（系统工程专业论文）基于微生物预测的易腐食品定价研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：座磊 日期：罂竺：幺鲨 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： i 匦k 导师签 摘要 基于微生物预测的易腐食品定价研究 摘要 目前对易腐食品定价的研究，大多是在决策人主观经验或者销售统计规律基础上进 行的，时常会出现价格和食品本身质量相背离的局面。因此，有必要研究一种基于食品 质量水平预测的价格决策方法，使得易腐食品的价格调整在准确预测其质量下降过程的 前提下实现决策目标的最优。本文针对这一问题，利用目前已广泛应用的微生物预测模 型，在预测易腐食品中主要微生物指标动态变化的基础上，研究了供应链需求端定价问 题、两级供应链下各方昂优声价问题以及供应链协调定价问题。具体研究内容如下： ( 1 ) 在微生物预测基础上，考虑库存变化对定价的影响，建立零售企业易腐食品 多阶段动态定价模型，由于该模型无法得到解析解，针对该模型提出了基于正负反馈机 制的改进蚁群算法，算例仿真分析，表明该模型优于传统模型，通过将该改进算法与其 它三种算法进行对比，证实其有效性； ( 2 ) 在微生物预测基础上，考虑消费者群的不同需求，建立零售企业易腐食品捆 绑销售价格模型，研究不同消费群在捆绑销售模型下的自选择约束条件，给出不考虑货 架期基于货架期预测两种情况下捆绑销售定价的盈利条件，为零售商实施易腐食品捆绑 销售方案进行合理定价提供理论支持； ( 3 ) 在微生物预测基础上，考虑不同易腐食品之间的替代作用，提出随机需求下 两级供应链中多易腐食品价格优化模型，研究证明在此模型下存在使各决策主体期望收 益最大的两种食品零售批发价格；并以该模型为背景分析供应链上下游企业价格协调下 的定价优化策略，证明存在使整体收益最大的最优价格，数值算例进一步分析了易腐食 品质量水平和最优价格之间的关系； 。 ( 4 ) 在微生物预测基础上，考虑零售商之间的竞争影响，提出随机需求下多零售 商两级供应链中各方的易腐食品价格优化和订货批量模型，研究证明在此模型下存在使 各决策主体期望收益最大的食品批发零售价格及订货批量；并以该模型为背景分析供应 链上下游企业价格协调下的定价优化策略，证明存在使整体收益最大的最优价格，数值 算例进一步分析了易腐食品质量水平和最优价格订货批量之间的关系； ( 5 ) 在微生物预测基础上，考虑供应链网络中同层主体之间的协调机制，提出多 易腐食品动态价格关系网及其上的一种表示模型，并在该模型基础上给出由供应链网络 同层主体之间价格协调引发的价格引导管理模型。研究证明，当每个价格关系网连通时， t 摘要 系统演化充分长时间后，不仅每层网上易腐食品价格关系出现自组织现象，而且整体也 出现自组织现象。m a t l a b 仿真分析认为，如果价格指标企业实施以微生物预测的定价模 式，根据价格协调过程中出现的自组织现象，整个市场上各同层企业的每种易腐食品价 格都可以实现这一定价模式，从而整个市场上实现食品质价统一不分离的局面。 关键词：微生物预测模型：随机需求；易腐食品；价格优化；价格协调；自组织现象 a b s 臼a c t r e s e a r c ho np r i c i n gf o rp e r i s h a b l ef o o db a s e do n m i c r o b i a lp r e d i c t i o n a b s t r a c t c u r r e i l tr e s e a r c ho np 舐s h a b l ef o o d 砸c i n gm o s t l yi sb a s e do nm es u _ b j e c t i v ee x p e r i e n c e o fd e c i s i o n n l a k e r so rs a l e ss t a t i s t i c sm l e ，a n ds o m e t i m e st 1 1 es i t u a t i o ni nw h i c hm ep r i c e d e v i a t e s 舶mt h eq u a l i t yo c 伽s ，n l e r e r r c ，i ti sn e c e s s a r yt os t l l d ya 埘c i n gd e c i s i 伽- m a l ( i n g m e t h o db a s e do nf o o d s 小l a l i t yl e v e lp r e d i c t i o n ( m i c r o b i a lp r e d i c t i o n ) ，t om a k et h ep e r i s h a b l e f o o dp r i c ea d j u s n i l e n tc u