Medycyna Wet. 2007, 63 (10) 1230
Praca oryginalna Original paper
Miêso drobiowe zwykle zawiera wiêcej drobno-ustrojów ni¿ miêso innych zwierz¹t rzenych. Mikro-organizmy wystêpuj¹ce na powierzchni wie¿ych tuszek drobiowych przed wych³odzeniem pochodz¹ najczêciej z piór ptaków, skóry, przewodu pokarmo-wego, a tak¿e z linii technologicznych. Przemys³owe technologie uboju nie s¹ w stanie skutecznie ograni-czyæ zaka¿eñ. Wród wielu rodzajów bakterii izolo-wanych z tuszek drobiowych istotny problem stano-wi¹ pa³eczki Salmonella obecne zwykle w przewodzie pokarmowym i uk³adzie rozrodczym ptaków, a tak¿e Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Sta-phylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria, Aero-monas (3, 12, 15). Powszechnoæ wystêpowania sal-monelli sprawia, ¿e s¹ jedn¹ z najczêstszych przyczyn zaka¿eñ pokarmowych u ludzi. W Polsce w 2005 r. na ogóln¹ liczbê 20 251 zarejestrowanych przypadków zatruæ, typy odzwierzêce pa³eczek Salmonella by³y
przyczyn¹ 78,1% przypadków (1). Serowarem Salmo-nella enterica odpowiedzialnym za ok. 85% salmo-nelloz by³a S. Enteritidis. Wed³ug danych amerykañ-skich udzia³ drobiu w notowanych corocznie przypad-kach salmonelloz wynosi 10-20% (4). Zmniejszenie liczby zatruæ pokarmowych mo¿na osi¹gn¹æ poprzez ograniczenie stopnia zaka¿enia miêsa metodami che-micznymi i fizycznymi, z których najmniej kontrower-sji budz¹ metody termiczne, elektryczne oraz sonika-cja, czyli poddawanie wp³ywowi ultradwiêków (10). Ultradwiêki s¹ falami sprê¿ystymi o czêstotliwo-ci przewy¿szaj¹cej 20 kHz, nie rejestrowanymi przez s³uch cz³owieka. Górna granica widma ultradwiêków (1 GHz) wyznaczona jest przez techniczne mo¿liwo-ci ich wytwarzania. Rozchodz¹c siê w orodkach rze-czywistych (dyssypatywnych), takich jak np. tkanki, podlegaj¹ zjawiskom odbicia i za³amania oraz t³umie-nia w miarê rozchodzet³umie-nia siê. Po przekroczeniu tzw.
Ogólna liczba drobnoustrojów oraz salmonelli
na powierzchni skóry tuszek kurcz¹t brojlerów
po sonikacji
DARIUSZ M. STASIAK, ZBIGNIEW J. DOLATOWSKI, MONIKA KORDOWSKA-WIATER*
Katedra Technologii Miêsa i Zarz¹dzania Jakoci¹, *Katedra Biotechnologii, ¯ywienia Cz³owieka i Towaroznawstwa ¯ywnoci Wydzia³u Nauk o ¯ywnoci i Biotechnologii AR, ul. Skromna 8, 20-704 Lublin
Stasiak D. M., Dolatowski Z. J., Kordowska-Wiater M.
