J. LUKÁŠOVÁ
Fakulta veterinární hygieny a ekologie Veterinární a farmaceutické univerzity Brno
SOUHRN
Lukášová J. Význam mikrobiologie pro zajištění zdravotní nezávadnosti a jakosti potravin. Veterinářství 2004;54:
Mikrobiologie potravin je obor, jehož úlohou je sledování a uplatňování poznatků o mikroorganismech v surovinách, polotovarech a potravinách, o jejich distribuci a charakteristice, o vlivu technologií na ně a využívání mikroorganismů při výrobě různých druhů potravin v praxi. Mikrobiologie zahrnuje rovněž studium metabolických pochodů mikroorganismů, které vedou ke kažení potravin. Významnou úlohu hraje mikrobiologie potravin v ochraně spotřebitelů před alimentárním onemocněním. Součástí tohoto oboru je rovněž studium preventivních opatření, která brání rozmnožování nežádoucích mikroorganismů v surovinách a potravinách.
SUMMARY
Lukášová J. Importance of microbiology in a food health security and quality. Veterinářství 2004;54:
Food microbiology deals with microorganisms survey in a raw material and food stuff, their distribution and characteristics, impact of the technology on them and the use of microorganisms for food stuff production. In addition, the results application are one of the important role of food microbiology. The branch is also engaged in a study of metabolic processes leading to food spoiling. Food consumer protection against alimentary diseases and preventive measures for growth inhibition of certain microorganisms in a raw material and food stuff are another important parts of food microbiology role.
Mikrobiologie potravin jako samostatný obor vznikla v důsledku intenzivního rozvoje potravinářského průmyslu a produkce potravin. Využívání různých technologických procesů k výrobě potravin a zvyšování jejich údržnosti, zajištění jejich zdravotní nezávadnosti, především zavádění nových moderních technologií výroby, balení a skladování potravin a zásadní změny ve způsobu stravování lidí si vyžádaly jiné pohledy na mikrobiologii a mikroorganismy, než jaké poskytuje obecná a klinická mikrobiologie, tradovaná na lékařských, veterinárních a přírodovědeckých fakultách. Na VFU se mikrobiologie potravin traduje již od padesátých let. Nejdříve jako nepovinný předmět, později zavedením oboru „veterinární lékařství – hygiena potravin“ a v roce 1991 ustanovením Fakulty veterinární hygieny a ekologie jako základní předmět studijního programu.
Výuka je zaměřena na tato zásadní hlediska:
1. Jakými cestami se mikroorganismy dostávají do surovin a potravin.
2. Jak působí podmínky získávání, zpracování a skladování potravin na mikroorganismy.
3. Jak mikroorganismy přítomné v potravinách ovlivňují jejich kvalitu a zdravotní nezávadnost.
Pronikání mikroorganismů do potravního řetězce
Způsob pronikání mikroorganismů do potravního řetězce představuje především monitoring jejich výskytu v zevním prostředí. Tato část zájmu mikrobiologů je nedílnou součástí ekologie a koloběhu mikroorganismů v životním prostředí. Ekologické studie, především patogenních mikroorganismů, jsou dnes již nevyhnutelné pro porozumění vztahům mezi prostředím, potravinou a člověkem. Náležejí sem znalosti o výskytu a přežívání mikroorganismů ve vodě, v půdě, ve vzduchu, na rostlinách, u živočichů a poznatky o cestách přenosu mikroorganismů z prostředí do surovin a potravin. Např. Sutherland a Murdock1 prokázali přenos spór psychrotrofních bacilů ze zemědělského prostředí do pasterovaného mléka.
Živočichové, jako jsou hlodavci, ptáci, hmyz a divoce žijící zvířata, jsou významní především jako nosiči patogenních mikroorganismů. Řada studií prokázala přítomnost salmonel v mouchách, u hlodavců, ptáků a zvířat, kdy tyto bakterie nevyvolávají onemocnění hostitelů, ale jsou vylučovány exkrementy do prostředí. Totéž se týká i jiných patogenů, např. Listeria monocytogenes, E. coli aj.