r v er e a l i z em e o p t i m i z a t i o no fd e c i s i o n - m a l 【i n go b j e c t i v eu n d e rt l l e p 确m i s eo fp r e d i c 缸ga c c u r a t e l ym eq u a l i t yd e c l i n ep r o c e s s i nt h j sp 印t os o l v et 1 1 i s p r o b l e m ，m em i c r o b i a lp r e d i c t i o nm o d e lu s e dw i d e l yn o wi sa p p l i e d ，a 1 1 ds o m ep e r i s h a b l e f o o dp r i c i n gp r o b l e m sh a v eb e e ns t u d i e dr e s p e c t i v e l y6 a s e do nm i c r o b i a lp r e d i c t i o i l ，s u c ha s m es u p p l yc h a i l ld e m a n d - s i d ep r i c i n gp r o b l e m ，e a c hp a n y 州c i n gp r o b l e mi 1 1a 铆o e c h e l o n s u p p l yc h a i n ，趾ds u p p l yc h a i nc 0 0 r d i n a t i o n 研c i n gp r o b l e m m a i nd e s e 疵hc o n t e n t sa r e o 玛锄i z e d 嬲f 0 1 l o w s ： ( 1 ) 1 1 1 ep 舐s h a b l ef o o dm u l t i p 甜o dd ) ，1 1 锄i c 皿c i n gm o d e lf o rr e t a i le i l t 叩r i s 韶h a s b e e ne s t a b l i s h e db a s e do nm i c r o b i a lp r e d i c t i o n b e c a u s et h ec o m 却o n d i n g a n a l 妒c a ls o l u t i o n c a l l tb eo b t 血c d ，趾i m p r o v e da n t c o l o n ya l g o r i n l mb a l s e d o np l u s m i m 培f e 文i b a c k m e c h a l l i s mi s p r 0 1 砷s e dt or e s o l v et h i sm o d e l a n da n 锄a l y s i so fd i f l 研e 1 1 tn l l i l 】嘶c a l c x a m p l 船i l l d i c a t e sm a tt i l i sm o d e li ss u p e r i o rt o 缸a d i t i o n a lm o d e l s c o m p a r e dw i n lo t h c r m r e ed i 缘獭na l g o r i t l l m s ，l ev a l i d i t ) ro fp r o p o s e da l g o r i t h mc 锄b e 印p r o v e d6 o mt 、) i r o a s p e c t s ：c o n v e r g e i l c ec a p a b i l i t ya n dc o m p u t a t i o nt i i i l e ( 2 ) t h ep 嘶s h a b l ef o o d sb u n d l i n gs e l l i n gr n o d e lf o rr e t a i le n t e 印r i s e sh a sb e e i le s t a b l i s h c d b a s e do nm i c r o b i a lp r e d i c t i o n s t u d ) ，i n gm es e l f s e l e c t i o nc o n s t r a i n tc o n d i t i o i l sf o rd i f 融r e n t c u s t o m 昏舯u p si nt l l i sb u i l d l i n gs e l l i n gm o d e l ，m ep a y - o f fc o n d i t i o n si i lt h e 铆od i 毹r e n t c 