Odstraňování mikroorganismů z prostředí potravin
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta potravinářské a biochemické technologie Ústav konzervace potravin
Čistota interiérů, zařízení, pomůcek Čistota vzduchu Čistota vody Čistota surovin Čistota pracovního personálu
PRINCIPY ÚCHOVY POTRAVIN
Odstraňování mikroorganismů z prostředí potravinářských výrob
Zabránění MO kontaminace při výrobě (sanitace)
Ostraňování MO ze surovin a potravin Mechanické čištění surovin / potravin Suché čištění Mokré čištění: praní (voda, voda s příp. desinfekčním činidlem) Čiření
(Sylabus 5)
Ing. Eva Šviráková, Ph.D.
Vylučování MO z potravin Filtrace (ultrafiltrace) Baktofugace
Praha, 14. 3. 2016
Odstraňování mikroorganismů z prostředí potravin II Snížení obsahu MO ve výrobku
Zvýšení obsahu MO ve výrobku
Příprava suroviny
+
+
Mytí
++
++
Krájení
-
+++
Míchání
+
+
Záhřev
++++
Prodlevy (mezi pracovními operacemi)
-
++++
Kořenění a zdobení
-
+
Okyselení
+
Odstraňování mikroorganismů z prostředí potravin III
Zásady správné výrobní praxe (SVP) a správné hygienické praxe (SHP) GMP (Good Manufacture Practice) GHP (Good Hygienic Practice) Práce podle nejvhodnějších známých postupů v souladu se současnou úrovní poznání
Legislativa Nařízení EU č. 852/2004 Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 178/2002 Codex Alimentarius Organizace pro potraviny a zemědělství (FAO) Světová zdravotnická organizace (WHO)
1
SANITAČNÍ PROCES Účinnost
Zásady správné výrobní praxe a správné hygienické praxe 2
Strojní výrobní design: zařízení, pomůcky: vhodnost při kontaktu s potravinou Tok / transfer výrobků: křížení cest : „čisté“ x „špinavé“ zóny/ výrobky Ovzduší výroben: čistota, teplota, proudění / průvan Voda ve výrobách: čistota, pitná x užitková voda
SANITACE: ČIŠTĚNÍ A DESINFEKCE Hlavní vlivy: vzájemně provázané faktory (Sinnerův kruh) 1. Mechanická energie 2. Teplota 3. Druh a koncentrace čistícího prostředku 4. Doba působení
Suroviny: syrové materiály! Ovoce, zelenina Mléko, maso Hospodářská zvířata
Výsledek sanitace významně ovlivňuje Mechanické působení na nečistotu (odstranění) Design výrobního zařízení (méně vhodné konstrukce potřebují víc péče) Rychlé sušení povrchu po čištění
Čištění a dezinfekce = sanitace: legislativa
SANITAČNÍ PROCES Zásady
SANITAČNÍ PROCES Postup
Zásady v souladu se sanitačním řádem!
Operační kroky sanitačního postupu 1.
Čistící a dezinfekční prostředky Specifikace, bezpečnostní listy, ke všem prostředkům Postup úplný, jasný a správný pro použití pracovníky (frekvence, místo, doba, koncentrace, sanitačního prostředku) Uložení prostředků v označených, uzavřených a vhodných nádobách Manipulace s prostředky, oddělené skladování
2. 3. 4. 5.
Ověřování postupů a účinnosti sanitace Poučení a proškolení personálu
6.
