Betydelsen av pastöriseringsöverlevande bakterier ... - Svensk Mjölk

BranschinternRapport nr 7030-12003-12-08Betydelsen av pastöriseringsöverlevandebakterier för kvaliteten hos ostEn litteraturstudieAnders ChristianssonSvensk Mjölk ForskningTelefon 0771-191900. E-post fornamn.efternamn@svenskmjolk.se

Betydelsen av pastöriseringsöverlevande bakterier förkvaliteten hos ostEn litteraturstudieAnders ChristianssonSammanfattningMed pastöriseringsöverlevande bakterier avses sådana som kan överleva lågpastörisering vid72°C i 15 sekunder. De mest värmeresistenta bakterierna är sporbildarna av släktena Bacillusoch Clostridium. Bland de icke sporbildande bakterierna är olika coryneforma bakterier somt.ex. Microbacterium lacticum mest värmetåliga. Därefter följer mikrokocker, Streptococcusthermophilus, samt enterokocker. Vissa Lactobacillus-arter överlever också i viss mån pastörisering.Pastöriseringsöverlevande bakterier med relevans för ost kan uppförökas i pastören och/ellergenom tillväxt i osten. Den enda idag säkert kända och tydligt pastöriseringsöverlevandemikroorganismen som kan påverka ostkvaliteten är Streptococcus thermophilus och eventuelltäven Bacillus licheniformis. Dessa kan förökas i pastören vid långa körtider (mer än 8-12timmar) och kan hamna i höga halter i ystmjölken, med smak och texturfel i ost som resultat.Vid UF-koncentrering av ystmjölk och lång driftstid kan olika Bacillus-arter förökas medsmakfel som följd i lagrad Cheddar-ost. Vissa laktobaciller kan delvis överleva pastörisering,men deras halter i leverantörmjölk är sannolikt oftast för låga för att ha betydelse. Vissaundersökningar antyder dock på att laktobaciller i viss mån skulle kunna uppförökas i pastör,med måttligt förhöjda halter i ystmjölken som följd. Laktobaciller anses oftast hamna i ystmjölkgenom återkontamination, men ett tillskott genom uppförökning i pastören skulle kunnaleda till en snabbare laktobacill-tillväxt i ost med kvalitetspåverkan som följd.2

InledningPastöriseringsöverlevande bakterier i leverantörmjölk har på senare tid blivit ett problem vidtillverkning av mjölkpulver, beroende på att kraven på totalantalet bakterier i mjölkpulverökats. Kunderna kräver idag ofta mindre än 10000 bakterier/g pulver, vilket motsvarar mindreän 1000 pastöriseringsöverlevande bakterier/ml i mjölken. De förhöjda halterna har identifieratssom ett gårdsproblem, med anknytning till diskförhållanden på gårdarna (1). Det är käntsedan tidigare att den pastöriseringsöverlevande bakterien Streptococcus thermophilus kan geupphov till kvalitetsfel hos ost, om den får tillfälle att föröka sig i pastörens regenerativ vidlånga körtider (2). Mycket höga halter hamnar då i ystmjölken, vilket leder till onormal gasbildningoch smakfel i ost. Däremot är effekten av andra pastöriseringsöverlevande bakterierleverantörmjölken i stort sett okänd. Denna litteraturstudie har gjorts för att belysa om sådanabakterier kan ha en betydelse för ostkvaliteten.Egenskaper hos pastöriseringsöverlevande bakterierMed pastöriseringsöverlevande bakterier menas sådana bakterier som överlever lågpastöriseringvid 72°C i 15 sekunder. De mest värmeresistenta bakterierna är sporbildarna av släktenaBacillus och Clostridium. Bland de icke sporbildande bakterierna är olika coryneforma bakteriersom t.ex. Microbacterium lacticum mest värmetåliga. Därefter följer mikrokocker,Streptococcus thermophilus, samt enterokocker (3). Vissa Lactobacillus-arter överlever i vissmån pastörisering (4). Medan de coryneforma bakterierna klarar temperaturer över 80°C såavdödas de mest värmeresistenta Lactobacillus-arterna delvis redan vid lågpastöriseringstemperatur.Många pastöriseringsöverlevande bakterier är strikt aeroba (Bacillus, coryneformaoch mikrokocker). Klostridier är strikt anaeroba medan enterokocker och laktobacillerär