嬲e sw e r ep u tf o 刑a r df e s p e c t i v c l mw h i c hc 距a a o r d l e o r e t i c a ls u p p o n sf o rt h er e t a i l e r st o 印p l yb u n d l i n gs e l l i n gs 仃a t e g y 觚dm a l 【er e 勰o n a b l ep r i c e so fm ep 甜s h a b l ef o o d sw i m d i 舵r e n ts h e l fl i v e s ( 3 ) t w ol 【i i l d so fa l t e m a t i v ep 嘶s h a b l ef o o d s 皿c eo p t i m i z a t i o nm o d e l su n d e rs t o c h a s t i c i a b s 灯a c t d 锄a n di n 铆o - e c h e l o ns u p p l yc h a i nh a v eb e e i lp u tf 0 刑a r db a s e do nm i 嘶b i a lp r e d i c t i o n 1 1 1 es 饥l d yp r o v 懿m a tm e r e 雠i s t sm c0 p t 妇a 1r e l 越1 w h 0 1 e s a l ep r i c cf o rt 、) l ，ok i n d so f p 耐s h a b l ef o o d st om a ) 【i m i z et l l ee x p e c t e dp r o f i t sf o re a c hd e c i s i o n - m a l ( i n gb o d y t l l es u p p l y c h a i nc o o r d i n a t i o np r i c i r 培s 衄t e g yb e t w e e nu p s t l e 撇a n dd o w n s t r e a m 翩t e 坤r i s e sh 勰a l s 0 b e e i la i l a l y z c di nm ec o n t e x to ft h i sm o d e l ，a n dt h ea i l a l y s 馏s h o wm a tt l l e r ee x i s t so p t i m a l 硼c et 0 m a x i i i l i z em ei n t e 伊a t e d p r o f i t s d i f l ；盯i 锄删【m 耐c a le x 锄p l e sa i l a l y z e dt l l e r e l a t i o n s l l i pb e t w e e np e d s h a b l ef o o dq u a l i t yl e v e la 1 1 d0 p t i i i l a lp n c ei nf i l n h 既 ( 4 ) p 舐s h a b l ef o o dp r i c eo p t h i z a t i o na n do r d e rq u a n t 时m o d e lu 1 1 d e rs t o c h a s t i cd 锄a n d i i lm u l t i - r e t a i l e r 铆o - e c h e l o ns u p p l yc h a i nh a sb e e i lp u tf 0 刑莉b a s e do ni i l i 啪b i a lp r e d i c t i o n t h es t u d yp r 0 v e s 廿1 a tt l l e r ee x i s t sm eo p t i m a lr e t a i l w h o l e s a l ep n c e 卸do p t i m a lo r d e r q u a n t 时t om a ) 【i i i l i z et h ee x p e c t e dp r o f i t sf o re a c hi i 撕s i o n m a ：l 【i n gb o d y t h es u p p l yc ! h a i n c o o r d i l l a t i o np r i c i n gs 仃a t e g yb e t 、) r e e nu p s 仃e a m 锄dd o w n s t r e 锄e n t e 印r i s e sh 嬲a l s ob e c 芏l a i l a l y z e di 1 1m ec o n t e x to ft h i si n o d e l ，a i l dt l l e 姐a l y