Jak technologia i rozwiązania cyfrowe rewolucjonizują jakości mikrobiologiczną w przemyśle spożywczym

Obecnie zapewnienie jakości mikrobiologicznej w przemyśle napojowym i browarniczym opiera się głównie na metodach konwencjonalnych, a możliwości cyfryzacji postrzega się jako przyszłościowe rozwiązanie.

Transformacja cyfrowa wprowadza technologie takie jak sztuczna inteligencja, analiza dużych ilości danych, Internet Rzeczy (IoT) i inne innowacje cyfrowe. Te narzędzia pozwalają firmom gromadzić, analizować i wykorzystywać duże ilości danych w celu podejmowania lepszych decyzji. Jej celem jest zwiększenie efektywności, innowacyjność i dostosowanie się do zmieniającego się świata.

Augmented Diagnostic czyli diagnostyka rozszerzona, znana jest z medycyny. Odnosi się do analizy danych medycznych w celu wykorzystania uczenia maszynowego do przewidywania przyszłego stanu zdrowia lub ryzyka zachorowania pacjenta (lub populacji). Celem jest wykrycie chorób we wczesnym stadium i umożliwienie leczenia zapobiegawczego. Augmented Diagnostic teraz przenoszona do przemysłu spożywczego. Wykorzystuje wiedzę mikrobiologiczną, genomikę, bioinformatykę i naukę o danych do utrzymania i poprawy jakości produktów. Diagnostyka mikrobiologiczna jest niezbędna w zapewnianiu jakości napojów i unikaniu wycofania produktów. Tradycyjne metody wymagają wysoko wykwalifikowanych pracowników, ale transformacja cyfrowa otwiera nowe możliwości optymalizacji procesów.

Zarządzanie danymi staje się kluczowe, a bioMérieux, jako wiodący dostawca rozwiązań diagnostyki mikrobiologicznej dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, jest pionierem w tym obszarze. Francuska firma rodzinna już od ponad 60 lat oferuje systemy testów mikrobiologicznych i oprogramowanie, a Ekosystem Rozszerzonej Diagnostyki przyczynia się do rewolucji jakości mikrobiologicznej w przemyśle spożywczym.

Ekosystem Rozszerzonej Diagnostyki w przemyśle napojowym i browarniczym

Aby zapewnić jakość i edukować osoby decyzyjne, diagnostyka musi zbierać rzetelne dane w sposób ujednolicony i spójny, umożliwiający porównywalność. Wysoko zautomatyzowana diagnostyka, dostarczająca obiektywne wyniki i integrująca się z systemami informacji laboratoryjnej, ma kluczowe znaczenie.

Analiza zebranych danych i identyfikacja przyczyn problemów są istotne w celu planowania działań zapobiegawczych przed zanieczyszczeniem. Systemy wsparcia mogą również zwiększyć efektywność systemu jakości. Długoterminowym celem ekosystemu Rozszerzonej Diagnostyki jest umożliwienie użytkownikom korzystania z danych, wykorzystując sztuczną inteligencję do nauki na podstawie doświadczenia, rozpoznawania wzorców i podejmowania szybkich, trafnych decyzji.

Klasyczne metody mikrobiologiczne są trudne do ujednolicenia i narażone na błędy.

Jak dobre są twoje dane?

Klasyczne metody mikrobiologiczne można tylko w pewnym stopniu standaryzować, a podatność na błędy jest zazwyczaj dość wysoka. Ponadto metody kulturowe zawsze oferują jedynie "okno diagnostyczne", zawsze istnieje więc możliwość, że problematyczne zanieczyszczenia lub patogeny pozostaną niewykryte. Mikrobiologia uważana jest za skomplikowaną naukę i wymaga głębokiego zrozumienia podstaw, aby dzięki jej wykorzystaniu uzyskać odpowiednie efekty.

Jak już wspomniano, zdolność do wczytywania danych stanowi podstawę Augmented Diagnostics. Aby być gotowym na to co przyniesie jutro, procesy laboratoryjne muszą być dzisiaj ustawione tak, aby unikać przypadkowych błędów ludzkich.

