Πρόβλεψη της συμπεριφοράς του Bacillus coagulans σε προϊόντα τροφίμων που συντηρούνται εκτός ψυγείου
Creators: name: Ζούρου, Χριστίνα Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Πρόβλεψη
Ανάπτυξη
Bacillus coagulans
Prediction
Growth

description: Ο Bacillus coagulans είναι ένα θερμόφιλο σπορογόνο βακτήριο που συνδέεται με την αλλοίωση πολλών τροφίμων, που συντηρούνται εκτός ψυγείου. Τα σπόρια που σχηματίζει, μπορούν να επιβιώνουν κατά τη θερμική επεξεργασία λόγω της μεγάλης θερμοανθεκτικότητάς τους. Πολλά επεξεργασμένα τρόφιμα που υφίστανται θερμικές επεξεργασίες υψηλών θερμοκρασιών χαρακτηρίζονται ως «μικροβιολογικά σταθερά» αφού τα σπόρια των θερμόφιλων βακτηρίων, που μπορούν να επιβιώσουν, έχουν υψηλές ελάχιστες θερμοκρασίες εκβλάστησης (30-35 °C), με αποτέλεσμα να μη παρατηρείται μικροβιακή ανάπτυξη υπό κανονικές συνθήκες διακίνησης και συντήρησης. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη την επερχόμενη αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, λόγω της κλιματικής αλλαγής, η θερμοκρασία διακίνησης και συντήρησης αυτών των τροφίμων δύναται να φτάσει ή και να ξεπεράσει την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης των θερμόφιλων σπορογόνων βακτηρίων και να προκαλέσει αλλοίωση. Επιπλέον, μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει η πιθανότητα αλλοίωσης των προϊόντων αυτών κατά την εξαγωγή τους σε χώρες με θερμά κλίματα. Η πρόβλεψη της μικροβιακής σταθερότητας των τροφίμων που συντηρούνται εκτός ψυγείου μέσω μελετών προσομοίωσης μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για την αριστοποίηση της διαχείρισής τους. Σκοπός της παρούσας μελέτης αποτελεί η ανάπτυξη και η αξιολόγηση εργαλείων πρόβλεψης της αλλοίωσης των τροφίμων που συντηρούνται εκτός ψυγείου από θερμόφιλα σπορογόνα βακτήρια. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο πρόβλεψης της επίδρασης της θερμοκρασίας, του pH και της ενεργότητας νερού στην ανάπτυξη του Bacillus coagulans. Η ικανότητα του μοντέλου να προβλέψει την ανάπτυξη του μικροοργανισμού αξιολογήθηκε σε επιλεγμένα θερμικά επεξεργασμένα τρόφιμα που συντηρούνται εκτός ψυγείου υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες θερμοκρασίας. Στο πρώτο σκέλος της μελέτης, περιεγράφηκε μαθηματικά η επίδραση της θερμοκρασίας, του pH και της ενεργότητας νερού (aw) στο μέγιστο ειδικό ρυθμό ανάπτυξης του B. coagulans DSM 1. Η επίδραση της θερμοκρασίας (23 – 59 °C), του pH (5,0 – 8,5) και της aw (0,980 – 0,995) στο ρυθμό ανάπτυξης του B. coagulans μελετήθηκε σε brain heart infusion (BHI) χρησιμοποιώντας το σύστημα Bioscreen C. Τα δεδομένα που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για τη μαθηματική περιγραφή της επίδρασης των περιβαλλοντικών παραγόντων με τη χρήση του δευτερογενούς μοντέλου Cardinal Parameter Model (CPM). Οι θεμελιώδης τιμές του μοντέλου προέκυψαν για τη θερμοκρασία, το pH και την aw ως Tmin = 23,77 °C, Topt = 52,89 °C, Tmax = 59,37 °C, pHmin = 4,70, pHopt = 6,43, pHmax = 8,56, awmin = 0,969, awopt = 0,998, αντίστοιχα. Ο άριστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης (μopt) στις άριστες συνθήκες ανάπτυξης του μικροοργανισμού εκτιμήθηκε σε 1,960 1/h μέσω της μεθόδου των τρυβλίων. Στο δεύτερο σκέλος της μελέτης, το μοντέλο αξιολογήθηκε σε πέντε θερμικά επεξεργασμένα τρόφιμα σε σταθερές (53 °C) και μεταβαλλόμενες συνθήκες θερμοκρασίας (4 μεταβαλλόμενα θερμοκρασιακά προφίλ). Από τα αποτελέσματα προκύπτει η ικανοποιητική απόδοση του μοντέλου για την πρόβλεψη της ανάπτυξης του B. coagulans σε θερμικά επεξεργασμένα τρόφιμα με τούς δείκτες Bias και Accuracy να βρίσκονται στο 0,99 και 1,13, αντίστοιχα.Το μοντέλο που αναπτύχθηκε στην παρούσα μελέτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για την πρόβλεψη της αλλοίωσης και την καλύτερη διαχείριση των προϊόντων από τη βιομηχανία τροφίμων.
description: Bacillus coagulans is a thermophilic spore-forming bacterium associated with the spoilage of various non-refrigerated food products. Its spores are able to survive high heating treatments due to its extreme heat-resistance. Thermally processed food products undergoing high temperature treatments are considered "microbiologically stable" and can be stored at room temperature for extended period. The latter is due to the fact that the minimum temperature for growth of the microorganisms surviving the thermal treatment is quite high (30-35 °C) and thus cannot grow and cause spoilage under normal distribution and storage conditions. Taking into consideration the projected temperature increase due to climate change however, temperature under distribution and storage may exceed the minimum temperature of growth of thermophilic spoilage bacteria and lead to spoilage. In addition, the spoilage potential of these products when exported to hot climate countries is of great interest for the food industry. This study aims to develop and validate a predictive model for addressing the potential spoilage of non-refrigerated food products occurring due to thermophilic spore-forming bacteria. A predictive model for the growth of Bacillus coagulans as a function of temperature, pH and water activity was developed. The performance of the developed model was investigated in selected thermal processed non-refrigerated food products under static and non-isothermal conditions. In the first part of the study, the effect of temperature, pH and water activity (aw) on the maximum specific growth rate of B. coagulans DSM 1 was studied. The effect of temperature (23 – 59 °C), pH (5.0 – 8.5) and aw (0.980 – 0995) on the maximum specific growth rate of B. coagulans was studied in brain heart infusion (BHI) using the Bioscreen C system. The secondary Cardinal Parameter Model (CPM) was fitted to the obtained data to estimate the cardinal values. The cardinal values of temperature, pH and aw are Tmin = 23.77 °C, Topt = 52.89 °C, Tmax = 59.37 °C, pHmin = 4.70, pHopt = 6.43, pHmax = 8.56, awmin = 0.969, awopt = 0.998, respectively. The optimum specific growth rate (μopt) was estimated through the plate count method at the value of 1.960 1/h in the optimum growth conditions of the microorganism. In the second part of the study, the model was validated in five non-refrigerated food products under static (53 °C) and non-isothermal conditions (4 dynamic temperature profiles). The findings of this study indicate the satisfactory performance of the model for predicting the growth of B. coagulans DSM 1 in thermally processed food products with the Bias and Accuracy factors estimated at 0.99 and 1.13, respectively. The model developed in this study can be used as a useful tool for predicting the growth of B. coagulans leading to an effective risk management tool for the spoilage of non-refrigerated foods.