fakultativt anaeroba, d.v.s. de kan tillväxa vid syrefria förhållanden som råder inuti ost.Bland klostridierna begränsas tillväxten av ostens låga pH, vilket leder till att Clostridiumtyrobutyricum är den art som dominerar och kan förstöra osten. Enterokocker, Streptococcusthermophilus och laktobaciller kan dock tillväxa. Däremot kan inte Bacillus, coryneformabakterier och mikrokocker tillväxa i större utsträckning inuti ost. Pastöriseringsöverlevandebakterier tillväxer i stort sett inte i leverantörmjölk som kylförvaras. Den flora som tillförts pågården i huvudsak via mjölkningsanläggningen och kons hudflora finns alltså kvar oförändradvid ankomsten till mejeriet.Förekomst av pastöriseringsöverlevande bakterier i mjölkEnligt en nyligen genomförd undersökning inom projektet ”Pastöriseringsöverlevande bakterieri leverantörsmjölk” så varierade halten pastöriseringsöverlevande bakterier på 47 svenskagårdar mellan mindre än 10/ml och upp till 38.000/ml. Medelvärdet var 1500 och medianen120/ml. I en undersökning av konsumtionsmjölk från 10 olika europeiska länder 1990 varmedelvärdet för 2000 prover 2000/ml. De skandinaviska länderna och Nederländerna hadelägst halter (8-900/ml) medan högst halter påträffades i tysk mjölk (medelvärde 6700/ml) (5).Spridningen i värdena var dock stor. Vid en spansk undersökning av leverantörmjölkenssammansättning vid 8 gårdar varierade halten pastöriseringsöverlevande bakterier mellan 270och 7100/ml med medelvärde 3800/ml (6). I en japansk undersökning påvisades halter mellan100-1000/ml i pastöriserad mjölk, med Microbacterium och Micrococcaceae som dominerandegrupper. Låga halter av Streptococus, Lactobacillus och Actinomyces påträffades också(7). Sammanfattningsvis tycks halten pastöriseringsöverlevande bakterier på samlingsmjölks-3

nivå vara relativt låg i Sverige och även internationellt och överstiger sällan 10000/ml. Det äri relation till dessa halter som eventuella risker för osttillverkning som mjölkråvaran ska bedömas.Mikrobiologiska kvalitetsrisker med pastöriseringsöverlevandebakterier i ostUppförökning i processenExemplet med Streptococcus thermophilus och ystmjölkspastörer har beskrivits tidigare (se(2) och referenser däri). I samband med långa driftstider, särskilt för ystmjölkspastörer medhög värmeåtervinningsgrad, hade man bl.a. i Holland i slutet av 1970-talet observerat en stigandehalt Streptococcus thermophilus i den utgående mjölken. Efter 8-12 timmars drift kanbakteriehalterna stiga mycket snabbt i mjölken och kan nå cirka 1 miljon/ml, trots låg halt iinkommande mjölk. Driftstidens längd är starkt beroende av leverantörmjölksflorans innehållav S. thermophilus. Vid låga halter kan betydligt längre driftstider uppnås. Fenomenet harundersökts noggrant i pilotpastörskala. Vid tillsats av 20.000 S. thermophilus/ml till mjölkråvaranbörjade halten i den pastöriserade mjölken att stiga redan efter 4 timmar. På grund avsin värmeresistens överlever S. thermophilus en lågpastörisering och kan etablera sig efterhållarcellen. Högst halter fann man i regenerativet (1-10 miljoner/cm2) på de plattor där temperaturenvar 40-50°C d.v.s. vid de temperaturer där S. thermophilus har högst tillväxthastighet(cirka 15 minuters generationstid). Vidhäftning och tillväxt på ytor är nödvändig för attuppnå dessa halter i mjölken, eftersom fritt växande bakterier skulle spolas ut ur pastören. S.thermophilus kunde fästa direkt på det rena stålet. I Gouda-ost som tillverkas av ystmjölk med1 miljon S. thermophilus/ml kan det ske en ytterligare ökning av bakterierna i osten upp till enhalt av 100 miljoner - 1miljard/g. Ostarna får oren bismak och onormal gasbildning, vilketpåverkar texturen negativt. Enligt de holländska erfarenheterna får det förekomma högst100.000 S. thermophilus/ml i mjölken för att inte ostkvaliteten