Důležitým zdrojem kontaminace potravin jsou hospodářská zvířata. Klinicky nemocná zvířata jsou zdrojem kontaminace masa, mléka, vajec a po vyléčení mohou ještě dlouhou dobu vylučovat patogeny výkaly. Latentní infekce představují značné nebezpečí zvláště tehdy, jsou-li zvířata vystavena stresu, např. při náhlé změně prostředí, neadekvátní přepravě aj. Rovněž člověk může být příčinou kontaminace potravin, především v důsledku nedodržování osobní hygieny, o čemž referují např. Udo a kol.,2 kteří prokázali přenos enterotoxin produkujících koaguláza negativních stafylokoků z pracovníků restaurace do pokrmů.
Vliv vnitřních a vnějších faktorů na mikroorganismy v potravinách
Mikroorganismy jsou v surovinách a potravinách vystaveny působení řady vlivů, které souvisejí se strukturou a skladbou potravin (vnitřní faktory) a s vnějšími podmínkami především technologických procesů při výrobě a skladování (vnější faktory). Mezi nejčastěji využívané faktory patří hlavně nízká a vysoká teplota, aktivita vody, kyselost prostředí, relativní vlhkost, redox potenciál, koncentrace soli, přirozené antimikrobiální látky aj.3
Vlivy interakce a synergie jednotlivých faktorů jsou velmi dobře vysvětleny tzv. překážkovým efektem, který popisuje, jak rozdílné vnější a vnitřní faktory působí na schopnost mikroorganismů přežívat, příp. růst.
Tradiční mikrobiologické postupy určení zdravotní nezávadnosti a hygienické jakosti potravin jsou zdlouhavé. Informace jsou k dispozici za několik dnů po odebrání vzorků. Tyto skutečnosti vedly k hledání takových systémů, které by značně omezily potřebu mikrobiologického zkoušení a umožňovaly na základě hodnot určitých parametrů předvídat pravděpodobnost růstu mikroorganismů v dané potravině.
Tyto snahy se projevily ve vývoji matematicky modelovaných programů, schopných předpovídat odpověď mikroorganismů na výrobní a skladovací podmínky.4 Toto odvětví moderní mikrobiologie potravin se označuje jako prediktivní mikrobiologie.
Matematické modelování je procedura, která vede k vyjádření sledovaného procesu nebo fenoménu jednou nebo více matematickými rovnicemi. Úspěšné aplikace modelovacích postupů vyžadují znalosti experimentálního projektu a regresní analýzy.
V matematickém modelovacím postupu jsou vytvořeny určité regresní rovnice, které umožňují předpovídat možnost nebo pravděpodobnost mikrobiálního růstu nebo produkce toxinu v určitých potravinových produktech.
Prediktivní mikrobiologie umožňuje snížení mikrobiologického rizika u rychle se kazících potravin pomocí určení vnitřních a vnějších ovladatelných faktorů růstu a metabolismu zúčastněných mikroorganismů. Výsledky vlivu podmínek prostředí na růstové konstanty určitých mikroorganismů získané konkrétními mikrobiologickými analýzami, uskutečněnými na definovaných mediích, se sumarizují a adaptují do matematických vztahů. Interpolací nových definovaných podmínek prostředí pomocí těchto vztahů se získá předpověď jejich odezvy v novém prostředí, které nebylo mikrobiologickými metodami testováno. Modely tohoto typu byly vypracovány pro řadu patogenních mikroorganismů, jako jsou Staphylococcus aureus, Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum včetně produkce toxinů. I když takové modely indikují pouze pravděpodobnost růstu nebo tvorby toxinu, určují nejdůležitější faktory nebo jejich interakce ovlivňující růst. Umožňují změnu ve složení výrobku nebo změnu výrobních nebo skladovacích podmínek.
Kinetické modely se soustřeďují na stanovení kvantitativního vztahu mezi růstem a sledovanými faktory. Předpovídají rychlost růstu a tvorby toxinů (trvání lag fáze nebo generační doby). Tyto modely byly uplatněny u salmonel, Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, Escherichia coli, Aspergillus niger a bakterií kažení. Modelování je nejčastěji prováděno ve vztahu k aktivitě vody, teplotě, pH a koncentraci soli.
