Inverkan av kylningsförloppet på tillväxt av bakterier i

advertisement
EN FORSKNINGSRAPPORT FRÅN LRF MJÖLK
Rapport nr: 8002
2014-02-20
Inverkan av kylningsförloppet
på tillväxt av bakterier i
gårdstankmjölk.
Anders Christiansson
Inverkan av kylningsförloppet på tillväxt av bakterier i
gårdstankmjölk.
Sammanfattning
Kylning är en förutsättning för att förhindra bakterietillväxt i tankmjölk. En matematisk modell har
tagits fram för att kunna förutsäga effekten av långsamma kylningsförlopp på lagfas och tillväxt i
mjölk. Innan tillväxten startar måste bakterierna först genomgå ett anpassningsarbete under
lagfasen. Anpassningen till miljön i mjölken sker snabbast nära optimumtemperaturen och sker med
lägre hastighet när temperaturen sänks och tar då längre tid. Modellen förutsäger hur lång tid
lagfasen tar och beräknar därefter tillväxten av psykrotrofa bakterier vid 4°C i upp till 48 timmar. Icke
psykrotrofa bakterier som ingår i totalantalet tillväxer inte.
Ett antal exempel på effekten av olika kylningsförlopp redovisas. Om mjölken kyls ned normalt inom
2 eller 3 timmar avslutas lagfasen först efter cirka 36 timmar och tillväxten blir marginell vid
konventionell mjölkning. Om mjölken får stå t.ex. vid 30°C i tre timmar innan nedkylningen startar så
tar lagfasen slut redan efter 8-11 timmar och påverkar då totalantalet bakterier påtagligt. Vid
konventionell mjölkning sker förutom tillväxt även en utspädning med ny mjölk vid varje nytt
mjölkningsmål. Den ursprungliga halten psykrotrofa bakterier, i kombination med profilen för
nedkylningsförloppet, är avgörande för i vilken mån tillväxten kommer att påverka totalantalet
bakterier. Vid låg halt psykrotrofer (100/ml) kan mjölken tåla ett långsammare nedkylningsförlopp
utan att totalantalet bakterier påverkas. Nedkylning till under 10°C inom två-tre timmar är den mest
kritiska fasen. Långsam nedkylning under några extra timmar vid lägre temperatur t.ex. i intervallet 8
till 4° har mindre betydelse.
Kylningen av mjölk på VMS-gårdar skiljer från konventionella gårdar genom att små mängder mjölk
ständigt tillförs mjölktanken. Detta ställer särskilda krav på kylningstekniken vad gäller nedkylning av
den första mjölken och kan leda till förlängda kyltider jämfört med konventionell mjölkning. Men det
är det endast de små volymerna från de första timmarnas mjölk som riskerar att kylas långsamt och
där bakterierna snabbast avslutar lagfasen. Senare kommer mjölken att hamna i en nedkyld
mjölktank och lagfasen för dessa bakterier kommer att bli mycket lång på grund av låg temperatur.
Men mjölken späds ständigt ut med mera mjölk vilket medför att vid jämförbara nedkylningsprofiler
och samma ursprungshalt psykrotrofa bakterier blir bakteriehalten lägre efter 48 timmar än vid
konventionell mjölkning, i synnerhet vid långsamma kylningsförlopp. Tvärtemot vad man skulle
kunna tro är mjölk som kyls vid AMS-mjölkning mindre känslig för långsam kylning än vid
konventionell mjölkning.
Mer kunskap behövs om halter av psykrotrofa bakterier i svensk mjölk och sammansättningen av
floran i mjölk under olika hygienförhållanden, men det behöver inte ställas strängare nedkylningskrav
för AMS-mjölk än för mjölk vid konventionell mjölkning. Beräkningarna visar snarare att det är fullt
tillräckligt med en nedkylning till 4°C inom 3 timmar och mjölken tål ytterligare några timmars
långsam kylning i intervallet 8 till 4°C utan problem. Det är önskvärt att tillväxten av psykrotrofa
bakterier på gården är låg, eftersom bakterier i aktiv tillväxt kommer att fortsätta att tillväxa i
silotanken vid mejeriet. Bättre kännedom om halten psykrotrofa bakterier i gårdstankmjölk kan bidra
till ett bättre beslutsunderlag för krav på mjölkens kylning på gården samt kan även ge underlag för
en riskvärdering angående tillväxt i mejerisilotankar.
Inledning
Leverantörsmjölkens bakteriologiska kvalitet påverkas av hygienen i samband med mjölkning och
diskning av utrustningen, samt av mjölkens kylning. Mjölkens bakteriologiska kvalitet är generellt sett
god i Sverige. Medianhalten för totalantalet bakterier från svensk leverantörsmjölk år 2011 var cirka
8000 bakterier/ml och endast 1,4 % av analyserna översteg 100 000/ml [1]. Men drygt 20% av
gårdarna har högre bakteriehalt än 15000/ml. Det finns tendenser att bakterietalet ökar. Gårdar med
robot och större gårdar i allmänhet har i genomsnitt högre bakteriehalt i mjölken än konventionella
medelstora gårdar [1]. Anledningen till detta är inte säkerställd men flera teknikrelaterade faktorer
kan bidra: Dessa gårdar producerar mycket mjölk och har grövre mjölkledningar, mera komplicerad
utrustning som kan vara svårdiskad (t.ex. fler ventiler, värmeväxlare) och större mjölktankar. Det
förekommer också att kyltiderna på gårdar med många kor blir mera utdragna än vad som avses.
Mejeriernas krav är att mjölken ska vara nedkyld till maximalt 4°C inom 2-3 timmar efter avslutad
mjölkning. Men dessa rekommendationer har sitt ursprung i konventionell mjölkning där mjölken
snabbt kunde kylas ned. Vid robotanläggningar finns varm mjölk i ledningarna under större delen av
tiden och mjölkens kylförlopp kan skilja sig åt jämfört med konventionella anläggningar eftersom det
kan ta längre tid att fylla tanken så att kylningen kan slås på. Vid långsam kylning finns det risk att
psykrotrofa bakterier växer till, vilket kan leda till negativa effekter av mjölken som mejeriråvara.
Kunskapsläget vad gäller effekten av olika kylförlopp på bakterietillväxt är otillräckligt. Denna rapport
redovisar beräkningar av bakterietillväxt, baserat på litteraturdata som bearbetats till en
tillväxtmodell, under förhållanden som simulerar olika kylförlopp för att nå ökad insikt i kylförloppets
betydelse. Bättre kännedom om halten psykrotrofa bakterier i gårdstankmjölk kan bidra till ett bättre
beslutsunderlag för krav på mjölkens kylning på gården samt kan även ge underlag för en
riskvärdering angående tillväxt i mejerisilotankar.
Översikt över rapporten
•
•
•
•
Mjölk är ett mycket näringsrikt livsmedel och gynnsamt för bakterietillväxt. Kylning av
mjölken är den absolut viktigaste faktorn för att hämma tillväxten (sid 4)
De antimikrobiella substanser som finns i mjölk är inte verksamma i normal mjölk och
förhindrar inte tillväxt (sid 4-5).
Bakteriernas tillväxt kurva består av tre faser (fig 1).
o Lagfasen, som är en anpassningsfas där bakterierna anpassar sig till de nya
tillväxtbetingelserna. Ingen tillväxt sker i lagfasen. Lagfasen blir allt längre när
temperaturen minskar (fig 2, sid 6).
o Logfasen eller den exponentiella fasen där bakterierna delar sig med en konstant
hastighet och bakterietalet ökar exponentiellt. Tillväxthastigheten blir långsammare
och startar senare när temperaturen sjunker (fig 2).
o Stationärfasen när tillväxten har upphört.
En matematisk modell för tillväxt i av psykrotrofa bakterier i opastöriserad mjölk vid olika
temperaturer har tagits fram baserad på litteraturdata (sidan 8-13). Modellen beräknar
lagfasens längd under olika kylningsförlopp och beräknar sedan tillväxten fram till 48 timmar.
Modellen bygger på att de bakterier som har snabbast tillväxthastighet kommer att
dominera efter 48 timmar. Detta är oftast psykrotrofa Pseudomonas-arter (tabell 1-2,
sid 10-11). Modellens förutsägelser stämmer väl med litteraturdata under simulerad lagring
av mjölk på gården (sid 22).
2
•
•
•
•
Alla bakterier är inte psykrotrofa och tillväxer därför inte. Totalantalet bakterier i mjölken
består av mesofila bakterier, som inte växer i kyla, samt psykrotrofa, som tillväxer. Om
mesofila bakterier dominerar, så kommer tillväxten av psykrotrofa bakterier att märkas först
när de ökat i halt så att de finns i lika eller högre halt än de mesofila bakterierna. I
beräkningarna har halten psykrotrofa bakterier satts till 100 eller 1000/ml och totalantalet
bakterier till 10000/ml.
Vid konventionell mjölkning tillförs mjölken i fyra omgångar. Bakterier i den första omgången
kommer att avsluta lagfasen först. För varje ytterligare mjölkningsmål sker en utspädning av
de växande bakterierna, varpå tillväxten fortsätter. Bakterierna i senare mjölkmål hinner inte
avsluta lagfasen.