s e ss h o wt h a tt h e r ee x i s t so p t i m a lp r i c et o m a x i l l l i z em ei n t e 刚e dp r o f i t s d i 衔e n tn u m 嘶c a le x a m p l 髓a n a l y z e dm er e l a t i o n s l l i p 锄o n gp e r i s h a b l ef o o dq u a l i t ) ，1 e v e l ，o p t i m a lp r i c ea n do r d e rq u a i 】t i t yi i l 血m l 既 ( 5 ) b a l s e do nn l i c r o b i a lp 似l i c t i o n ，m u l t ip 硪s h a b l ef o o d sd y n 锄i c 砸c e sr e l a t i o i l s l l i p n e t 、o r ka n dar 印r e s e i l t a t i o nm o d e lc h a r a c t e r i z e st 1 1 e 研c er e l a t i o n s h i pi i lm en e t 、) l ，o r ki sp u t f o r w a r d ，觚dap r i c eg u i d i i 唱m a i l a g e m e i l tm o d e lr a i s e db yt 1 1 es 锄el a y e rb o d i e si ns u p p l y c h a i nn e 咐o r kh 私a l s ob e e i l e s t a b l i s h e d 1 k 勰a l y s i ss h o w s m a ts c l f o 玛a m z a t i o n p 胁o m e i l ao u rn o to n l yi ne a c hl a y e rr e l a t i o n s h i p 咖o r kb u ta l s oi 1 1t h ew 】l en e 帆o r k a r e rm es y s t e me v o l v i n g 饥o u g l lt i m ei fe a c hn e 帆o r ki sc 0 皿e c t e d s i l l l u l a t i o l l ss h o wm e c o n c l u s i o n ：i fm ep r i c eg u i d i n g 锄t e 叩r i s e a i 叫i e s m i c r o b i a lp r e d i c t i o n p r i c i n gm o d e ， a c c 0 r d i n gt om es e l 6 0 玛a 1 1 i z a t i o np h e n o m e n aw h i c ho c c u r si i l 研c ec o o r d i n a t i o np r o c e s s ，a l l t e r p r i s e si i l 也es 锄el a ) ，e ri nm e 、h 0 1 em 破e tc a nr e a l i z e l i sp r i c i n gm o d ef o re a c hk i n d o f p 舐s h a b l ef o o d s u b s e q u e n t l y ，恤p 舐s h a b l e 颤地砸c 鹤谢1 l t 曲讥嘲触ni t sq u a l i t 溉 i n ，h 0 1 em a l ：e t k e y w o r d s ： m i c r o b i a l p r e d i c t i o nm o d e l ； s t o c h a l s t i c d 锄l a n d ；p 谢s h a b l ef o o d ； p r i c e o p t i m i z a t i o n ；p r i c ec o o r d i n a t i o n ；s e l f o r 9 2 m i z a t i o np h e i l o m e n a 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章引言1 1 i1 研究背景和研究意义1 1 2 预测微生物学发展及应用现状3 1 2 1 食品安全风险评估与预测微生物学3 1 2 2 微生物预测应用软件系统6 1 3 相关文献综述8 1 4 研究内容与框架1 3 1 5 本文主要创新点1 5 第二章基于微生物预测的易腐食品定价研究相关理论? 