Prediktivní mikrobiologie dává potravinářským mikrobiologům silný nástroj, dovolující dostatečně přesnou předpověď kvality a bezpečnosti potravin. Tuto expertízu mohou provádět na základě pozorovaných podmínek rychle, mimo laboratoř, což má velký význam jak pro výrobce, tak i pro spotřebitele.
Postupy prediktivní mikrobiologie dále umožňují:
1. Předpovídat následky změny prostředí na trvanlivost a hygienickou bezpečnost potravin. Jejich pomocí je možné navrhnout vhodnou úpravu podmínek prostředí vzhledem na zabezpečení trvanlivosti a hygienické nezávadnosti nově vyvíjených výrobků.
2. Objektivně odhadnout a stanovit podmínky technologických operací při výrobě určitého produktu s ohledem na mikrobiologické požadavky systému HACCP.
3. Objektivně odhadnout následky možné odchylky parametrů technologické operace v procesu zpracování a uskladnění mikrobiologicky rizikových produktů.5
Mikroorganismy mohou svou metabolickou činností ovlivňovat kvalitu a zdravotní nezávadnost potravin. Na této činnosti se podílí celá řada mikrobiálních enzymů, jako jsou proteázy, lipázy, sacharolytické enzymy, které rozkládají základní složky potravin, jako například bílkoviny, tuky a sacharidy. Další enzymy, např. reduktázy nebo dekarboxylázy, se mohou podílet na vzniku toxických látek. Mezi tyto látky patří např. biogenní aminy, z nichž histamin může při nesprávném skladování masa nebo mořských ryb dosáhnout toxických koncentrací.6 Biogenní aminy mohou sloužit také jako indikátory kažení potravin. Postřehnutelné změny, jako jsou cizí pach, změna chuti a vzhledu kazících se potravin, se objevují tehdy, když počty mikroorganismů dosáhnou hodnot 107-8/ml, g nebo cm2-3. Na kažení se podílejí bakterie, plísně a kvasinky. Většina mikroorganismů rozkládá intracelulárními enzymy nízkomolekulární látky, které jsou transportovány do buňky různými mechanismy. Mnoho mikrobiálních buněk však produkuje také extracelulární enzymy, které jsou vylučovány do potraviny a hydrolyzují velké molekuly živin na malé molekuly, které jsou transportovány do buňky. Extracelulární enzymy jsou většinou termostabilní a zachovávají si svou aktivitu i po tepelném ošetření potravin. Při nevhodném uskladnění výrobků pak mohou působit jejich kažení.7
Metabolické činnosti mikroorganismů se na druhé straně využívá k výrobě celé řady výrobků, jako jsou kysané mléčné výrobky, sýry, fermentované uzeniny, nakládaná zelenina. Tyto mikroorganismy se uplatňují také v zemědělství při výrobě siláží. Mikroorganismy, které se k těmto účelům používají, jsou charakteristické tím, že rychle rozkládají cukry na organické kyseliny, především kyselinu mléčnou, a produkují nízkomolekulární látky jako diacetyl a další, které po podílejí na vůni a chuti fermentovaných výrobků. Označují se jako startovací kultury. Jsou to vyšlechtěné kultury z přirozeně se vyskytujících mikroorganismů v surovinách a potravinách. Zahrnují druhy Leuconostoc spp., Lactobacillus spp., Lactococcus spp., Streptococcus spp. a další.8
Základní požadavky na startovací kultury jsou:
1. produkce kyseliny mléčné,
2. vznik senzoricky významných složek (diacetyl, acetaldehyd, volné těkavé mastné kyseliny),
3. hydrolýza bílkovin a tuků,
4. produkce biologicky významných složek (bakteriociny),
5. potlačování patogenních a technologicky nežádoucích mikroorganismů.