Kylning i samband med AMS skiljer från konventionella gårdar genom att små mängder mjölk
ständigt tillförs mjölktanken. Beräkningarna tar hänsyn även till utspädning och tillväxt under
dessa omständigheter. Vid jämförbara nedkylningsprofiler blir halten psykrotrofa bakterier
lägre för AMS än vid konventionell mjölkning (tabell 5 sid. 21)
Ett antal tillväxtscenarier redovisas på sidan 14-20 (fig 6-15).
o Nedkylning till 4°C inom 2 eller 3 timmar ger mycket liten påverkan på mjölkens
psykrotrofa bakterier (fig 7 sid 15 ). Lagfasen blir 36 respektive 35,5 tim
o Om mjölken endast kyls till 6°C och förblir vid denna temperatur fram till 48 timmar
förkortas lagfasen till 26 timmar och tillväxten ökar något i förhållande till
kylförvaring vid 4°C (fig 9 sid 16).
o Om mjölken kyls normalt till 10°C och sedan stannar vid denna temperatur i 5
timmar minskar lagfasen till 29 timmar, förutsatt att mjölken sedan kyls snabbt till
4°C (fig 10, sid 16). Halten psykrotrofa bakterier ökar måttligt till 750/ml om
ursprungshalten är 100/ml.
o Med ökande halt psykrotrofa bakterier ökar risken för höga totalantal (fig 12-13, sid
18-19).
o Tre timmar vid 30°C leder till en kraftig förkortning av lagfasen till 8 timmar, vilket
innebär att totalantalet bakterier ökar med 100000/ml om ursprungshalten
psykrotrofa bakterier är 1000/ml (fig 11, sid. 17) och med 10000/ml om
ursprungshalten är 100/ml.
o Den ursprungliga halten psykrotrofa bakterier, i kombination med profilen för
nedkylningsförloppet är avgörande för i vilken mån tillväxten kommer att påverka
totalantalet bakterier. Detta framgår av tabell 4 (sid. 17) där effekten av olika lång tid
vid 30°C visas. Beroende på om halten psykrotrofa bakterier är låg (100/ml) eller hög
(1000/ml) så kan mjölken stå i 1-2 timmar vid 30°C utan större påverkan på
totalantalet vid konventionell mjölkning.
o Figur 14-15 (sid. 20) visar två olika verkliga kylningsförlopp i AMS. Skillnaden i tillväxt
för dessa system är liten, trots relativt lång kylningstid i fig 15 (tabell 5A-B sid. 21).
Vid AMS-kylning sker i stort sett ingen ökning av psykrotrofa bakterier medan en
halterna ökar 2-3 gånger vid konventionell kylning.
o Tabell 5C visar tillväxt i samband med långsam kylning, 7 timmar, till 4°C. Eftersom
den långsamma kylningen beror på lång tid vid lägre temperatur (under 8-10°C) så
påverkas inte halten psykrotrofa bakterier jämfört med 5A för AMS medan ökningen
är större för konventionell kylning. Tabell 5D visar att 2 timmar vid 30°C följt av
långsam kylning ger dramatiska effekter på antalet psykrotrofa bakterier vid
konventionell kylning, trots utspädningseffekten. Även AMS påverkas men är
fortfarande relativt låga vid en starthalt på 40-100 psykrotrofa bakterier/ml.
o Mer information behövs om vad som är normala initialhalter psykrotrofa bakterier i
tankmjölk. En begränsad undersökning tyder på att halterna ligger mycket lågt för
fyra gårdar med lågt totalantal bakterier (median <10/ml) i mjölken och lågt även för
fyra gårdar med högt totalantal (max 200/ml) vid hämtning. Om detta är normalt så
3
•
innebär det att mjölken är mycket tålig mot temperaturstörningar och att
långsamma kylningsförlopp, särskilt vid temperaturer under 8-10°C ger mycket
begränsad effekt på psykrotrofa bakteriers tillväxt.
Den mjölk som kommer in till mejeriernas silotankar kommer att innehålla psykrotrofa
bakterier i olika halter beroende på hanteringen på gården. Om mjölken innehåller aktivt
växande bakterier så kommer de att fortsätta att växa till i silotanken, vilket minskar
hållbarheten (EU-gränsvärde 300.000/ml före pastörisering). Som exempel kan nämnas att
modellen förutsäger att om halten psykrotrofa bakterier i aktiv tillväxt i en silotank är
10.000/ml och mjölken förvaras 1 dygn vid 4°C så skulle halten bakterier öka till 160.000/ml.
Modellberäkningarna ovan tyder dock på att den genomsnittliga halten psykrotrofa bakterier
från gårdarna är lägre. Större kännedom om halten psykrotrofa bakterier i gårdstankmjölk
kan bidra till ett bättre beslutsunderlag för krav på mjölkens kylning på gården samt kan även
ge underlag för en riskvärdering angående tillväxt i mejerisilotankar.
Faktorer som påverkar bakterietillväxt i mjölk
De grundläggande faktorerna som påverkar tillväxt av bakterier i ett livsmedel är tillgången till
näring, pH, vattenaktivitet, tillgång till syre, temperaturen samt förekomst av bakteriehämmande
substanser, t.ex. organiska syror och andra antimikrobiella ämnen. Mjölk är ett mycket näringsrikt
livsmedel som är ett utmärkt tillväxtsubstrat för bakterier om förhållandena är de rätta. För
opastöriserad mjölk är det i stort sett endast låg temperatur som hindrar mjölken från förskämning.
Alla övriga tillväxtpåverkande faktorer är i stort sett optimala för bakterierna. Det är väl känt att i
opastöriseradmjölk som producerats under hygieniska förhållanden och som snabbt kyls ned till 4°C
sker ingen mätbar förändring av totalantalet bakterier under 2 dygn [2]. Men det finns ett antal
antibakteriella komponenter i mjölken, som har som funktion i att skydda kalven från skadliga
bakterier och att bekämpa bakterier vid mastit [3], som eventuellt skulle kunna bidra till att hämma
bakterietillväxt i opastöriserad mjölk under kortare eller längre tid. Nedanstående litteraturöversikt
över de antimikrobiella systemen visar dock att dessa system har ingen inverkan på hämning av
bakterier under normala förhållanden.
Antibakteriella ämnen i mjölk
Laktoferrin är ett järnbindande protein med antibakteriella egenskaper, som minskar risken för
bakterietillväxt bl.a. genom sin förmåga att sänka halten järn som är tillgängligt för bakterier [3].
Beroende på koncentration kan laktoferrin vara bakteriehämmande eller bakteriocidalt [4]. Bakterier
behöver järn som tillväxtfaktor i varierande grad. Medan mjölksyrabakterier kräver lite järn så är t.ex.
Pseudomonas betydligt mera järnkrävande [4]. Laktoferrin produceras av polymorfonukleära
leukocyter och ökar i halt vid infektion i juvret. I sinmjölk är halten också förhöjd och bidrar till ett
aktivt försvar mot t.ex. Escherichia coli [4]. Även i kolostrum är halten förhöjd [3]. I normal mjölk har
dock laktoferrrin ingen bakteriehämmande effekt bl.a. eftersom halten är för låg [3].
Lysozym är ett protein som angriper cellväggen hos bakterier och därigenom hämmar eller dödar
dem. Halten lysozym ökar i mjölken vid mastit men är alltför låg i normal mjölk för att vara
bakteriehämmande [3].
Laktoperoxidas (LP) är ett protein som i närvaro av väteperoxid och thiocyanat-joner har
antibakteriell effekt. Proteinet finns i relativt hög koncentration i mjölk, men varierar med tiden.
Högst halt finns 3-4 dagar efter kalvens födsel och minskar sedan. Thiocyanat finns naturligt i mjölken
men varierar med fodret medan väteperoxid kan bildas av katalasnegativa mjölksyrabakterier (vid
4
hög halt i mjölken). I normal mjölk är laktoperoxidassystemet inte aktiverat eftersom halterna av
thiocyanat och väteperoxid är för låga [5]. Genom tillsats av thiocyanat och väteperoxid aktiveras
systemet. SCN-_jonen oxideras av H2O2 till hypothiocyanat OSCN-, som tar sig över cellmembranet i
sin odissocierade form, och reagerar med fria sulfhydrylgrupper och inaktiverar metaboliska enzymer
hos bakterien [6]. Aktiverat laktoperoxidas har snabb bakteriocidal verkan mot gramnegativa
bakterier som Pseudomonas fluorescens som följs av en period med bakteriostatisk effekt i upp till 10
tim vid 30°C [5]. I varma länder är det tillåtet att aktivera laktoperoxidassystemet för att kunna
bevara mjölkens kvalitet under betingelser när mjölken inte kan kylas [7]. LP-systemet är även aktivt
mot psykrotrofa bakterier under kylförvaring. Den bakteriedödande effekten sker betydligt
långsammare, men upp till 5 dygns tillväxthämning kunde uppnås vid 5°C i opastöriserad mjölk [8].