1 7 2 1 易腐食品定价相关理论与方法1 7 2 2 微生物预测模型和易腐食品质量评估：1 8 2 2 1 微生物预测模型与食品货架期预测1 8 2 2 2 预测微生物模型与易腐食品质量评估2 0 2 3 易腐食品质量预测评估一价格优化之间关系：2 1 2 4 本章小结2 5 第三章基于微生物预测的供应链需求端定价策略研究2 7 3 1 研究概述2 7 3 2 基于微生物预测的易腐食品多阶段动态定价研究2 8 3 2 1 易腐食品多阶段动态定价建模2 9 3 2 2 基于正负反馈机制的蚁群算法3 1 3 2 3 数值算例3 5 3 3 基于微生物预测的捆绑销售定价研究4 2 3 3 1 捆绑销售建模与分析4 2 3 3 2 数值算例4 6 3 4 本章小结5 0 目录 第四章基于微生物预测两级供应链中各方定价策略研究5 l 4 1 研究概述：5 l 4 2 基于微生物预测多易腐食品两级供应链中各方价格决策研究5 2 4 2 1 模型描述5 3 4 2 2 供应链各方两种食品最优定价分析5 4 4 2 3 数值算例5 6 4 3 基于微生物预测多零售商两级供应链中各方易腐食品定价策略研究6 1 4 3 1 模型描述6 2 4 3 2 博弈各方定价策略分析6 3 4 3 3 数值算例6 6 4 4 本章小结7 0 第五章基于微生物预测的易腐食品供应链价格协调研究7 1 5 1 研究概述7 1 5 2 基于微生物预测易腐食品供应链上下游企业价格协调研究7 2 5 2 1 基于微生物预测两种食品供应链上下游企业价格协调研究7 2 5 2 2 数值算例7 4 5 2 3 基于微生物预测多零售商供应链上下游企业价格协调研究7 7 5 2 4 数值算例7 8 5 3 基于微生物预测易腐食品供应链网络同层主体价格协调研究8 1 5 3 1 模型描述与分析8 1 5 3 2m a t l a b 仿真8 6 5 4 本章小结9 2 第六章结束语9 4 参考文献9 6 附录一攻博期间完成论文列表1 0 4 附录二致谢1 0 5 本文中的“易腐食品 指的是具有销售期限且产品质量随着销售时间会明显下降的 食品，这类商品一般具有有限的货架期( s h e l f l i f e ) ，一旦超过这个销售期限，商品就不 再具有市场价值( 可能会有一个固定的残余价值) 。易腐食品的范围主要包括生鲜类产 品以及质量水平随销售时间明显下降的其它类食品。 由上面的定义可以总结出易腐食品的两个特点：( 1 ) 质量水平会随销售时问不断下 降。这意味着，同样商品的消费者效用值在销售期初最大，随后会随时间流逝不断下降。 文献 1 4 】把这一特点对最优价格的影响总结为：剩余产品数量越多，最优价格越低；在 给定产品数量条件下，最优价格随时间降低。( 2 ) 具有明确的销售期限。超过这个期限 而未售出的产品将被禁止在市场上流通【5 】，销售时间上的限制对于易腐食品的最优定价 决策过程十分重要。 从这两个特点来看，在销售过程中易腐食品与一般性季节产品( 如服装、旅游等) 有相似的地方：需求函数都会随着时间的推移而变化。而与一般性季节产品不同的是， 时间对易腐食品本身( 内在质量水平) 的影响程度非常高，因此在对易腐食品进行价格 决策时应该考虑产品质量变化对价格的影响。 而消费者在购买易腐食品时，一般也会首先根据食品的内在品质按照消费者偏好估 计产品的质量，再结合外在品质( 包装、销售地点等) 和市场条件( 其它竞争商品) 两 个方面，考虑价格最终决定是否购买【6 】。同时有文献显示：现在同以往任何时候相比， 消费者的产品价值意识更强7 1 。因此，在当前的市场环境下，易腐食品定价过程的关键 是要实施以客户为中心的价格策略，即，使得价格能够准确地反映每个消费者群所认同 的产品价值【引。 l 第一章引言 从保障食品安全的角度出发，同样也要求易腐食品的价格能够实时地反映产品的质 量。文献 9 】是一篇论述次货市场上逆向选择问题的经典论文，a k 甜o f ( 1 9 7 0 ) 指出如果 消费者不能确切知道商品的质量，而只能根据统计特征来推断商品质量的高低，并且按 统计推断的平均质量来给出价格水平，那么卖方只会出售质量低于价格反映的平均质量 的次品，但是卖方的这一行为会被后来的买方估计到，一个卖者降低质量的行为会降低 买者对整个市场上商品质量的推断结果，因此买者的保留价格降低，高质量的商品会被 低质量的商品逐出市场，商品的平均质量水平下降，市场萎缩甚至会消失。从a k 融o f 的理论分析可以看出：如果食品的价格能够反映出食品的质量，那么食品次货市场就会 逐渐萎缩。因此，从保障食品安全意义上看，对易腐食品制定价格策略很重要的一方面 是要求价格能够尽可能准确地反映出食品的质量水平。易腐食品不同于其他食品，环境 ( 温度、p h 值等) 的微小变化可能对质量水平的下降快慢产生比较大的影响，这些因 素对如何在定价过程中准确、快速、便捷地预测易腐食品的质量变化提出了要求。 目前已有大量文献表明：易腐食品的质量水平可以通过微生物含量指标定量地反映 出来【l o 1 4 】。