Aktywność wody 102: Rozwój drobnoustrojów

Producenci żywności muszą uwzględniać rozwój mikroorganizmów podczas produkcji i pakowania wyrobów. W niniejszym webinarze omówiono czynniki wpływające na rozwój drobnoustrojów, sposób kontrolowania tego procesu za pomocą aktywności wody, zgodność z przepisami rządowymi, najczęstsze patogenne mikroorganizmy żywnościowe, projektowanie określonej aktywności wody oraz technologię płotkową.

Skażenia mikrobiologiczne w opakowaniach żywności mogą prowadzić do wycofywania produktów z rynku, co kosztuje firmy miliony dolarów w związku z opóźnieniami operacyjnymi, kosztami prawnymi, roszczeniami medycznymi, wycofywaniem i utylizacją żywności oraz opieką medyczną. Mogą one również powodować dodatkowe straty wynikające z uszkodzenia wizerunku, utraty przyszłej sprzedaży i spadku zaufania konsumentów.

FAT TOM: Sześć czynników wpływających na rozwój mikroorganizmów

Na rozwój mikroorganizmów wpływa sześć głównych czynników: żywność (kwasy), czas, temperatura, tlen oraz wilgotność (ang. food, acid, time, temperature, oxygen, moisture – skrót FAT TOM). Skład odżywczy żywności decyduje o tym, jakie drobnoustroje mogą się w niej rozwijać. Kwasy, czyli poziomy pH, również wpływają na rozwój mikroorganizmów. Pleśnie mogą rosnąć przy najniższym pH, podczas gdy bakterie rozwijają się w środowiskach o najwyższym pH i nie potrafią rosnąć w środowisku o pH poniżej 4,6.

Rozwój mikroorganizmów ma charakter wykładniczy, dlatego niezwykle ważne jest wczesne wykrywanie niebezpiecznych patogenów. Możemy zatrzymać ich rozwój, pozbawiając drobnoustroje pożywienia i tlenu oraz wprowadzając gatunki konkurencyjne. Różne patogeny rozwijają się w różnych temperaturach. Strefa zagrożenia bezpieczeństwa żywności znajduje się w przedziale od 4 do 60 stopni Celsjusza (od 40 do 140 stopni Fahrenheita). Bakterie można dezaktywować za pomocą kombinacji podwyższonej temperatury i odpowiedniego czasu trwania zabiegu.

Należy wziąć pod uwagę tlen lub potencjał redoks w odniesieniu do mikroorganizmów. Drobnoustroje tlenowe (takie jak pleśnie) wymagają tlenu, podczas gdy patogeny beztlenowe (Clostridium botulinum i Bacillus cereus) do wzrostu tlenu nie potrzebują. Niektóre bakterie (jak E. coli i Staph aureus) są względnymi beztlenowcami, co oznacza, że w zależności od środowiska mogą funkcjonować w warunkach tlenowych lub beztlenowych. Z kolei mikroaerofile wymagają do wzrostu mniejszych ilości tlenu (Campylobacter jejuni).

Wilgotność odgrywa kluczową rolę w rozwoju patogenów za pośrednictwem aktywności wody w żywności. Na przykład bakterie patogenne rozwijają się wyłącznie przy aktywności wody powyżej 0,85, podczas gdy rozwój pleśni i drożdży ma limit aktywności wody na poziomie 0,7. Z kolei przy aktywności wody poniżej 0,6 jakikolwiek rozwój mikroorganizmów jest całkowicie niemożliwy.

Wpływ aktywności wody na mikroorganizmy

Różnica w aktywności wody oznacza różnicę w poziomie energii. Przy wysokiej aktywności wody woda zgromadzona w mikroorganizmie dąży do opuszczenia komórki, co zmienia ciśnienie turgorowe wewnątrz drobnoustroju. Mikroorganizm będzie starał się zrównoważyć swoją energię z aktywnością wody w otoczeniu.