Det aktiverade LP-systemet har bakteriedödande effekt även mot grampositiva bakterier, men med
mycket långsam avdödningseffekt i kyla [9]. Laktoperoxidas inaktiveras endast delvis vid
lågpastörisering och kan aktiveras i pastöriserad mjölk [10]
Xanthinoxidas är ett oxidativt enzym som bildar reaktiva syreföreningar. Enzymet har nyligen visat sig
har antibakteriell effekt i mjölk [11], men det är oklart vilken betydelse det har i mjölken. Andra mera
specifika (t.ex. immunoglobuliner) och ospecifika antibakteriella komponenter förekommer också i
mjölk [3], men kan inte bedömas ha betydelse för hämning av bakterietillväxt i normal mjölk.
Sammantaget finns det inget som tyder på att de antimikrobiella systemen skulle ha
tillväxthämmande effekt på bakterier i normal opastöriserad mjölk [12]. Det finns en missuppfattning
bland vissa konsumentgrupper att de antimikrobiella systemen i opastöriserad mjölk skulle ha en
skyddande effekt mot patogena bakterier [13]. Men de antimikrobiella proteinerna förekommer
antingen i för låg halt eller är inte aktiverade.
Prediktiv mikrobiologi - en metod att kunna förutsäga bakterietillväxt
Tillväxtkurvan
Bakteriers tillväxt vid en given temperatur och i en given miljö kan beskrivas med en tillväxtkurva där
10-logaritmen för halten bakterier/ml avsätts mot tiden. Tre olika tillväxtfaser kan urskiljas: lagfasen,
logfasen (eller den exponentiella fasen) och stationärfasen (statfasen) (fig 1).
Figur 1. Tillväxtkurva för en bakterie. Lagfas 0-3 tim, logfas 4-13 tim, statfas efter 15 tim
5
Lagfasen
Produktskadliga eller patogena bakterier kan hamna i mjölken genom kontamination från miljön via
kons spenar och från otillräckligt diskad mjölkningsutrustning eller kyltank. De kommer då från en
omgivning som skiljer sig åt från miljön i mjölken. Miljön de kommer ifrån kan t.ex. vara mindre
näringsrik och temperaturen kanske är en annan. Bakterierna kan också vara skadade p.g.a. värme
eller disk/desinfektionsmedel i samband med disk av mjölkningsanläggningen. Då måste bakterierna
återhämta sig och sedan anpassa sig till den nya miljön. Denna period kallas lagfasen (λ). Under
lagfasen sker en intensiv syntes av bl.a. nya enzymer som krävs för att kunna tillgodogöra sig
näringskomponenter i miljön och en reparation av skador på cellen om det behövs. Detta kan ta olika
lång tid beroende på omständigheterna. En bakterie som kommer från en mjölkrik miljö och hamnar
i en mjölktanken kommer i gång snabbare än en bakterie som utsatts för uttorkning på en yta av t.ex.
rostfritt stål för att senare hamna i mjölk.
Generellt sett är lagfasen kortast vid optimumtemperaturen och ökar proportionellt med lägre
temperatur (Figur 2) ned till minimumtemperaturen, under vilken ingen tillväxt sker (lagfasen blir
oändlig), även om bakterien kan överleva. Liknande effekter på lagfasens längd erhålls också av andra
tillväxtbegränsande faktorer, t.ex. pH och vattenaktivitet. Vid temperaturer över maximum finns
ingen lagfas. Bakterierna kan inte tillväxa utan dör, snabbare ju högre temperaturen är. Lagfasens
längd beror dessutom på bakteriernas tidigare historik, (t.ex. värmebehandling, uttorkning, pH och
effekter som beror på typ av matris/miljö, t.ex. hämning från andra bakterier) vilket gör att det
ibland kan vara svårt att förutsäga lagfasens längd.
Figur 2. Lagfas och tillväxt för totalantalet bakterier vid olika lagringstemperaturer. Halt vid start 5000 cfu/ml.
Gul 20°C, röd 15°C, orange 10°C och blå 4°C.
Exponentiell tillväxtfas (logfas)
När lagfasen är slut börjar bakterierna att föröka sig. En bakteriecell ökar då i storlek och delar sig i
två nya bakterieceller, som i sin tur växer till och bildar 4 celler o.s.v. (Figur 3). Celldelningen sker
med konstant hastighet per timme. Antalet bakterier ökar exponentiellt. Detta kallas logaritmisk
6
tillväxt (logfas) och kan beskrivas med en tillväxtkurva ritad med bakteriehalten i 10logskala (Figur 1
och 2). Lutningen på kurvan motsvarar tillväxthastigheten per timme, som betecknas µ och uttrycks i
antal 10log-enheter per timme. Ett annat sätt att beskriva tillväxten är genom att ange
generationstiden (g), som är den tid det tar för en cell från att den bildats till att det har vuxit till och
delat sig. Tillväxten kan då beskrivas med formeln
N=N0*2t/g
N är antalet bakterieceller efter tiden t (tiden för tillväxt), N0 är antalet bakterieceller vid start och g =
generationstiden, tiden mellan två delningar, uttryckt i samma tidsenhet som tillväxttiden t (minuter,
timmar, dygn).
Figur 3 Exponentiell bakterietillväxt
Samma formel men i logaritmerad form:
10
log N = 10log N0 +10log (2)*t/g
10
log N = 10log N0 + µ *t
Tillväxthastigheten per timme (µ) är lika med 10log (2)/g (vilket är lika med 0,301/g) d.v.s. den är
konstant under logfasen under rådande betingelser. Tillväxthastigheten påverkas av alla de faktorer
som inverkar på bakterien t.ex. temperaturen, näringstillgången etc. I figur 2 visas inverkan av olika
temperaturer. Vid högre temperatur blir generationstiden (g) kortare och därmed sker tillväxten
snabbare upp till optimumtemperaturen. Motsvarande effekter får man även av andra faktorer som
påverkar tillväxten men i mjölk är både pH, vattenaktivitet och näringstillgång praktiskt taget
konstanta. Om generationstiden eller µ är känd så är det lätt att beräkna tillväxtökningen under en
viss tid vid konstanta omgivningsförhållanden.
Stationärfasen
Förr eller senare tar logfasen slut. Exponentiell tillväxt är endast möjlig så länge det finns tillgång till
näring eller så länge inte avfallsprodukter från metabolismen (t.ex. mjölksyrabildning som sänker pH)
blir begränsande. Detta innebär att tillväxten avstannar och bakterierna går in i stationärfasen. Det är
7
ett inaktivt stadium där bakterier oftast överlever utan att tillväxa eller så småningom dör. När
bakterietillväxten börjar närma sig stationärfasen (10log 7-9/ml) är påverkan på produkten oftast
tydlig i form av smak-, lukt eller konsistensförändringar, d.v.s. produktförstöring. För patogena
bakterier kan den halt bakterier som behövs för att orsaka sjukdom vara betydligt lägre. Det är viktigt
att mjölkens bakterieflora inte når upp till 10log(6/ml) eftersom det då finns risk för att enzymer från
psykrotrofa bakterier (som är mycket värmeresistenta och inte inaktiveras genom pastörisering) kan
påverka produktkvaliteteten även om bakterierna dör [14]. Därför är det viktigt att
leverantörmjölkens bakteriehalt hålls låg och med god marginal till gränsvärdena i lagstiftningen.
Modell för tillväxthastighet vid olika temperaturer
Det finns ett enkelt samband som kan användas för att beräkna tillväxthastigheten under logfasen
för en bakterie vid olika temperaturer, förutsatt att alla andra tillväxtbetingelser hålls konstanta:
√(µ) =b*(T-T0), där √(µ) är kvadratroten av tillväxthastigheten µ i logenheter per timme, T är den
temperatur där man vill beräkna µ, b är en konstant som motsvarar riktningskoefficienten för den
linje som erhålls genom att mäta µ vid olika temperaturer och dra en rät linje mellan punkterna. T0 är
en teoretisk minimitemperatur (ej identisk med den fysiologiskt sanna minimitemperaturen) som
erhålls genom att förlänga linjen mellan punkterna ner till noll på y-axeln [15]. Den anses vara
konstant för en given bakterie, t.ex. L. monocytogenes under rådande betingelser. Detta samband
gäller vid temperaturer under optimumtemperaturen [16].
Figur 4 Exempel: Tillväxt av Listeria monocytogenes i pastöriserad mjölk
0.35
0.30
0.25
y=0.0158x + 0.0367
0.20
b
0.15
0.10
0.05
T0 =- 2,32°C
-10
0.00
-5
-0.05 0
5
10
15
20
Temperatur °C
Beräkning av lagfasens längd
För att kunna göra en realistisk bedömning av bakterietillväxt är det ofta viktigt att känna till
lagfasens längd. Under lagfasen sker ingen tillväxt. Detta kan beskrivas på följande sätt:
8
10
log N = 10log N0 + µ *(t-λ) där λ är lagfasens längd. Med kännedom om tillväxthastigheter och
lagfaser vid olika temperaturer är det möjligt att beskriva lagfasens längd i en ekvation. Förhållandet
mellan µ och λ är konstant i en given tillväxtmiljö: µ*λ= h0 [17, 18]. Om µ (vid en given temperatur)
och h0 är kända kan också λ beräknas för motsvarande temperatur. Situationen blir mera
komplicerad om temperaturen varierar och lagfasen ännu inte tagit slut när temperaturen ändras
t.ex. vid kylning av mjölk. Detta kan lösas med tid/temperatur-integrering [19, 20].
