BACILLUS CEREUS I MJÖLK OCH GRÄDDE

SMR KMl02/A-26-91 Regnr 4873 BACILLUS CEREUS I MJÖLK OCH GRÄDDE Bekämpning genom dubbel vär.mebehandling Yvonne Andreasson, Britt-Marie Bergwik och Anders Christiansson SMR FORSKNING OCH IJT\IECKUNG 22370 WND

2 SMR KMl02/A-26-91 Utfardare (t j stalle, namn) SMR, FoU Yvonne Andreassoni tt-marie Bergwik, Anders Christiansson projekt Dubbel värmebehandling av mjölk och grädde för att minimera tillväxten av Bacillus cereus Datum Regnr 1991-02 21 4873 Mottagare enligt lista samt Bacillus cereus i mjölk och grädde. Bekämpning genom dubbel värmebehandling. Sammanfattning Rapporten är en sammanfattning av de försök med dubbel värmebehandling av mjölk och grädde som genomförts i laboratorieskala och på mejerier.

3 INLEDNING Den ldande en B. cereus den viktigaste hål sbegränsande faktorn för k-mjölk. är lstrukturer som extremare Ilanden (t.ex. högt/lågt ph, uttorkning, kokning) än iga bakterie celler. Vid ogynnsamma förhållanden (t. ex. vid näringsbrist eller torka) kapslas kärnmaterialet. cereus in i en spor inne i cellen. len dör därefter men sporen frisläpps och kan i inaktivt tillstånd överleva långa t under ogynnsamma betingelser. När förhållandena er blir gynnsamma gror sporen, ungefär som ett frö, ut till en vanl,vegetativ, bakteriecell som kan föröka sig. Utmärkande för bakteriesporer är att de till skillnad från vanliga bakterieceller ~ dör vid sering. Värmning vid 100 C under några minuter och upp till en halvtimme krävs för en 90% reduktion av ~. cereus-sporhalten. Detta innebär att sporerna aldrig avdödas vid en pastörisering, tvärtom aktiveras de av värmebehandlingen så att de lättare gror ut till vegetativa celler i pastöri k-mjölksprodukter. Med ökad pastöriseringstemperatur ls en mera fektiv aktivering. Den naturliga miljön för ~. cereus är i jorden, höga halter (100000 1 miljon sporer/g) kan påträf. Sporhalten i mjölken ökar i samband med att korna släpps ut på bete och ligger sedan hög tills korna stallas in igen på hösten. Nedsmutsning av kornas spenar och juver med jord och damm spelar troligen stor roll härvidlag. Man kan se ett samband mellan höga sporhalter och regnigt väder. Via mjölken kan B. cereus-sporer också kontaminera utrustning, men andra källor är också viktiga. Utspädda mjölkrester ett utmärkt substrat för tillväxt och sporbildning hos. cereus. ~. cereus sporulerar dåligt i mjölk, men utspädd mjölk, lt i tunna vätskefilmer gynnar sporulering kraftigt. Detta innebär att god disk och desinfektion är viktigt för undvikande av erinfektion av B. cereus på mejeriet. Halten ~. cereus-sporer i mjölken till mejeriet ligger vintertid mellan mindre än en till några tiotal per liter, medan sommartid halten stiger till 100-900/1. Många B. cereus-stammar har förmåga att tillväxa i mjölk vid 8 C. Detta medför att den av statens livs medelsverk satta gränsen på 1000 ~. vid bäst före-dagen uppnås alltför t sommartid, trots de låga ursprungshalterna. B. cereus blir därför den hållbarhets begränsande faktorn som bild 1 visar. Anledningen till detta gränsvärde är att många stammar av. cereus potentiellt har förmågan att ge upphov till matförgiftningar. vid 10 OOO/ml anses mjölken otjänlig för konsumtion. Det är tydligt att i samband med det högre sportrycket i mjölkråvaran under sommar/höst ökar risken att gränsen 1000 cereus/ml vid bäst före-dagen tangeras. Detta innebär att det under riskperioden finns några marginaler för tillskott av ytterligare ~. cereus på mej et.