SANITAČNÍ PROCES Prostředky
Odstranění mechanických (hrubých) nečistot z povrchu Oplach povrchu vodou I Aplikace a působení čistícího prostředku Oplach povrchu vodou II Aplikace a působení dezinfekčního prostředku Oplach povrchu vodou III
DEZINFEKCE Sloučeniny chloru 1
CHEMICKÉ PROSTŘEDKY •Sloučeniny na bázi aktivního chlóru
CHLOR
(Cl2, chlornany, chloramin) •Sloučeniny na bázi aktivního kyslíku (kyselina peroxooctová, H2O2, O3) •Sloučeniny na bázi aktivního jódu (J, jodofory) •Kvarterní amoniové sloučeniny (KAS, Ajatin) •Povrchově aktivní látky (neionické) •Zásady a kyseliny (anorganické a organické)
FYZIKÁLNÍ PROSTŘEDKY Vysoká teplota UV záření
Cl-, Cl0, Cl+I,…Cl+VII; sloučeniny: NaClO aj. Uvolněný chlor způsobuje oxidační změny na povrchu buňky Spolehlivá účinnost vůči MO a virům Spolehlivá účinnost vůči MO: vegetativním buňkám i sporám Dezinfekce místností i výrobního zařízení Dezinfekce vody i užitkové (pro chlazení po sterilaci) Dezinfekce ovoce a zeleniny (celé i krájené) Chlór způsobuje korozi zařízení Dávkování (5 - 200 mg volného chlóru / kg čistícího roztoku) pH < 8 (optimum 6,0 – 7,5; účinná dezinfekce, nedochází k poškození zařízení) Doba působení : 1 – 2 min
2
DEZINFEKCE Sloučeniny chloru 2
Výhody chlor a chlorových preparátů
Účinný proti většině MO (bakterie, kvasinky, plísně) Relativně snadno aplikovatelný a skladovatelný Cenově přijatelné chlorované prostředky
Nevýhody chloru a chlorových preparátů
DEZINFEKCE Sloučeniny chloru 3
Korozivní Vysoce toxický (Cl2) Přítomnost organických nečistot snižuje jeho účinnost Tvorba škodlivých vedlejších dezinfekčních produktů (Desinfection - By – Products, DBP’ s)
TwinOxide
Oxid chloričitý se velmi rychle rozkládá, pokud překročí koncentraci 0,5 % a stává se explozivním.
Aplikace TwinOxide komponentů A a B zaručuje přesnou koncentraci 0,3% roztoku
Oxid chloričitý je ředěn během procesu a jeho koncentrace může kolísat.
Je zapotřebí pouze PE-HD barel na připravený 3% roztok. Žádný reaktor.
Vyžaduje složitá zařízení a vybavení (reaktor, mísič apod.)
Chemické sloučeniny tvořící složky A a B jsou certifikovány a splňují svou čistotou nejpřísnější kritéria (Evropská regulace EN 12671).
Ke generaci oxidu chloričitého jsou používány toxické a nebezpečné chemické sloučeniny.
Čistota TwinOxide 0,3% je stabilně 99,9 %.
Obecně čistota roztoku oxidu chloričitého začíná od 65 %.
TwinOxide 3% roztok může být vytvářen na místě nebo jinde a pak odvezen na potřebné místo. Pokud jsou dodrženy skladovací podmínky a instrukce uvedené v bezpečnostních listech, doba trvanlivosti je 30 dní. Reziduální efekt takto generovaného oxidu chloričitého je po aplikaci více než 72 hodin. Je připravován ze stabilních práškových komponent. V případě dodržení instrukcí v návodě a v bezpečnostních listech je doba trvanlivosti 5 let. Za dodržení skladovacích podmínek je doba trvanlivosti roztoku minimálně 30 dní. Tvoří z 99,9 % čistý oxid chloričitý.
Oxid chloričitý musí být generován na místě a ihned použit. Je velmi málo stabilní. Z toho vyplývá, že reziduální efekt klasického oxidu chloričitého je z části limitován.
Po reakci zbudou dvě neškodné soli síran sodný a chlorid sodný. Neškodí lidskému organismu ani životnímu prostředí. Je aplikován v malých koncentracích, které nejsou korozivní.
Méně
u Cl2! reaktivní s organickými sloučeninami
Nevýhody
- nestabilní - musí být vyráběn přímo ve vodném roztoku
Příprava - CIO2 se připravuje reakcí chloru s chloritanem dle reakce:
2 ClO2- + Cl2 = 2 ClO2 + 2Cl
Použití
- dezinfekce ovoce a zeleniny (5 mg/l , 1 mg/l , 200 mg/l ) Komerční přípravek: TwinOxide
Klasicky generovaný oxid chloričitý
Twinoxide je 0,3% roztok oxidu chloričitého, není explozivní a jeho trvanlivost je min. 30 dní
Nevytváří volný chlor a netvoří halogen deriváty organických látek.
