色葡萄球菌污染率高达57.8%，其中散装牛乳、山羊乳和绵羊乳的污染率为40%、80%和63.2%，乳制品的污染率为21.1%，奶牛场人员和乳制品厂人员污染率为31.7%和35.5%，乳制品厂的设备污染率为41.8%。

表2 国外部分食品中金黄色葡萄球菌污染情况Table 2 S. aureus contamination in some foods (foreign regions)

3.2 预测微生物模型及其在金黄色葡萄球菌暴露评估中的应用

暴露评估即可以作为风险评估的一部分进行，也可以在剂量-反应关系不明确和寻求最小化暴露方法时成为一个独立的过程。预测微生物学是进行暴露评估的重要部分，预测微生物学主要是利用数学模型对许多病原菌在环境中的反应进行描述和总结的过程，通过数学模型来预测其行为，包括：生长速率、滞后时间、死亡率、生长发生的概率、产品贮存期内毒素产生的概率。预测微生物模型主要分为概率模型和动力学模型，目前研究中常用的是动力学模型。关于食品中微生物的预测模型，现阶段主要有三个层次：一级模型，一般用来描述特定环境条件下微生物的数量与时间变化之间的关系；二级模型，用于描述初级模型的参数如何随不同环境参数之间的函数变化关系；三级模型，利用计算机及软件程序将一级模型和二级模型进行结合形成的计算机软件程序[33]。目前预测微生物模型在金黄色葡萄球菌暴露评估中的应用主要集中在贮藏和运输两个阶段的暴露水平研究，缺乏对食物消费时包含的金黄色葡萄球菌数量和肠毒素含量的暴露水平分析。

表3 和表4归纳了国内部分食品中金黄色葡萄球菌的预测模型。对于原料乳及乳制品中金黄色葡萄球菌的生长预测方面，李博等[34]研究发现Gompertz模型能准确地描述原料乳中金黄色葡萄球菌在不同温度条件下的生长情况。于艳艳等[35]比较了实验测定数据（小样本容量）与实验数据结合ComBase数据库收录数据（大样本容量）两种样本容量下金黄色葡萄球菌生长预测模型的适用性，发现样本容量小的模型虽然能够很好地预测相似条件下的微生物生长状况，但是普适性不高，大样本量的模型在外部验证中优于小样本量的模型，是适用性更高的可靠预测模型。蒙司奇等[36]研究结果显示，在4～28 ℃储藏条件下Modified Gompertz模型对巴氏杀菌乳中金黄色葡萄球菌生长的拟合度更优。对于即食熟肉产品，因其脂肪和蛋白质含量较高，售卖条件较为粗放，极易被金黄色葡萄球菌等微生物污染。宁盛好等[37]发现SGompertz模型能较好地拟合10～37 ℃条件下金黄色葡萄球菌的生长情况，张微等[38]也指出SGompertz模型能更好地拟合盐水牛肉中金黄色葡萄球菌在10～37 ℃下的生长。

表3 国内部分食品中金黄色葡萄球菌一级预测模型Table 3 Primary prediction models for S. aureus in some foods(domestic regions)

表4 国内部分食品中金黄色葡萄球菌二级预测模型Table 4 Secondary prediction models for S. aureus in some foods(domestic regions)

表5 、表6总结了国外部分食品中金黄色葡萄球菌的预测模型。Lee等[39]运用美国农业部开发的整合病原菌模型程序（IPMP 2013）分别建立了在生肉中金黄色葡萄球菌的一级生长和二级生长预测模型，相关参数均在可接受范围内，表明其预测结果可靠。Yu等[40]将人工接种金黄色葡萄球菌的生牛肉经不同形式包装后贮藏于10、15、20和25 ℃下，运用SGompertz模型和再参数化Gompertz生存模型拟合了不同包装和不同温度下生牛肉中金黄色葡萄球菌的生长，R2均较高；运用多项式方程和Davey模型建立了最大比生长速率和延滞期与温度之间的二级预测模型，可以看出建立的模型能够准确地预测各种包装形式下生牛肉中金黄色葡萄球菌的生长情况。Wang等[41]拟合了金黄色葡萄球菌在米糕上的生长情况，采用二级模型揭示了最大比生长速率与温度之间的关系，其预测结果都在可接受的范围内。Choi等[42]对不同蛋制品中金黄色葡萄球菌的生长进行拟合，除去皮鹌鹑蛋延滞期的准确因子外，其余所有的准确因子和偏差因子均接近1，均方根误差为0.16～0.27，说明模型的预测性较好，能准确反映蛋制品中金黄色葡萄球菌的实际生长状况。

