מיקרוביולוגיה של מזון

מיקרוביולוגיה של מזון הוא תחום מדעי העוסק בחקר מיקרואורגניזמים, הן במזון והן בחומרי הגלם המשמשים לייצורו. מאות שנים לפני תגלית המיקרוביולוגיה, שנחשבת למדע בן 100 שנים בלבד, בני אדם כבר גילו שיטות שונות לניצול מיקרואורגניזמים לשימוש במזון, כמו גם שיטות שימור מזון כגון המלחה והוספת סוכר שגורמים להפחתת מים פעילים (water activity) במזון, החמצה וייבוש. ישנם יישומים רבים של מיקרואורגניזמים בתעשיית המזון והם משמשים לייצור מזונות ומשקאות שונים, כמו יין, בירה, סיידר, לחם, גבינות ומוצרי חלב ניגר, רוטב סויה ומוצרי סויה אחרים, חומץ, כבישת ירקות ופירות (אנ'), תהליך התסיסה משתתף בעיבוד של פולי קפה וקקאו להרחקת המעטה הרירי שלהם. תעשיית הבשר נעזרת בתהליך התסיסה לעיבוד נקניקים שונים. המיקרואורגניזמים משפיעים על איכות המזון, חיי המדף וכמות המזון. מיקרואורגניזמים מהווים אתגר מרכזי לבריאות הציבור בשל יכולתם לגרום למחלות בקרב בני האדם, ואתגר מרכזי ליצרניות המזון שעלולות לחוות הפסדים כלכליים עקב קלקול המוצרים והשמדתם. לפיכך, נעשים מאמצים מתמשכים בקרב תעשיות המזון, הרשויות והחברה לשפר כלים לדגימה סטאטיסטית ושיטות מיקרוביאליות קלאסיות ומהירות (rapid methods) על מנת להבין את המנגנונים המשפיעים על התנהגותם של מיקרואורגניזמים במזון. וכדי לבודד, לזהות ולספור מיקרואורגניזמים שונים במזון. מזונות מורכבים מתרכובות אורגניות שונות ואי אורגניות (מלחים שונים) ונדיר מאוד שיהיו סטריליים ללא נוכחות כלשהי של מיקרואורגניזמים, אלא אם כן עברו תהליך של עיקור. למזונות שונים אוכלוסייה מעורבת של מיקרואורגניזמים שמקורם במיקרו-פלורה (אוכלוסיית המיקרואורגניזמים) הטבעית של סביבת המקור של המזון. עבור גידולים חקלאיים, מיקרואורגניזמים מאכלסים את המזון משלב הגידול והקטיף ועד להכנה והצריכה. המיקרו-פלורה של המזון תלויה בעיקר בסביבת המזון (אזור גאוגרפי ומשאבי טבע זמינים, טמפרטורה, קרינה וכו'), בסוג החיידקים הנפוץ בדוגמה, במאפיינים של סוג המזון (תכולת לחות, תכולת סוכר), בזיהום אפשרי ובתנאי העיבוד בשלבים הבאים. הקבוצות המיקרוביאליות הקשורות למזונות הן חיידקים, פטריות, שמרים, עובשים, חד תאיים (פרוטוזואה), אצות ווירוסים. מיקרואורגניזמים עלולים לגרום לקלקול מזון ונוכחות של חיידקים פתוגניים במוצרי מזון מהווה כיום את הגורם העיקרי לאובדן מזון. למרות התפתחויות בתחום (טכנולוגיות, ארגוניות, היגייניות) שמהוות גורמים חשובים למניעה ולעיכוב של גידול וזיהום חיידקים, מוצרי מזון רבים נשארו רגישים לקלקול ולפעילות של מיקרואורגניזמים פתוגניים (מזיקים לבני אדם). מלבד נוכחות של חיידקים פתוגניים, גם הטעם, הריח והמרקם הבלתי רצויים הם חלק מהמאפיינים של מזון מקולקל. מזון יכול להיחשב כמצע גידול אופטימלי לגידול חיידקים ומיקרואורגניזמים נוספים. בהתחשב במגוון העצום של מקורות האספקה, החומרים והשיטות שבאמצעותן מיוצר המזון, כמעט כל סוג של מיקרואורגניזם נחשב כמזהם פוטנציאלי. בהינתן