2 0 世纪8 0 年代开始提出并得到迅速发展的“预测微生物学( p r e d i c t i v e m i c r o b i 0 1 0 9 y ) 认为：可以通过数学表达式量化分析微生物的生长，残存和钝化过程， 在特定的环境参数的条件下，微生物的动态行为是可以重复的。这使得在一定范围和条 件下，人们通过微生物预测模型对微生物的生长行为准确预测成为可能。 微生物预测模型是建立在食品风险评估基础之上的【1 5 】，通过对食品中主要微生物的 基本特征及其受各种因子影响程度的研究，建立微生物数据库，进而使用计算机建模程 序建立微生物生长、残存、死亡的数学模型。已有大量研究证实：利用计算机和配套软 件，微生物预测模型在不进行微生物检测的条件下就可以实现对微生物的动态预测 【1 6 18 1 ，以及对食品的货架期和质量进行有效地准确地预测评估【1 9 。2 1 1 。 纵观目前关于易腐食品定价策略研究的文献，大多数研究都是在库存定价模型或 者报童模型基础上考虑易腐品销售特点展开的，比如d a v ea 1 1 dp a t e l ( 1 9 8 1 ) 研究了易 腐品库存价格模型f 冽，s a c h 觚( 1 9 9 4 ) 研究了缺货情况下的易腐品库存价格模型秘l ， h 撕g a ( 1 9 9 6 ) 研究了三种补货策略下的易腐品最优订货批量定价模型【2 4 1 ，p 印a c h r i s t o s 和s k o u r i ( 2 0 0 0 ) 建立了一个多周期的易腐品库存定价模型【2 5 】，h o m g j i i l l lc h a j l g ( 2 0 0 6 ) 在考虑消费者等待耐心基础上提出易腐品库存定价模型。很少有文献在准 确预测易腐品本身质量水平的基础上对其进行定价研究。因此，根据前面所述，很有必 要研究一种基于食品质量水平预测( 微生物预测) 的价格优化方法，使得易腐食品的定 2 茎二童! ! 耋 价策略在能够准确预测其质量下降过程的前提下实现目标函数的最优。 本文将立足供应链管理角度，尝试利用目前已广泛应用的微生物预测模型库，把易 腐食品质量变化指标融入到定价决策过程中，分别研究供应链末端( 零售商) 的最优价 格策略、两级供应链环境下生产商和零售商的最优价格策略以及供应链上下游协调定价 策略和同层协调定价策略，力图使不同研究角度下的最优价格策略在真实反映易腐食品 质量水平的基础上实现决策者系统的收益最大化。 本文在利用微生物预测基础上研究易腐食品定价策略时，理论与应用并重，其中， 理论主要体现在对不同决策主体的最优定价策略研究方面，以及同层供应链中价格自组 织现象分析方面；应用主要体现在应用微生物预测模型来预测评估食品质量水平方面， 以及各价格决策模型的仿真实验方面。这些研究不仅将有助于微生物预测模型的应用研 究，而且将有助于易腐食品价格优化策略和算法的研究，同时也将有助于供应链管理中 决策理论方面的研究。 1 2 预测微生物学发展及应用现状 食品的质量和安全与人们的生活息息相关。随着生活水平的不断提高，人们对易腐 食品的质量问题也越来越关注，目前预测微生物学在食品领域倍受关注并得到广泛应 用。预测微生物学的研究对象主要是能够反映食品质量水平的微生物，如单核增生李斯 特菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等( 每种食品有其特定的腐败菌) 。通过微生物数据 库和数学模型，借助计算机模拟可以预测和判断食品的质量水平及变质程度【2 7 ，2 8 1 。本节 将主要介绍预测微生物模型出现的背景及其目前在世界上的应用现状。 1 2 1 食品安全风险评估与预测微生物学 食品安全风险评估是一种系统地组织科学技术信息及其不确定度的方法，用以回答 有关健康风险的特定问题，它要求对相关信息进行评价，并且选择模型根据信息做出推 论。其过程可以分为四个阶段：危害识别，危害特征描述，暴露评估，和风险描述【z 引。 其中，危害识别主要指要确定某种化学物质或微生物的毒性；危害特征描述一般是由毒 理学试验获得的数据外推到人，计算人体的每日容许摄入量或暂定每日耐受摄入量，确 定剂量反应关系；暴露评估主要根据膳食调查和各种食品中暴露水平调查的数据进行 的。通过计算，可以得到人体对于该种化学物质或有害微生物的暴露量。风险描述是就 暴露对人群产生健康不良效果的可能性进行估计，说明风险评估过程中每一步所涉及的 3 第一章引言 不确定性。食品安全风险评估由食品安全问题描述触发，经过四个阶段得到食品安全风 险评估的结果，四阶段模型由图1 1 所示【1 4 j ： 图1 1 食品安全风险评估的四阶段模型 根据评估对象的不同，食品安全风险评估可以分为物理、化学和生物三种，这里的 生物主要指食品中的微生物。在风险评估的三个对象中，对食品安全影响最显著的危害 是微生物危害。根据美国食品和药物管理局( f d a ) 的研究，来自致病微生物及其产生 的毒素的危害要比来自化学物质( 包括环境污染物，自然界存在的毒素，食品添加剂以 及农药残留物等) 的危害更大。