Oto przykłady dwóch naszych systemów laboratoryjnych dla przemysłu napojowego:

• D-Count® służy do wykrywania lub wykluczania bakterii i drożdży w sokach owocowych. Celowo unikamy wzbogaconych pożywek, które w najlepszym przypadku służą jako „sztuczny model żywności”, którą produkujesz. Skupiamy się na środowisku, w którym rozwijają się zanieczyszczenia lub patogeny w "rzeczywistym życiu", czyli w twoich produktach.
• GENE-UP® to rozwiązanie PCR w czasie rzeczywistym, które wykrywa konkretne zanieczyszczenia w napojach i piwie, a także patogeny z najwyższą precyzją. Dodatkowo, ich możemy wykryć bakterie, które powodują zepsucia napojów lub prowadzą do"niepożądanego smaku" (np. powstawanie guajakolu w Alicyclobacillus spp.). Oba systemy mają różne obszary zastosowań, ale główne cechy to prosty proces, gotowe do użycia odczynniki i obiektywne pomiary. Wszystkie protokoły są standaryzowane i w dużej mierze zharmonizowane. To zapobiega błędom użytkowników i sprawia, że wyniki są w dużej mierze powtarzalne.

Kolejnym elementem ekosystemu Augmented Diagnostic jest oprogramowanie do zarządzania danymi CONNECT-UP. CONNECT-UP łączy różne systemy laboratoryjne ze sobą i automatycznie zarządza śledzeniem przepływu próbek oraz działa jako platforma komunikacyjna między twoim systemem LIMS, ERP lub MES.

Na jakie pytania możemy już dziś odpowiedzieć z pomocą technologii cyfrowych?

Teraz przejdźmy do konkretnych pytań, które pojawiają się w firmie gdy jest podejrzenie lub potwierdzenie kontaminacji:

• Jaki to szczep?
• Czy ten izolat lub szczep był już wcześniej wykrywany?
• Gdzie w środowisku produkcyjnym mojej firmy można znaleźć ten szczep bakterii?
• Czy ten szczep jest również odpowiedzialny za zanieczyszczenie w produkcie?
• Czy ten szczep już wykształcił oporność na konkretny środek oczyszczający?

Bakterie, przebywając w jednym środowisku przez kilka pokoleń, potrafią dostosować się do zmieniających się warunków, dzięki genetycznym mechanizmom takim jak mutacje w genomie i transfer genów między liniami bakteryjnymi. Mikroby, które najlepiej się przystosują, mają przewagę selekcyjną i rozmnażają się szybciej niż pozostałe.

Do wykrywania i analizy różnic między liniami bakteryjnymi lub szczepami stosuje się metody typowania molekularnego. Precyzyjne metody typowania są niezbędne do wykrycia nawet minimalnych różnic genetycznych, które mogą pojawić się w populacjach bakterii w krótkim czasie.

BioMérieux oferuje "Spoilage Mapping", dostosowany pakiet usług do analizy przyczyn kontaminacji, w celu lepszego zrozumienia i monitorowania kontaminacji wraz z zespołem kontroli jakości. Sekwencjonowanie DNA, szczególnie sekwencjonowanie całego genomu (WGS), jest kluczową metodą analityczną, która zrewolucjonizowała nauki biologiczne w ostatnich latach.

WGS bada sekwencję wszystkich nukleotydów, oferując większą rozdzielczość i precyzyjną analizę genomu bakterii. Sekwencja nukleotydów jest podobna do kodu kreskowego na opakowaniach żywności i służy do identyfikacji.

Zadaniem zespołu bioinformatycznego bioMérieux jest analizowanie, interpretowanie i modelowanie danych biologicznych pochodzących z analiz laboratoryjnych lub sekwencjonowania genomu. Bez takiej interpretacji, informacje sekwencyjne pozostają bezwartościowe.

Analiza sekwencjonowania ma na celu identyfikację genów związanych z regulacją, czynnikami zjadliwości i innymi cechami genetycznymi organizmu, co może pomóc w walce z uporczywymi kontaminacjami w firmie spożywczej. Porównanie genomów różnych szczepów bakterii pozwala określić stopień pokrewieństwa między nimi i umożliwia modelowanie sieci oraz śledzenie dróg migracji bakterii w zakładzie produkcyjnym.

W przyszłości rozwijające się technologie pozwolą firmom samodzielnie typować patogeny w obszarze produkcyjnym, oszczędzając czas i zasoby. Systemy sztucznej inteligencji, które analizują dane i wzorce oraz podejmują decyzje dotyczące jakości, są obiecującą wizją przyszłości.

BioMérieux promuje Augmented Diagnostics i standaryzację danych oraz zachęca do gromadzenia istotnych patogenów z wykorzystaniem kulek kriogenicznych, co pozwoli na przechowywanie ich przez wiele lat. To pozwoli na kontynuację badania i może dostarczyć cenne wnioski w przyszłości.