Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów mleczarskich w łańcuchu chłodniczym

Jarosław Kowalik * Ewa Zuzga ** Anna Sylwia Tarczyńska *** Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów mleczarskich w łańcuchu chłodniczym Wstęp Mleko jest ważnym elementem w diecie człowieka. Stanowi doskonałe podłoże do rozwoju drobnoustrojów, zwłaszcza niebezpieczny jest rozwój mikroflory chorobotwórczej. Dopuszczalne granice temperatury i czasu przechowywania mleka i produktów mleczarskich określone są w jednolitym prawie polskim i Unii Europejskiej. Ujednolicenie przepisów stwarza proste i jasne zasady dla producentów, którzy odpowiedzialni są za produkt oferowany konsumentowi. Bardzo ważne jest zachowanie ciągłości łańcucha chłodniczego, a przerwanie go na którymś z etapów powoduje szybki rozwój mikroflory niepożądanej. Celem pracy było zaprezentowanie możliwości wykorzystania baz danych i zawartych w nich narzędzi komputerowych do określania możliwości rozwoju drobnoustrojów chorobotwórczych w produktach spożywczych na przykładzie smakowego mleka UHT. W niniejszej pracy wykorzystano bazę danych COMBASE jako narzędzie do symulacji wzrostu liczby komórek niepożądanych (chorobotwórczych) drobnoustrojów w mleku UHT przechowywanym w szerokim zakresie temperatur (w sytuacji reinfekcji i przerwania łańcucha chłodniczego). Mleko UHT podczas przechowywania nie wymaga zachowania łańcucha chłodniczego zaś w niniejszym opracowaniu posłużyło jako produkt modelowy. * Dr inż., Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością, Wydział Nauki o Żywności, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, e-mail: j.kowalik@uwm.edu.pl ** Inż., Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością, Wydział Nauki o Żywności, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, e-mail: ewcia0524@wp.pl *** Dr inż., Katedra Mleczarstwa i Zarządzania Jakością, Wydział Nauki o Żywności, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, e-mail: sylwiaol@uwm.edu.pl

Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów 95 Publikacja opracowana w ramach projektu rozwojowego NCBiR nr N R12 0097 06. 1. Zapewnienie łańcucha chłodniczego w pozyskiwaniu i przetwórstwie mleka Mleko jest niezastąpionym i najważniejszym pokarmem w życiu człowieka. Chłodzenie stanowi jedną z metod przedłużenia trwałości żywności. Obniżenie temperatury powoduje spowolnienie rozwoju mikroflory obecnej w mleku, co prowadzi również do zmniejszenia aktywności enzymów produkowanych przez drobnoustroje występujące w mleku surowym [Gaworski i Kupczyk, 2001]. Każdy produkt spożywczy charakteryzuje się określoną jakością. Jedna z definicji jakości jest rozumiana jako ogół właściwości i cech danego wyrobu, które są w stanie zaspokoić potrzeby konsumenta, zapewniając ochronę jego zdrowia i bezpieczeństwo. O jakości produktu decydują nie tylko cechy fizykochemiczne i skład chemiczny. Najważniejszą, odpowiadającą za przydatność technologiczną jest jakość mikrobiologiczna (obecność mikroflory saprofitycznej i chorobotwórczej). Na jakość mikrobiologiczną wpływa już etap pozyskiwania mleka, który przebiega w oborze. Należy pamiętać, że jakość mleka surowego decyduje o jego przeznaczeniu [Kołożyn-Krajewska, Sikora, 2010]. W kształtowaniu jakości mleka surowego i produktów mleczarskich bardzo ważną rolę odgrywa temperatura jego przechowywania i transportu. Związane jest z tym pojęcie łańcucha chłodniczego. Jest to złożony zespół czynników włączonych w proces chłodzenia mleka i jego przetworów, który obejmuje wszystkie etapy produkcji (zaczynając od pozyskania, poprzez transport a kończąc na dostarczeniu do klienta) [Gaworski, Kupczyk, 2001]. O przydatności mleka surowego do produkcji mleczarskiej decydują kryteria określone w rozporządzeniach Parlamentu Europejskiego i Rady obowiązujące we wszystkich państwach Unii Europejskiej (WE 853/2004). Stanowią one podstawową gwarancję bezpieczeństwa zdrowotnego i zobowiązują producentów mleka surowego i zakłady mleczarskie do ścisłego przestrzegania warunków higienicznych i technologicznych [Jakubczyk, 2002]. Niska temperatura nie zapewnia trwałości mikrobiologicznej mleka surowego, ponieważ mogą w nim rozwijać się bakterie psychrotrofowe, mogące powodować zmiany lipolityczne i proteolityczne [Mikołajczak,