4 Hållbarhet (dygn) >12 12 10 9 8 7 6 <2 2 10 100 1000 Halt Bacillus cereus/l i nypastöriserad mjölk Bild 1 Samband mellan sporhalt och hållbarhet för konsumtionsmjölk. Hållbarheten definieras som det antal dygn vid 8 C som behövs för att B. cereushalten ska nå looo/ml. Denna rapport sammanfattar åtgärder som kan vidtas på mejeriet, för att reducera halten sporer i inkommande mjölk/grädde genom dubbel värmebehandling. Rapporten är en sammanfattning av ett antal delrapporter som har skrivits under dubbelvärmebehandlingsprojektet (se litteraturförteckning). PRINCIP FÖR DUBBEL VÄRMEBEHANDLING Vid pastörisering av mjölk aktiveras sporerna till att gro ut till vegetativa cel. Detta är normalt till nackdel för mjölkens hållbarhet, men kan utnyttjas i samband med dubbel värmebehandling som visas i bild 2. Genom en första värmebehandling, vanligen en termisering, aktiveras B. cereus-sporerna att gro. Genom att förvara mjölken vid en förhöjd lagringstemperatur (mellanförvaringstemperatur) efter termiseringen förmås sporerna snabbt att börja gro. Sporgroningsprocessen går betydligt snabbare vid hög temperatur än vid låg temperatur.denna mellanförvaringstid kan väljas olika lång beroende på temperaturen. I princip gror fler sporer ut ju längre tid man mellanförvarar vid en given temperatur. Efter avslutad mellanförvaring pastöriseras mjölken, vilket leder till att utgrodda sporerna (som

5 nu har blivit mjölkens hållbarhet bakterieceller) dör och att Dubbel värmebehandling Mellanförvaring Terll\isering -+ vid högre tslilperatur snabb sporgroning -+ Pastörisering -+ I<ylförvaring Ingen tillväxt o spor av B. cereu& sporaktivering Kylning ~orlllal IIl)Olk-lp.... ~handling astorl.serl.ng långsam Kyl förvaring sporgroning Bild 2 Schematisk bild över sporgroning vid dubbel värmebehandling i jämförelse med normal mjölk- och gräddbehandling. I bild 3 visas principscheman för processerna vid dubbel värmebehandling. Vid mjölkbehandling som visas i bild 3A får ingen homogenisering ske i samband med termiseringen. En extra värmeväxlare och extra tank-kapacitet krävs. Vid korta mellanförvaringstider (mindre än 6 timmar) är det är viktigt att tanken dimensioneras att hela mjölk/gräddvolymen får minst den uppehållstid som specificerats, dvs och utflöde får inte ske samtidigt. Bild 3B visar schemat för dubbel värmebehandling av grädde som varmhållits med Skåne-metoden. Den tid som grädden uppehåller sig ivarmhållningstanken definieras som varmhållningstid. Grädde kan också behandlas utan föregående varmhållning. Varmhållningstanken bortfal då ur schemat.

6 Pastörisering Förpackning Termisering t ex 14 'C 20 h Me11an förvaring Pastörisering Bild 3A Schematisk beskrivning av processen för dubbel värmebehandling av mjölk. Olika kombinationer av tid och temperatur för mellanförvaring kan användas. 8 Pastörisering 60 'C kylning Förpackning hållning 8 Pastörisering 30'C ~ Pastörisering 3'C Varm- Djup- Mellanförvaring Bild 3B Schematisk beskrivning av processen för dubbel värmebehandling av grädde med Skåne-metoden. Tiden för mellanförvaring bör vara minst 60 minuter för god effekt.

7 FÖRSÖK MED MJÖLK I laboratorieskala har flera kombinationer av mellanför varingst (2 timmar 2 dygn) och mellanförvaringstemperaturer (22 C - 3 ) testats. Al gäller att en längre lanförvaringstid ger en större reduktion av cereus, liksom det med en högre mellanförvaringstemperatur krävs kortare tid för samma reduktion. Id 4 visar hur hållbarheten för mjölk ökar med ökande lanförvaringst vid 22 C. Vid 8 C 1-2 dygns mellanlagringstid, 1 dygn ler mindre (ner till 4-6 timmar) räcker vid 13 22 C. Mellanförvaring vid 3-4 C ger ingen säker effekt. 25 >21,5 dygn 20 d 15 y g n 10 >6 dygn 5 O I I 2 tim 4 tim 6 tim Bild 4 Hållbarhetsökningen i dygn för mjölk som mellanförvarats vid 22 C i 2, 4 respektive 6 timmar. Mjölken var termiserad vid 65 C och pastöriserad vid 76 C. När hållbarhetsökningen överst 6-8 dygn har sporhalten reducerats till <l/liter. Studerar man tillräckligt många förpackningar får man samma spridningsbild som visas i tabellen på sidan 9. Vid storskaliga försök måste tiden för mellanförvaringen kunna passas in i produktionen. Vidare måste eventuella risker för tillväxt av andra bakterier under mellanförvaringen beaktas. Två olika tid/temperatur-kombinationer valdes för mjölkbehandling med hänsyn till detta, och försök gjordes i 10000 l-skala.