Beräkning av integrerad lagtid vid varierande temperatur
Lagtiden krävs för att bakterierna ska ta sig/anpassa sig till ett nytt fysiologiskt tillstånd som medger
tillväxt. Det anses att det arbete som krävs är en funktion av tidigvarande fysiologiskt tillstånd i den
miljö bakterierna kommer från och de nya tillväxtförhållandena i den miljö där de hamnar, samt den
tid/hastighet, (R) som detta arbete sker på för att nå dit. Arbetet betecknas som Wn (work needed)
[17].
t1*(lag) = Wn/R (1 tid) Hastigheten är beroende av temperaturen och övriga tillväxtparametrar
=Wn
∗ (
)
= Wn
Tillväxtekvation för olika temperaturer: µ=b2*(T-Tmin)2
Tillväxtekvation enligt Xanthiakos för Listeria i mjölk [21]:
µln=b2*(T-Tmin)2=0,0242*(T-(-2.32)) 2 (anm. µln :tillväxhastighet uttryckt i naturliga logaritmer, lnskala)
µln*t(lag)= h0=1,34 (enligt Xanthiakos)
µlog*t(lag)= (µln /ln10)* t(lag)= h0*ln 10
µlog*t(lag)=1,34*ln10
t(lag)=LT= 1,34*ln10/(0,0242*(T+2.32)2 anm LT lag tid vid given temperatur T
(
)
(
)
(
1
)
= 1
((0,024 ∗ (T − (−2.32)) )
)
∗( −
#") =
$% ∗ &'
()
=
(1,34 ∗ !"10)
',*+∗ .*
, +)
=1
= 5356.7
9
(Wn för det specifika fallet)
Vid tid-temperaturintegrering multipliceras tid*(T-Tmin)2 för varje temperatursteg och summeras
sedan. När summan uppnått Wn upphör lagfasen [19].
En modell enligt denna princip har implementerats i beräkningarna nedan över tillväxt i tankmjölk vid
långsam kylning.
Litteraturdata för utveckling av modell för tillväxt av bakterier i opastöriserad tankmjölk
En genomgång av litteraturen bildade grund för utveckling av tillväxtmodellen. Temperaturen är
avgörande för den bakteriologiska hållbarheten hos opastöriserad mjölk. Det blir stor skillnad i
tillväxt om mjölken förvaras vid olika temperaturer mellan 4-8° [22]. Kylning till 2°C gav 2 dygns
längre hållbarhet (hållbarhetstid här definierad som tid till log 6/ml), 5 dygn, jämfört med gårdsmjölk
vid 6°C (2,9 dygn) [23]. Vid förvaring av mjölk av god kvalitet vid 1,5-2°C kunde bakteriehalten hållas
så låg som 2600-13000 cfu/ml i 7 dygn [24]. Den kritiska faktorn för hållbarheten var den
ursprungliga halten psykrotrofa bakterier, både vid 2 och 6°C [23, 24]. I opastöriserad mjölk som
förvaras vid 4-5°C kommer bakteriefloran att domineras av olika arter av Pseudomonas, som t.ex. P.
fluorescens, P. fragi, Pseudomonas gessardi och P. lundensis [25, 26]. I betydligt mindre omfattning
kan psykrotrofa arter inom Enterobacterieceae och Acinetobacter förekomma [25]. Mjölk som
omedelbart kylts till 4°C visade i genomsnitt ingen ökning i totalantal bakterier efter 48-72 timmar [2]
medan det i mjölk som förvarats 2-3 timmar vid 30°C före kylning skedde tillväxt. Stadhouders et al.
tolkade detta som att lagfasen blev kortare genom förvaring vid hög temperatur [2]. Uppgifter om
tillväxthastigheter för olika bakterier i opastöriserad mjölk är fåtaliga men kan ibland utläsas eller
beräknas från data i tabeller och figurer i publikationer. En sammanställning av beräkningar från
litteraturdata vid kylförvaring finns i tabell 1.
Tabell 1. Beräknade tillväxthastigheter i opastöriserad mjölk vid olika temperaturer
Temperatur °C
4
4
4
4.4
4
4
8
8
log my
0.037-0.05
0.028; 0.04; 0.0523
0.032; 0.022
0.021
0.0300
0.0410
0.102
0.078
Anmärkning
gen.tid 6-8 tim
blandflora
enskilda stammmar
blandflora
blandflora
anrikad psykr. blandflora
blandflora
anrikad psykr. blandflora
Ref.nr.
22
34
2
24
28
29
27
30
Tabellen visar att det finns en variation i tillväxthastigheten för bakterier i opastöriserad mjölk vid 4
respektive 8°C. Detta är naturligt eftersom bakteriefloran i mjölk varierar och i verkligheten
förekommer det en blandflora med bakterier som har olika tillväxthastighet.
10
Tabell 2 Tillväxthastigheten vid 4°C för enskilda isolat av psykrotrofa bakterier som ympats i opastöriserad
getmjölk.
Art
Ps. fluorescens
Ps. fragi
Serratia liquefaciens
Opast. tankmjölk
Stam
C9
G8
G16
J11
L3
L12
F9
L20
D29
-
g (tim)
8.34
9.52
21.49
11.79
12.05
17.86
5.04
7.23
14.07
5.8
log mymax (tim)
0.036
0.032
0.014
0.026
0.025
0.017
0.060
0.042
0.021
0.052
Tabell 2 visar att tillväxthastigheten hos isolat av psykrotrofa bakterier från getmjölk varierar mellan
art och mellan stammar av samma art [27]. Samtliga isolat odlades i samma batch av mjölk. Tillväxten
i tankmjölken av den naturliga floran utan tillsats av bakterier var 0.052 logenheter/timme, d.v.s.
nästan lika snabb som det snabbaste bakterieisolatet. Variationen i tillväxthastighet för tankmjölk i
tabell 1 ovan är i samma storleksordning som variationen mellan stammar i tabell 2. Det är sannolikt
att den snabbast växande bakteriestammen kommer att bestämma den slutliga bakteriehalten i
tankmjölk.
I ett fåtal undersökningar har studier gjorts av tillväxthastigheten för samma tankmjölksprov vid olika
temperaturer [28, 29]. Tatini [29] studerade mjölkprover (59 gårdar över ett år, totalt 296 prover)
som preinkuberades vid 7, 13, 21 och 30°C. Generationstider beräknades och kvadratrotsmodellen
enligt Ratkowsky användes: Rot ln my = -8,3988+0,03168*temp (Kelvin) vid psykrotrofhalter som
initialt var log 2-6/ml. To = - 8.03°C. Författarna ansåg att ekvationen väl beskrev tillväxten i en
blandflora i tankmjölk. Jämförelse med andra studier gjordes också [28, 30]. Tyvärr saknas data om
lagfasens längd i dessa undersökningar. Griffiths och Phillips [31] studerade bakterietillväxt och tog
fram en modell som beskriver bakterietillväxt i pastöriserad mjölk av varierande hygienisk kvalitet.
Deras modell beskriver dessutom lagfasens längd som en funktion av temperaturen. I pastöriserad
mjölk kommer gramnegativa psykrotrofa bakterier, som återkontaminerar mjölken efter
pastörisering, ofta att dominera floran som begränsar hållbarheten [25, 26, 32-34]. Griffiths och
Phillips [31] anger denna ekvation för tillväxthastigheten: Rot (ln µ)=0.031*(T-6,9), där T är
temperaturen i °C. Denna ekvation överensstämmer väl med Tatinis och är identisk med Tatinis
beräknade medelvärde för de undersökningar han jämförde med [29], se Figur 5.
11
Figur 5. Jämförelse mellan olika tillväxtekvationer för psykrotrofa bakterier i tankmjölk enligt Tatini
(opastöriserad mjölk), och medelvärde av olika undersökningar (medel opastöriserad mjölk), samt tillväxt i
pastöriserad mjölk (rot ln my past) enligt Griffiths och Phillips.
1.00
0.90
Rot (ln my)
0.80
0.70
0.60
0.50
Phillips past
0.40
Tatini opast
0.30
Medel opast
0.20
0.10
0.00
0
10
20
30
Temperatur °C
Det var god överensstämmelse mellan Griffiths och Tatinis data och därför gjordes fortsatta
beräkningar enligt Griffiths, eftersom det då också fanns data om lagfasens längd vid statisk
temperatur: Rot (1/lagfasens längd i timmar)= 0.015*(lagringstemperaturen i °C + 5.7).