OXID CHLORIČITÝ: CIO2 Oxidační síla 2,5x vyšší než
Oxid chloričitý připravený z kapalných komponent a rozkládá velmi rychle. Nelze tedy zaručit a kontrolovat přesné složení nestabilních kapalných komponent. Musí být aplikován bezprostředně, nelze ho skladovat. Během několika hodin se zcela rozloží. Vytváří vysoký obsah chloritanů a chlorečnanů volného chloru. Během generace může vznikat volný chlor, který reaguje s organickými látkami na produkty podezřelé z karcinogenity (THM apod.) Chloritany, chlorečnany a halogen deriváty organických sloučenin poškozuje lidské zdraví a škodí životnímu prostředí. Je velmi korozivní.
DEZINFEKCE Sloučeniny chloru 5 CHLORAMINY II Výhody
- Méně korozivní - Méně toxické a s nižším chemickým rizikem - Relativně tolerantní ke znečistění anorganických a organických látek - Není známá tvorba DBP’ s - Relativně dlouhé přetrvávání reziduí Nevýhody
- Nejsou tak účinné proti virům, bakteriálním sporám a prvokům (cysty)
DEZINFEKCE Sloučeniny chloru 4 CHLORAMINY I Vznik: dynamická chloraminace
Reakce volného chloru s amoniakem in situ
Vznik chloraminu HOCl + NH3 <=> NH2Cl (monochloramin) + H2O NH2Cl + HOCl <=> NHCl2 (dichloramin) + H2O NHCl2 + HOCl <=> NCl3 (trichloramin) + H2O ½ NHCl2 + ½ H2O <=> ½ NOH + H+ + Cl½ NHCl2 + ½ NOH <=> ½ N2 + ½ HOCl + ½ H+ + ½ Cl-
DEZINFEKCE Sloučeniny na bázi kyslíku Kyselina peroctová a H2O2 Oxidační činidla: produkce hydroxylových radikálů
kyselinu octovou a O 2 / H2O2 (H2O a O2) ppm Aplikace v praxi: kyselina peroctová a organické kyseliny Působení: vegetativní buňky MO i spory (sporocidní účinek) Rozklad: na
Použité koncentrace: 500
CH3C
CH3C
H2O2
O
CH3C
OOH
O OOH
+
O
+
OH
H2O
1/2 O 2
CH3C
H2O
+
O OH
+
H2O2
1/2 O 2
3
DEZINFEKCE Sloučeniny na bázi jódu
DEZINFEKCE Kvarterní amoniové sloučeniny
JODOFORY Složení:
kyselé roztoky jódu, typu komplexních sloučenin s neionizovanými povrchově aktivními látkami Účinná složka: uvolněný jód Působení: vůči nesporulujícím MO, plísním a některým virům Aplikace: při nízkých teplotách a pH 4
Spektrum účinnosti: úzké
Působení silné: vůči G+ bakteriím
Působení slabé: vůči virům a G- bakteriím
Koroze: nezpůsobují korozi
Stabilita v roztocích: velká
Doba působení: dlouhá, např. přes noc
Aktivita: ovlivňován hodnotou pH, vyšší v zásaditém prostředí
DEZINFEKCE Spektrum účinku
DEZINFEKCE Kyseliny: organické Organické kyseliny v nedisociované formě (nízké pH) mohou procházet přes cytoplazmatickou membránu buněk Uvnitř buněk je hodnota pH vyšší, molekuly kyselin disociují na nabité ionty Aktivita ovlivňována hodnotou pH, je vyšší v kyselém prostředí
DEZINFEKCE UV záření: mechanismus účinku
Fyzikální proces
Nukleové kyseliny (DNA, RNA) absorbují UV záření λ = 240 - 280 nm
Nejvyšší germicidní účinek λ=260–265 nm
Chemická látka
Koncentrace ve vodném roztoku (% hm.) nutná k inaktivaci 6 log KTJ . ml-1 . min-1 mikroorganismů Saccharomyces
Lactobacillus
Leuconostoc
Gluconobacter
0,0031
ClO2
0,0014
0,0031
0,0048
Kyselina citronová
> 10
> 10
> 10
6,3
HOCl(Na)
0, 027
0,03
0,034
0,031 0,0039
Jodofory
0,0012
0,0039
0,0098
Kyselina mléčná
> 10
5
5,3
1,6
Kyselina peroctová
0,026
0,011
0,011
0,011
KAS
0,0012
< 0,0001
< 0,0001
0,0004
DEZINFEKCE UV záření: použití: pitná voda
