KE 3/2010, s. 20 Pilaantumisen hallinta helpottuu uusilla tutkimusmenetelmillä

Pakattujen elintarvikkeiden pilaantumismuutosten muodostuminen ja siihen johtavat tekijät ovat monitahoisia ja haastavia ilmiöitä mallintaa. Genomiikkaan perustuvat tutkimusmenetelmät avaavat uusia mahdollisuuksia tutkia pilaantumisilmiöitä pintaa syvemmältä.

Kylmäkestoiset bakteerit aiheuttavat säilyvyysongelmia erityisesti suojakaasu- ja tyhjiöpakatuissa elintarvikkeissa. Tavallisesti pilaantumisen taustalla ovat maitohappobakteerien lisääntyminen sekä niiden tuottamien, epämiellyttävinä koettavien aineenvaihduntatuotteiden kertyminen tuotteeseen. Vaikka pakattu elintarvike on suljettu, kohtalaisen yksinkertainen ekosysteemi, pilaantumismuutosten muodostuminen ja siihen johtavat tekijät ovat osoittautuneet monitahoisiksi ilmiöiksi mallintaa.

Pilaantumistutkimus lähtee liikkeelle pilaajabakteerien tunnistamisesta, sillä näytteen bakteeripitoisuus ei varsinaisesti kerro pilaantumisen aiheuttajasta. Kun pilaajabakteerien esiintymistä tarkastellaan rinnan aistihavaintojen kanssa ja lisäksi huomioidaan tuotteen ominaisuudet ja säilytysolosuhteet, voidaan usein päätellä pilaantumismuutosten syyt ja pilaantumiselle altistavat tekijät tuotteissa tai prosesseissa.

Toisinaan on tarkoituksenmukaista varmistaa pilaantumisen aiheuttaja siirrostamalla pilaantuneesta näytteestä eristettyjä bakteerikantoja tuoreisiin näytteisiin ja seuraamalla niiden kykyä aiheuttaa pilaantumismuutoksia. Näin pystytään erottamaan varsinaiset pilaajabakteerit niin sanotusta taustamikrobistosta.

Uudet pilaajabakteerit haasteena

Pilaantumistutkimusten yhteydessä on löytynyt uusia, aikaisemmin tuntemattomia bakteerilajeja. Esimerkkeinä uusista bakteerilajeista ovat mm. marinoitujen raakalihavalmisteiden pilaantumiseen liittyvät Leuconostoc gasicomitatum- ja Loligofermentans -maitohappobakteerit.

Yhteistyöhankkeissa elintarvikealan yritysten kanssa on jäljitetty, miten ja mistä nämä pilaajabakteerit päätyvät elintarvikkeisiin. Tulosten perusteella näyttää siltä, että pilaajamaitohappobakteerit ovat pääasiassa ympäristössä eläviä bakteereita, jotka ovat löytäneet tavalla tai toisella tiensä elintarviketuotantoketjuun.

Toistaiseksi ei tiedetä, voivatko pilaajamaitohappobakteerit säilyä elinvoimaisina tuotantolaitoksissa tai peräti asettua tuotantotiloihin, mikä selittäisi tiettyjen solulinjojen muita yleisemmän esiintymisen elintarvikkeissa.

Pilaajamaitohappobakteerit rajoittavat monen tuotteen myyntiaikaa ja aiheuttavat ajoittain säilyvyysongelmia jo tuotteen myyntiaikana. Hyvä tuotantohygienia, kylmäketju, sekä pakkaaminen suojakaasuun tai tyhjiöön ehkäisevät tehokkaasti monien taudinaiheuttajien ja perinteisten pilaajabakteerien kasvun, kun taas pilaajamaitohappobakteerit pystyvät tuotteeseen päästyään kasvamaan näistä rajoitteista huolimatta.

Menetelmiä pilaajabakteeriyhteisön tutkimiseen

Pilaajabakteeriyhteisöjen muodostumisesta tiedetään vasta suhteellisen vähän, sillä tutkimustiedon kartuttamista on pitkään hidastanut tarkoitukseen sopivien tutkimusmenetelmien puuttuminen. Perinteinen, viljeltyjen bakteeripesäkkeiden tunnistamiseen perustuva lähestymistapa edellyttää suuria työpanoksia ja tuottaa todellista suppeamman kuvan bakteeriyhteisön rakenteesta.

