KE 1/2016, s. 29: Pintaa syvemmältä – pintojen lajikirjo paljastuu

Pintojen mikrobiomikartoitus avaa uusia näkökulmia prosessihygienian hallintaan.

Elintarviketuotantotilojen ja -linjojen mikrobiyhteisöistä tiedetään varsin vähän. Tiloihin ja pintoihin liittyvät mikrobiomit kiinnostavat kuitenkin tutkijoita, sillä saastuneet pinnat ovat merkittävä elintarviketurvallisuutta ja tuotteiden säilyvyyttä vaarantava tekijä.
Prosessi- ja laitehygienian kannalta ongelmallisimpia ovat hankalasti ja harvoin puhdistettavat pinnat, joihin kertyy herkästi eloperäistä ainesta, ravinteita ja mikrobeja.
Katvealueille voi muodostua myös pahamaineista biofilmiä, ellei pinnoittumista pysäytetä pesu- ja puhdistustoimilla. Mikrobien tuhoaminen biofilmin muodostumisen jälkeen on vaikeaa ja aikaa vievää. Muodostuttuaan biofilmi voi tarjota kiinnittymisalustan, suojan ja ravinteita seuraaville bakteerisoluille.

Tutkimus keittomakkaran tuotantoprosessista
Tuotantotilojen ja -laitteiden mikrobiyhteisöjen yhteyksiä elintarvikkeiden säilyvyydelle ja turvallisuudelle tutkitaan Helsingin yliopistossa professori Johanna Björkrothin johtamassa tutkimusryhmässä. Ryhmän tuorein laitoskontaminaatiota käsitellyt tutkimus keskittyi keittomakkaran tuotantoprosessiin (Hultman et al. 2015). Tarkoituksena oli tunnistaa mikrobikontaminaation kannalta ongelmallisia kohtia tuotantoprosessissa, jossa esiintyi ajoittain säilyvyysongelmia.
Tässä tutkimuksessa haluttiin hyödyntää niin sanottua uuden sukupolven sekvensointitekniikoihin perustuvia menetelmiä bakteerien tunnistamisessa. Uusien sekvensointilaitteiden ja –menetelmien sekä ohjelmistojen ja laskentatehon kehityksen myötä analyysit ovat aiempia edullisempia ja nopeampia. Mikrobinäytteitä kerättiin laitteiden ja linjastojen pinnoilta nylonpuikoilla valmistuksen eri vaiheissa ennen tuotannon käynnistämistä ja sen aikana (kuva 1). Lisäksi näytteitä otettiin raaka-aineista prosessin eri vaiheissa ja valmiista tuotteesta.
Perinteisten kontaktimaljojen sijaan mikrobiyhteisöjen koostumusta, eli mikrobiomia, selvitettiin DNA-pohjaisilla menetelmillä. Näytteistä eristettiin DNA, josta monistettiin bakteereille ja arkeonielle ominainen 16S rRNA geenialue PCR-tekniikalla. PCR-tuotteisiin lisättiin näytekohtainen tunnistesekvenssi, ja ne sekvensointiin uuden sukupolven sekvensointitekniikoin. Sekvenssianalyysissä kunkin näytteen sekvenssit pystyttiin erottamaan tunnistesekvenssin avulla ja vertaamaan samankaltaisuuksia sekä eroja näytteiden lajistoissa.

