Кисломолочные продукты занимают большую долю в мировой биотехнологии
Производство ферментированных молочных продуктов основано на использовании заквасочных культур для сквашивания молока и получения продукта с определенной текстурой, ароматом и вкусом. Наиболее часто применяют Lactococcus lactis, Streptococcus
thermophilus и отдельные виды рода Lactobacillus (в основном Lb. delbrueckii и Lb. helveticus). В большинстве своем молочнокислые бактерии чувствительны к бактериофаговым инфекциям.
На молочных предприятиях основными источниками бактериофагов являются сырое молоко, которое содержит фаговые частицы, и бактерии, в которых находятся профаги. В 1 л сырого молока, поступающего непосредственно с фермы, может содержаться до 106 фагов. Другим источником фагов является заквасочная культура неизвестного происхождения или с неопределенным штаммовым составом.
Самыми распространенными фагами молочнокислых бактерий являются фаги Lactococcus и Str. thermophilus. Гораздо менее подвержены инфицированию фагами штаммы Lactobacillus.
Вторичное инфицирование может происходить из окружающей среды (воздуха, загрязненной рабочей одежды, производственных помещений).
Бактериофаги обнаружены в начале ХХ в. Фредериком Туортом (1915 г.) и Феликсом Д’Эреллем (1917 г.). Но именно Д’Эрелль описал вновь обнаруженные микроорганизмы как бактериофаги и доказал, что они являются вирусами.
- Cчитается, что первое научное описание деятельности бактериофагов приналежит Эрнесту Ханкину, который наблюдал бактериолитические свойства воды из реки Ганг (Индия) во время эпидемии чумы.
- Бактериофаги являются самыми многочисленными существами в биосфере. Предполагается, что число их приближается к 1031 Они существуют там, где живут их хозяева-бактерии. В окружающей среде содержится от 5 до 10 фаговых частиц на одну бактериальную клетку.
- С биологической точки зрения фаги не являются живыми организмами, а представляют собой комплексы нуклеопротеинов — композитных частиц, состоящих из нуклеиновых кислот ДНК или РНК и белков. Фаги не имеют клеточного строения и не обладают метаболизмом, но в то же время состоят из молекул, характерных для живых организмов.
- Способность фагов к размножению впечатляет: 1 фаг может превратиться в 100 000 000 фагов за 2,5 ч. Таким образом, заражая клетку- хозяина, бактериофаги обычно вызывают ее гибель. Однако они не проявляют никакой активности вне клетки и не могут расти самостоятельно, являясь патогенами только для своих хозяев.
- Фаги одного типа, как и другие вирусы, способны поражать клетки только одного вида, иногда даже одного штамма. Поэтому потребление их в пищу не представляет никакого риска для потребителя.
- Некоторые фаги, которые поражают патогенные бактерии, используются для сохранения пищевых продуктов, а также в терапевтических целях.
Обнаружение бактериофагов молочнокислых бактерий
Развитие бактериофага является одним из самых проблемных биологических процессов, который влияет на ферментацию и рост бактериальной культуры, а также ее метаболическую активность. В зависимости от стадии производственного процесса, на котором происходит инфицирование, последствия могут быть разными. Фаговая атака заквасочной культуры может вызвать замедление сквашивания и даже остановку процесса,
приводящие к недостаточному кислотообразованию, что способствует росту патогенной микрофлоры, формированию неплотной структуры, а также появлению неприятных запа-
хов в продукте. В конечном итоге это снижает качество готового продукта или может привести к потере всей партии товара. Раннее обнаружение фагов в сыром молоке и ферментационных танках позволяет ограничить потенциальные потери.
Фагоустойчивые закваски
Одним из наиболее эффективных способов защиты от повышения уровня бактериофага на предприятии является использование фагоустойчивых заквасок. У молочнокислых бактерий возникли системы защиты от фагов, которые действуют на разных стадиях цикла репликации фагов. Эти системы обычно кодируются на плазмидах (мобильных генетических элементах), что позволяет легко переносить их на другие бактериальные штаммы. Таким образом у чувствительных к фагам штаммов вырабатывается иммунитет.
Адаптация бактериофагов к технологическим условиям
Бактериофаги могут сохраняться в производственной среде в течение длительного времени и адаптироваться к неблагоприятным условиям, таким как термическая и химическая
обработка.
Доказано, что некоторые фаги Lb. рaracasei и Lb. delbrueckii не инактивируются в восстановленном обезжиренном молоке при нагревании до 90 °C в течение 30 мин. Еще одним признаком адаптации фагов является снижение чувствительности к дезинфицирующим средствам, таким как гипохлорит натрия и надуксусная кислота. Это вынуждает предприятия применять различные ротационные программы в области санитарии.
Бактериофаги также постоянно эволюционируют для того, чтобы преодолеть механизмы иммунитета устойчивых к фагам штаммов. Следовательно, проблема фагового инфицирования не может быть решена универсальным образом, а методы профилактики должны постоянно совершенствоваться.
Основные причины развития бактериофага на предприятии:
- неправильные процедуры обработки и дезинфекции производственных линий и производственных помещений;
- отсутствие планирования работы с фагами на предприятии на стадии проектирования объектов и производственных линий;
- неправильная ротация и дозирование заквасочных культур;
- транспортировка молока и сыворотки в одних и тех же цистернах;
- использование подсырных сливок для нормализации молока;
- снижение дозировки заквасок.
