保障乳品安全新方法

乳制品的安全依赖于良好的农业、加工、运输和储存方式，以及对病原体和药物残留的准确筛选。在乳制品安全不断进步的今天，人们专注于新的技术，通过使用基因测序、宏基因组学、甚至图像分析和人工智能（AI）等技术，为行业中可能存在的潜在问题提供早期预警，从而令乳品行业成为国家最安全的产品之一。

在1938年，由于食用感染的食物和受污染的水，25%的疾病爆发都与乳制品传播相关。到2015年，根据美国公共卫生部和食品药品监督管理局（FDA）“A级”巴氏杀菌奶条例（PMO）2015修订版，牛奶和液态乳制品与疫情的相关性均低于1%。

减少药物残留

牛奶中的药物残留问题一直是人们关注的焦点，技术人员已经开发出灵敏和准确的分析方法来检测和测量乳制品中存在的抗生素残留。在美国国家洲际乳品运输协会（NCIMS）“A”级项目全国会议的要求下，相关监管机构要向全国乳制品残留数据库（National Milk Drug Residue Database）报告牛奶检测的相关活动。2012年，共有370多万份检测报告被上报到数据库，任何含有非法药物残留的牛奶都不允许进入到人类的食品供应链中。

根据项目管理办公室的要求，每个农场收集的每个原料奶桶均要提供一份牛奶检测样本，同时要求每辆到达乳品厂的罐车也都必须提供牛奶样本。每辆罐车的原料奶样品都要经过测试，包括六种特殊的内酰胺药物中的至少四种：青霉素、氨苄青霉素、阿莫西林、氯沙西林、头孢匹林和头孢噻呋。如果发现任何检测呈阳性，该车辆的每个农场原料奶样本都必须进行测试。

此外，美国食品和药物管理局兽医中心于2015年发布了一项“牛奶药物残留抽样调查”，该调查分析了个别奶牛场的原始牛奶样本，这些牛奶样本之前已被确认在屠宰淘汰后的奶牛组织中存在违反药物残留的情况。将这些样品与来自农场的样品对照组进行比较，所述对照组之前并没有被确认残留物违规。分析牛奶样品中的抗生素、非甾体抗炎药和抗组胺药，共31种不同的药物残留。阳性残留量定义为达到既定安全水平/容差的50%。

在总共1,912个样本中，在953个目标牛奶样本中有11个（1.15%）被确认为阳性牛奶样本，在目标样本组中有12个确认药物残留。其中一个样品含有两种证实的药物残留物。在959个非目标样本或对照组中，有4个证实药物残留（0.42%）。根据美国食品和药物管理局兽医医学中心的这份取样和检测的报告，“目标组及非目标组中少量的阳性结果令人鼓舞，美国食品及药物管理局仍然对美国牛奶供应的安全性充满信心。”

此外，FDA的报告还呼吁：加强NCIMS药物残留检测项目，以避免这些药物残留在组织和牛奶中，这是教育乳制品生产商最好的方法；如有必要，要利用这些数据，包括在牛奶中检测更多种类的药物；与国家牛奶管理机构协商，考虑（逐案）收集牛奶样本，并同时调查检测淘汰奶牛组织中的非法药物残留情况。

微生物分析

加州大学戴维斯分校（University of California,Davis）的研究人员通过识别生乳中的微生物，以及在待加工的原料奶中发现的细菌多样性水平，将乳品安全性向前迈进了一大步。研究人员对来自899辆奶罐车的牛奶进行了采样和分析，然后分别于春季、夏季和秋季在加州圣华金河谷（San Joaquin Valley）的两个乳制品加工厂对牛奶进行了短期储存。

根据加州大学戴维斯分校食品科学与技术系副教授Maria l . Marco博士的研究，基因测序被用来分析样本，同样的方法已经被用来研究肠道微生物和土壤。她说：“这种方法在医学、农业和其他许多领域都是具有革命性的，在这些领域微生物可能有益或有害。”

通过DNA测序，Marco博士和她的团队发现，牛奶微生物群落高度多样化，核心微生物群落呈现出明显的季节性趋势。在春季收集的牛奶中含有最多的细菌群落，细胞总数最高、放线菌的比例最高。在所有生奶样品中都发现了一个核心的微生物群落，其中有29个不同的细菌群，以及高比例的链球菌和葡萄球菌，以及Costridiales菌。储存在加工厂贮仓中的牛奶细菌成分与奶罐车中的又有所不同。

据Marco博士介绍，该项研究发表在2016年美国微生物学会的《微生物学》（mBio）杂志上，它展示了“在加工厂，建筑环境如何对食物的微生物质量产生重大且不可预测的影响。”她指出，这项研究有三种主要的途径可以影响乳品行业。首先，它可以帮助识别加工过程中可能的污染点，例如精确地指出设备碎片或污染物在哪里。其次，它可以阐明有效的清洁协议，例如何时以及如何清洁，以及一件设备再次清洁之前应该花多少时间。她说：“随着时间的推移，污染物会堆积起来，所以我们的工作重点是帮助加工商改进它们的清洁程序。”第三，使用DNA测序将有助于提高预测腐败的能力。Marco博士强调，了解如何预测哪种牛奶最有可能导致奶酪或其他乳制品的缺陷，可以改善牛奶的加工和处理方式，从而确保始终如一的高品质产品。