För att kunna beräkna lagfasens längd vid varierande temperatur under kylning beräknades
genomsnittligt h0 till 2,16 med hjälp av µ och λ för data vid olika temperaturer. Därefter gjordes
beräkningar för att kunna utföra tid/temperaturintegrering på samma sätt som beskrivits ovan (se sid
9).
ln(µ)=0.0312*(T+6.9)2 (T= temperatur i °C)
h0=2.16
h0=Log10(µ)*λ(tim)
λ(tim)=2.16*ln(10)/ 0.0312*(T+6.9)2
(
)
∗( −
Wn=5175
#")
=2.16*ln(10)/ 0.0312*(T+6.9)2
Tid temperaturintegrering implementerades i Excel tillsammans med ekvationer för att kunna
beräkna tillväxten vid olika temperaturer efter att lagfasens avslutats. För exempel på beräkningar
klicka här:
Exempel
tid-temperaturintegrering.xlsx
För att använda modellen matar man in kylningsförloppet samt ursprungshalten psykrotrofa
bakterier. Kylningsförloppet beskrivs i form av tidsintervall i timmar där medeltemperaturen för
intervallet anges. Önskad upplösning kan uppnås genom att välja storleken på tidsintervallet. Som
resultat erhålls lagfasens längd och tillväxtförloppet fram till 48 timmar.
Tabell 3 visar tillväxthastigheten i mjölk för Griffiths modell, generationstid och lagfasen enligt
Griffiths ekvation samt lagfasen även beräknad med formeln för tid/temperaturintegrering.
12
Tabell 3. Data ur Griffiths modell. Beräknad lag anger lagtiden med tid/temperaturintegrering
Temperatur °C
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
log µ/tim
0.033
0.041
0.050
0.059
0.069
0.081
0.093
0.106
0.119
0.134
0.149
0.165
0.182
0.200
0.219
0.238
0.259
0.280
0.302
0.325
0.349
generationstid (tim)
9.1
7.4
6.1
5.1
4.3
3.7
3.2
2.9
2.5
2.3
2.0
1.8
1.7
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.9
lag tim
75.0
58.7
47.2
38.8
32.5
27.6
23.7
20.6
18.0
15.9
14.2
12.7
11.5
10.4
9.4
8.6
7.9
7.3
6.7
6.2
5.8
Beräknad lag
65.3
52.8
43.6
36.5
31.1
26.8
23.3
20.5
18.1
16.2
14.5
13.1
11.8
10.8
9.9
9.1
8.3
7.7
7.2
6.6
6.2
Jämför tabell 1 och 2. Tillväxthastigheten vid 4 och 8°C är enligt modellen ovan oftast snabbare eller
lika snabb som i litteraturdata för opastöriserad mjölk. Den beräknade lagtiden stämmer väl överens
med Griffiths ekvation men tenderar att underskatta tiden något vid låga temperaturer. Detta har
ingen betydelse eftersom tillväxtberäkningarna vid låg temperatur då blir worst case.
I de följande beräkningarna har ekvationerna extrapolerats upp till 30°C, eftersom kurvan är linjär
upp till temperaturoptimum [15]. Över optimum avtar tillväxthastigheten snabbt och mer
komplicerad ekvation kan beskriva detta [16]. I avsaknad av data har tillväxthastigheten över 30°C
satts till samma värde som för 30°C. Detta gör att lagfasens längd underskattas något, men eftersom
nedkylningen i början går mycket snabbt så kan detta anses försumbart.
Kylningen av mjölk på VMS-gårdar skiljer från konventionella gårdar genom att små mängder mjölk
ständigt tillförs mjölktanken. Detta ställer särskilda krav på kylningstekniken vad gäller nedkylning av
den första mjölken och kan leda till förlängda kyltider jämfört med konventionell mjölkning. Men det
är endast de relativt små volymerna från de första timmarnas mjölk som riskerar att kylas långsamt
och där bakterierna snabbast avslutar lagfasen. Senare kommer mjölkvolymer att hamna i en nedkyld
mjölktank och lagfasen för dessa bakterier kommer att bli så lång att ingen tillväxt. I AMS-system sker
också en ständig utspädning av mjölken. Utspädningen är störst för den tidigaste mjölken och blir
med tiden procentuellt av mindre betydelse. Detta till skillnad från konventionell kylning där
utspädningsfaktorn blir lika stor för varje mjölkningsmål. Utspädningsfaktorn är alltså större vid AMS.
Vid beräkningar för VMS-kylning beräknas lagfasens längd först på samma sätt som för konventionell
kylning. Därefter beräknas tillväxten i mjölken timmesvis, d.v.s. för den första timmens mjölk
beräknas tillväxten från lagfasens slut fram till 48 timmar som om endast denna mjölk fanns i tanken.
Sedan beräknas tillväxten med start från medeltemperaturen för nästa timme. För varje timme
beräknas tid för lagfasens slut och eventuell tillväxt. Halten i mjölken korrigeras med den utspädning
13
som sker p.g.a. hela mjölkvolymen i tanken. Det aritmetiska medelvärdet av mjölken från varje
timme beräknas och ger den slutliga bakteriehalten i tanken. Ett förenklat exempel på beräkningar i
Excel kan studeras här:
Exempel utspädning i
robot.xlsx
Resultat av beräkningar med modellen
Kylning vid konventionell mjölkning
Figur 6. Kylförlopp för en mjölktank med god kylkapacitet.
10000
35
30
25
20
100
15
Temp. C
bakterier/ml
1000
10
10
totalantal bakterier
psykrotrofa
temp
5
1
0
0
50
100
150
Tid (min.)
Figur 6 visar kylförloppet för mjölken i en tank med väl fungerande kylning. Mjölken har kylts ned till
4°C inom cirka 2 timmar. I exemplet har totalantalet bakterier satts till 10000 bakterier/ml och de
psykrotrofa bakterierna till 100/ml. Under detta kylförlopp förutsäger modellen att de psykrotrofa
bakterierna inte hinner lämna lagfasen.
Figur 7 visar vad som händer efter samma kylförlopp vid mjölkens förvaring vid 4°C fram till
hämtning. Bakterierna måste genomföra ytterligare anpassningsarbete innan lagfasen avslutas och
det arbetet tar lång tid vid 4°C. Först efter 36 timmar börjar de psykrotrofa bakterierna tillväxa och
har blivit 350/ml vid hämtning. Majoriteten av totalantalet bakterier består i detta fall av mesofila
bakterier som inte kan föröka sig vid 4°C. Eftersom antalet mesofila bakterier är mycket högre än
halten psykrotrofa bakterier märks praktiskt tagen ingen ökning av totalantalet (10000 + 350).
Totalantalet bakterier är till synes oförändrat.
14
Figur 7. Bakterietillväxt under 2 dygn efter ett normalt kylförlopp
10000
35
Bakterier/ml
1000
25
20
100
15
10
10
Temperatur °C
30
Totalantal
Psykrotrofa
Temperatur
5
1
0
0
20
40
60
Tid (tim)
Om kyltiden istället är 3 timmar så ökar halten psykrotrofa bakterier till 490/ml, d.v.s. skillnaden är
försumbar. Figur 7 är något förenklad eftersom det tillkommer ytterligare tre mjölkningsmål till
tanken under 48 timmar vid konventionell mjölkning och detta leder till en något förhöjd temperatur
i samband med att ny mjölk tillkommer (Figur 8). Temperaturökningen är dock liten och kortvarig och
leder endast till att lagfasen förkortas till 33 timmar jämfört med 36 timmar i figur 6. Ökningen i
halten psykrotrofa bakterier blir enligt modellen 570 bakterier/ml istället för 350/ml. Denna
försumbara effekt har inte tagits med i fortsatta beräkningar. Eftersom lagfasen är 33-36 timmar
hinner inte de bakterier som tillkommer vid mjölkning 2-4 att gå ur lagfasen. Det antas att
bakteriehalten som tillförs tanken i dessa mål är den samma som i mål 1. Därför sker en utspädning
av den bakteriehalt som uppnås genom tillväxt och halten blir något lägre (160/ml istället för 350)
jämfört med ovan. Denna utspädning har inte tagits med i de följande figurerna (fig. 9-14) men
nämns i texten. Utspädning och tillväxt i senare mjölkningsmål blir viktig i samband med jämförelser
med AMS-mjölkning och redovisas där (tabell 5).
Figur 8. Temperaturförändringar i mjölktanken vid fyra mjölkningstillfällen
Temperatur °C
35
30
25
20
15
10
5
0
0.0
5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0
Timmar
Figur 9 visar tillväxten efter normal kylning ned till 6°C och därefter förvaring vid denna tid fram till
48 timmar. Lagfasen förkortas till 26 timmar och halten psykrotrofa bakterier ökar till 3300/ml vilket
15
medför att totalantalet bakterier ökar från i det här fallet 10000 till 13300/ml (10800 efter korrektion
för utspädning och tillväxt i mjölk från de andra mjölkningsmålen). En liten förändring i
kyltemperaturen till 6°C under hela förvaringstiden innebar alltså att bakterietalet ökar märkbart om
än marginellt (förutsatt att starthalten psykrotrofa bakterier är 100/ml). Däremot bör ett
långsammare nedkylningsförlopp med 6°C under några få timmar inte ha större betydelse.