Стратегии фагового контроля
Бактериофаги являются источником существенных финансовых потерь для молочных заводов, они вызывают неконтролируемое сквашивание, которое влияет на работу предприятия. В результате возникает риск снижения качества готового продукта.
В отдельных случаях фаги могут вызвать полную остановку процесса ферментации, которая, например, при производстве творога приводит к потере довольно большого коли-
чества сырья. Ввиду огромного разнообразия бактериофагов, встречающихся в сыром молоке, и их общей устойчивости к термической обработке поддержание нулевого уровня
фагов на предприятии является невыполнимой задачей. Таким образом, единственный способ защиты от потерь — это соблюдение санитарно-гигиенических процедур и тех-
нологических рекомендаций, а также использование устойчивых к фагам заквасочных культур.
Концентраты сывороточных белков часто содержат фаги. Поэтому при использовании этих продуктов в производстве заквашивание рекомендуется проводить разными заквасочными культурами. Это особенно важно в случае применения сывороточных продуктов, полученных в результате ферментации с использованием природных культур. Природные закваски часто содержат бактериофаги, которые представляют серьезную угрозу определенным заквасочным культурам, часто состоящим из небольшого числа штаммов.
Одной из причин высокого содержания бактериофагов в сыром молоке является практика использования одних и тех же цистерн для транспортировки сыворотки и молока. Так как
бактериофаги чрезвычайно устойчивы к высоким температурам, то они легко выдерживают температуры пастеризации, особенно при производстве творога и сыра. Исследования показали, что тепловая обработка при 90 °С в течение 20 мин инактивирует
большинство бактериофагов.
Важно понимать, что использовать подсырные сливки для нормализации молока необходимо с большой осторожностью. Для безопасного применения подсырных сливок в производстве должны соблюдаться такие же правила, как и при работе с сывороткой. Перед использованием сливки рекомендуется стерилизовать.
О мойке и дезинфекции
Молочные заводы иногда проводят химическую дезинфекцию с использованием реагентов, которые эффективны против нежелательных микроорганизмов, но не работают в отношении бактериофагов. Химическая дезинфекция должна быть обязательным этапом обработки оборудования, особенно это касается ферментационных танков.
Многочисленные исследования подтверждают эффективность работы двух реагентов:
- гипохлорит натрия в концентрации 0,75 % (необходимо помнить, что этот ингредиент очень агрессивен даже для нержавеющей стали);
- надуксусная кислота в концентрации 0,02 % (часто используется в сочетании с перекисью водорода).
Указанные концентрации относятся к стандартному процессу дезинфекции. В случае фаговой атаки дозировки реагентов повышают в 2 раза.
Необходимо проводить дезинфекцию производственных помещений вышеупомянутыми реагентами с использованием фумигационных установок с периодичностью обработки
1 раз в 1–2 недели в зависимости от типа производимого продукта и технологии производства. В момент обработки персонал в помещении должен отсутствовать. В случае фаговой атаки частота обработки должна быть увеличена.
При проектировании объектов и производственных линий необходимо планировать последующую работу с бактериофагом. Все процессы обработки сыворотки или пермеата следует строго разделять с процессами ферментации. Это правило также относится и к оборудованию, используемому для осветления сыворотки.
Установка закрытых производственных линий, включая закрытые сыроизготовители, значительно снижает риск фаговой атаки. Кроме того, необходимо предусмотреть обо-
рудование для фильтрации воздуха в помещениях. Также важно предотвращать неконтролируемое перемещение персонала между цехом переработки сыворотки и цехом
ферментации.
Для линий транспортировки и обработки сыворотки или пермеата необходимо использовать отдельные станции CIP-мойки. Моющие средства не уничтожают бактериофаги, которые впоследствии с легкостью обнаруживаются в моющих растворах. Следовательно, использование одной и той же станции для мойки линии молока и сыворотки представляет серьезную опасность.
К вопросу о ротации культур
Правильная ротация заквасок – это система, к которой следует подходить индивидуально, принимая во внимание тип и условия производства. Универсального правила ротации не существует. Система ротации культур подразумевает использование культур, принадлежа-
щих к различным фаговым группам. Ее принцип состоит в том, чтобы на производстве применять одну культуру как можно дольше, не подключая другие ротационные культуры. Затем переходят к использованию второй культуры из предложенного ротационного ряда в течение следующего периода времени и т.д.
Предприятиям также рекомендуется иметь резервные культуры, т.е. принадлежащие к другой фагоальтернативной группе в отличие от основных ротационных. Такие культуры держатся в резерве. Их главная цель — заменить ту культуру в ротации, которая подверглась фаговой атаке.
Снижение дозировки заквасок может также привести к риску возникновения фаговой атаки. Следует помнить, что бактериофаги размножаются намного быстрее, чем бактерии, и, следовательно, чем меньше бактерий в начале ферментации, тем легче они будут уничтожены бактериофагами.
Бактериофаги — одна из самых серьезных технологических угроз для современной молочной промышленности. Постоянное увеличение производственных мощностей вызывает проблему бактериофагов, которая со временем будет становиться все более острой. Если не уделять достаточного внимания управлению уровнем фага, то последствия могут быть очень серьезными, вплоть до нарушения взаимоотношений между компа-
ниями. Вовремя принятые меры могут свести риск серьезного ущерба от фаговой атаки к минимуму.
Возьмем вместе под контроль бактериофаги!
Ирина Лапшевич, менеджер-технолог молочного направления
Компания «Хр.Хансен»
www.chr-hansen.com/ru/