הזדמנות לגידול, מיקרואורגניזמים ינצלו זאת וייתכן כי יגרמו לשינויים במראה, בטעם, בריח, ובאיכויות אחרות של המזון. השינויים מתפתחים בהתאם לסוג המזון המתקלקל, אך ניתן לסכם אותם בכלליות על ידי בחינת תוצרי הפירוק של אבות המזון העיקריים: חלבונים, פחמימות ושומנים: מזונות המכילים חלבון, במיוחד בשר, נרקבים על ידי מיקרואורגניזמים כמו חיידקי פרוטאוס, פסאודומונאס וקלוסטרידיום, המפרקים את שרשראות הפפטידים הארוכות של החלבונים לחומצות אמינו ותרכובות בעלות ריח לא נעים כמו אמינים, אמוניה ומימן גופרתי. פחמימות (סוכרים ועמילנים) מותססות לחומצות, אלכוהול וגזים (פחמן דו-חמצני). מזונות המכילים שומן כמו מוצרי חלב מתקלקלים על ידי חיידקים שמפרקים שומנים לחומצות שומן וגליצרול. זיהום מיקרוביאלי יכול להתרחש בכל נקודה בתהליך ייצור המזון: גידול, קציר, הובלה, אחסון או הכנה סופית. מיקרואורגניזמים משמשים לייצור מגוון רחב של מוצרי מזון: למיקרואורגניזמים תפקיד חשוב בייצור של מוצרי מזון רבים הן בהכנות ביתיות והן בתעשיית המזון. מיקרואורגניזמים משמשים לייצור מוצרי חלב ומשקאות אלכוהוליים. לחם, יוגרט, שמנת חמוצה, יין, בירה, מלפפונים חמוצים, גבינות, רוטב סויה ומחית מיסו הם דוגמאות הבסיסיות למוצרים שבהם מיקרואורגניזמים משמשים כחומר הכרחי לייצורם. חומרי הגלם המשמשים לייצור מוצרים אלו מאכלסים מיקרואורגניזמים הידועים כגורמים לשינויים הנדרשים על מנת לקבל את המוצר הרצוי. לעיתים קרובות יצרניות המזון מוסיפות "תרבית התחלה" המכונה גם "סטרטר" (starter), אוכלוסייה מסחרית של מיקרואורגניזמים ידועים ומוגדרים, על מנת לקבל הדירות במוצר הסופי. חשוב לזהות חיידקים פתוגניים במזון כדי לאפשר אספקת מזון בטוחה ולמנוע הפצה של מחלות אלו. שיטות מסורתיות כוללות גידול חיידקים תוך שימוש במגוון שיטות העשרה סלקטיביות ולא סלקטיביות, גידול חיידקים בתנאי מעבדה על צלחות אגר וזיהוי החיידקים על ידי מבחנים ביוכימיים ואימונולוגיים. שיטות אלו אמנם נפוצות אך הן נמשכות זמן רב. לפיכך, פותחו מגוון שיטות לזיהוי מהיר של פתוגנים הנישאים במזון, חלקן טרם נכנסו לשימוש רציף בשל מגבלות שונות. ככלל, ניתן לסווג שיטות זיהוי מהיר לשיטות מבוססות חומצת גרעין, מבוססות חיישן ביולוגי ושיטות מבוססות אימונולוגיה. תגובת שרשרת פולימראז פשוטה (PCR): השיטה מאפשרת זיהוי של פתוגן חיידקי יחיד הקיים במזון על ידי זיהוי רצף דנ"א ספציפי של המטרה. חסרון השיטה הוא ברגישותה שכן היא דורשת ריכוז גבוה יחסית של חיידקים בדוגמה על מנת לאפשר זיהוי. בדיקת אימונוכימית(אנ') מקושרת אנזים (ELISA): אחת השיטות האימונולוגיות הנפוצות ביותר לזיהוי פתוגנים הנישאים במזון. יכולה לזהות אנטיגנים הנמצאים על פני תא או רעלנים המיוצרים על ידי חיידק פתוגני במזון. בדיקת NASBA (אנ'): תהליך הגברה אנזימטי בזמן אמת המסוגל להגביר ולזהות RNA. בדיקת FISH: טכניקת מעבדה לאיתור ואיתור רצף דנ"א ספציפי על כרומוזום. הטכניקה מסתמכת על חשיפת כרומוזומים לרצף דנ"א קטן