8 Försök 1 Termisering vid 70 120 sekunder, mellanförvar d goc under ca 24 timmar och f ter pastörisering 72 C120 sekunder. Det är enl livsmedelslagstiftningen e tillåtet att dubbelpas sera mjölk, varför den ta värmebehandlingen måste vara en termisering. Re ölken pastöriserades normalt sätt vid 76 C120 s och förpackades. 01 försök gjordes, varav vid hög sporhalt. Bild 5 sar att hållbarheten med på B. cereus förlängdes med i genomsnitt drygt 1 dygn i jämförelse med referensen, vid en sporhalt i ingående mjölk på 200-900 sporeril. Cirka två dygns hållbarhetsökning erhölls vid 200 sporeril. B. cereus/ml 100000 10000 1000 Referens.. Försök I dygn 7 8 9 10 Bild 5 Dubbel värmebehandling av mjölk. Försöksmjölken var termiserad vid 70 C, mellanförvarad vid goc/24 timmar och pastöriserad vid 72 C. Referensen var enbart pastöriserad. Hållbarheten förlängdes med ca en dag i förpackning. Försök 2 Termisering vid 70 o C/15 sekunder, mellanförvaring vid 14 C under 17-20 timmar och därefter pastörisering vid 75 C/15 sek. Referensmjölken pastöriserades enbart. Tre olika försök gjordes. Som framgår av bild 6 erhölls i genomsnitt två dagars förlängd hållbarhet med avseende på B. cereus i förpackning. Jämfördes prov uttagna direkt efter pastör erhölls i genomsnitt fyra dagars förlängd hållbarhet. Ater

9 infektion av ~. cereus via tankar och förpackningsmaskiner förekom alltså i mejeriet. B.cereus/ml 100000 10000 is. Referens efter pastör 1000 -,k Försök efter pastör / D Referens i 100 förpackning L Försök i 10 förpackning... 1 Dygn 6 7 8 9 10 11 12 Bild 6 Dubbel värmebehandling av mjölk, terrnisering 70 C, mellanförvaring 14 C/17-20 timmar och pastörisering 75 C. Hållbarheten förlängdes med ca två dagar i förpackning gentemot referens, men fyra dagars förlängd hållbarhet uppnåddes om återinfektion undveks. Ingen ökning av totalantalet bakterier skedde under mellanförvaringen i varken försök 1 eller försök 2. Det är viktigt att återinfektion efter termisering undvikes eftersom mellanförvaringen vid högre temperatur annars kan gynna bakterietillväxt. En måttlig bakterieväxt har dock mindre betydelse eftersom mjölken ska pastöriseras efteråt. Vid korrekt disk utgör dock inte förvaring vid 9 eller 14 C någon risk. Däremot inträffar ibland återinfektioner efter pastörisering, men detta kan drabba vilken mjölk som helst. I frånvaro 'av återinfektion har dubbel värmebehandling en reducerande effekt även på totalantalet bakterier i mjölken. Analysresultaten i bild 5 och 6 visar genomsnittliga B. cereus-halter. Enskilda förpackningars hållbarhet kan dock variera, vilket åskådliggörs i tabelllpå nästa sida (jämför bild 6). Anledningen till den stora spridningen i dubbelt värmebehandlad mjölk efter pastör är att sporhalterna reducerats så mycket att slumpen kommer att avgöra om det blir växt eller inte i vissa prover. Effekten av återinfektionen framgår tydligt; i förpackning reduceras hållbarheten och spridningen minskar.