96 Jarosław Kowalik, Ewa Zuzga, Anna Sylwia Tarczyńska 2003]. Mleko spożywcze może być poddane procesowi pasteryzacji lub obróbce UHT. Alternatywą jest obecnie produkcja mleka ESL (Extended Shelf Life przedłużony okres trwałości). Podczas produkcji mają zastosowanie różne kombinacje procesów, np. baktofugacja i następnie pasteryzacja lub mikrofiltracja mleka odtłuszczonego i pasteryzacja śmietanki. Aby produkt zachował wysoką jakość i trwałość, po procesie obróbki termicznej musi zostać w krótkim czasie oziębiony. Wyposażenie techniczne gospodarstw, organizacja skupu surowca oraz warunki przechowywania i przetwarzania surowca w zakładzie, mają istotny wpływ na rozwój drobnoustrojów w mleku surowym. Udoskonalenia techniczne pozwalają na otrzymanie surowca o wysokim stopniu higieny [Kupczyk i Gaworski, 2004]. Rozwój mikroorganizmów zależy od ilości składników potrzebnych do wzrostu lub ich metabolitów obecnych w środowisku. Powodują one częściowe lub całkowite zahamowanie rozwoju drobnoustrojów. Na tempo wzrostu drobnoustrojów wpływają warunki środowiska: dostęp pokarmu, występowanie witamin i składników mineralnych, dostęp tlenu, temperatura, kwasowość środowiska, aktywność wody [Łaniewska-Trokenheim i inni, 2009]. 2. Prawo i jakość mikrobiologiczna Kryteria, jakie musi spełnić produkt spożywczy przed wejściem na rynek powinny być sprecyzowane. Dopełnienie wymagań pozwala na akceptację produktu na podstawie cech fizyko-chemicznych oraz mikrobiologicznych. Jednym z najważniejszych aktów prawnych jest, tzw.: pakiet higieniczny, który tworzą cztery rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 852/2004 w sprawie higieny środków spożywczych, (WE) nr 853/2004 ustanawiające szczegółowe przepisy dotyczące higieny w odniesieniu do żywności pochodzenia zwierzęcego oraz (WE) nr 882/2004 w sprawie kontroli urzędowych przeprowadzanych w celu sprawdzenia zgodności z prawem paszowym i żywnościowym oraz regułami dotyczącymi zdrowia zwierząt i dobrostanu zwierząt oraz (WE) 854/2004: szczegółowe przepisy z zakresu organizacji urzędowych kontroli produktów pochodzenia zwierzęcego przeznaczonych do spożycia przez ludzi [Kołożyn-Krajewska, Sikora, 2010]. Wymagania jakościowe i ilościowe dotyczące mikroorganizmów chorobotwórczych w mleku i produktach mleczarskich zawarte są

Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów 97 w Rozporządzeniu Komisji (WE) nr 1441/2007 z dnia 5 grudnia 2007 r. (zmieniające rozporządzenie (WE) nr 2073/2005) w sprawie kryteriów mikrobiologicznych dotyczących środków spożywczych. Utrzymanie wysokiej jakości surowca polega na ciągłym monitoringu i podejmowaniu działań korygujących w przypadku zagrożeń [Jakubczyk, 2002]. 3. Zastosowanie bazy danych ComBase do zapewniania bezpieczeństwa mikrobiologicznego produktów mleczarskich 3.1. Baza ComBase wyszukiwarka danych eksperymentalnych Zachowanie standardu higienicznego i mikrobiologicznego sprawdzane jest praktycznie na każdym etapie produkcji i przetwarzania mleka, począwszy od pomiaru liczby komórek drobnoustrojów w mleku surowym, badaniu półproduktów oraz wyrobu gotowego. Analizy mikrobiologiczne gotowych produktów należą do metod czasochłonnych i kosztownych. Postępująca konkurencja na rynku artykułów mleczarskich wymusiła na producencie konieczność sprawnych i dających dokładne wyniki analiz mikrobiologicznych. Coraz większa liczba zakładów jest wyposażona w nowoczesne aparaty, które w krótkim czasie mogą określić cechy fizykochemiczne oraz stan mikrobiologiczny produktu. Rozwój nauki pozwala na sięganie po coraz nowsze rozwiązania. Do jednych z nich należy prognozowanie w mikrobiologii. Pozwala to na określenie rozwoju lub warunków przeżywalności i inaktywacji poszczególnych grup drobnoustrojów w żywności. Naukowcy posługując się danymi z przeprowadzonych wcześniej badań i doświadczeń, formułują matematyczne zależności, pozwalające przewidzieć stopień rozwoju drobnoustrojów, przy uwzględnieniu warunków środowiska, interakcji ze składnikami żywności. Dziedzinę nauki, która zajmuje się przewidywaniem i prognozowaniem rozwoju drobnoustrojów w żywności określono mianem mikrobiologia prognostyczna. Prowadzone analizy z wykorzystaniem mikrobiologii prognostycznej pozwalają na określenie przydatności do spożycia, liczby i rodzaju drobnoustrojów, które mogą rozwijać się w żywności. Mikrobiologia prognostyczna daje szanse na projektowanie nowych wyrobów, które będą charakteryzować się dobra jakością mikrobiologiczną. Prognozowanie mikrobiologiczne umożliwia zaplanowanie procesu technologicznego, w wyniku, którego otrzymany produkt będzie bezpieczny. Pozwala również na określenie skutków błędnie przeprowadzonych procesów pro-

98 Jarosław Kowalik, Ewa Zuzga, Anna Sylwia Tarczyńska dukcyjnych lub przerwania łańcucha chłodniczego [Kołożyn-Krajewska, Sikora, 2010]. Najważniejszym elementem potwierdzającym słuszność zastosowania modeli matematycznych w prognozowaniu mikrobiologicznym jest obligatoryjne stosowanie ilościowej analizy ryzyka celem zapewnienia bezpieczeństwa i jakości mikrobiologicznej, zgodnie z ustawą o bezpieczeństwie żywności z dnia 25 sierpnia 2006 roku i Rozporządzeniem WE nr 178/2002. Zastosowanie mikrobiologii prognostycznej możliwe jest w niemal każdym zakładzie bez wykonywania skomplikowanych badań eksperymentalnych. W celu określania możliwości rozwoju niepożądanych mikroorganizmów można wykorzystać bazę danych ComBase. Powstała ona w wyniku współpracy Instytutu Badań Żywności (IFR) w Norwich (Wielka Brytania), Amerykańskiego Departamentu Rolnictwa (USDA) i Australijskiego Centrum ds. Bezpieczeństwa Żywności (FSC). ComBase zawiera ok. 50 000 krzywych opisujących kinetykę zachowania wielu gatunków bakterii w różnych produktach żywnościowych oraz pożywkach mikrobiologicznych z uwzględnieniem wielu zmiennych czynników środowiska. Większość danych eksperymentalnych ma podłoże naukowe, co stanowi ważny atut, np. podczas analizy zagrożeń mikrobiologicznych w systemie HACCP. 3.2 ComBase Predictor narzędzie do prognozowania mikrobiologicznego Strona internetowa ComBase zawiera kilka przydatnych narzędzi. Wśród nich jest program ComBase Predictor (CP), który generuje prognozy wzrostu drobnoustrojów w odpowiedzi na takie czynniki środowiska jak temperatura, ph i aktywność wody, wykorzystując do obliczeń dane zawarte w bazie. Program CP daje możliwość określania np. specyficznego tempa wzrostu bakterii lub czasu trwania fazy przystosowawczej (lagfazy). Te parametry mogą być wykorzystywane do ustalania okresu stabilności mikrobiologicznej produktu podczas obróbki technologicznej lub jego przechowywania. Rozwój technik komputerowych i dostępność Internetu sprzyjają powstawaniu baz danych dotyczących zachowania się wielu patogenów oraz drobnoustrojów odpowiedzialnych za psucie żywności [Baranyi, 2002; MacKellar, Lu, 2004]. Posługując się bazą, użytkownik (zakład mleczarski, dystrybutor) może w przyjazny sposób wyszukać interesujący przypadek zachowania wybranego gatunku drobnoustroju w mleku surowym oraz

Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów 99 w różnych produktach mleczarskich i na podstawie specyficznego tempa wzrostu (przyrost liczby komórek bakterii w jednostce czasu i masy produktu) może określić stan mikrobiologiczny produktu (np. w łańcuchu chłodniczym). Wykorzystując informacje zawarte w bazie przeprowadzono symulację wzrostu drobnoustrojów podczas przechowywania smakowego mleka UHT (zob. rysunek 1-4). Zaobserwowano różnicę tempa wzrostu pałeczek Listeria monocytogenes i Salmonella w celowo zanieczyszczonym mleku UHT podczas przechowywania w warunkach chłodniczych (7 o C) oraz w przypadku przerwania łańcucha chłodniczego (temperatura 25 o C). Rysunek 1. Przykładowy wzrost liczby komórek Salmonella w truskawkowym mleku UHT w temperaturze 7 o C (ph=6,6)

100 Jarosław Kowalik, Ewa Zuzga, Anna Sylwia Tarczyńska Rysunek 2. Przykładowy wzrost Salmonella w truskawkowym mleku UHT w temperaturze 25 o C (ph=6,6) Rysunek 3. Przykładowy wzrost Listeria monocytogenes w truskawkowym mleku UHT w temperaturze 6 o C (ph=6,6)

Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów 101 Rysunek 4. Przykładowy wzrost Listeria monocytogenes w truskawkowym mleku UHT w temperaturze 25 o C (ph=6,6) Na rysunkach nr 5-8 wykorzystano powyższe wyniki badań lecz z zastosowaniem narzędzia ComBase Predictor, również dostępnego w bazie ComBase. Wyniki analiz eksperymentalnych pobranych z bazy ComBase zostały dopasowane do modelu różniczkowego Baranyi i Roberts`a na podstawie, którego działa aplikacja ComBase Predictor. W programie konieczne jest wstawienie danych dotyczących głównych parametrów fizykochemicznych rozpatrywanego produktu i procesów podczas produkcji lub dystrybucji. W panelu programu (zob. rysunki 7-8) była możliwość wpisania zawartości kwasu mlekowego, który dla mleka wynosi ok. 1500 ppm (w przybliżeniu 7 o SH) [Kowalik i inni, 2012].

102 Jarosław Kowalik, Ewa Zuzga, Anna Sylwia Tarczyńska Rysunek 5. Panel programu ComBase Predictor przedstawiający prognozę wzrostu liczby komórek Salmonella w temperaturze 7 o C, uwzględniający parametry fizykochemiczne mleka Rysunek 6. Panel programu ComBase Predictor przedstawiający prognozę wzrostu liczby komórek Salmonella w temperaturze 25 o C, uwzględniający parametry fizykochemiczne mleka

Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów 103 Rysunek 7. Panel programu ComBase Predictor przedstawiający prognozę wzrostu liczby komórek Listeria monocytogenes w temperaturze 7 o C, uwzględniający parametry fizykochemiczne mleka Rysunek. 8. Panel programu ComBase Predictor przedstawiający prognozę wzrostu liczby komórek Listeria monocytogenes w temperaturze 25 o C, uwzględniający parametry fizykochemiczne mleka W Katedrze Mleczarstwa i Zarządzania Jakością UWM w Olsztynie (przy współpracy SGGW Warszawa, AE Kraków, UP Lublin) powstaje bezpłatna, internetowa baza danych związana z określaniem rozwoju wy-

104 Jarosław Kowalik, Ewa Zuzga, Anna Sylwia Tarczyńska branych patogenów w polskich produktach spożywczych (produkty mięsne i mleczarskie). Do modelowania matematycznego zastosowano wyniki badań eksperymentalnych dotyczące zachowania patogenów (m.in. Salmonella, Yerisnia, Listeria) w produktach pochodzenia zwierzęcego (m.in.: pasztet, mleko spożywcze, ser camembert, kiełbasa podsuszana) przechowywane w szerokim zakresie temperatury (3-25 o C). Zakończenie Przytoczony w niniejszej pracy, hipotetyczny przykład oszacowania zagrożenia wzrostu bakterii Salmonella i Listeria w mleku służy jedynie zaprezentowaniu jednej z możliwości prognostycznych, istniejących i ciągle rozwijanych programów komputerowych. Dzięki nim możliwe jest oszacowanie ryzyka mikrobiologicznego dla całego łańcucha żywnościowego począwszy od produkcji mleka surowego, zaś na dystrybucji i konsumpcji kończąc, oczywiście rozpatrując wiele innych rodzajów bakterii i sytuacji sprzyjających namnażaniu patogenów. Mikrobiologia prognostyczna a przede wszystkim zastosowanie jej w postaci międzynarodowej bazy danych i dostępnych programów komputerowych może mieć wszechstronne zastosowania, od określania konsekwencji przerwania łańcucha chłodniczego, podczas analizy zagrożeń w systemie HACCP a także jako narzędzie szkoleniowe dla wszystkich zainteresowanych produkcją i dystrybucja bezpiecznej żywności [McMeekin i inni, 2006; Godlewska, Kołożyn-Krajewska, 2008]. Literatura 1. Baranyi J. (2002), Stochastic modelling of bacterial lag phase, International Journal of Food Microbiology, nr 73. 2. Gaworski M., Kupczyk A. (2001), Chłodnictwo zarys ogólny, [w:] Łańcuch chłodniczy w produkcji mleczarskiej, Oficyna Wydawnicza HOŻA, Warszawa. 3. Gaworski M., Kupczyk A.(2004), Analiza technologicznych aspektów doskonalenia systemu obrotu mlekiem surowym w Polsce, Problemy Inżynierii Rolniczej, nr 4. 4. Godlewska K., Kołożyn-Krajewska D. (2008), Prognozowanie mikrobiologiczne w łańcuchu żywnościowym, Przemysł Spożywczy, nr 2. 5. Jakubczyk E.(2002), Wymagania jakościowe dla mleka spożywczego w aktach prawnych Unii Europejskiej, Przegląd Mleczarski, nr 8.

Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego mleka i produktów 105 6. Kołożyn-Krajewska D., Sikora T. (2010), Podstawowe uwarunkowania zapewnienia jakości żywności, Prognozowanie mikrobiologiczne, Podstawy ustawodawstwa żywnościowego, [w:] Zarządzanie bezpieczeństwem żywności, Wydawnictwo C.H. Beck, Warszawa. 7. Kowalik J, Łobacz A, Tarczynska A.S., Ziajka S. (2012), Graphic validation of growth models for Listeria monocytogenes in the milk during storage, Milchwissenschaft, nr 1(67). 8. Łaniewska-Trokenheim Ł. (2009), Wpływ czynników fizycznych i chemicznych na rozwój drobnoustrojów, [w:] Mikrobiologia w towaroznawstwie żywności, Wydawnictwo UWM, Olsztyn. 9. McKellar R.C., Lu X.W. (2004), Modeling microbial responses in foods, CRC Press LLC, Florida. 10. McMeekin T.A., Baranyi J., Bowman J., Dalgaard P., Kirk M., Ross T., Schmid S., Zwietering M.H. (2006), Information systems in food safety management, International Journal of Food Microbiology, nr 112. 11. Rozporządzenie (WE) nr 178/2002 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 28 stycznia 2002 r. ustanawiające ogólne zasady i wymagania prawa żywnościowego, powołujące Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności oraz ustanawiające procedury w zakresie bezpieczeństwa żywności. 12. Rozporządzenie (WE) nr 852/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie higieny środków spożywczych. 13. Rozporządzenie (WE) nr.853/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 roku ustanawiające szczegółowe przepisy dotyczące higieny w odniesieniu do żywności pochodzenia zwierzęcego. 14. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 2073/2005 z dnia 15 listopada 2005 roku w sprawie kryteriów mikrobiologicznych dotyczących środków spożywczych. 15. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 maja 2005 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wymagań weterynaryjnych dla mleka oraz produktów mlecznych 16. Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia, Dz.U. z 2006 r., nr 171, poz. 1225. 17. Witryna internetowa: www.combase.cc Streszczenie Przystąpienie Polski do Unii Europejskiej wymusiło konieczność dostosowania się do standardów w zakresie surowca oraz gotowych produktów spo-

106 Jarosław Kowalik, Ewa Zuzga, Anna Sylwia Tarczyńska żywczych. Według prawa UE (Rozporządzenie (WE) Nr 2073/2005), przedsiębiorstwa sektora spożywczego odpowiedzialne za wytwarzanie danego produktu powinny prowadzić badania mikrobiologiczne w celu zbadania zgodności z kryteriami w ciągu całego okresu przydatności do spożycia. W opracowaniu przedstawiono najważniejsze aspekty prawne związane z wymaganiami surowca i produktów gotowych. Omówiono również jak ważne jest zachowanie ciągłości łańcucha chłodniczego oraz przedstawiono symulację jego przerwania na przykładzie produktu mleczarskiego. Zasygnalizowano także możliwości wykorzystania baz danych i mikrobiologii prognostycznej do określania ryzyka mikrobiologicznego na etapie przechowywania chłodniczego produktów spożywczych. Określono możliwości rozwoju pałeczek Salmonella i Listeria w mleku smakowym UHT w sytuacji reinfekcji i przerwania łańcucha chłodniczego. Opisano możliwości wykorzystania ogólnie dostępnej i bezpłatnej bazy danych ComBase wraz z jej narzędziami do prognozowania. Stwierdzono dużą przydatność powstających baz danych przy wspieraniu systemów zapewniania bezpieczeństwa żywności w łańcuchu żywnościowym. Słowa kluczowe mikrobiogia prognostyczna, łańcuch chłodniczy, bezpieczeństwo żywności Ensuring the health safety of milk and dairy products during cold storage (Summary) Polish accession to the European Union has forced the need to comply with the standards for raw and finished food products. Under EU law (Regulation (EC) No 2073/2005), food business operators responsible for the manufacture of the products should conduct microbiological research to investigate compliance with the criteria throughout the shelf-life. The paper presents the most important legal aspects related to the requirements of raw materials and finished products. The importance of the cold chain continuity maintenance is also discussed and a simulation example of the breakpoint on the dairy product is presented. The authors also signaled the possibility of using databases and predictive microbiology to determine the microbiological risk during cold storage of food products. The opportunities for Salmonella and Listeria in flavored UHT milk in a situation of re-infection and interruption of cold chain are identified. The possibilities of the use of generally available and free ComBase database and its tools for prognostic are described. It was concluded that it is very useful databases in support produced in support of food safety assurance systems in the food chain. Keywords predictive microbiology, cold chain, food safety