Figur 9. Normal kylning, men temperaturen i kyltanken hamnar på 6°C
100000
35
Bakterier/ml
25
1000
20
100
15
10
10
Temperatur °C
30
10000
Psykrotrofa
Totalantal
Temp. (°C)
5
1
0
0
20
40
60
Tid (timmar)
Figur 10 visar ett exempel där kylningen fungerat normalt fram till 10°C, men där kylningen avstannar
i 5 timmar för att sedan komma igång igen. Den längre tiden vid 10°C medför att lagfasarbetet även i
detta fall går snabbare och de psykrotrofa bakterierna börjar tillväxa redan efter 29 timmar. Vid 48
timmar har de förökat sig från 100/ml till 900/ml vilket innebär att totalantalet bakterier har ökat till
10900 (10200 efter korrektion för utspädning i senare mjölkningsmål), som är en marginell ökning.
Tack vare att temperaturen snabbt går ned till 4°C efter stoppet vid 10°C så blir konsekvensen inte
större än i föregående exempel. Men om ursprungshalten psykrotrofa bakterier var 1000/ml istället
för 100/ml så skulle förökningen blivit 2000/ml med följd att totalantalet blev 12000/ml.
Figur 10 Förlopp där kylningen upphör under 5 timmar vid 10°C.
100000
35
Bakterier/ml
25
1000
20
100
15
10
10
5
1
0
0
20
40
60
Tid (timmar)
16
Temperatur °C
30
10000
Psykrotrofa
Totalantal
Temp. (°C)
Figur 11 visar vad som händer om mjölken står varm vid 30°C i 3 timmar innan kylningen kommer
igång. Lagfasen är då slut redan efter 8 timmar för det första mjölkningsmålet. De psykrotrofa
bakterierna, som antas vara 1000/ml (obs!) från början i detta exempel, hinner föröka sig till
100000/ml och dominerar helt totalantalet bakterier (110000/ml). Om halten psykrotrofa bakterier
istället hade varit 100/ml så skulle totalantalet bakterier ha blivit 20000/ml. (110000/ml blir
35000/ml efter korrektion för utspädning i senare mjölkningsmål). Mjölken är nedkyld vid det andra
mjölkningsmålet vilket innebär att lagfasen för den mjölken blir för lång för att tillväxt ska ske.
1000000
35
100000
30
25
10000
20
1000
15
100
Temp. °C
Bakterier/ml
Figur 11. Mjölken står varm vid 30°C i tre timmar.
totalantal bakterier
psykrotrofa
10
10
Temp
5
0
1
0
20
40
Tid (tim)
Ytterligare exempel på liknande scenarier med olika tid vid 30°C visas i tabell 4. I dessa exempel har
korrektion gjorts för utspädning i senare mjölkningsmål. Tabellen visar att mjölken kan tåla 1-2
timmar vid 30°C beroende på om halten psykrotrofa bakterier är hög eller låg.
Tabell 4. Inverkan av förlängd temperatur vid 30°C före kylning på lagfasens längd och bakterietillväxt vid
efterföljande lagring vid 4°C för tankmjölk.
Temp
Starthalt
psykr.
100
Start
totalantal
10000
Lagfas
tim
36
Psykr. vid
hämtning
100
Totantal vid hämtn.
30
Tid
(tim)
0.25
30
0.25
1000
10000
36
1700
11000
30
1
100
10000
26
300
10300
30
1
1000
10000
26
3100
13100
30
2
100
10000
18
790
10790
30
2
1000
10000
18
7900
17900
30
3
100
10000
8
10000
20000
30
3
1000
10000
8
25000
35000
10100
Ursprungshalten psykrotrofa bakterier kommer att ha stor betydelse för hur lång tid mjölken kan tåla
långsam kylning innan totalantalet bakterier ökar. Figur 12 visar totalantalet bakterier i mjölken efter
48 tim, dels när mjölken kylts normalt till 4°C inom två timmar och dels när mjölken endast kylts ned
till 6°C och sedan förvarats vid denna temperatur. Totalantalet (mesofila) bakterier vid starten antas
17
vara 10000/ml. Figuren visar totalantalet (mesofila och psykrotrofa) bakterier som uppnås på 48
timmar förutsatt olika ursprungshalt av psykrotrofa bakterier (1-10000/ml d.v.s. log 0 till log 4/ml).
Totalantalet förändras endast marginellt vid 4°C med en ursprungshalt upp till 1000 psykrotrofer/ml
(log 3) (jämför figur 7), medan motsvarande situation gäller vid 6°C upp till 100/ml (log 2) (jämför
figur 8). Om ursprungshalten är 1000/ml förökas totalantalet till 40000/ml (halterna ej korrigerade
för utspädning).
Figur 12. Inverkan av den ursprungliga halten psykrotrofa bakterier, på totalantalet bakterier efter 48 tim efter
normal nedkylning till 4°C respektive vid nedkylning till 6°C
Effekt av lagring vid 6°C istället för 4°C
350000
Totalantal/ml
300000
250000
200000
150000
Kyltid 2 tim 4°C
100000
6°C 46 tim
50000
0
0
1
2
3
4
5
Log psykrotrofa/ml
Om det sker allvarligare störningar i kylningen så blir den ursprungliga psykrotrofhalten alltmer viktig.
Figur 13 visar två scenarier där mjölken stått vid 10°C i 5 timmar innan den kylts ned till 4°C samt där
mjölken stått 3 timmar vid 30°C i 3 timmar före nedkylning. Vid 10°C-fallet påverkas inte totalantalet
bakterier om den ursprungliga psykrotrofhalten är 100/ml (jämför figur 9), men vid 1000/ml blir
totalantalet 17000/ml och ökar ytterligare vid högre halter psykrotrofa bakterier. Om mjölken får stå
varm vid 30°C blir den ursprungliga psykrotrofhalten helt avgörande. Endast om denna är 10/ml eller
lägre sker det ingen mätbar ökning i totalantalet. Vid 100/ml blir totalantalet 20000/ml och vid
1000/ml uppnås 110000/ml.
18
Figur 13. Inverkan av den ursprungliga halten psykrotrofa bakterier, på totalantalet bakterier efter 48 tim vid
olika kylningsstörningar före nedkylning till 4°C
Effekt av olika kylningsstörningar
120000
Totalantal/ml
100000
80000
60000
5 tim 10°C
40000
3 tim 30°C
20000
0
0
1
2
3
4
5
Log psykrotrofa/ml
Kylning i VMS-system
För att illustrerar effekten av utspädning och därmed lägre bakteriehalt i VMS-system gjordes
beräkningar för olika exempelscenarier för psykrotrofa bakterier. Beräkningarna har också gjorts för
konventionell mjölkning med samma temperaturprofil och här har tagits med den utspädning som
sker även vid konventionell mjölkning. I tabell 5 visas en jämförelse mellan tillväxten av psykrotrofa
bakterier om mjölken förvarats i kyltank i ett AMS-system eller vid konventionell mjölkning, vid 4
olika scenarier (A-D). Olika antaganden om ursprungshalten psykrotrofa bakterier har gjorts.
A) Mjölken står i kyltanken vid 27°C i cirka 1 timme. Därefter slås kylkompressorn på och
temperaturen är nere i 4°C efter ytterligare 1,5 timme (figur 14). Lagfasen blir under dessa
förhållanden 34 timmar för den första mjölken som hamnar i tanken. Halten mesofila bakterier antas
vara 10.000/ml i alla exempel och redovisas inte här, men ska läggas till halterna i tabellen för att få
totalantalet bakterier. Det är tydligt att bakteriehalten vid hämtning blir jämförbar i AMS och i
konventionella system under dessa förhållanden på grund av effektiv kylning även om halterna i AMS
är något lägre. Om den ursprungliga psykrotrofhalten är låg så påverkas inte bakteriehalten
nämnvärt i någondera av systemen (jämför figur 7).
19
Figur 14 exempel på nedkylningsprofil i AMS
30.0
Temperatur °C
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Tid (timmar)
B) Mjölken kyls kontinuerligt under mjölkningen. 4°C nås efter cirka 4,5 timmar (figur 15). Lagfasen
blir 30 timmar för den första mjölken. Tillväxten blir något högre vid konventionell mjölkning jämfört
med den i föregående exempel på grund av kortare lagfas, men det är ingen stor skillnad på halterna
vid hämtning i de två systemen (kylning i AMS ger hälften så höga halter av psykrotrofer som vid
konventionell kylning). Även i detta exempel kyls mjölken relativt effektivt och vid låga
ursprungshalter har skillnaden ingen praktisk betydelse.
Temperatur °C
Figur 15 Ytterligare ett exempel nedkylningsprofil i AMS
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Tid (timmar)
C) Mjölken kyls långsamt. Efter 2 timmar är temperaturen 10°C, temperaturen fluktuerar därefter
och 8°C uppnås efter 3,5 timmar och temperaturen ligger stabilt runt 4°C först efter 7 timmar.