Mikrobilajien määräsuhteet vaihtelevat
Tutkimus paljasti, että kylmien ja ravinneköyhien prosessilaitepintojen mikrobiomit olivat monimuotoisia. Mikrobiyhteisöt olivat kuitenkin lajistoltaan selvästi köyhempiä kuin esimerkiksi maaperässä. Vaikka bakteerilajien kirjo vaihteli näytteiden välillä, tutkittujen pintojen mikrobiomeja vallitsivat ennen kaikkea ympäristöperäiset, kylmää sietävät bakteerit.
Prosessin alkuvaiheessa yleisiä olivat Pseudomonadales , Actinomycetales, Bacillales- (erityisesti Brochothrix spp.) ja Lactobacillales lahkojen bakteerit. Korkean hygienian alueella pintojen valtamikrobit kuuluvat Actinomycetales, Pseudomonadales-, Lactobacillales-, Clostridiales (erityisesti Clostridium spp.) sekä Enterobacteriales -lahkoihin.
Pinta- ja laitehygienian kannalta haasteelliseksi tunnettuja listeria-bakteereita esiintyi laitepintojen mikrobiomeissa vain harvoin, ja silloinkin vain hyvin pieninä osuuksina (< 0,01 % ). Hieman yllättäen korkean hygienian alueella esiintyi yleisesti yersinia-bakteereita. Yersinioita havaittiin raaka-aineessa hyvin vähän (<0,04 %), ja lopputuotteessa niiden osuus oli häviävän pieni (<0,002 %).
Pintojen, raaka-aineiden ja makkaroiden mikrobiomien vertailu osoitti samojen mikrobien esiintyvän kaikissa näytetyypeissä. Mikrobiyhteisön rakenne, eli lajien määräsuhteet poikkesivat kuitenkin merkittävästi toisistaan. Esimerkiksi säilyvyysajan lopulla keittomakkaroiden mikrobiomi koostui lähes yksinomaan maitohappobakteereista, erityisesti lihavalmisteiden pilaajiksi tunnistetuista Leuconostoc -bakteereista (> 40 % bakteereista) (kuva 2). Leukonostokit muodostivat kuitenkin vain pienen osan (n. 2 % bakteereista) liharaaka-aineen tai makkaramassan mikrobiyhteisöissä. Kuumennuksen jälkeistä saastumista pidetään Leukonostokkien todennäköisimpänä lähteenä, koska pilaajaleukonostokkien tiedetään tuhoutuvan keittomakkaran prosessissa (+ 72 °C).
Pakkausvaihe prosessihygienian ongelma-alue
Tässä tutkimuksessa saatiin myös viitteitä kypsennettyjen tuotteiden laiteperäisestä jälkisaastumisesta. Leukonostokkeja ja muita lihan pilaajia sekä muun muassa yersinia-bakteereita esiintyi pakkauslaitteiden pinnoilla ja tuotannon aikana otetuissa näytteissä, mutta myös ennen tuotannon aloittamista, puhdistetuilta pinnoilta kerätyistä näytteissä.
Tulokset osoittavatkin, että pesukäytänteet eivät olleet riittäviä tuhoamaan haittamikrobeja saastuneen pakkauslaitteen pinnoilta. Vaikka haittamikrobien esiintymistä lihavalmisteiden tuotantolinjalla ei voitane täysin estää, niiden esiintymistä puhdistetun pakkauskoneen pinnoilla pidettiin selkeänä prosessihygienian epäkohtana.

Elina Säde
yliopistonlehtori
elina.sade(at)helsinki.fi

Jenni Hultman
tutkijatohtori
jenni.hultman(at)helsinki.fi

Elintarvikehygienian ja ympäristöterveyden osasto
Eläinlääketieteellinen tiedekunta
Helsingin Yliopisto

Kirjallisuus:
Hultman, J. et al. 2015. Meat processing plant microbiome and contamination patterns of cold-tolerant bacteria causing food safety and spoilage risks in the manufacture of vacuum-packaged, cooked sausages. Appl. Environ. Microbiol. Oct. 81(20), 7088−7097.

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

Kommentti:
Pintojen mikrobeista voi olla hyötyäkin

Lihavalmistelaitoksen mikrobiomikartoitus tuotti uutta tietoa kylmien elintarviketuotantotilojen mikrobiomien koostumuksesta. Tulokset auttavat ymmärtämään lihavalmisteiden valmistukseen liittyvien mikrobiomien yhteyksiä ja haittamikrobien kontaminaatiolähteitä.
Tulosten yleispätevyyttä tai mikrobiyhteisöjen pysyvyyttä on vaikea arvioida, koska elintarviketuotantoympäristöjen mikrobiomikartoituksia on raportoitu varsin niukasti.
Prosessihygienian viitekehyksessä laitepintojen mikrobit nähdään ei-toivottuina kontaminantteina. Tiedon karttuessa käsityksemme pintojen mikrobiomeista ja niiden merkityksestä tuotteen laadulle ja säilyvyydelle tulee tarkentumaan. Pintojen mikrobit elävät ja toimivat vuorovaikutuksessa toisiinsa. Mikrobiyhteisöjen jäsenistä jotkut saattavat osoittautua myös hygieniaa edistäviksi toimijoiksi, jotka hallitsevat pinnan ekosysteemiä ja ehkäisevät haittamikrobien asettumista pinnoille. Tutkimukset keskittyvät toistaiseksi mikrobiomien kuvaamiseen, mutta tulevaisuuden hankkeet tuottavat toivottavasti tietoa myös mikrobien toiminnasta ja vuorovaikutuksista laitepinnoilla.

Elina Säde
Jenni Hultman