Ochrona zdrowia publicznego, straty ponoszone w wyniku produkcji żywności zagrażającej zdrowiu konsumenta i postępująca globalizacja powodują, że przedstawiciele branży spożywczej stają przed wyzwaniami związanymi z zapewnieniem bezpieczeństwa żywności.

– Ważnym aspektem jest poprawa mikrobiologicznej jakości produktów spożywczych będących na rynku, która wynika z wdrażania i ciągłego doskonalenia systemów zarządzania bezpieczeństwem żywności. W modelowaniu bezpieczeństwa produktów żywnościowych, w tym mleczarskich, pomaga mikrobiologia prognostyczna – mówi dr hab. Jarosław Kowalik, prof. UWM z Katedry Mleczarstwa i Zarządzania Jakością WNoŻ.

Mikrobiologia prognostyczna

Naukowiec wyjaśnia, że mikrobiologia prognostyczna pozwala na oszacowanie rozwoju i przeżywalności głównie drobnoustrojów chorobotwórczych, a także tych, które mogą powodować psucie żywności podczas przechowywania bądź przygotowywania posiłków. – Głównym założeniem mikrobiologii prognostycznej jest to, że w określonym środowisku dany mikroorganizm zawsze zachowa się w ten sam sposób. chorobotwórczych z gatunku: Salmonella enteritidis, Listeria pod lupą UWM Powtarzalność reakcji drobnoustrojów została wykorzystana do modelowania matematycznego. 

Modele prognostyczne oprócz wzrostu i przeżywalności drobnoustrojów mogą także wyznaczać spadki liczby bakterii, np. podczas modelowania procesów termicznych. 

– Modele prognostyczne inaktywacji termicznej mikroorganizmów opisują kinetykę zmian liczebności populacji drobnoustrojów w odpowiedzi na ekspozycję na podwyższoną temperaturę w funkcji czasu – dodaje dr inż. Adriana Łobacz, adiunkt z Katedry Mleczarstwa i Zarządzania Jakością WNoŻ, przypominając, że mikrobiologia prognostyczna została zdefiniowana w latach dziewięćdziesiątych ub. wieku na kongresie naukowym Food Microbiology. – W mikrobiologii prognostycznej zdecydowana większość prowadzonych badań skupia się na modelowaniu zachowania bakterii patogennych. Opracowywane są również modele prognostyczne służące do modelowania jakości produktów w kontekście zmian sensorycznych czy zmian fizyko-chemicznych, które następują wraz z upływem czasu.

Czym są owe mikrobiologiczne modele prognostyczne? To nic innego, jak wzory matematyczne, różniczkowe równania matematyczne. Jeszcze 30 lat temu modele matematyczne opracowywało się na kartce. Teraz analiza matematyczna na zaawansowanym poziomie możliwa jest dzięki dynamicznemu rozwojowi internetu, internetowych baz danych oraz narzędzi online. W dobie uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji korzystanie z modeli prognostycznych jest znacznie ułatwione. Nikt nie oczekuje od studentów, że zostaną matematykami. 

– Obecnie dostępne są bezpłatnie narzędzia online w postaci modeli prognostycznych, które po wklejeniu danych uzyskanych w laboratorium, generują nam parametry opisujące dynamikę wzrostu modeli. Ważne jest jednak to, i zawsze to powtarzam studentom, że do prognozy musimy podejść sceptycznie i nigdy nie ufać jej bezwarunkowo. Musimy ją sprawdzić, wykorzystując do tego swoją specjalistyczną wiedzę z zakresu technologii żywności – mówi dr inż. Adriana Łobacz.

UWM jednym z pionierów

Przykładem jednej z popularniejszych baz danych dotyczących mikrobiologii prognostycznej jest ComBase. Innym portalem, w którym zamieszczono modele opracowane dla konkretnych produktów spożywczych jest Wama Predictor (WMP) dostępna na stronie UWM. Baza ta powstała w wyniku realizacji w Katedrze Mleczarstwa i Zarządzania Jakością projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

– Portal ten umożliwia zalogowanym użytkownikom prezentację symulacji kinetyki zmian populacji różnych gatunków bakterii zgodnie z opracowanymi modelami matematycznymi. Modele zamieszczone w bazie skonstruowaliśmy na podstawie wyników badań uzyskanych na produktach spożywczych pochodzenia zwierzęcego, takich jak: jogurt, kefir, mleko pasteryzowane, mleko UHT, sery miękkie z porostem i przerostem pleśni, sery dojrzewające typu holenderskiego, feta, mozzarella oraz twarogi. Podczas badań naukowych analizowaliśmy zachowanie bakterii chorobotwórczych z gatunku: Salmonella enteritidis, Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica, Staphylococcus aureus oraz Escherichia coli w zakresie temperatur przechowywania 0–250C – wspomina prof. Jarosław Kowalik. 