Lagfasen blir 29 timmar för den första mjölken. Det blir något större skillnad mellan systemen men
påverkan vid låg halt psykrotrofer blir liten. Eftersom merparten av det långsamma kylningsförloppet
sker under 10°C och att temperaturen fluktuerar under denna så blir effekten på totalantalet
bakterier efter 48 timmar begränsad (jämför figur 10). Det är dock tydligt att kylning i AMS är mindre
känslig för långsam kylning än i konventionella system.
D) Mjölken står i tanken i 2 timmar vid 30°C innan kylningen startar. Därefter följer samma
temperaturprofil som i exempel C ovan, fast förskjutet med 2 timmar. Lagfasen förd en första
mjölken blir 9 timmar. Det innebär lång tid för tillväxt i mjölken som startar redan i det första
mjölkningsmålet vid konventionell kylning. Halterna blir därför dramatiskt höga och helt oacceptabla
redan vid låga ursprungshalter (jämför tabell 4). Vid kylning i VMS blir bakterieutvecklingen betydligt
20
lägre och vid låga ursprungshalter (40-100 psykrotrofer/ml) tål mjölken detta extremt långsamma
kylningsförlopp. En förklaring till detta är att andelen mjölk som utsätts för hög temperatur är
mycket lägre i VMS, där endast de första timmarnas mjölk (några hundratal liter) lämnar lagfasen
snabbt, men att senare mjölk kyls ned effektivt till 4°C vilket gör att tillväxten i denna mjölk blir
minimal på grund av lång lagfas. Mjölken späds dessutom ut successivt med ny mjölk. Vid
konventionell mjölkning riskerar all mjölk i det första mjölkningsmålet att lämna lagfasen tidigt vilket
ger höga bakterietal.
Tabell 5. Jämförelse mellan beräknad tillväxt av psykrotrofa bakterier vid kylning i AMS-system och vid
konventionell mjölkning efter 48 timmar med identiskt kylningsförlopp.
A) 1tim vid 27°C, 4°C efter 2,5 tim, lag 34 tim
Starthalt
40
100
500
1000
Konv slut
30
200
980
1960
AMS slut
45
110
560
1110
C) Långsam kylning, 7 timmar till 4°C, lag 29
timmar
Starthalt
40
100
500
1000
Konv slut
160
400
1990
3980
AMS slut
50
130
650
1300
B) Kylning till 4°C efter 4,5 tim, lag 30 timmar
Starthalt Konv. slut
40
110
100
280
500
1370
1000
2750
AMS slut
45
110
560
1130
D) 2 tim vid 30°C och långsam kylning
7 tim till 4°C, lag 9 timmar
Starthalt Konv slut
40
5100
100
12800
500
64100
1000
129000
AMS slut
610
1530
7700
15300
Undersökning av kylning och psykrotrofa bakterier vid några gårdar
Tabellen ovan visar tydligt att halten psykrotrofa bakterien i mjölken som hamnar i tanken är av stor
betydelse för i vilken mån tillväxt kommer att ske till nivåer som påverkar totalantalet bakterier. Vi
vet inte vilken starthalt som är vanlig i Sverige idag. En begränsad undersökning gjordes i samband
med ett SLF-projektet ”Samband mellan bakterietal och diskparametrar på AMS-gårdar – Förstudie”
[35]. I detta projekt jämfördes disk- och hygienförhållandena på fyra gårdar med låga totalantal
bakterier med 4 gårdar med genomgående höga bakterietal (genomsnitt 10000/ml respektive
36000/ml). Extra analyser av tankmjölk vid hämtning gjordes som ett komplement till projektet, se
tabell 6. Analyserna gjordes vid två tillfällen. Enterobacteriaceae är en grupp gramnegativa bakterier
som är vanliga bl.a i kons tarm och i stallomgivningen. Gramnegativa bakterier är en större grupp
som också innefattar psykrotrofa bakterier t.ex. Pseudomonas. Det var stor skillnad i halten
gramnegativa bakterier och Enterobacteriaceae mellan gårdar med låga respektive höga totalantal
bakterier. För gårdar med låga totalantal understeg halterna nästan alltid 100/ml och var oftast
under 10/ml vid hämtning. För gruppen med höga totalantal varierade halten gramnegativa bakterier
mellan 50 och 740 bakterier/ml. Flertalet Enterobacteriaceae är inte psykrotrofa men fångas ändå
upp i analysen av gramnegativa bakterier. Endast i tre fall (röda siffror) kan man med säkerhet säga
att det är en signifikant skillnad i analysresultat d.v.s. maximal halt gramnegativa psykrotrofa
bakterier i H-gruppen var 740/ml och i övrigt betydligt lägre. Kyltiderna till 4°C varierade i genomsnitt
mellan 2,8 och 6,5 timmar. Exemplet i tabell 4C kommer från en H-gård. Resultaten visar att
åtminstone för dessa åtta gårdar var starthalterna psykrotrofa bakterier låga (jämför tabell 5) och att
det då inte sker någon kraftig tillväxt av gramnegativa bakterier, trots att kylprofilerna oftast avvek
från mejeriernas krav på nedkylning till 4°C inom 2-3 timmar.
21
Tabell 6. Tankmjölksanalyser vid hämtning för fyra gårdar med låga (L) respektive höga (H) totalantal
bakterier.
Vecka
Enterobacteriaceae/ml
Gramnegativa
bakterier/ml
Termoresistenta bakt/ml
L2
L2
L11
L11
L19
L19
L25
L25
37
44
37
44
37
44
37
44
<1
2
83
32
<1
110
1
15
<2
<10
10
25
<1
41
<1
10
2188
537
83
115
229
93
759
234
H3
H3
H7
H7
H15
H15
H29
H29
37
44
37
44
37
44
37
44
40
3715
29
126
214
200
759
54
741
646
631
708
617
1995
331
1738
1000
Gård
3236
302
50
309
200
813
50
Diskussion
Hur väl stämmer modellen?
De Jonghe [26] undersökte bakterietillväxten i opastöriserad mjölk med temperaturprofiler som
simulerade mjölkning och temperaturökning efter varje mjölkning, följt av transport och lagring i silo
på mejeri. Mjölken förvarades vid 3.5°C (optimal förvaring i mjölktank) och vid 6°C (suboptimal
förvaring) i upp till 96 timmar. Totalantalet bakterier (cirka 10000/ml) låg konstant ändå upp till 72
timmar vid optimal temperatur, men ökade efter 48 timmar för den supoptimala lagringen. Halten
psykrotrofa bakterier (Pseudomonas) vid start var ungefär 300/ml. Lagfasen var 24 timmar vid 6°C
och cirka 32 timmar vid 3,5°C. Dessa värden stämmer väl med beräkningsmodellen ovan, liksom
bakteriehalterna efter 48 och 72 timmar. Den framtagna modellen verkar därför kunna beskriva
tillväxten och lagfasen vid mjölkens kylning på ett rimligt sätt, men bör i första hand användas för
relativa jämförelser av olika scenarier. Troligtvis beskriver modellen närmast en worst case-situation
och tillväxten kan vara lägre än så (jämför tabell 1 och 2).
Psykrotrofa bakterier i tankmjölk – litteraturdata
En viktig faktor som krävs för bedömningen av tillväxt av psykrotrofa bakterier är den halt som finns
ursprungligen i mjölken (se tabell 4 och föregående figurer). Uppgifterna i litteraturen är
knapphändiga eller svårbedömda. Med undantag av De Jonghe [26] finns få källor son uppger
ursprungshalt. Däremot anges halten psykrotrofa bakterier efter förvaring vid 4°C under olika lång
tid. I flera undersökningar varierar halten psykrotrofa bakterier efter 48 timmar vid 4°C kraftigt
mellan gårdar och även inom gårdar med tiden [36-39]. Vid 27 gårdar som provtogs under 2 år varje
månad varierade halten mellan 150 och 630000/ml vid analys efter 24 eller 48 timmar. Den
22
genomsnittliga halten psykrotrofer per gård var 2300/ml [36]. Mjölken från fyra av gårdarna
detaljstuderades när mjölken var 48 timmar gammal. Medelvärdet för psykrotrofa bakterier var
1000/ml och andelen Pseudomonas varierade mellan 4 och 31% av totalantalet bakterier [37].
Leriche [38] fann liknande värden för 37 gårdar som tillverkade ost 2 gånger dagligen på mjölk som
innehöll i genomsnitt 450 Pseudomonas/ml. I en dansk undersökning analyserades psykrotrofa i
mjölktanken vid hämtningstillfället. Halten låg vanligtvis mellan några hundratal och några tusental
bakterier/ml, sällan under 10/ml eller över 10000/ml [39]. I dessa undersökningar fanns gårdar med
varierande hygien och disk. Genom att räkna bakåt i modellen kan det antas att starthalten
psykrotrofa bakterier som gett upphov till ovanstående halter i bör ligga i intervallet 100-1000/ml
(jämför tabell 5).