ska påverkas negativt. För attminska tillväxten rekommenderas en mellandisk när dessa halter nås. Försköljning med vatteni 2-3 minuter, 10 minuters cirkulationsdisk med 1% lut och eftersköljning gav goda resultat.Tillväxt av S. thermophilus kan även ske i termiseringsutrustning och i separatorer.Liknande problem har aktualiserats i Australien på senare tid både i anslutning till långa körtiderför pastörer (8) och i samband med kontinuerlig osttillverkning på UF-koncentreradmjölk (9). I det senare fallet hölls mjölken vid 50°C under UF-behandlingen. Vid denna temperaturtillväxer termofila sporbildare av släktet Bacillus mycket snabbt. Efter 12-20 timmarskörtid stiger Bacillus-halten kraftigt i mjölken och detta är starkt korrelerat till sämre ostkvalitet(bitter smak och bismak) vid bedömning av Cheddar efter 6 månader.En förutsättning för att uppförökning ska kunna ske är att en bakterie överlever lågpastöriseringoch sedan har möjlighet att fästa vid ytor med lämplig temperatur i regenerativ eller UFutrustningoch kan tillväxa där. Detta gäller både för S. thermophilus och sporbildarna.Bacillus licheniformis har också påvisats kunna föröka sig i värmeväxlare (10). Denna bakterietillväxer snabbt vid 50-55°C. Teoretiskt sett skulle även andra Bacillus-arter kunna tillväxa.Den begränsande faktorn är sannolikt om de kan tillväxa rimligt snabbt. Clostridiumtyrobutyricum kan inte uppförökas under de aeroba betingelser som råder.Bacillus-arter kan vanligen inte tillväxa i ost eftersom det råder anaeroba betingelser, även omvissa arter kan växa anaerobt. B. cereus kan visserligen föröka sig svagt under ytstnings-4

processen men dör senare under ystningen (11). Bacillus polymyxa har rapporterats ge ostjäsningi enstaka fall (12). I samband med undersökning av Grevé-ost med texturfel påträffadescirka 500.000 Bacillus licheniformis/g i en ost. Vid Mejeriernas Ostutvecklingsstation iFalkenberg gjordes miniystningar med tillsats av låg och hög halt av denna bakterie (ej publicerat).Vid låg tillsats hände ingenting, bakterien förökade sig inte. Vid hög tillsats (som ioriginalosten) jäste ostarna upp kraftigt på grund av smörsyrajäsning. Ostarnas pH-värde stegtill över 6,0. B. licheniformis roll i denna jäsning var sannolikt indirekt. Bakterien är relativtsyratolerant och kan troligen överleva länge i osten. Den kan förbruka nitrat, vilket sannoliktledde till att smörsyrasporer kunde gro ut och osten jäste. Vid höga halter, av vilken bakteriesom helst som kan förökas upp under värmningsprocessen (mer än 1 miljon/ml), finns det riskför at det bildas extracellulära enzymer, t.ex. proteaser och lipaser. Dessa enzymer kan dåpåverka ostmognadsprocessen, vilket sannolikt var fallet med UF-Cheddartillverkningen iAustralien. Bakterien behöver således inte växa till i osten för att kunna orsaka kvalitetsdefekter.Uppförökning i ostenBland de pastöriseringsöverlevande mjölksyrabakterierna kan det teoretiskt sett finnas möjlighetbåde till uppförökning i pastör och under ostens tillverkning och lagring. Det finns dockinga rapporter om tillväxt till höga halter i värmeväxlare för dessa organismer. Enterokockeroch laktobaciller är mera värmekänsliga än de tidigare beskrivna mikroorganismerna, varförinte lika stor risk föreligger. För en stam av Lactobacillus plantarum rapporteras ett D-värdepå 4,4 sekunder vid 72°C (4). Detta betyder att innehållet av denna bakterie skulle reducerasmed 3,4 logenheter vid pastörisering i 15 sekunder. Martley undersökte såväl förändringen itotalantal bakterier som pastöriseringsöverlevande bakterier över en kommersiell ystmjölkspastörunder en 10-dagarsperiod (13). Inga skillnader kunde påvisas mellan halten pastöriseringsöverlevandebakterier i ingående mjölk och ut från pastör vid produktionsdagens börjanoch slut. Däremot var totalantalet