Total number of bacteria and Salmonella on the skin of broiler chicken carcasses after sonication Summary
The influence of low frequency (40 kHz) and medium intensity (2 W·cm2) ultrasound on the total number
of bacteria and Salmonella on the skin of chicken broilers before chilling was investigated. Chicken wings were used for the study. The first part of raw wings was used for total number of bacteria investigation. The second part was contaminated with Salmonella. The changes of total number of bacteria (OLD) and number of Salmonella (SALM) after sonication were determined. Ultrasound treatment was conducted in distilled water (AQ) or 1% lactic acid aqueous solution (LA) at 20°C. The sonication time of a sample was 1, 3 or 6 minutes. The sonicated samples were compared with parallel, untreated samples. The obtained results show that OLD on wings skin decreased more than 1.8 log after 6 min of sonication in AQ and SALM decreased 3.6 log in LA. The effect was caused by the ultrasonic cavitation and microflows in the ultrasonic field. The phenomena removed the bacteria from the skin and passed it to the solution and become inactivated. It was concluded that the sonication effect was amplified by the LA. It was supposed that LA stimulates sonobiological phenomena in cell membranes and, in effect, decreases its vital functions and causes the death of bacteria. The cleanness of chicken carcass (wing) skin was increasing with the longer duration of sonication. But it was supposed at the same time that the temperature of the liquid (AQ, LA) in the ultrasonic field increases directly in proportion to the time of exposure, 4.5°C in 6 min. The low frequency and medium intensity ultrasound decreases the microbial load on carcass skin, especially the Salmonella, while treated in aqueous lactic acid solution. Sonication should be conducted before the chilling of the carcass. The utilization possibility of chicken carcass decontamination ultrasonic method is confirmed.
Medycyna Wet. 2007, 63 (10) 1231 progu kawitacji wywo³uj¹ w cieczach zjawisko
pole-gaj¹ce na rozrywaniu ci¹g³oci orodka. Pêcherzyki kawitacyjne w fazie implozji generuj¹ znaczne gra-dienty cinienia, którym towarzysz¹ z³o¿one, nie do koñca poznane zjawiska o charakterze fizykochemicz-nym. O ich intensywnoci decyduj¹ przede wszystkim: w³aciwoci akustyczne orodka oraz ród³a fal (14). Celem badañ by³o okrelenie skutecznoci ultra-dwiêkowej metody oczyszczania skóry kurcz¹t broj-lerów w wodzie i wodnym roztworze kwasu mleko-wego, na podstawie ogólnej liczby drobnoustrojów oraz bakterii rodzaju Salmonella na wie¿ym su-rowcu.
Materia³ i metody
Badania przeprowadzono na skrzyde³kach kurcz¹t broj-lerów pobieranych z linii ubojowej zak³adu drobiarskiego bezporednio po uboju przed wych³odzeniem.
Sonikacjê prowadzono przy pomocy urz¹dzenia ultra-dwiêkowego (ryc. 1) z prostopad³ocienn¹ komor¹ robo-cz¹ wykonan¹ z blachy kwasoodpornej. Pod dnem komory umocowany by³ przetwornik piezoelektryczny (typ sand-wicz) pracuj¹cy przy czêstotliwoci 40 kHz i natê¿eniu ok. 2 W · cm2. Nominalna pojemnoæ komory wynosi³a 1 dm3.
Bezporednio przed dowiadczeniem komorê wype³niano steryln¹ wod¹ destylowan¹ lub sterylnym 1% wodnym roztworem kwasu mlekowego. Pocz¹tkowa temperatura cieczy w zbiorniku wynosi³a 20 ± 1°C. Temperaturê cieczy w zbiorniku mierzono przy pomocy termopary typu K (ryc. 1).
W pierwszym etapie badañ okrelano zmianê ogólnej liczby drobnoustrojów (OLD) naturalnie wystêpuj¹cych na powierzchni skrzyde³ek po sonikacji. wie¿e skrzyde³ka uk³adano na dnie zbiornika urz¹dzenia tak, aby by³y ca³ko-wicie zanurzone w cieczy. Sonikacjê prowadzono przez czas 1, 3 lub 6 min. w porównaniu do tzw. próbek kontrolnych,
które pozostawa³y zanurzone w cieczy przez taki sam czas przy wy³¹czonym generatorze ultradwiêków. Po zakoñ-czonej sonikacji z powierzchni skóry próbki wykonywano wymazy zgodnie z PN-ISO 3100-1:1999. Ogóln¹ liczbê drobnoustrojów (OLD) oznaczano na powierzchni próbek oraz w roztworach roboczych, stosuj¹c metodê p³ytkow¹ wg PN-A-82055-6:1994.