在易腐食品供应链中，对于物理性的风险评估，由于其 评估难度小，危害严重性不高，可以通过在供应链中实施良好操作规范( g m p ) 等管理 性措施来控制；而化学物质危害一般在污染后的相当一段时间内是稳定的，这里上述两 种对象都不是研究的重点。由于受到生产、加工、存储和运输过程中温度、湿度等环境 因素的影响，微生物是不断变化的，这样就容易造成易腐食品质量水平的改变，同时对 微生物风险评估提出了必要性。 食品微生物风险评估准确性的影响因素主要包括食品种类、微生物病原体的生态学 知识、流行病学数据、专家对与食品生产、加工、贮存和运输等方式有关的危害判断， 此过程中环境因子，以及多种微生物的互相影响等等。目前微生物风险评估的主流方法 是采用定性和定量相结合的方式。在这种研究思路下，学者们提出了很多微生物风险评 估方法，这些方法可以分为概率统计模型和微生物生长机理模型两种，前者韵主要代表 是贝叶斯网络模型，后者则是预测微生物学模型。 贝叶斯网络模型( b a y e s i a i ln e t 、) i ，o r k s ，b n ) 是微生物风险评估概率统计模型的代表。 它的不足之处主要表现在：它是一个半定量的专家模型，主观性的推测在确定随机变 量初始概率分布时占有较大比重，而且由于其对离散性随机变量的依赖性，在运算过程 中可能会造成误差的积累，从而影响结果的精确性；网络节点的增加会造成网络空间 模型的规模呈超指数性增长，从而使得计算过程非常复杂和繁琐。这样新韵微生钫评估 4 第一章引言 方法有了应用需求，正是在这一背景下，“预测微生物学”被提出并得到迅猛发展。 预测微生物学是建立在计算机基础上的对食品中微生物的生长、残存和死亡进行的 数量化预测方法，它将食品微生物学与工程、统计学等结合在一起，建立温度、p h 值、 水分活度、防腐剂等环境因素与食品中微生物之间关系的数学模型。其目的是通过计算 机和配套软件，在不进行微生物检测的条件下快速对产品货架期和质量安全进行预测 【3 0 川。在计算机基础上，将微生物预测、栅栏技术和h a c c p 系统有效结合，就可以实 现易腐食品从原料、加工到产品的贮存、销售整个体系的计算机智能化管理和监控。也 就足说，计算机能够给出各个工序的关键控制点，并预测产品的微生物指标，以及在不 同贮存环境下的货架期和食品的质量安全性，从而使管理者采取相应的管理措施【3 2 3 3 1 。 预测微生物学研究的主要内容是根据相关食品中微生物数据资料建立适当的数学 模型。关于预测模型的分类，有多种方法。根据预测模型的建立方式，可以分为动力学 模型和概率模型3 4 】。概率模型是典型的经验模型，它主要模拟一些特定事件发生的可能 性，比如在生长环境参数固定不变的情况下，得出微生物的生长所导致的食品腐败、产 毒的概率【3 5 。7 1 。尽管概率模型在水产品加工与储藏领域得到了一定的应用，但是由于 它不能明确的模拟微生物生长的状况，从而影响了其在微生物预测领域的全面应用【3 8 1 。 2 0 世纪9 0 年代起，动力学模型逐渐成为预测微生物学研究的重点。b u c h 锄a i l 根据 模型中变量的不同将不同的动力学模型分为三个级别【3 3 】：初级模型，二级模型，三级模 型：初级模型描述了在特定的培养条件下的微生物数量与时间变化之间的关系，得出初 始菌数、迟滞期、比生长率、细菌的最大浓度等；二级模型在初级模型的基础上考虑温 度、水分活度、p h 值等环境因素对微生物生长的影响；三级模型通过用户友好界面把 二级模型结合在起来，给出一个模型系统，比如下面1 2 2 节中介绍的美国农业部致病 菌模型计划或者欧洲食品微生物模型就属于三级模型。 预测微生物学的应用模式如图1 2 所利1 3 刎： 第一章引言 微生物数据库：主要包括微生物种类、需厌氧性、是否形成芽孢、温度、p h 和 a w 的最高最低和最适值等。 数学模型：通过模拟数学研究和计算机程序技术，使相关数据相互连接且具有外 推性，即广泛预测性，将结果构成完善的数字集合拟合出曲线，建立数学模型。 数学模型库：通常数学模型可分两类，一是经验模型，只是使用数学式归纳数据， 内部机理不十分清楚；二是机理型，描述的模型可在建立模型的数据之外，可以预报一些 外推数据。模型库由多个模型组成的，每个模型针对特定的微生物，使用者需要选择具有 最佳预测效果的模型。模型库包含了两个信息库，一是食品中各种微生物在不同的温度、 p h 、a w 等条件下的特征详情数据库；二是包括对某个条件下这些微生物进行判断和预测 的数字化信息库。此外，还需要对这两种信息资料进行交互结合作出智能判断。 专家系统：专家系统往往与数据库管理系统、决策支持系统、分布式处理系统相 结合，运用编程语言快速高效地表达问题，添加判断预测规则，构造食品微生物领域的 数字化知识库，提供合适的数据库和模型库接口供专家系统调用，通过推理机分析获得 所要的预报结果。 