Betydelse för mejeriproduktionen
De halter av psykrotrofa bakterier och totalantalet bakterier som redovisas i modellberäkningarna
understiger 100.000 bakterier/ml, vilket är den gräns som anges i EUs livsmedelshygienförordningar
[40]. Mejeriföretagen har i flera fall lägre gränsvärden. Detta ska ses i ljuset av att bakteriehalten i
mjölken i mejeriernas silotankar får inte överstiga 300.000/ml när mjölken pastöriseras och
processas vidare till mejeriprodukter [40]. Den mjölk som kommer in till mejeriernas silotankar
kommer att innehålla psykrotrofa bakterier i olika halter beroende på hanteringen på gården. Om
mjölken innehåller aktivt växande bakterier så kommer de att fortsätta att växa till i silotanken, vilket
minskar hållbarheten. Som exempel kan nämnas att modellen förutsäger att om halten psykrotrofa
bakterier i aktiv tillväxt i en silotank är 10.000/ml och mjölken förvaras 1 dygn vid 4°C så skulle halten
bakterier öka till 160.000/ml. Modellberäkningarna ovan tyder dock på att den genomsnittliga halten
psykrotrofa bakterier från gårdarna är lägre. Större kännedom om halten psykrotrofa bakterier i
gårdstankmjölk kan bidra till ett bättre beslutsunderlag för krav på mjölkens kylning på gården samt
kan även ge underlag för en riskvärdering angående tillväxt i mejerisilotankar.
Referenser
1.
Christiansson, A., et al., Systemanalys disk, in Svensk Mjölk Forskning, rapport nr 7092. 2011.
2.
Stadhouders, J., Cooling of raw milk immediately after production as a main factor for
controlling the bacterial growth during storage at 4°C. Netherlands Milk and Dairy Journal,
1968. 22: p. 173-178.
3.
Lindmark-Månsson, H., Naturligt förekommande antimikrobiella ämnen i mjölk. 1994, Svensk
Mjölk Forskning rapport nr 4942. p. 39.
4.
Skinnner, F.A. and W.B. Hugo, eds. Inhibitors in biological fluids. Inhibition and inactivation of
vegetative microbes. 1976, Academic Press: New York.
5.
Björck, L., et al., Antibacterial activity of the lactoperoxidase system in milk against
Pseudomonad and other Gram-negative bacteria. Applied Microbiology, 1975. 30, p. 194204.
6.
Buys, E.M., Lactoperoxidase, in Encyclopedia of Dairy Science. 2011. p. 319-323.
7.
Codex Alimentarius. CAC/GL-13 Guidelines for the preservaton of raw milk by use of the
lactoperoxidase system. 1991; Available from: www.codexalimentarius.net.
8.
Björck, L., Antibacterial effect of the lactoperoxidase system on psychrotrophic bacteria.
Journal of Dairy Research, 1978. 45: p. 109-118.
9.
Gaya, P., M. Medina, and M. Nunez, Effect of the lactoperoxidase system on Listeria
monocytogenes behaviour in raw milk at refrigeration temperatures. Applied and
Environmental Microbiology, 1991. 57: p. 3355-3360.
10.
Marks, N.E., A.S. Grandison, and M.J. Lewis, Challenge testing of the lactoperoxidase system
in pasteurized milk. Journal of Applied Bacteriology, 2001. 91: p. 735-741.
11.
Martin, H.M., et al., Role of xanthine oxodoreductase as an antimicroibial agent. Infection
and Immunity, 2004. 72(9): p. 4933-4939.
12.
IDF Group F19, Significance of the indigenous antimicrobial agents of milk to the dairy
industry. Bulletin of the International Dairy Federation, 1991. 264: p. 2-18.
23
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
Food and Drug Administration. Raw milk misconceptions and the danger of raw milk
consumption. [cited 2012; Available from: http://www.fda.gov/Food/FoodSafety/ProductSpecificInformation/MilkSafety/ConsumerInformationAboutMilkSafety/ucm247991.htm.
Andersson, I., et al., Mjölkråvaran. Svensk Mjölk Forskning, rapport 4953, 1998.
Ratkowsky, D.A., et al., Relationship between temperature and growth rate of bacterial
cultures. Journal of Bacteriology, 1982. 149: p. 1-5.
Ratkowsky, D.A., et al., Model for bacterial culture growth rate throughout the entire
biokinetic temperature range. Journal of Bacteriology, 1983. 154: p. 1222-1226.
Baranyi, J. and T.J. Roberto, A dynamic approach to predicting the bacterial growth in food.
International Journal of Food Microbiology, 1994. 23: p. 277-294.
Swinnen, I.A.M., et al., Predictive modelling of the microbial lag phase: A review.
International Journal of Food Microbiology, 2004. 94(117-159).
Koutsoumanis, K., Predictive modeling of the shelf life of fish under nonisothermal conditions.
Applied and Environmental Microbiology, 2001. 67: p. 1821-1829.
Kuotsoumanis, K., et al., Probabalistic model for Listeria monocytogenes growth during
distribution, retail storage, and domestic storage of pasteurized milk. Applied and
Environmental Microbiology, 2010. 76: p. 2181-2191.
Xanthiakos, K., et al., Dynamic modeling of Listeria monocytogenes growth in pasteurized
milk. Journal of Applied Microbiology, 2006. 100: p. 1289-1298.
Muir, D.D., M.E. Kelly, and J.D. Phillips, The effect of storage temperature on bacterial growth
and lipolysis in raw milk. Journal of the Society of Dairy Technology, 1978. 31(4): p. 203-208.
Griffiths, M.W., J.D. Phillips, and D.D. Muir, Effect of low-termperature storage on the
bacteriological quality of raw milk. Food Microbiology, 1987. 4: p. 285-291.
Gehriger, G., Multiplication of bacteria during farm storage. Bulletin of the International
Dairy Federation, 1980. 120(22-24).
Ternström, A., A.M. Lindberg, and G. Molin, Classification of the spoilage flora of raw and
pasteurized bovine milk, with special reference to Pseudomonas and Bacillus. Journal of
Applied Bacteriology, 1993. 75: p. 25-34.
De Jonghe, V., et al., Influence of storage conditions on the growth of Pseudomonas species in
refrigerated raw milk. Applied and Environmental Microbiology, 2011. 77: p. 460-470.
Cox, J.M. and I.C. Mac Rea, Growth of psychrotrophic bacteria in raw and UHT-treated goat's
milk. Journal of Applied Bacteriology, 1988. 64: p. 403-408.
Senyk, G.F., et al., Selection of test for monitoring the bacteriological quality of refrigerated
raw milk supplies. Journal of Dairy Science, 1988. 71: p. 613-619.
Tatini, S.R., et al., Rapid detection of psychrotrophic bacteria in manufacturing grade raw
milks. Journal of Food Protection, 1991. 54(11): p. 861-867.
Maxcy, R.B. and M.B. Liewen, Function of preliminary incubation of raw milk samples for
quality control. Journnal of Dairy Science, 1989. 72: p. 1443-1445.
Griffiths, M.W. and J.D. Phillips, Modeling the relation between bacterial growth and storage
temperature in pasteurized milks of varying hygienic qualitiy. Journal of the Society of Dairy
Technology, 1988. 41: p. 96-102.
Chandler, R.E. and T.A. McMeekin, Temperature function integration and the prediction of
the shelf-life of milk. The Australian Journal of Dairy Technology, 1985. March: p. 10-13.
Janzen, J.J., et al., Shelf-life of pasteurized milk as affected by age of raw milk. Journal of
Dairy Science, 1982. 65: p. 2233-2236.
Langeveld, L.P.M. and F. Cuperus, The relation between temperature and growth rate in
pasteurized milk of different types of bacteria which are important to the deterioration of
that milk. Netherlands Milk and Dairy Journal, 1980. 34: p. 106-125.
Sundberg, M., et al., Samband mellan bakterietal och diskparametrar på AMS-gårdar Förstudie. Slutrapport till Svensk Mjölk och Stiftelsen Lantbruksforskning projekt V1230031,
2013.
24
36.
37.
38.
39.
40.
Desmasures, N., F. Bazin, and M. Guégan, Microbiological composition of raw milk from
selected farms in the Camembert region of Normandy. Journal of Applied Microbiology, 1997.
83: p. 53-58.
Desmasures, N. and M. Guegen, Monitoring the microbiology of high quality milk by monthly
sampling over 2 years. Journal of Dairy Research, 1997. 54: p. 271-280.
Leriche, F. and K. Fayolle, No seasonable effect on culturable pseudomonas in fresh milks
from cattle herds. Journal of Dairy Science, 2012. 95: p. 2299-2306.
Lund Tegtmeier, C., et al., Omstilling af vaskeprocedure i malkeanlaeg fra 5-trins vaks til 3trins vask, in Dansk Kvaeg projektnr 08 19. 2007. p. 31.
Europaparlamentets och rådets förordning (EG) nr 853/2004 av den 29 april 2004 om
fastställande av särskilda hygienregler för livsmedel av animaliskt ursprung
25
LRF MJÖLK
Mjölkkvalitet och Nutrition
Telefon: 0771-573 573
E-post: [email protected]
www.lrf.se/mjolk
Download
Random flashcards
Svenska

105 Cards Anton Piter

Create flashcards