W drugim etapie badañ skrzyde³ka poddawano zaka-¿eniu poprzez zanurzenie na 1 min. w hodowli (zawiesina 1 · 107 ÷ 18 · 108) pa³eczek Salmonella anatum. Zaka¿one
próbki zawijano w wysterylizowan¹ foliê aluminiow¹ i po-zostawiano na 60 min. w temperaturze 20 ± 1°C. Po tym czasie usuwano foliê i zaka¿one próbki poddawano soni-kacji w warunkach identycznych, jak w etapie pierwszym. Nastêpnie oznaczano liczbê pa³eczek Salmonella w wyma-zach pobranych ze skrzyde³ek i z roztworów po sonikacji. Oznaczenie wykonano metod¹ p³ytkow¹ na pod³o¿u BGA, posiewaj¹c odpowiednio rozcieñczony materia³ badawczy. Po inkubacji w 37°C liczono kolonie charakterystyczne dla badanych pa³eczek i wyniki przeliczano zgodnie z pored-ni¹ metod¹ liczenia.
Dowiadczenie zrealizowano w 6 powtórzeniach (n = 6). Dane poddano analizie statystycznej obliczaj¹c 95-procen-towe przedzia³y ufnoci rednich log(N0/N), gdzie N ozna-cza liczbê jtk po sonikacji, a N0 przed sonikacj¹. Obliczo-no wspó³czynniki korelacji (r) miêdzy czasem sonikacji a wielkoci¹ redukcji liczby mikroorganizmów.
Wyniki i omówienie
Ogólna liczba drobnoustrojów (OLD) na skrzyde³-kach po trwaj¹cej 6 min. sonikacji w rodowisku wod-nym uleg³a redukcji o wartoæ ponad 1,8 log. Krótsze ekspozycje wywo³ywa³y s³abszy efekt dekontamina-cji: 1 min. 0,2 log, 3 min. 1,2 log (ryc. 2). Skutecz-noæ ultradwiêkowego oczyszczania skóry w roztwo-rze kwasu mlekowego by³a najwy¿sza przy najd³u¿-szym czasie oddzia³ywania (6 min.). Redukcja OLD wynosi³a niemal 1,3 log. Stwierdzono s³abszy efekt oddzia³ywania ultradwiêków w rodowisku 1% wod-nego roztworu kwasu mlekowego na OLD na po-wierzchni skóry (ryc. 2).
Liczba bakterii rodzaju Salmonella na skrzyde³kach poddanych sonikacji w wodzie uleg³a obni¿eniu o 1,2 log po 6 min. ekspozycji (ryc. 2). Sonikacja przeprowa-dzona w 1% wodnym roztworze kwasu mlekowego wykaza³a liczbê jtk ni¿sz¹ o 3,6 log (ryc. 2). Uzyskane wyniki badañ s¹ porównywalne i zbli¿one do wyni-ków innych autorów (6-9, 16), którzy stwierdzaj¹, ¿e d³u¿szym czasom oddzia³ywania ultradwiêków towa-rzysz¹ wy¿sze wartoci redukcji liczby mikroorganiz-mów.
Stwierdzono, ¿e ogólna liczba drobnoustrojów (OLD) w cieczach, w których zanurzane by³y skrzy-de³ka wzrasta³a po 1 min. sonikacji o 5,3÷6,1 log (ryc. 3). Liczba bakterii rodzaju Salmonella okrelana w wodzie wynosi³a 5,7÷5,9 log (ryc. 3). Na szcze-góln¹ uwagê zas³uguje fakt braku obecnoci pa³eczek Salmonella ju¿ po up³ywie 1 min. sonikacji skrzyde-³ek w roztworze kwasu mlekowego.
