Risk Assessment Model for Foodborne Pathogens using R statistical programming environment

Dr. Kshitij Shrestha, SFRO, DFTQC

Abstract

This study replicates and extends the FDA-iRISK comparative risk assessment framework, originally described by Chen et al.(2013), within the R statistical programming environment. The primary objective was to reconstruct the core computational models for assessing the public health burden of foodborne hazards, specifically Salmonella in peanut butter and Listeria monocytogenes in soft ripened cheese and cantaloupe, while introducing advanced visualization capabilities not present in the original web-based tool. The R-based model faithfully implements the key components of iRISK: stochastic process models simulating pathogen fate from production to consumption, population-specific consumption patterns, dose-response relationships (Beta-Poisson for Salmonella, exponential for L. monocytogenes), and health impact quantification using Disability-Adjusted Life Years (DALYs). Monte Carlo simulation techniques (mc2d package) were employed to propagate variability and uncertainty. The model successfully reproduced the central findings of the original case studies, confirming the significant annual DALY burden of Salmonella in peanut butter (61.9 DALYs) and the variable risk of listeriosis across perinatal (9.8 DALYs), elderly (5.6 DALYs), and intermediate-age (1.0 DALYs) populations. Beyond replication, this implementation enhances the original iRISK system by generating a suite of dynamic visualizations, including distributional analyses of concentrations, doses, and risks, comparative population risk matrices, and detailed intervention effectiveness plots. These visualizations provide deeper insights into the underlying risk dynamics and the impact of potential interventions, such as pathogen log-reduction and temperature control. The R script offers a transparent, modifiable, and extensible platform for quantitative microbiological risk assessment (QMRA), making it a valuable tool for researchers and risk managers seeking to evaluate and communicate food safety risks. The complete R code is provided for full reproducibility.

Keywords: Quantitative Microbiological Risk Assessment (QMRA), FDA-iRISK, Salmonella, Listeria monocytogenes, Monte Carlo Simulation, R Programming, DALYs, Food Safety, Intervention Analysis.

ट्रान्स फ्याट बारे छलफल

• ट्रान्स फ्याटलाई अति खराब चिल्लो (अखचि) भनि नेपाली नामकरण गर्ने बारे छलफल भएको सुनिन्छ, त्यसमा सहमत हुनेहरु पनि छन्, र असहमति जनाउनेहरु पनि l बिज्ञहरु बीच पनि यो छलफल को बिषय नै हो l
• ट्रान्स फ्याट धेरैको लागि एउटा नौलो बिषय हो l यस बारे उपभोक्ताको बुझाईमा कमि नै छ जस्तो लाग्छ l
• एकातिर ट्रान्स फ्याट एकदमै नराम्रो हानिकारक चिल्लो पदार्थ हो भन्ने बुझाई बिभिन्न माध्ययमबाट सुन्न पाइन्छ, अर्को तिर ट्रान्स फ्याट दुध, तेल, माछा, मासु, चिज, बेकरी, आइसक्रिम लगायत चिल्लो पदार्थ हुने करिब सबै खाद्य पदार्थमा पाइन्छ भन्ने पनि सुन्न पाइन्छ l त्यसो भए उपभोक्ताले गर्ने चै के होला ?, के सबै चिल्लो पदार्थ भएका खाद्य पदार्थ लाई खान पो छोडिदिने कि ? त्यसमा पोषणयुक्त मानिएका खाध्य पदार्थहरु पनि पर्दछन, फेरी ती खाद्य पदार्थहरु केहि नखाएर शरीरलाई चाहिने पोषण कसरि प्राप्त गर्ने ?
• प्रशोधित खाद्य पदार्थ खानै हुदैन भन्ने पनि भेटिन्छन, ती सबैमा ट्रान्स फ्याट हुने पो हो कि ?
• तारेर पकाएकोमा ट्रान्स फ्याट हुन्छ भन्ने पनि सुनिन्छ भने फ्रोजन गरेको आइसक्रिमहरुमा ट्रान्स फ्याट बढी हुन्छ भन्ने पनि सुनिएको छ l