UV
C
A
A
G
T
T
T A
G
C
C G
A T
DNA
Poškození a inhibice replikace DNA
4
SANITACE Mýty o čištění
DEZINFEKCE UV záření: výhody vs. nevýhody Výhody
Co je mokré, to je čisté… ------Co je čisté na pohled, je dost čisté i pro výrobu potravin ------Pro čištění jsou nejvhodnější vysokotlaké čističe…
Záření UV velmi účinné vůči bakteriím, plísním a prvokům Účinnost nezávisí na pH, teplotě a jiném materiálu ve vodě Není známá tvorba DBP’ s
Nevýhody Záření UV málo účinné proti virům! Nevznikají rezidua Drahý způsob ošetření!
SANITACE Hodnocení účinnosti s. postupů
SANITACE Metody stanovení účinnosti s.p.
Vizuální kontrola .. Přímé metody kontroly .. Nepřímé metody kontroly .. Nařízení Komise ES č. 2073 / 2005 Mikrobiologická kritéria a sledované skupiny MO
Metody přímé kontroly Stěrové metody Otiskové metody Mikrobitesty Metody nepřímé kontroly Luminometrické metody Impedanční metody Proteinové testy Optické metody (elektronová a fluorescenční mikroskopie)
SANITACE
Metody vyšetření čistoty prostředí Compact Dry
Metody vyšetření čistoty prostředí
Systém: Ready-to-use Vzorek: aplikace 1 ml Chromogenní barviva: změna zbarvení Skladování: pokojová teplota, 2 roky Inkubační teplota: 20 - 42 °C dle specifikace Stanovení: ETB: Enterobacteriaceae
AQ: heterotrofní bakterie: voda X-BC: Bacillus cereus VP:Vibrio parahaemolyticus TC: celkový počet MO EC: E. coli a koliformní MO X-SA: Staphylococcus aureus
YM: kvasinky a plísně CF: koliformní MO SL: Salmonella ETC: Enterococcus LS: Listeria spp. CC: celkový počet životaschopných MO
5
Metody vyšetření čistoty prostředí Stěrové metody 1 Stěrová metoda s nalévanými plotnami I Tampon: zvlhčen sterilním fyz. roztokem (FR) Stíraná plocha: 10 cm2 (sterilní šablona) Vytřepání tamponu: do 10 ml FR
Metody vyšetření čistoty prostředí Stěrové metody 2 Komerčně dodávané stěry a screeningové testy Q-SwabTM, InSiteTM Listeria aj. Úspora času a nákladů Stěr testovaného povrchu z plochy alespoň 10 x 10 cm Vložení stěru do specifického chromogenního média Inkubace při 37°C (Salmonella sp. a koliformy: 18 - 24 h, Listeria spp.: 0 - 48 h) Růst cílových bakterií je indikován změnou barvy média, vyšší kontaminace = rychlejší změna zbarvení V případě pozitivního nálezu: možno použít takto pomnožený vzorek pro konfirmaci a podrobný mikrobiologický rozbor Detekce důležitých patogenů v jednom testovacím systému Rychlá metoda: nevyžaduje předchozí pomnožení vzorku
Metody vyšetření čistoty prostředí Stěrové metody 3
Metody vyšetření čistoty prostředí Otiskové metody 1 Informace o hygienickém stavu povrchu Výsledky: KTJ / cm2 připadající na celou plochu plotny či část Modelová tabulka: odhad hygienické úrovně na základě hustoty narostlých kolonií
Komerční sety HYGICULT DIPSLIDES PETRIFILM REDIGEL
Metody vyšetření čistoty prostředí Otiskové metody 2 HYGICULT Plastová destička oboustranně pokrytá kultivačním mediem umístěná ve sterilní nádobce Rychlý monitoring MO kontaminace v potravinářských provozech
Snadnost použití mimo laboratoř Sortiment destiček omezen pouze na indikátorové MO (CPM, enterokoky, koliformní MO, pseudomonády, kvasinky a plísně)