10 Antal prov Hållbarhet i dagar 5 6 7 8 9 10 11 12 Referens- Imjölk Efter 15 8 7 pastör Förpackad 15 2 9 4 Dubbelt värmebehandlad miölk Efter 14 1 1 4 4 pastör Förpackad 15 5 8 1 1 >12 4 Tabell 1 Ida mjölkprovers hållbarhet vid 8 C för referensmjölk och dubbelt värmebehandlad mjölk (mellanförvaring vid 14 C/17 20 timmar). Jämse mellan prov efter pastör och förpackning tydligt effekten av återinfektion. Försöken visar att dubbel värmebehandling av mjölk fungerar i prakt som en metod att reducera halten B. cereussporer. Sensoriska egenskaper vid sensorisk analys har ingen skillnad i smak mellan ref ölk och försöksmjölk påvisats. Som metod för behandling av mjölk får dubbel värmebehandling närmast anses ha strategisk betydelse som hjälpmedel vid mycket höga sporhalter i mjölkråvaran. Under normalförhållanden är den för dyr, se kostnadsuppskattningen på sidan 12. FÖRSÖK MED VISPGRÄDDE Grädde drabbas kanske oftare av B. cereus-problem än mjölk dels på grund av att den högre värmebehandlingen medför en kraftigare aktivering av sporerna I dels är det svårare att hålla temperaturen låg vid fyllning av småförpackningar. Grädden är också ett dygn äldre i förpackning pga av den nödvändiga kylningen i tank för att få bort kristallisationsvärmet. Om grädden förpackas okristalliserad medför ta en temperaturstegring i förpackningen. Det är svårt att kyla förpackningar och varje grad är kritisk för tillväxten av B. cereus. Laboratorieförsök hade visat att mellanförvaring vid 30 C under en till två timmar är en lämplig tid/temperaturkombination. Mellanförvaring vid 15 respekt 40 C ger sämre resultat.

11 Försöken utfördes på ett mejeri som til av vispgrädde enligt Skåne-metoden (1) utan varmhållning (2). varmhållning ett mejeri 1. Gräddbehandling med varmhållning Temperaturbehandlingen var: vid 60 C under ca 60 min, därefter pastörisering vid 76,mellanförvaring vid 30 C under en respektive två t I slutligen pastörisering vid 9SoC. Referensen varmhölls och högpastöriserades. Både försöks och referensgrädde djupkyldes i tank över natten. Processen beskrivs i bild 3B. Bild 7 visar att vispgrädden fick en förlängd hållbarhet med minst två dagar map ~. cereus oavsett mellanförvaringstid. Laboratorieförsök har dock visat att 60 minuters mellanförvaring vid 30 C är den kortaste tiden som ger ordentlig reduktion av. cereus-innehållet i grädden. Laboratorieförsök har också visat att 30 minuters varmhållningstid ger mindre reduktion av~. cereus. Produkterna följdes inte längre än 10 dygn eftersom en längre hållbarhet knappast är intressant för färska produkter. Efter 10 dygn vid 8 C hade försöksgrädden fortfarande inte mer än ca 10 B. cereus per mi medan referensen hade passerat gränsen för tjänligt enligt SLYs normer redan efter 8 dagar. B. cereus/ml 1000000 100000 10000 D Referens 1000 ~ 1 timma 100 BI 2 timmar 10 1 6 8 10 Dygn Bild 7 Dubbel värmebehandling av vispgrädde. B. cereusinnehållet efter 6, 8 respektive 10 dygn.

12 Bild 8 visar att referensen ligger högre än värmebehandlade grädden när det gäller er rekt efter pastör. Detta visar att dubbel värmebehandling kan ha en positiv effekt på den totala floran i 10000000 Totalantal/mI 1000000 100000 D Referens II 1 timma 10000 II 2 timmar 1000 100 6 8 10 Dygn Bild 8 Dubbel värmebehandling av vispgrädde. Totalantal efter pastör 6, 8 respektive 10 dygn. Referensen ligger genomgående högre än försöksgrädden. Bild 9 visar totalantalet bakterier i grädden efter förpackning och här ses återigen ett exempel på hur viktig hygienen är för ett bra resultat. Grädden med två timmars mellanförvaringstid råkade vid två av de tre försökstillfällena ut för dåligt diskade förpackningsmaskiner och det hade stor inverkan på totalantalet bakterier i produkten. Även om grädden hade lågt innehåll av bakterier efter pastör blev slutresultatet dåligt eftersom disken inte var tillräcklig. Grädde som mellanförvarades i en timme vid 30 C återinfekterades inte och här var totalantalet mindre än 10 OOO/ml efter 10 dygn vid förvaring i +8 C.

