Monitorowanie Bacillus cereus w przetworach mlecznych

Jakość i bezpieczeństwo przetworów mlecznych w dużym stopniu zależy od początkowej jakości mleka, ponieważ wzrost patogenów jest bardzo prawdopodobny podczas jego przetwarzania. Jako źródło składników odżywczych o wysokiej aktywności wody i prawie obojętnym pH, mleko stanowi idealne środowisko dla rozwoju wielu mikroorganizmów. Mikrobiota mleka surowego jest dosyć złożona, a rodzaje i skupiska mikroorganizmów różnią się w zależności od stanu zdrowia zwierząt, jego higieny i warunków sanitarnych w gospodarstwach, oraz od ściółki, pastwisk, pór roku, paszy i wielu innych czynników.

Mleko jest generalnie sterylne gdy znajduje się w wymieniu zdrowej krowy, to później może zostać zanieczyszczone podczas doju, transportu, przetwarzania i przechowywania.

Przemysł mleczarski zapewnia bezpieczeństwo i jakość mleka poprzez schładzanie surowego mleka do momentu, gdy zostanie przetworzone w wyniku pasteryzacji, sterylizacji czy suszenia.

Obawy dotyczące bakterii przetrwalnikujących

Wśród mikroorganizmów, które dostają się do mleka w procesie przetwarzania, bakterie przetrwalnikujące stanowią szczególny problem ze względu na ich odporność na niekorzystne warunki środowiskowe. Bakterie przetrwalnikujące, które są powszechnie spotykane w przewodzie pokarmowym zwierząt i ludzi, jak również w glebie i środowisku wodnym, mogą być sklasyfikowane jako termofilne, mezofilne lub psychrotroficzne. Termofilne (ciepłolubne) przetrwalniki są bardziej spotykane w produkcie końcowym, natomiast psychrotroficzne (tolerujące zimno) rosną, gdy mleko i produkty mleczne są przechowywane w lodówce.

Bakterie przetrwalnikujące to gram-dodatnie organizmy, wśród których wyróżniamy dziewięć rodzajów: Alicyclobacillus, Amphibacillus, Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Filobacillus, Geobacillus, Sporolactobacillus i Sulfolobus. Setki gatunków należących do tych rodzajów mogą tworzyć endospory, które czynią je odpornymi na warunki takie jak wysokie ciśnienie, ekstremalne ciepło, zamrażanie, suszenie, brak substancji odżywczych, substancje chemiczne i promieniowanie. Beztlenowe bakterie przetrwalnikujące z rodzaju Clostridium, szczególnie C. botulinum i C. perfringens, są ważne ze względu na zdrowie publiczne. C. botulinum wytwarza cały szereg neurotoksyn, jednych z najniebezpieczniejszych dla człowieka. C. perfringens wytwarza enterotoksynę biegunkową, jak również inne toksyny pozakomórkowe.

Tlenowe bakterie przetrwalnikujące z rodzaju Bacillus, w szczególności B. cereus, wpływają zarówno na jakość, jak i bezpieczeństwo żywności. Rodzaj Bacillus jest prawdopodobnie najstarszym i najbardziej zróżnicowanym rodzajem wśród bakterii, a jego gatunki zasiedlają wiele środowisk naturalnych, w tym glebę i wodę.

B. cereus i choroby przenoszone drogą pokarmową

B. cereus jest Gram-dodatnią, ruchliwą laseczką występującą zwykle w glebie, gdzie komórki wegetatywne tworzą przetrwalniki w niekorzystnych warunkach, które następnie rosną stając się komórkami wegetatywnymi już w korzystnych warunkach. Wybrane szczepy B. cereus mogą żyć w przewodzie pokarmowym bezkręgowców i małych gryzoni. Przetrwalniki, zwykle występują w ilości 100.000/g podłoża, mogą łatwo rozprzestrzeniać się na wymionach krów, surowym mleku, korzeniach, bulwach i wierzchołkach roślin uprawnych, a następnie przedostać się do żywności dla ludzi lub pasz dla zwierząt. Przetrwalniki mogą znaleźć się w żywności, która jest przetwarzana termicznie, ponieważ są ciepłooporne.

Niektóre gatunki z grupy B. cereus, znane również jako B. cereus sensu lato (s.l.), wywołują u ludzi zatrucia pokarmowe. Do niedawna grupa ta składała się z dziewięciu blisko spokrewnionych gatunków: B. anthracis, B. cereus sensu sitricto (s.s.), B. thuringiensis, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. weihenstephanensis, B. cytotoxicus, B. toyonensis i B. widemanni. Od 2017 roku grupa B. cereus powiększyła się o dziewięć nowych gatunków wyodrębnionych z osadów morskich: B. paranthracis, B. pacificus, B. tropicus, B. albus, B. mobilis, B. luti, B. proteolyticus, B. nitratireducens i B. paramycoides.

B. cereus sensu sitricto (s.s.) - lub B. cereus, jak jest powszechnie nazywany można powiązać z dwoma rodzajami objawów zatrucia pokarmowego: wymiotami i biegunką. Wymioty wywoływane są przez toksynę cereulid, produkowaną przez komórki wegetatywne rozwijające się w zanieczyszczonej żywności. Powoduje ona mdłości i wymioty w ciągu 0,5-6 godz. od spożycia. Całkowita liczba komórek B. cereus potrzebna do wywołania mdłości i wymiotów, szacowana jest na 100.000-100.000.000/g żywności.