הנקרא פרוב (probe) שמצומדת אליו מולקולה פלואורסצנטית. באופן כללי, שיטות זיהוי מהיר הן בדרך כלל יעילות בזמן, רגישות, ספציפיות וחוסכות עבודה. עם זאת, שיטות אלו לא נמצאות תדיר במעבדות מיקרוביולוגיות בשל אופי העבודה ועלויות כלכליות גבוהות. התקינה הישראלית מהווה תשתית מקצועית ואיכותית לכל מגזרי המשק, והיא מסייעת בשמירה על הבטיחות, הבריאות ואיכות הסביבה. FSSC 22000 - תקן לניהול מערכות בטיחות מזון: התקן מיועד ליצרני מזון ואריזות ודן בניהול מערכת בטיחות מזון עם דגש על תשתיות. ISO 22000:2018 - תקן בטיחות מזון: דרישות לניהול מערכת בטיחות מזון לכל הארגונים בשרשרת המזון. HACCP - עקרונות לבקרת בטיחות מזון על ידי זיהוי וטיפול בנקודות קריטיות בתהליך. גישה שיטתית המבוססת על שבעה עקרונות מרכזיים לבקרת בטיחות מזון כפי שהוגדרו על ידי הקודקס אלמנטריוס. BRC - תקן גלובאלי לבטיחות מזון: תקן בינלאומי לאיכות ובטיחות מזון על פי British Retail Consortium ליצרני מזון ובתי אריזה. BRC/IoP - תקן לייצור אריזות מזון: התקן מיועד ליצרני אריזות למזון ותחומים נוספים וחל על אריזות ראשוניות, שניוניות ושלישוניות. קימות שתי קטגוריות כאישור לעמידה בדרישות התקן. אורגני – לשיווק בישראל PPIS. תקנים לבדיקות מזון אדם ומזון בעלי חיים, ת"י 885 חלקים 1-19, המבוססים על תקני ISO. eufic, A short History of Microbiology in Food and Food Systems, Circles, ‏2021-03-08 (באנגלית אמריקאית) Neegam Nain, Katoch Gunjan Kumari, Hridya Haridasan, Shiwani Guleria Sharma, Microbes in Food and Beverage Industry, Singapore: Springer Singapore, 2020, עמ' 249–258, ISBN 978-981-15-4098-1 Jose M. Lorenzo, Paulo E. Munekata, Ruben Dominguez, Mirian Pateiro, Main Groups of Microorganisms of Relevance for Food Safety and Stability, Elsevier, 2018, עמ' 53–107 H.M. Húngaro, W.E.L. Peña, N.B.M. Silva, R.V. Carvalho, Food Microbiology, Elsevier, 2014, עמ' 213–231 microbiology | Definition, History, & Microorganisms | Britannica, www.britannica.com (באנגלית) Contributions of Microbiology in Food Industry, ‏2015-03-04 (באנגלית אמריקאית) Jodi Woan-Fei Law, Nurul-Syakima Ab Mutalib, Kok-Gan Chan, Learn-Han Lee, Rapid methods for the detection of foodborne bacterial pathogens: principles, applications, advantages and limitations, Frontiers in Microbiology 5, 2015-01-12 doi: 10.3389/fmicb.2014.00770 Mariateresa Ferone, Aoife Gowen, Séamus Fanning, Amalia G. M. Scannell, Microbial detection and identification methods: Bench top assays to omics approaches, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 19, 2020-11, עמ' 3106–3129 doi: 10.1111/1541-4337.12618 תקני בטיחות מזון | IQC - המכון לבקרה ואיכות, באתר IQC - Institute of quality and control דף תקן - מכון התקנים הישראלי, באתר www.sii.org.il