表5 国外部分食品中金黄色葡萄球菌一级预测模型Table 5 Primary prediction models of S. aureus in some foods(foreign regions)

表6 国外部分食品中金黄色葡萄球菌二级预测模型Table 6 Secondary prediction models of S. aureus in some foods(foreign regions)

随着食品预测微生物研究的不断深入，研究人员越来越注重模拟微生物真实的生长环境进行预测，将微生物之间以及微生物与环境之间的相互作用考虑到预测模型之中[43]。微生物的交互作用有三类，分别为相互促进、互不影响或相互抑制。张文敏等[44]分析并推导了描述性和机械性两类微生物交互模型，将微生物交互模型运用于食品微生物的生长预测中大大提高了结果的准确性，能够更真实地模拟微生物在食品中的生长情况。

4 风险特征描述

4.1 风险评估案例

目前金黄色葡萄球菌定量风险评估主要集中于乳及乳制品、肉及肉制品等食物中，近年来在其他食品中的研究也有了一定进展，见表7。刘弘等[45]对乳及乳制品中金黄色葡萄球菌污染进行风险评估，结果显示每年由于食用被金黄色葡萄球菌污染的乳及乳制品发生食物中毒的病例数预计达862人，风险等级49，对生乳中金黄色葡萄球菌肠毒素引起的食物中毒分析显示其风险程度为中等。骆璇等[46]新开发的倍数生长模型对猪肉进行定量评估，结果表明在7月份食用猪肉发生该菌食物中毒的风险最大。蔡华等[47]对市售凉拌菜中金黄色葡萄球菌进行了定量风险评估，通过迭代估算得出每次食用市售凉拌菜的中毒概率为0.04%，同时根据上海市居民年人均凉拌菜消费量得出，由于食用凉拌菜而导致的金黄色葡萄球菌食物中毒的预计病例数达51.81万例。

表7 部分风险评估案例Table 7 Some risk assessment cases

Barker等[48]对英国巴氏杀菌乳中金黄色葡萄球菌的风险评估结果显示，消费巴氏杀菌乳是相对比较安全的，其存在的大部分风险均是与小规模的农场加工有关。Lee等[49]对韩国的自然奶酪和加工奶酪进行定量风险评估，结果表明工厂和市场的奶酪样品中金黄色葡萄球菌数量均低于检出限（0.30～0.45lg CFU/g），目前消费奶酪造成金黄色葡萄球菌相关的食源性疾病的风险是较低的。Kim等[21]采用Monte Carlo模拟方法对韩国猪肉食品中金黄色葡萄球菌生长和产毒素的可能性进行了风险评估，综合相关报道定量预测葡萄球菌肠毒素造成的猪肉食品中毒的可能性低。

4.2 风险评估的不确定性和变异性

在进行风险评估时必须考虑不确定性和变异性。不确定性是缺乏相关定量信息的表现，不确定性的种类包括：过程不确定性、模型不确定性、参数不确定性、统计不确定性及变异性不确定性。进行定量风险评估的核心部分是剂量-反应分析，但相关剂量-反应模型的缺乏影响了食品中金黄色葡萄球菌定量评估的确定[50]。同时在微生物生长预测时，模型相对于真实的微生物生长情况进行了简化，且很少将微生物的交互作用考虑到模拟生长的过程中，由此也会带来一定的不确定性，难以准确预测食品中金黄色葡萄球菌及其产生肠毒素的情况[51]。而变异性总是在很多层面发生，如基因型、菌株类型、时间地点等方面。因此确定变异性是至关重要的，在进行评估时要区别不同来源的样品。