Patogenní mikroorganismyv potravinách
Intenzivní pozornost je v potravinářské mikrobiologii věnována mikroorganismům, které vyvolávají alimentární onemocnění lidí. Výskyt potenciálně patogenních mikroorganismů v prostředí, schopnost některých přežívat v nepříznivých podmínkách představují vážnost potenciálního nebezpečí. Řada patogenních mikroorganismů se vyskytuje v zažívacím traktu zvířat a lidí a jsou nepravidelně vylučovány do prostředí. Přežívají na rostlinách, v prachu a ve výkalech zvířat. Také povrchová voda a voda říční mohou být kontaminovány. Z toho je zřejmé, jak obtížné je zabránit proniknutí patogenních mikroorganismů do potravin. Z potravin jsou nejčastěji příčinou onemocnění drůbež, vejce, maso a masné výrobky a jen ve velmi malém procentu mléko a mléčné výrobky.9
Z masa mohou být izolovány salmonely, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Escherichia coli, vzácněji Yersinia enterocolitica a Clostridium botulinum.
U drůbeže se vyskytují nejčastěji salmonely a Campylobacter jejuni, dále jsou nalézány Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus. V mléce jsou zjišťovány salmonely, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, vzácně pak Campylobacter jejuni, Yersinia enterocolitica. V úvahu je nutno brát také Mycobacterium bovis a především Mycobacterium paratuberculosis.10
Vejce jsou nejčastěji kontaminována salmonelami. Především Salmonella enteritidis je nejčastějším původcem onemocnění lidí po konzumaci vajec a vaječných výrobků. Patogeny související s rybami a ostatními mořskými živočichy zahrnují Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Vibrio vulnificus, Salmonella a Clostridium botulinum typ E.11
V současné době je velká pozornost věnována verotoxickým Escherichia coli, z nichž je nejvíce prostudována Escherichia coli O157 : H7. Tento mikroorganismus způsobuje závažná onemocnění lidí.12
Se vznikem alimentárních onemocnění lidí jsou spojovány také méně známé patogeny jako Arcobacter butzleri, Helicobacter pylori, Helicobacter pulorum a Aeromonas hydrophilla.13
Samostatnou a důležitou část potravinářské mikrobiologie tvoří viry, které se v potravinách vyskytují a mohou způsobit závažná onemocnění. Viry se v potravinách nerozmnožují. Většina virů je citlivá k vysokým teplotám a běžné technologické procesy, jako jsou pasterace a sterilizace, je ničí. Některé jsou však schopny přežívat vysoké teploty (např. virus infekční hepatitidy A), fermentační procesy aj. Mražení je konzervuje. Viry v potravinách jsou nejčastěji příčinou infekční hepatitidy, vzácně klíšťové encefalitidy nebo dětské obrny, příp. jiných onemocnění.14
Mykologie jako samostatný vědní obor zahrnuje také mykologii potravin, která studuje interakce mezi potravinami, plísněmi a kvasinkami. Plísně jsou ubikvitárně rozšířeny v životním a pracovním prostředí člověka. Nalézáme je v ovzduší, půdě, ve vodě, na rostlinách, v krmivu na pracovních plochách a stěnách v potravinářském průmyslu, na nesprávně skladovaných obalech, v surovinách a potravinách.15
Zdroje kontaminace surovin a potravin jsou:
1. nevhodné umístění potravinářského závodu (v blízkosti zemědělské výroby, průmyslové výroby nebo zástavby obytných domů),
2. klimatizace, zvláště při nedostatečném zabezpečení vhodnými filtry,
3. nedostatečná hygiena a sanitace,
4. plesnivé suroviny a potraviny.
Potraviny jsou pro plísně vhodným živným substrátem. Po kontaminaci potravin spórami dochází k růstu mycelia a aktivaci enzymového aparátu. Následně dochází ke kažení potravin.
Plísně mají i pozitivní význam při výrobě potravin. Kulturní plísně se používají k výrobě plísňových sýrů (Camembert, Roquefort), k výrobě trvanlivých tepelně neopracovaných masných výrobků (Uherský salám, Křemešník) nebo při výrobě některých vín z pozdního sběru.
Řada plísní produkuje mykotoxiny, což jsou sekundární toxické metabolity. Jsou to látky nebílkovinné povahy, toxické pro člověka a zvířata. Nejznámější mykotoxiny jsou aflatoxiny a ochratoxiny. V současné době je známo více než 300 mykotoxinů.16
Cílem laboratorního mikrobiologického vyšetřování potravin je prokázat, že potraviny odpovídají požadavkům daným především Vyhláškou 294/1999 Sb., ve znění pozdějších předpisů, a jsou tedy zdravotně nezávadné. K mikrobiologickému vyšetření se používají klasické metody, které se řídí ČSN EN ISO normami, harmonizovanými s mezinárodními normami.