13 Totalantal/mI 100000000 10000000 1000000 D Referens 100000 ~ 1 timma 10000 1000 100 +-'-- Dygn 6 8 10 II 2 timmar Bild 9 Dubbel värmebehandling av vispgrädde. Totalantal bakterier efter förpackning. Aterinfektion i försöksgrädden med två timmars mellanförvaring. 2. Gräddbehandling utan var.mhållning Tre försöksomgångar genomfördes på ett mejeri som tillämpar en gräddprocess utan varmhållning. Grädden temperaturbehandlades på följande sätt: Pastörisering vid 76 under någon sekund, därefter varmhållning av grädden vid 30 C, processen avslutades med en pastörisering vid 900C under någon sekund. Resultaten visade att minst två timmars varmlning krävdes för att erhålla 1-2 dygns hållbarhetsökning. Sämre effekt erhölls vid mellanförvaring vid 15 respektive 40 C. Effekten av dubbel värmebehandling av grädde tycks därför vara större i samband med varmhållning av grädden (Skåne-metoden). Sensoriska och fysikaliska egenskaper Grädden påverkades inte smak- och konsistensrnässigt av den dubbla värmebehandlingen. Vispningsegenskaperna och vidhäftningstendenserna påverkades inte heller av den extra behandlingen. Kostnader Merkostnaden dubbel värmebehandling av mjölk eller vispgrädde naturligtvis mellan olika driftsplatser. Kostnaden kan delas in i merkostnader för energi och kapital. Energikostnaderna härrör bland annat från att värmeuttaget från produkten vid första kylningen (till 30 C) minskar. Om kylvattnets värme normalt tas tillvara måste denna värme nu

14 tillföras någon annan energikälla. Den andra kylningen medför ökad kylvattenförbrukning och mängden avloppsvatten ökar dessutom. Merkostnaden energi kan uppskattas till 2,3 öre/kg. För att den dubbla värmebehandlingen te i de flesta fall den befintliga kapaciteten utökas. Varje processlinje måste då utökas med Y t igare en pastör samt två större tankar med tillhörande ventiler, styrning samt övrig kringutrustning. En sådan investering kan uppskattas till 1 miljon kronor per linje. Beräknat på en tillverkning av ca 4,5 miljoner kg per år ger detta en merkostnad på ca 4,3 öre/kg. Totalt fås en merkostnad på 6,6 öre per kg produkt.

15 LITTERATURFÖRTECKNING 1. Christiansson, A och Törngren, F. (1986) SMRC--K10 1/A 24-86. Reducering av Bacillus cereus i k-mjölk genom dubbel värmebehandling kombinerad med mellanförvaring vid förhöjd lagringstemperatur. 2. Christiansson, A, Mattson, N, Törngren, F., Persson,I. Knutsson, M. & Borgström, I. (1987) SMR-KM102/A 2-87. Teknisk prövning på ett mejeri av dubbel värmebehandling kombinerat med mellanförvaring vid förhöjd lagringstemperatur, för att minska tillväxt av Bacillus cereus i k mjölk. 3. Christiansson, A., Mattson, N., Svensson, U. & Borgström I. (1987) SMR-KM102/A-3-87. Tillväxt av Bacillus cereus i k-mjölk vid 6,7,8 och 9 C. 4. Christiansson, A., Mattson, N. & Ollermark, I. (1989) SMR-KM102/A-16-89. Mejeriförsök. Minskad tillväxt av Bacillus cereus genom dubbel värmebehandling kombinerad med mellanförvaring vid 14 C. 5. Duske, B-M. & Johansson, G. (1987) Arla PA 400-87. Dubbel värmebehandling av vispgrädde. 6. Christiansson,A., Ollermark,I & Hernrup, C. (1990) SMR-KM102/A-22-90. Några orienterande försök att optimera processen för dubbel värmebehandling för Bacillus cereusreduktion av varmhållen grädde. 7. Christiansson, A. & Ollermark, I. (1990) SMR-KM102/A 23-90.Försök att påvisa s.k. långsamgroende sporer av Bacillus cereus i svensk k-mjölk. 8. Christiansson, A., Hernrup, C., Ollermark, I. & Andreasson Y. SMR-KM102/A-24-90. Dubbel värmebehandling av varmhållen grädde: Inverkan av varmhållningstid och mellanlagringstid.