这种测试并不是为了取代广泛使用的有效地鉴别牛奶中的李斯特菌、沙门氏菌和弯曲杆菌等病原体的诊断方法。相反，它是一种附加的方法，可以帮助识别潜在的安全风险。Marco博士说：“这表明我们必须注意，需要经常进行取样，并且通过使用我们以前从未有过的方法，我们可以真正监测设备以减少污染的产生。”

基因组学工具

宏基因组学和元转录组学已经将包括乳制品安全在内的食品安全，转化为非靶向筛选的领域，以提供可能表明安全问题存在的早期预警信号。康乃尔大学（Cornell University）食品安全Gellert Family Professor教授Martin Wiedmann表示，使用基因组学也为检测、鉴定和鉴定牛奶等食品中的病原体提供了更为精确的方法。对DNA和RNA进行测序，意味着可以在整个牛奶供应链中进行微生物群的分析。

康奈尔大学正在与IBM研究合作，作为“食品供应链测序联盟”的一部分（该大学是联盟成员之一）。该联盟的目标是对微生物及其在正常、安全的环境中影响其活动的因素进行分类和理解，并开发出可用于分析的科学和工具。Wiedmann博士说，康奈尔大学的研究人员使用由学校批准和许可的奶牛场和加工厂作为一个模型系统，以确定如何在常规基础上利用和实施这些类型的工具。

他指出，该计划的另一个重点是定义“正常”生牛奶的基线，进而能够定义“异常”的牛奶。“我们已经开始开发相关的知识，以便更早地检测到这些异常，并追溯它们、查明原因，从而更有效、更快速地处理或进一步描述这些异常。”

在《乳品科学杂志》（Journal of Dairy Science）2017年7月发表的一篇文章中，我们可以看到这些技术是如何应用的。其中一个例子就是对某些细菌的确认。这些细菌可以使那些未装满容器的冷藏巴氏杀菌牛奶变成灰色或带有灰色条纹。“我们发现有一些生物需要氧气来合成颜色，而且我们能够识别出哪些基因是罪魁祸首。如果你的牛奶中有这些基因，它们被激活，它们有足够的氧气，那么你的产品就会存在这个缺陷。这是一种微生物污染物导致的问题，而不是像之前被怀疑的那样，是一名心怀不满的员工破坏了产品。”Wiedmann博士说。

其他方面的应用，包括个性化的故障排除，以确定可能的缺陷原因。如味觉缺陷，可以通过早期干预从一开始就消除其导致的因素。使用基因组测序工具，现在可以快速地进行细菌分离并准确鉴定所涉及的微生物。“我们希望找到一家乳品加工商，可以让我们进行这种类型的测试。可能听起来很有未来感，我认为在三到五年内可能会发生在更复杂的加工厂中是可行的。”Wiedmann博士指出。他表示，宏基因组学测试可能会能够补充传统的乳品测试方法，而不是取代它们，并且未来将会进行更多的基于风险的测试。

“美国乳制品可能是世界上最安全的产品之一，我们能够出口优质的乳制品，因为极佳的产品安全记录。”Wiedmann博士说，“我们所能做的任何事情都表明，我们希望通过使用尖端的工具来提高美国某些产品的出口能力。”

图像分析

日本大阪大学（Osaka University）和酪农学园大学（RakunoGakuen University）的研究人员开发了一种使用摄像头和人工智能来监测奶牛跛行的技术。如果不加以处理，奶牛跛行会导致乳品生产的数量和质量下降。研究人员将一台配有摄像头、能够测量物体距离的传感器进行了防水和防尘处理，并将其放置在一个牛舍内。基于传感器所摄取的大量牛步态图像，研究人员可以通过机器学习来描述牛的步态，并检测出跛行的母牛。

大阪大学的Yagi Yasushi教授表示：“这项研究将标志着使用人工图像分析来监测奶牛技术的开始。通过自动分析奶牛的状况，详细地向农民展示奶牛的生长情况，我们可以实现奶牛养殖的新时代，农场可以完全专注于奶牛的健康管理及提供高质量的乳制品上。”

生鲜、未经高温消毒的牛奶

还有一种与疾病暴发相关的一种乳制品是生的、未经高温消毒的牛奶和奶酪。美国食品及药物监督管理局没有规定如何销售或分销原料奶，将其权利留给每个州。有31个州允许消费者直接购买生牛奶，尽管在许多州，消费者只能在农场、农贸市场购买，或者通过一个奶牛共享项目购买。有12个州允许在零售商店购买。生奶不能跨州际或国际销售。而在加拿大，出售或购买生牛奶都是违法的。

2017年美国CDC主办的EID杂志上发表的一项研究报告指出，未经高温消毒的乳制品对美国每年发生的761例疾病和22例住院治疗几乎负有全责。因为乳制品相关的疫情主要归因于志贺毒素大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特菌和弯曲杆菌。饮用生奶的人比食用巴氏杀菌乳制品的人患疾病的几率高838.8倍，住院的几率高达45.1倍。报告称，这些疫情的主要原因是奶牛场的病原体污染。

Marco博士将生鲜牛奶描述为“微生物动物园”。在生牛奶中发现的土壤、肠道和气溶胶细菌意味着它是一种“不应被视为益生菌”的产品。它拥有错误的细菌种类，那种可以使你生病的类型，特别是免疫力低下或正在康复的病人和儿童。

Wiedmann博士从小就喝生牛奶，但现在不再这样了。他说：“我不会让我的孩子喝生牛奶，也不会让我的朋友或怀孕的人、老年人或免疫力低下的人这么做。风险太大了，那些好处充其量只是道听途说。而风险却是非常明确、非常清楚，而且是具有科学依据的。”

(翻译：曹梓楠)