bakterier vid två dagar en faktor 10-100 högre ut från pastörän ingående mjölk. Mjölken var fosfatasnegativ och således korrekt pastöriserad. Detta inträffadetvå dagar när totalantalet var högre än normalt i ingående mjölk. Martley menar att dettaorsakats av värmetoleranta mjölksyrabakterier, som delvis avdödats, och därför inte kundedetekteras med den vanliga laboratorietesten för pastöriseringsöverlevande bakterier, värmningvid 63°C under 30 minuter, men som vid högre halter i ingående mjölk dock till viss delöverlevde och kunde föröka sig i regenerativet.I Cheddar-ost gjord på opastöriserad mjölk påträffades höga halter enterokocker. Undersökningarmed bl.a. molekylärbiologiska typningsmetoder indikerade att källan sannolikt varmjölkningsanläggningen (14) och orsaken otillräcklig disk. Enterokocker är vanliga i ostargjorda på opastöriserad mjölk eftersom de växer bra i osten och ingen reducering sker genompastörisering.Laktobaciller påträffas alltid i ost som fått mogna (13). De anses till största delen vara enåterkontaminationsflora som finns i mejeriutrustningen och kontaminerar mjölken i sambandmed ystningen. Normalt påträffas

aciller, såsom t.ex. Lactobacillus brevis, och olika subspecies av Lb. casei har visat sigkunna orsaka kvalitetsfel i ost, se t.ex. (15), där man även kunde spåra ursprunget till leverantörmjölken.Det är idag osäkert i hur stor utsträckning en eventuell uppförökning i pastörkan ha på laktobacillutvecklingen i svensk ost. En ökning i halt med t.ex. en faktor 100 eller1000 i ystmjölken skulle dock kunna innebära en tidigare påverkan på ostmognaden än vadsom är normalfallet. En kontinuerlig uppföljning av totalantalet bakterier före och efter pastöri förhållande till laktobacillhalt och ostkvalitet skulle eventuellt kunna ge svar på den frågan.Mögelostar och kittostarMögelostar skiljer sig från hårdost genom en högre vattenhalt, tillsats av grön- eller vitmögel,samt frånvaro av vaxning eller paraffinering. Detta gör att i synnerhet ytskiktet på ostenkommer att utgöra en aerob miljö, som medger tillväxt av aeroba mikroorganismer. På liknandesätt är ostytan på kittostar en aerob miljö under kittbehandlingen. Bland de mikroorganismersom utvecklar sig på ytorna av dessa ostar finns mikrokocker, stafylokocker, Brevibacteriumoch corynebakterier (16, 17). Enzymer från Micrococcus sp. verkar också ha enpositiv roll för smakutvecklingen av vissa färskostar (18). Det är tydligt att den pastöriseringsöverlevandefloran utgör en viktig komponent i ytfloran på mögelostar och kittostar.Kombinationen av pastöriseringsöverlevnad, aerob tillväxt och ofta salttolerans har troligtvislett till att denna typ av flora har ett selektivt övertag bland de bakterier som uppträder spontanti denna miljö. Liknande pigmenterade bakterier påträffas också som t.ex. gula fläckar påytan av ost i plastfilm, särskilt i skarvar med syreläckage.SlutsatserDen enda idag säkert kända och tydligt pastöriseringsöverlevande mikroorganismen som kanpåverka ostkvaliteten är Streptococcus thermophilus och eventuellt även Bacilluslicheniformis. Dessa kan förökas i pastören vi långa körtider (mer än 8-12 timmar) och kanhamna i höga halter i ystmjölken, med smak och texturfel i ost som resultat. Vid UF-koncentreringav ystmjölk och lång driftstid kan olika Bacillus-arter förökas med smakfel som följd ilagrad Cheddar-ost. Vissa laktobaciller kan delvis överleva pastörisering, men deras halter ileverantörmjölk är sannolikt oftast för låg för att ha betydelse. Vissa undersökningar tyderdock på att laktobaciller i viss mån skulle kunna uppförökas i pastör, med förhöjda halter iystmjölk som följd. Samtliga av dessa bakterier finns i mjölkråvaran och dennas innehåll påverkarrisken för uppförökning i mejeriprocesserna. Eventuell uppförökning kan enkelt undersökasgenom