Modele prognostyczne opracowane dla konkretnych produktów spożywczych pozwalają w krótkim czasie oszacować stan mikrobiologiczny żywności.

– To daje możliwość podjęcia decyzji (w przypadku stwierdzenia niezgodności) o wycofaniu produktu z rynku lub skrócenia terminu jego przydatności do spożycia. Modele matematyczne mogą być również skutecznym narzędziem do szacowania przyczyn i skutków nieprawidłowo przeprowadzonego procesu produkcyjnego. Są też pomocne w dialogu oraz znalezieniu wspólnego mianownika w kwestiach dotyczących zagrożeń mikrobiologicznych produkowanej żywności. Ponadto mogą przyczyniać się do analizowania skutków w przypadku zatruć pokarmowych, możliwości znalezienia, udowodnienia i ustalenia przyczyn nie tylko podczas analizy jakościowej, ale przede wszystkim ilościowej. Szczegółowa, tradycyjna kontrola żywności, pod względem jakości mikrobiologicznej jest w dużej mierze czaso- i pracochłonna, a wyniki badań mikrobiologicznych uzyskuje się po zakończeniu procesu. Badania przeprowadzane na dużą skalę są też kosztowne – zaznacza prof. Jarosław Kowalik, dodając, że zastosowanie mikrobiologii prognostycznej do opracowanych i zwalidowanych modeli umożliwiło wykreowanie narzędzia pozwalającego przewidywać stan bezpieczeństwa gotowego wyrobu na poszczególnych etapach łańcucha żywnościowego.

Należy też dodać, że prace badawcze dotyczące mikrobiologii prognostycznej trwają w Katedrze Mleczarstwa i Zarządzania Jakością już ponad 20 lat. Pionierem na UWM w tej dziedzinie był nieżyjący już prof. Stefan Ziajka, który usłyszał o niej podczas jednej z konferencji. Jak zaznaczają rozmówcy, prof. Ziajka podchodził do nowych zagadnień bardzo entuzjastycznie. Zwracał też dużą uwagę na komunikację w języku angielskim, ponieważ większość badań była prowadzona za granicą.

Dr Adriana Łobacz zaznacza, że obok rozpoczętych dwie dekady temu badań w katedrze prowadzone były także badania dotyczące modelowania wzrostu probiotyków, czyli „dobrych” bakterii. 

– Celem badań jest zapewnienie, aby patogenne mikroorganizmy nie były obecne w produktach spożywczych, a w przypadku ich ewentualnej obecności – aby nie wykazywały zdolności do wzrostu i namnażania. Odmienna sytuacja dotyczy mikroorganizmów prozdrowotnych, których populacja powinna pozostawać na stabilnym poziomie przez cały okres przydatności produktu do spożycia – tłumaczy naukowczyni. I przypomina: – W ostatnim dniu deklarowanego okresu trwałości liczba żywych komórek pożądanych bakterii powinna wynosić co najmniej 106 jednostek tworzących kolonie (CFU) na gram produktu. 

Sylwia Zadworna

Fot. Janusz Pająk

Dr hab. Jarosław Kowalik, prof. UWM pracuje na stanowisku profesora w Katedrze Mleczarstwa i Zarządzania Jakością na Wydziale Nauki o Żywności UWM. Jego zainteresowania badawcze koncentrują się na kwestiach związanych z bezpieczeństwem produkcji mleczarskiej, technologią mleczarską i nowymi produktami mleczarskimi.

Dr inż. Adriana Łobacz jest adiunktem w Katedrze Mleczarstwa i Zarządzania Jakością na Wydziale Nauki o Żywności UWM. Jej zainteresowania naukowe dotyczą modelowania jakości mikrobiologicznej produktów spożywczych oraz bezpieczeństwa żywności.

Tekst ukazał się w styczniowo-lutowym wydaniu „Wiadomości Uniwersyteckich”, którego tematem przewodnim były innowacje. W lutym obchodziliśmy Dzień Nauki Polskiej, zatem był to doskonały pretekst, aby wspólnie z przedstawicielami naszego Uniwersytetu przypomnieć, jak ważne są nie tylko innowacyjne badania, ale i troska o sprzyjającą im kulturę organizacyjną. Przedstawiliśmy kilka projektów realizowanych na UWM, które wspierać będą walkę z wieloma wyzwaniami współczesności – m.in. z  krótkowzrocznością u dzieci, nowotworami czy bezpieczeństwem żywności.