Tämän rinnalle on kehitetty bakteerien DNA:han perustuva T-RFLP (Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism) menetelmä, joka mahdollistaa bakteeriyhteisön rakenteen selvittämisen aiempaa suuremmista näytemääristä. Menetelmän avulla pystytään aikaisempaa kattavammin seuraamaan muutoksia pilaajabakteeriyhteisöjen rakenteessa säilyvyysajan muuttujana tai esim. vasteina erilaisille reseptimuutoksille. Tulevaisuudessa menetelmällä on tarkoitus selvittää tarkemmin bakteeriyhteisön rakenteen ja pilaantumismuutosten välistä yhteyttä.

Toinen uusi tapa pilaajayhteisöjen tutkimiseen on yhteisön sisältämän DNA:n emäsjärjestyksen selvittäminen kokonaisuudessaan (metagenomiikka). Emäsjärjestyksen perusteella voidaan tunnistaa yhteisön jäsenet, arvioida yhteisön monimuotoisuus sekä päätellä yhteisön geneettinen potentiaali pilaantumismuutosten aiheuttamiseen. Kalleutensa ja työläytensä vuoksi menetelmä ei toistaiseksi sovellu suurien näytemäärien tutkimiseen, mutta koska kyseessä on yksi nopeimmin kehittyvistä biologian aloista, tilanne voi muuttua piankin.

Genomiikka apuna aineenvaihdunnan selvittämisessä

Pilaantumistutkijoiden yhtenä haasteena on tuottaa elintarvikealan toimijoille tietoa siitä, millaisin toimenpitein pilaajien esiintymistä ja kasvua voitaisiin ehkäistä. Tähän pyrkiessä Helsingin yliopiston Elintarvikehygienian ja ympäristöterveyden osaston tutkijat ovat selvittäneet yhteistyössä Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutin kanssa L. gasicomitatum -pilaajakannan perimän (genomi) ja lisäksi työn alla on viiden muun elintarvikkeissa yleisesti esiintyvän maitohappobakteerin perimän kuvaus. Genomitieto on valottanut pilaantumismuutosten aineenvaihdunnallista taustaa.

Lisäksi genomiikkaan perustuvat tutkimusmenetelmät, muun muassa mikrosiruteknologia, avaavat ovia uudenlaisiin tutkimusasetelmiin, joiden avulla päästään mallittamaan pilaajalajien kasvua ja aineenvaihduntaa vasteina esim. olosuhdemuutoksille. Tulevaisuuden tavoitteena on tunnistaa tekijöitä, jotka suosivat mahdollisimman haitattoman bakteeriyhteisön valikoitumisen tuotteessa.

Elina Vihavainen
yliopisto-opettaja

Timo Nieminen
tutkijatohtori

Johanna Björkroth
professori

Helsingin Yliopisto
Elintarvikehygienian ja ympäristöterveydenosasto

Lisätietoja:
http://www.vetmed.helsinki.fi/elintar/tutkimus_eh_mikrobiekologia.html

*****************************************************************

Pilaantumistutkimuksia jo kolme vuosikymmentä

Mikrobien aiheuttamia säilyvyysongelmia on tutkittu Helsingin yliopiston Elintarvikehygienian ja ympäristöterveyden osastolla (ent. Elintarvike- ja ympäristöhygienian laitos) jo kolme vuosikymmentä. Professori Johanna Björkrothin luotsaama tutkimusryhmä on viime vuosina keskittynyt teollisesti tuotettujen elintarvikkeiden pilaantumista aiheuttavien mikrobiryhmien tunnistamiseen ja tutkimiseen.

Keskeisenä tutkimushaasteena on kartoittaa elintarvikkeen olosuhdetekijät, jotka johtavat pilaajabakteerien lisääntymiseen ja pilaantumismuutosten muodostumiseen. Tämä edellyttää monialaista osaamista valmistusprosessien tuntemuksesta bakteerigenomiikkaan ja tutkimusta tehdäänkin elintarvikehygienian, mikrobiologian ja molekyylibiologian asiantuntijavoimin.
Ryhmä on osa Suomen Akatemian mikrobiologisen elintarviketurvallisuuden tutkimuksen kansallista huippuyksikköä.

Muut teemajutut samasta lehdestä :