att mäta deras halt i mjölk före och efter pastör vid början och slutet av driften.Det är sannolikt svårt, och inte motiverat, att riktat försöka reducera dessa bakteriers förekomsti leverantörmjölk. Coryneforma bakterier (mest Microbacterium) och mikrokocker,som dominerar den pastöriseringsöverlevande floran, har ingen betydelse för hårdostars kvalitet.Rådgivning och åtgärder som leder till att gruppen pastöriseringsöverlevande bakterier isin helhet reduceras genom förbättrade diskrutiner på gårdarna minskar med stor sannolikhetäven förekomsten av de potentiellt produktskadliga pastöriseringsöverlevande bakterierna.6

Referenser1. Svensson, B. 2001. Pastöriseringsöverlevande bakterier . En litteraturstudie.Svensk Mjölk rapport 4995.2. Christiansson, A. & Nilsson, J. 1994. Bakteriologiska problem i samband meddrift av värmeväxlare och annan utrustning. Svensk Mjölk rapport 4930.3. Stadhouders, J., Hup, G. & Hassing, F. 1982. The conceptions of index and indicatororganisms discussed on the basis of the bacteriology of spray-dried milkpowder. Netherlands Milk and Dairy Journal 36: 231-260.4. Jordan, K.N. & Cogan, T.M. 1999. Heat resistance of Lactobacillus spp. isolatedfrom Cheddar cheese. Letters in Applied Microbiology 29: 136-140.5. Suhren, G. 1990. Zur bakteriologischen Beschaffenheit von värmebehandelterKonsummilch. Eine Untersuchung von Handelsproben aus 10 europäischenLändern. DMZ Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft (15): 468-471.6. Villar, A., Garcia, J.A., Iglesias, L., Garcia, M.L. & Otero, A. 1996. Applicationof principal component analysis to the study of microbial populations in refrigeratedraw milk from farms. International Dairy Journal 6: 937-945.7. Kikuchi, M., Matsumoto, Y., Sun, X. & Takao, S. 1996. Incidence and significanceof thermoduric bacteria in farm milk supplies and commercial pasteurizedmilk. Animal Science and Technology 67(3): 265-272.8. Lehmann, F.L., Russell, L.S., Solomon, L.S. & Murphy, K.D. 1992. Bacterialgrowth during continous milk pasteurization. The Australian Journal of DairyTechnology 47: 28-32.9. Lehmann, F. 1992. Thermoduric-thermophilic bacteria in continous cheesemaking.The Australian Journal of Dairy Technology 47: 94-96.10. Langeveld, L.P.M., Van Monfort-Quasig, R.M.G.E., Weerkamp, A.H.,Waalewijn, R. & Wever, J.S. 1995. Adherence, growth and release of bacteria ina tube heat exchanger for milk. Netherlands Milk and Dairy Journal 49: 207-220.11. Rukure, G. & Beter, B.H. 2001. Survival and growth of Bacillus cereus duringGouda cheese manufacturing. Food Control 12(1): 31-36.12. Tjepkema, R., Price, W.V. & Foster, E.M. 1953. An early-gas defect in Swisscheese caused by Bacillus polymyxa. Journal of Dairy Science 36: 1272-1278.13. Martley, F.G. & Crow, V.L. 1993. Interactions between non-starter microorganismsduring cheese manufacture and ripening. International Dairy Journal3: 461-483.14. Gelsomino, R., Vancanneyt, M., Cogan, T.M., Condon, S. & Swings, J. 2002.Source of enterococci in a farm-house raw-milk cheese. Applied andEnvironmental Microbiology 68(7): 3560-3565.15. Hull, R., Toyne, S., Haynes, I. & Lehmann, F. 1992. Thermoduric bacteria: a reemergingproblem in cheesemaking. The Australian Journal of DairyTechnology 47: 91-94.16. Corsetti, A., Rossi, J. & Gobbetti, M. 2001. Interactions between yeasts andbacteria in the smear-ripended cheeses. International Journal of FoodMicrobiology 69: 1-10.17. Bockelman, W. & HoppeSeyler, T. 2001. The surface flora of bacterial smearripenedcheese from cow's and goat's milk. International Dairy Journal 11:307-314.18. Mohedano, A.F., Fernandez, J., Gaya, P., Medina, M. & Nunez, M. 1998. Effectof the cysteine proteinase from Micrococcus sp. INIA 528 on the ripening processof Hisponico cheese. Journal of Dairy Research 65(4): 621-630.7