Mikroorganizm zmodyfikuje swoją błonę komórkową, aby obniżyć aktywność wody i w ten sposób utrzymać ciśnienie turgorowe. Może produkować lub transportować w niewielkich ilościach aminokwasy bądź cukry, próbując obniżyć aktywność wody. Niemniej jednak aktywność wody nadal nie będzie odpowiadać otoczeniu, w wyniku czego mikroorganizm przejdzie w stan stazy lub uśpienia.

Najczęstsze patogeny przenoszone przez żywność

Patogeny żywnościowe dzielzą się na dwie kategorie: zatrucia pokarmowe oraz infekcje pokarmowe. Zatrucie pokarmowe występuje wtedy, gdy człowiek spożyje toksynę wytworzoną w żywności i zachoruje. Infekcja pokarmowa ma miejsce wtedy, gdy toksyna rozwija się w przewodzie pokarmowym. (Zatrucie formuje się w żywności, a infekcja w jelitach).

Staph aureus może rozwijać się w obecności tlenu lub bez niego, charakteryzuje się najniższym limitem aktywności wody i łatwo ulega zanieczyszczeniu krzyżowemu. Dlatego wykrycie Staph aureus na urządzeniach do przetwórstwa żywności jest oznaką złego stanu higienicznego. Rozwojowi tego patogenu można łatwo zapobiec poprzez czyszczenie, dezynfekcję, odpowiednie przygotowanie oraz minimalizowanie zanieczyszczeń krzyżowych.

Bakterie wywołujące botulizm (jad kiełbasiany) są beztlenowe i nie rozwijają się przy pH poniżej 4,6. Zaledwie trzy minuty gotowania mogą zneutralizować te bakterie. Charakteryzują się one wyższym limitem aktywności wody. Botulizm występuje w naturze – w glebie, roślinach, wodzie – a także w nieprawidłowo konserwowanej żywności i produktach o niskiej kwasowości: burakach, zielonej fasolce, pieczonych ziemniakach zawiniętych w folię, wędzonych rybach, olejach ziołowych oraz miodzie.

Salmonella spp. to najczęściej zgłaszany patogen. Ten drobnoustrój wywołuje infekcję pokarmową i występuje częściej w miesiącach letnich. Salmonella może rozwijać się zarówno w środowisku bogatym w tlen, jak i ubogim w tlen, jest niszczona podczas gotowania, a jej źródłem są skażone odchody, woda pitna, kontakt między ludźmi, przetwory jajeczne, surowe owoce i warzywa, niepasteryzowane produkty mleczne, a nawet produkty takie jak mąka i masło orzechowe.

Listeria może rozwijać się w temperaturach chłodniczych, jest niszczona podczas gotowania i pasteryzacji, a jej limit aktywności wody wynosi 0,92. Listeria występuje w niedogotowanym mięsie, warzywach, niepasteryzowanym mleku oraz niektórych miękkich serach. W niskich temperaturach i środowisku o niskiej zawartości tlenu Listeria może się rozwijać, jeśli jest obecna.

Większość szczepów E. coli jest nieszkodliwa i odgrywa istotną rolę w przewodzie pokarmowym. Szczep patogenny można zniszczyć poprzez gotowanie lub pasteryzację. E. coli ma niską dawkę zakaźną i jest trudna do usunięcia.

Bacillus cereus jest beztlenowcem o krótkim okresie inkubacji. Ten patogen jest często mylony z grypą żołądkową.

Obniżanie aktywności wody w celu zapobiegania rozwojowi mikroorganizmów

Obniżenie aktywności wody zmieni rodzaje mikroorganizmów, które mogą się rozwijać. Suszenie produktu pozwala na konserwację żywności i obniżenie aktywności wody. Dodanie substancji utrzymującej wilgoć – pojedynczo lub w grupach – może również obniżyć aktywność wody. Technologia płotkowa polega na wprowadzaniu barier dla rozwoju mikroorganizmów, takich jak kontrola temperatury, aktywności wody, kwasowości i natlenienia.