Kromě těchto metod jsou zaváděny do laboratoří moderní mikrobiologické postupy, které urychlují a zpřesňují vyšetřování potravin. Jsou to např. vysoce diferenciační media (chrom-agary), mechanizace a automatizace laboratorních postupů, metody založené na principu bioluminiscence, impedance, dále průtoková cytometrie, ELISA metody a metody molekulární biologie (PCR, PFGE aj.).
Literatura:
1. Sutherland A. D., Murdock R. Seasonal occurrence of psychrotrophic Bacillus sp. in raw milk, and studies on the interactions with mesophilic Bacillus sp. Int. J. Food Microbiol. 1994;21:279-292.
2. Udo E. E., Al-Bustan M. A., Jacob L. E., Chugh T. D. Enterotoxin production by coagulase- negative staphylococci in restaurant workers from Kuwait City may be a potential cause of food poisoning. J. Med. Microbiol. 1999;48:819-823.
3. Jay J. M. Modern Food Microbiology. London; Chapman and Hall, 1997:661.
4. Zwietering M. H., Jongenburger I., Rombouts J. M., van Riet K. Modeling of bacterial growth curve. Appl. Enviroment.Microbiol. 1990;56:1875-1881.
5. Valík L., Görner F. Metódy mikrobiálnej predpovede-prediktívna alebo prognostická mikrobiologia. In: Sborník ze semináře Moderní trendy v mikrobiologii potravin. Třešť; Československá společnost mikrobiologická, 1995:43-55.
6. Kim S. H., Field K. G., Chang D. S., Wei C. I., An H. Identification of bacteria crucial to histamine accumulation in pacific mackerel during storage. J. Food Prot. 2001;64: 1556-1564.
7. Bibek R. Food spoilage by microbial enzymes. In: Bibek R. Fundamental Food Mikrobiology. CRC Press, 2001:261-268.
8. Frank J. H., Hassan A. N. Starter cultures and their use. In: Marth E. A., Steele J. L. Applied Dairy Mikrobiology. Marcel Dekker, INC, 1998:131-172.
9. Schueppel H., Fehlhaber K., Stryczek E. Endogenous contamination in carcasses. Berliner und Muenchener Tieraerztliche Wochenschrift 1994;56:1875-1881.
10. Chiodini R. S., Hermon-Taylor J. The thermal resistance of Mycobacterium paratuberculosis in raw milk under conditions simulating pasteurization. J. Vet. Diagn. Invest. 1993;5:629-631.
11. Hielm S., Hyytiä E., Andersin A. B., Korkeala H. S. Survey of Finnish fishing grounds show high numbers of Clostridium botulinum type E spores in bottom sediments. Proceedings of World Congress on Food Hygiene. Hague 1997:179.
12. Clark A., Marlon S., Wright P., Corkish J., Bollon F. J., Russel J. A community outbreak of Verotoxin producing Escherichia coli O157 infection linked to a small farm dairy. Commun. Dis. Rep. CDR Rev. 1997;12:206-211.
13. Wesley I. V. Helicobacter and Arcobacter Species: risk for foods and beverages. J. Food Protect. 1996;59:1127-1132.
14. Eley A. R. Viruses and Protozoa. In: Microbial Food Poisoning. London; Chapman and Hall, 1996:95-106.
15. Pešič D., Škrinjar M., Stojanovič L., Katič V. Mould associated with milk depending on macroclimate and geographical location. Proceedings of World Congress on Food Hygiene. Hague, 1997:252.
16. Ostrý V. Osobní sdělení.
17. Hunger W. Antimikrobielle Substanzen von Milsäurebakterien in der milchverabeitenden Industrie. Alimenta 1991;2:30-34.
Adresa autora:
Prof. MVDr. Jindra Lukášová, CSc.
Ústav hygieny a technologie mléka
Veterinární a farmaceutická univerzita Brno
Palackého 1 – 3
612 42 Brno
e-mail: lukasovaj@vfu.cz