T [°C] f [kHz] I [W•cm ] t [min] –2 2 1 3 4 5 6 7 8 T [°C] 9 10
Ryc. 1. Schemat stanowiska do sonikacji
Objanienia: 1 zbiornik; 2 pokrywa zbiornika; 3 generator ze wzmacniaczem; 4 przetwornik sandwicz; 5 kontroler temperatury; 6 p³aszcz termostabilizacyjny; 7 rejestrator tem-peratury; 8 termopara; 9 komora robocza; 10 próbka
Medycyna Wet. 2007, 63 (10) 1232
Mo¿na przypuszczaæ, ¿e redukcja liczby mikroor-ganizmów na powierzchni skóry odbywa siê dwuto-rowo. Oscylacje cinienia w cieczy oraz uderzeniowe fale poimplozyjne pêcherzyków kawitacyjnych poko-nuj¹ si³y adhezji mikroorganizmów na powierzchni skóry. W efekcie obserwuje siê przechodzenie bakte-rii z powierzchni do rodowiska cieczy roboczej. Jed-noczenie miejscowe zmienne zagêszczenia i rozrze-dzenia orodka zachodz¹ce z czêstotliwoci¹ fal oraz zapadanie siê pêcherzyków mog¹ wywo³ywaæ m.in. przypieszenie procesów wymiany masy przez b³ony komórkowe oraz ruchy i przemieszczenia struktur wewn¹trzkomórkowych. Ró¿nica impedancji akus-tycznej pomiêdzy ciecz¹ a warstw¹ skóry sprzyja po-wstawaniu kawitacji w bezporednim s¹siedztwie skó-ry. W rezultacie kawitacji w komórkach i w ich naj-bli¿szym otoczeniu mog¹ powstawaæ du¿e gradienty
cinienia, temperatury i potencja³u elektrycznego. Mog¹ one prowadziæ do nieodwracalnych zmian fi-zycznych i chemicznych w obrêbie cytoplazmy komór-ki bakteryjnej, wzrostu przepuszczalnoci b³ony ko-mórkowej, zachwiania równowagi jonowej, osmotycz-nej, koloidalosmotycz-nej, a w efekcie powodowaæ inaktywacjê mikroorganizmów (5, 11).
Przypuszcza siê, ¿e w przypadku sonikacji prowa-dzonej w roztworze kwasu mlekowego synergia ultra-dwiêków i obni¿onego pH sprzyja nietypowym zja-wiskom sonobiologicznym prowadz¹cym do ograni-czenia funkcji ¿yciowych i inaktywacji bakterii. Po-dobne spostrze¿enia poczynili tak¿e inni autorzy (1, 7, 8), którzy potwierdzaj¹ wzmocnienie efektu soni-kacji przez synergiê metod fizycznych i chemicznych. Przyczyn zró¿nicowanej podatnoci mikroorganizmów na sonikacjê upatruje siê w bogactwie form mikroflo-ry powierzchniowej drobiu. Dowiedziono, ¿e opornoæ drobnoustrojów na ultradwiêki zale¿y od budowy ciany komórkowej, kszta³tu komórek i zdolnoci do wytwarzania form przetrwalnych (6, 13).
Na podstawie wyników badañ stwierdzono wyso-kie, dodatnie wspó³czynniki korelacji r (tab. 1) ubytku liczby bakterii na powierzchni skóry wyra¿anego w log (N0/N) i czasu sonikacji.
Wspó³czynnik korelacji ogólnej liczby drobnoustro-jów (OLD) na skrzyde³kach i czasu trwania sonikacji przyjmowa³ istotne statystycznie wartoci z przedzia-³u 0,564÷0,956 (tab. 1). Oznacza to, ¿e jest mo¿liwe uzyskanie wysokich wartoci redukcji liczby mikro-organizmów poprzez wyd³u¿anie czasu sonikacji, co stanowi potwierdzenie wyników badañ innych auto-rów (1, 6-9, 11, 16). D³u¿sze ekspozycje wi¹¿¹ siê nie-rozerwalnie z kumulacj¹ efektów poch³aniania i dys-sypacji energii fal ultradwiêkowych w komórce bak-teryjnej. W czasie sonikacji prowadzonej w warunkach wymiany ciep³a z otoczeniem (temp. otoczenia ok. 20°C) trwaj¹cej 6 min., zaobserwowano liniowy wzrost temperatury cieczy (Aq, LA) w komorze roboczej o ponad 4,5°C. Wzrost temperatury rodowiska soni-kacji nale¿y uznaæ za zjawisko naturalne, wiadcz¹ce o wysokiej energetycznoci oddzia³ywania ultradwiê-ków. Wyd³u¿anie czasu sonikacji, jakkolwiek sprzyja inaktywacji mikroorganizmów, wywo³uje wzrost tem-peratury orodka (5, 11).