现有对金黄色葡萄球菌中毒风险的评估通常是基于模型预测的菌体水平相关联的肠毒素水平，而不是基于实际食品中预测的肠毒素水平，或者是实际的剂量-反应关系。而且，现有模型包含的信息往往是不具体的，没有区分不同类型的肠毒素和它们的基因表达调控机理。因此，对于评估疾病的严重性和评估食品微环境和贮藏条件对金黄色葡萄球菌产毒能力的影响都带来了很大的挑战[52]。

4.3 风险评估的敏感性分析

敏感性分析是为了确定给定输入值对输出值的影响程度，有助于确定风险评估过程中最有用的数据收集点，从而确定实际生产中有效的控制措施。运用Spearman等级相关分析，可以按照相关性顺序排列生成图形，即可表示风险因素对输出结果变量的影响。蔡华等[47]分析发现凉拌菜的风险与金黄色葡萄球菌的初始污染水平、贮藏温度以及贮藏的时间有关，同时初始污染水平与风险水平的相关系数为0.99，相关性最大。骆璇等[46]对上海市鲜猪肉中金黄色葡萄球菌进行定量风险评估的敏感性分析结果显示，初始污染水平与风险相关性最大。遇晓杰等[53]对原料乳的金黄色葡萄球菌进行风险评估发现，不论是采取在奶牛场集中榨乳的方式还是采用奶户将奶运至奶站后再运往乳品厂的方式，结果均显示原料乳初始污染水平与风险的相关性最大。由此可见，降低食品中该菌的初始污染水平对于保障食品安全，降低食品风险具有重要的意义。Lindqvist等[54]对未成熟奶酪中金黄色葡萄球菌进行了定量风险评估，结果发现生乳中金黄色葡萄球菌初始污染水平、贮藏温度和贮藏时间都与奶酪的食用风险相关，其中初始污染水平对奶酪的食用风险影响最大。

5 结语

对食品中金黄色葡萄球菌进行风险评估，首先，有利于将食品中微生物危害程度与消费者随后的潜在接触联系起来，为生产消费中预防措施提供参考方案；其次，可以确定哪些干预措施或者控制方案可以有效降低食品中金黄色葡萄球菌的污染水平；最后，有利于评价当前食品保护措施的有效性以及为识别和验证危害分析与关键控制点系统控制过程提供参考依据。近年来，研究人员对食品中金黄色葡萄球菌风险评估不再仅局限于原料乳及新鲜肉方面的研究，研究者已经开始向馒头、凉拌菜、凉拌面等食品方面延伸。所进行的风险评估也大多运用半定量或定量的方法，具有相对较高的准确性。但是目前由于缺乏食品中金黄色葡萄球菌的剂量-反应关系及食品中金黄色葡萄球菌的交互模型，无法完全模拟金黄色葡萄球菌在食品中的真实生长环境，因此对结果的准确性有一定的影响。

为了尽快提高食品中金黄色葡萄球菌风险评估的有效性，首先，建议建立相关的大数据库以便于进行流行病学统计以及统计资料的收集整理；其次，需要建立和完善金黄色葡萄球菌的剂量-反应关系，剂量-反应关系可以通过在动物研究的基础上利用人的离体器官进行试验获得，或者由实验动物得到的结果外推至人体等方面得到进一步完善，为提高后续定量评估的准确性奠定基础；最后，进一步加强金黄色葡萄球菌交互模型的研究，将其运用到金黄色葡萄球菌生长预测模型之中模拟达到更加真实的微生物生长环境的目的，减少结果的不确定性；为降低食品金黄色葡萄球菌风险提供有用的基础信息。