साधारण उपभोक्ताको लागि अलमलिने बिषय नै हो जस्तो लाग्छ l तर बिषयको गाम्भीर्यताको कारण उपभोक्ताले बुझ्न जरुरि पनि  छ l यो लेख बिज्ञहरुको लागि होइन, साधारण उपभोक्ताको लागी प्राबिधिक बिषयलाइ सरलीकृत गर्न कोशिस गरेर आफ्नो बुझाई र केहि विचार राख्ने कोशिस मात्र हो l प्राबिधिक शब्दहरुलाई नेपालीकरण गर्न खोज्दा धेरै ठाउमा नमिलेको आफैलाई महशुस भएको छ, सुधारको लागि सहयोग गर्नु होला l बिज्ञहरुले गल्तिहरुलाई औल्याई, छुटपुट बिषयलाइ थप गरि प्रतिक्रिया प्रदान गरिदिनु हुनेछ भन्ने आशा छ l लेख अलिक लामो भयो जस्तो छ, तपाइको अमुल्य समयको लागि अग्रिम धन्यवाद l

प्रश्न १ . ट्रान्स फ्याट के हो ?

ट्रान्स फ्याटको शाब्दिक अर्थ नेपाली नामकरण गर्न खोजीएको जस्तो “अति खराब चिल्लो (अखचि)” चै होइन l त्यो खराब हो कि होइन र कति खराब हो ?, पछी छलफल गरौला l पहिला ट्रान्स फ्याट के हो ? त्यो छलफल गरौ l

“ट्रान्स” भन्ने शब्द रसायन बिज्ञान को शब्द हो l चिल्लो पदार्थहरु मूलतः कार्बन, हाइड्रोजन र अक्सिजनहरु बाट बनेको हुन्छ l त्यसको प्रत्येक फ्याट्टी एसिडको अणुमा २ देखि करिब ३० वटा सम्म कार्बनको परमाणुहरु एक आपसमा सिक्री जस्तै लामो जोडिएर बनेको हुन्छ l ती कार्बनको परमाणु हरु बीच एकोहोरो, दोहोरो वा तेहोरो सम्मको बन्धन हुन सक्छन l दोहोरो बन्धन भएको ठाउमा चिल्लो पदार्थको अणुको सिक्रीको आकार बंगिएको भए त्यसलाई “सीस रुपको” भनिन्छ भने, कुनै चिल्लो पदार्थको अणुको सिक्रीमा दोहोरो बन्धन भएको ठाउमा पनि सिधा रहेको हुन्छ र त्यस्तो अवस्थाको बन्धनलाई “ट्रान्स रुपको” भनिन्छ l साधारण रुपमा बुझ्नु पर्दा दोहोरो बन्धन भएर पनि नाबांगिएको सिधा आकारको फ्याट्टी एसिड भएको चिल्लो पदार्थ नै “ट्रान्स फ्याट” को स्वरूप हो l धेरै जसो चिल्लो पदार्थको फ्याट्टी एसिड प्राकृतिक रुपमा बांगो आकार (सीस अवस्था) मा पाइन्छ, तर सिधा आकारको (ट्रान्स फ्याट) फ्याट्टी एसिड भएको चिल्लो पदार्थ बिभिन्न खाद्य पदार्थमा प्राकृतिक रुपमै केहि मात्रामा पाइने गर्छ l

Risk assessment of Aflatoxin B1 from the consumption of different foods in South East Asia region (A case study based on Bangladesh food consumption data)

- Dr. Kshitij Shrestha, SFRO, DFTQC

Book: Nutritional Composition of Food Products

This book delves into the complex and dynamic nature of different food products, offering a comprehensive estimation of macronutrients, micronutrients, and other vital elements that make these foods invaluable to human health. With advances in scientific research, our understanding of food composition has evolved, revealing both its nutritional benefits and its potential therapeutic applications in addressing various health conditions.