指导工业及食品质量评估：如果我们知道了微生物在流通、贮藏生产中所适应的 环境，微生物的成活率或生长率就可以通过生长率与环境因子、温度、水分活度的数学 关系对食品货架期及质量加以预测和评估，从而采取相应的管理措施。 1 2 2 微生物预测应用软件系统 1 9 8 3 年，一个3 0 人的食品微生物学家小组，利用直观预测的d e l p l l i 技术，用计算 机模拟预测了食品货架期，开发了腐败菌生长的数据库成果，从此揭开了应用预测微生 物学的序幕【3 3 1 。此数据库预测系统经广泛应用，到1 9 9 3 年为止，有效率达8 眠。尽管 第一苹引言 如此，当时的一些食品微生物学家和食品工艺学家仍有一定怀疑，担心微生物预测会不 够准确或可靠。然而，随后的预测模型实验误差通过独立的实验数据得到了这样的结论： 从文献上或者通过仔细的目标( 靶) 实验，已证明模型误差不大于微生物实验所带来的 误差。这一结论使预测模型在食品工业和食品监控领域获得了信任，此后预测微生物学 得到迅猛发展。从1 9 8 3 年起预测微生物学领域的巨大潜力吸引了研究者的巨大兴趣和 资金，研究国家包括美国、英国、澳大利亚以及欧洲。 目前世界上已开发应用的微生物预测软件多达十几种，比较著名的有美国农业部开 发的病原菌模型程序p m p ( p 砒o g e l lm o d e l i n gp r o 鲫n ) 、英国农粮渔部开发的食品微 型模型f m ( f o o dm i c r om o d e l ) 和加拿大开发的微生物动态专家系统m k e s ( m i c r o b i a l 飚n e t i c se x p 瞳s y s t e i l l ) 等： 1 9 9 2 年，英国农业、渔业与食品部( u km “s 田o f a 鲫c u l t u r ef i s h 甜e sa n df 0 0 d ) 开发了商业化的软件包食品微模型( f 0 0 dm i c r om o d e l ) ，它是建立在数据库和数学 模型基础上的食品微生物咨询服务器，主要描述食品中致病菌的生长与环境因素之间的 关系。 蟹 美国农业部的微生物食品安全研究机构( u s d a sm i c r o b i a lf 0 0 ds a f e t vr e s e a r c h u i l i t ) 也开发了p 脚软件系统( 系统模型库的细菌类别参见附录1 ) 。p 系统已开发 出友好用户版本，该专家系统包括了大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等几十种种病原菌的特 征模型，能够针对腐败菌的生长或失活进行预测，预测包括一种或几种参数：恒定的温 度、p h 以及水分活度。该系统整合了数据库和数学模型，是食品工业中应用预测微生 物学的桥梁【3 9 】。 在食品微模型软件和病原菌模型程序的基础上，英国食品标准机构( f o o ds t a l l d 矾s a g e i l c y ) 和食品研究协会( h l s t i t u t eo ff o o dr c s 鼯c h ) ，美国农业部农业研究服务机构 ( u s d aa 鲥c u l t u r a lr e s e a r c hs e i c e ) 和下属的东部地区研究中心( e 嬲t 锄r e 西o n a l r e s e 砌lc e n t e r ) ，以及澳大利亚食品安全中心( a u s t r a l i a i lf 0 0 ds a f e t yc e l l t r eo f e x c e l l e n c e ) 共同建立了世界上最大的预测微生物学信息数据库c o m b a s e ( c o n l b i n e d d a t a b 嬲e ) 。该数据库( 通过c o i n b a s eb r o w s e r 获得) 由成千上万的微生物生长和存活率 曲线组成，这些曲线和数据均来自于已经发表的文章和研究机构。 加拿大m k e s ( m i c r o b i a l 飚n e t i c se x p c ns y s t e m ) 是开发产品系统和评估产品安全 的微生物动力学专家系统，其要求输入的特性信息包括产品系统流程图、各环境因素参 数和参数的变动范围，输出的预测结果能够评估各环境参数的显著性影响。 7 第一章引言 这些软件系统的迅速发展和广泛使用为微生物预测模型在各领域的应用提供了基 础，同时也为本文的研究奠定了基础。 1 3 相关文献综述 定价策略的研究领域粗略地可以划分为经济学( 尤其微观经济学) 、市场营销理论、 运筹学和供应链管理理论，各领域之间的界限并不严格，很多时候，研究领域之间相互 交叉。值得研究的点也很多，而与本文研究内容紧密相关的研究包括定价过程中的需求 函数、供应链中企业定价决策和供应链价格协调这三方面。以下介绍这几方面的研究成 果和研究现状。 1 、需求函数 微观经济学中，市场按照竞争程度不同被划分