Metody vyšetření čistoty prostředí Otiskové metody 3 Petrifilm Médium v suché formě na čtvercové polyethylenové folii 3 kroky: inokulace, inkubace, počítání Zvlhčení media na Petrifilmu: 1 ml sterilní destilované vody – následně otisk povrchu (nemusí být rovný) Přímé pipetování: 1 ml tekutého vzorku Typ MO: CPM, koliformy, E. coli, kvasinky a plísně
6
Metody vyšetření čistoty prostředí Mikrobitest 1 Systematické monitorování účinnosti sanitace a kontrola technologického procesu
Metody vyšetření čistoty prostředí Mikrobitest 2
38
Metody vyšetření čistoty prostředí Čistící karty
Metody vyšetření čistoty prostředí Proteinové testy: Flash testTM Posouzení výskytu proteinových nečistot na čištěném povrchu Výsledek: „čistý“ vs. „špinavý“
Metody vyšetření čistoty prostředí Luminometrie 1
Metody vyšetření čistoty prostředí Luminometrie 2
Měření koncentrace buněčného ATP (adenosintrifosfátu) Předpoklad: každá živá buňka produkuje ATP v relativně stálém množství Metoda je založena na sledování intenzity biochemické činnosti přítomných MO Množství emitovaného záření je přímo úměrné koncentraci přítomného ATP a tedy i počtu metabolicky aktivních buněk biomasy Výsledky: jednotky RLU (Relative Light Units)
7
Metody vyšetření čistoty prostředí Metoda DEFT
Metody vyšetření čistoty prostředí Vyvíjené metody: nepřímé
Přímá epifluorescenční filtrační technika The Direct Epifluorescent Filter Technique
Turbidimetrie a nefelometrie Kalorimetrie Fluorometrie Radiometrie Mikrokalorimetrie Katalasové testy Endotoxinový test (LAL) Biosenzory
- Princip: zachycení bakteriálních buněk na polykarbonátové membránové filtry - Barvení: fluorochromanem (akridinová oranž) - Vizualizace: epifluorescenční mikroskop - Vyhodnocení: obrazová analýza
Metody vyšetření čistoty prostředí Nefelometrie a turbidimetrie • Měření intenzity světla
rozptýleného pod určitým úhlem • Měření koncentrace koloidních disperzí (MO)
Metody vyšetření čistoty prostředí Metoda EZ-FluoTM 1 Detekce MO: rychlá a nedestruktivní metoda Barvení: fluorescenční barvení Výsledek: kvalita i kvantita MO kontaminace Pouze pro filtrovatelné vzorky Časová náročnost: zabere pouze 1/3 času trad. metod Postup - Filtrace vzorku - Inkubace - Barvení - Vizualizace - Inkubace do nárůstu viditelných kolonií
Metody vyšetření čistoty prostředí Metoda EZ-FluoTM 2
Metody vyšetření čistoty prostředí Aeroskop Mikrobiologická kontrola čistoty ovzduší Princip: nahromadění MO přítomných v definovaném objemu vzduchu Vyšetřovaný objem: 100 l vzduchu / 1 min 1 cyklus: 2000 l vzduchu
http://www.foodsafetymagazine.com/signature-series/rapid-detection-of-microorganisms-in-food-and-beverage-by-fluorescence/
8
Metody vyšetření čistoty prostředí Mikroskopie
Hygienický design
Hygienický design Vstup do provozu
Hygienický design
Sanitovatelné nerezové skříně na el. rozvody
Otevřené systémy: správný a špatný design
Hygienický design
Hygienický design Správný a špatný design 1
Uzavřené systémy: správný a špatný design
9
Hygienický design Správný a špatný design 2
Hygienický design Špatný design: podlahy
Hygienický design
Hygienický design
Povrchy hodnoty RA pro stupně hladkosti podle ISO
Děkuji za pozornost
Špatný design: nerezavějící ocel s rýhami - kumulace MO
Membránové separační procesy
10
Mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace, reverzní osmosa Proces
Velikost pórů
Cut-off* (Dalton)
Tlak (MPa)
Zadržované částice**
MF
0,1 – 10 m
~ 1.000.000
< 0,5
Koloidy, mikroorganismy, viry
UF
0,001 – 0,1 m
1.000 – 500.000
0,1 - 2
Makromolekuly
NF
0,1 – 1 nm
300 – 1.000
2-4
Nízkomolekulární látky
0,1 – 1 nm
< 500
RO
Reverzní osmosa (RO) Ultrafiltrace (UF) Mikrofiltrace (MF) Elektrodialýza (SD) Pervaporace (PV) Rozdělení trhu s membránami a membránovými moduly podle jednotlivých aplikací PV
Separaceplynů
ED MF
4-8
UF
Nízkomolekulární látky
Hemodialýza RO
Cut-off relativní molekulovou hmotnost částice, která je danou membránou z 95 % zadržována ** Při daném membránovém procesu jsou zadržovány i složky uvedené v horních buňkách tabulky
Membránové separační procesy Rozdělení 1 Procesy s gradientem tlaku: mikrofiltrace (MF), ultrafiltrace (UF), nanofiltrace (NF), reverzní osmóza (RO) Procesy s gradientem chemického potenciálu: pervaporace (PV), permeace plynů, dialýza, osmóza Procesy s gradientem elektrického potenciálu : elektrodialýza (ED), membránová elektrolýza Procesy s gradientem teploty: membránová destilace (MD)
Separační techniky Baktofugace
Odstředění bakteriálních spor
Tradiční technologie před aplikací UHT sterilace mléka
Proces používaný při výrobě sýrů: ošetření mléka k prevenci latentní fermentace polotvrdých sýrů (prodloužení trvanlivosti sýrů o několik dní)
Membránové separační procesy Aplikace MF, UF, NF a RO
v potravinářské a biotechnologické praxi II
Karifikace a purifikace kapalin a plynů Filtrace octa, vína, piva a dalších nápojů (UF/MF) Purifikace vody, příprava apyrogenní vody (RO) „Studená" sterilace kapalin: sterilní filtrace (MF) Sterilace vzduchu před vstupem do bioreaktoru (MF) Odstranění vysokomolekulárních látek, buněčných fragmentů a buněk z fermentačních médií (UF / MF) Deproteinace syrovátky (UF) Částečná demineralizace syrovátky (NF)
Separační techniky Baktofugace: princip 1
11
Separační techniky
Techniky ošetření suroviny / výrobku
Baktofugace: princip 2
Prodloužení trvanlivosti
Kombinované techniky ošetření 1 Pasterace a baktofugace 1
Kombinované techniky ošetření 2 Pasterace a baktofugace 2
¨
¨
Baktofugace
Odstraňování MO z čerstvého jablečného džusu pomocí baktofugace ¨
F. V. KOSIKOWSKI, V. MORENO J. Food Sci. (2006) SUMMARY Bactofugation, a continuous centrifugal process of removing microorganisms from liquid foods, was applied at 9.000 g force to chilled and heated apple juice at a rate of 1,600 gph. A reduction 99.8% in total bacterial count and 99.9% yeast-mold count of fresh apple juice processed at 7°C was obtained. Bactofugating chilled apple juice was more effective than bactofugating apple juice heated to 54°C and presented certain operational advantages. Bactofugated, chilled apple juice retained the same flavor as untreated, fresh apple juice and remained fresh 22 days at 5°C, compared to about 5 days for the untreated apple juice. The simplicity of bactofugation, its relatively high put-through capacity and its effective reduction of microbial populations in fresh apple juice suggest that the process has potential application toward improving the keeping quality of this food.
Děkuji za pozornost ¨
12