Przyczyną biegunki są co najmniej trzy termolabilne enterotoksyny: hemolizyna BL, enterotoksyna niehemolityczna i cytotoksyna K. Komórki wegetatywne, połknięte w postaci żywych komórek lub przetrwalników, wytwarzają enterotoksynę w jelicie cienkim, powodując biegunkę, skurcze i zapalenie odbytnicy w ciągu 6-14 godz. Dawka infekcyjna do wywołania biegunki szacowana jest na 100.000-100.000.000 jednostek tworzących kolonię.

Stwierdzono, że kilka szczepów B. cereus wytwarza zarówno toksynę wymiotną, jak i enterotoksynę, powodując zarówno wymioty jak i biegunki. W Stanach Zjednoczonych zatrucia wywołane przez B. cereus szacuje się na poziomie ~63 400 rocznie, ale są one prawdopodobnie niedoszacowane ze względu na ich łagodny i krótkotrwały przebieg (zwykle <24 godz.).

Wykrywanie zakażeń wywołanych przez B. cereus

Ze względu na wszechobecność grupy B. cereus w przyrodzie, określenie konkretnych źródeł zakażenia tą grupą w gospodarstwach produkujących przetwory mleczne jest bardzo trudne. Najczęstszymi źródłami zakażenia są: gleba, ściółka, odchody, pasza, kiszonka, woda i sprzęt udojowy.

Ponadto, skład mikrobioty Bacillus w mleku surowym wykazuje różnice sezonowe. Częściej B. cereus obserwuje się w miesiącach letnich, co wynika częściowo z wypasu zwierząt, podczas gdy pasza i ściółka są głównymi źródłami zanieczyszczenia B. cereus w miesiącach zimowych. W badaniu przeprowadzonym w Belgii najczęściej bakterie z grupy B. cereus były izolowane późnym latem lub wczesną jesienią oraz częściej w mleku pochodzącym z ekologicznych gospodarstw mlecznych w porównaniu do mleka pochodzącego z konwencjonalnych gospodarstw mlecznych.

Kiedy B. cereus zanieczyszcza mleko surowe, wpływa to na cały proces przetwarzania mleka, ponieważ przetrwalniku B. cereus mogą przetrwać proces pasteryzacji. Poziom występowania B. cereus w mleku surowym może być dość wysoki, choć zwykle jest na niskim poziomie (max do 10-100 przetrwalników/mL mleka surowego), przetworzone produkty mleczne, takie jak mleko pasteryzowane, sery lub mleko w proszku mogą zawierać 100-1000 przetrwalników/g.

Zarodniki B. cereus są również wysoce hydrofobowe i dzięki swojej budowie łatwo łączą się i przylegają do powierzchni (np. stali nierdzewnej) tworząc biofilmy w środowisku produkcyjnym. Te biofilmy - obecne w niedostępnych punktach urządzeń, narożnikach, pęknięciach, szczelinach, uszczelkach, zaworach, złączach, itp. mogą być odporne na czyszczenie i dezynfekcję. Aby temu zapobiec, przemysł mleczarski musi utrzymywać rygorystyczny monitoring biofilmu i prowadzić działania kontrolne: szczególnie CIP-ów procesu dezynfekcji oraz aplikować inne metody prewencyjne, jak np. ozonowanie, ultradźwięki czy zastosowanie bakteriofagów.

Skażenie mleka w proszku przez B. cereus jest również poważnym problemem związanym z bezpieczeństwem żywności. Proszki mleczne mogą być przechowywane przez dłuższy czas, częściowo ze względu na ich niską aktywność wodną, ale przetrwalniki bakterii mogą pozostawać w stanie uśpienia do czasu pojawienia się bardziej sprzyjających warunków, a wtedy dochodzi do ich wzrostu i rozwoju form przetrwalnych.

Mleko w proszku dla niemowląt, które jest produkowane tak, aby ściśle naśladowało skład mleka matki, wpływa na rozwój mikroflory jelitowej u niemowląt, które mają słabo rozwinięty system odpornościowy. Oznacza to, że mleko w proszku musi być badane pod kątem obecności wybranych bakterii patogennych pochodzących z żywności, w tym B. cereus. Di Pinto i inni zidentyfikowali gatunki Bacillus w 11 próbkach mleka w proszku (z 60 próbek), a w 5 z tych próbek stwierdzono B. cereus. Lequin i inni badali zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych spowodowane infekcjami B. cereus u trzech wcześniaków. Chociaż źródło tych zakażeń nie zostało potwierdzone ostatecznie , to wiadomo, że mleko w proszku dla niemowląt może być siedliskiem B. cereus.

Wpływ na jakość

Oprócz wpływu na bezpieczeństwo mikrobiologiczne, rodzaj Bacillus może wpływać na jakość mleka i produktów mlecznych. Ze względu na swoją aktywność enzymatyczną, B. cereus może powodować w mleku i przetworach mlecznych niepożądane posmaki.

Wraz z globalnym wzrostem zapotrzebowania na produkty mleczne i ich przetwory jest fundamentalną potrzebą aby przemysł mleczarski nadal spełniał standardy jakości i bezpieczeństwa, ze szczególnym ukierunkowaniem się na obecność przetrwalników B. cereus w produktach mlecznych.

Nowe metody analityczne do wykrywania przetrwalników - LAMP, czujniki elektrochemiczne,
szybkie testy imunochromatograficzne - cieszą się szczególnym zainteresowaniem w przemyśle mleczarskim ze względu na ich prostotę i czułość, chociaż ich dostępność komercyjna jest ograniczona.

Źródło:
https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2021/september/columns/foodsafetyquality-bacillus-cereus-dairy-products