Ryc. 3. Wp³yw czasu trwania sonikacji na ogóln¹ liczbê drob-noustrojów (OLD) oraz Salmonella (Salm) w wodzie (Aq) i 1% roztworze kwasu mlekowego (LA)
0 1 2 3 4 5 6 7 1 3 6
Czas trwania sonikacji [min]
log(N) OLD(Aq) OLD(LA) Salm(Aq) Salm(LA) Objanienia: * p £ 0,05, ** p £ 0,01 a k b ó r P rodowisko OLD Salmonella o k ³ e d y z r k S Aq 0,956** 0,564** A L 0,899** 0,835** z c e i C Ag 0,514** -0,017** A L 0,522** 0,233**
Tab. 1. Wspó³czynnik korelacji (r) miêdzy czasem sonikacji a osi¹gan¹ redukcj¹ liczby drobnoustrojów w wodzie (Aq) i 1% roztworze kwasu mlekowego (LA)
Ryc. 2. Wp³yw czasu trwania sonikacji na ogóln¹ liczbê drob-noustrojów (OLD) oraz Salmonella (Salm) na powierzchni skóry (Aq w wodzie, LA w 1% roztworze kwasu mleko-wego) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 1 3 6
Czas trwania sonikacji [min] OLD(Aq) OLD(LA) Salm(Aq) Salm(LA) log(N /N)0
Medycyna Wet. 2007, 63 (10) 1233 Podsumowanie
Skuteczna inaktywacja mikroflory skóry tuszki dro-biowej ze wzglêdu na nierównoæ powierzchni wci¹¿ pozostaje problemem otwartym. Naturalnie wysoki poziom zaka¿enia tuszek drobiowych, warunki rodo-wiska sprzyjaj¹ce rozwojowi mikroorganizmów, nie-mo¿noæ stosowania substancji bakteriobójczych w sto-sunku do miêsa, rosn¹ce standardy wymagañ higie-nicznych, to tylko niektóre z czynników wp³ywaj¹cych na poszukiwania metod mog¹cych skutecznie podnieæ bezpieczeñstwo zdrowotne miêsa drobiowego i jego przetworów. Sonikacja jako metoda wykorzystuj¹ca zjawiska o naturze mechanicznej jest ze wszech miar obiecuj¹ca. Jak wykazuj¹ wyniki przeprowadzonych badañ, obni¿enie stopnia zaka¿enia mikrobiologicz-nego tuszek kurcz¹t brojlerów przekracza 90%, a przy zastosowaniu kwasu mlekowego nawet 99%. Czas sonikacji jest determinowany przede wszystkim ocze-kiwanym stopniem obni¿enia zaka¿enia tuszki i do-puszczalnym wzrostem jej temperatury. Przyjmuj¹c, ¿e sonikacja tuszek bêdzie prowadzona przed ich wy-ch³odzeniem, kilkustopniowy wzrost temperatury ro-dowiska drgañ ultradwiêkowych nie wp³ynie istotnie na w³aciwoci fizykochemiczne miêsa.
Wyniki przeprowadzonych badañ potwierdzaj¹ mo¿liwoæ obni¿enia zanieczyszczenia powierzchni skóry tuszek kurcz¹t brojlerów metod¹ sonikacji ul-tradwiêkami o niskiej czêstotliwoci i rednim natê-¿eniu, prowadzonej w 1% roztworze kwasu mleko-wego.
Pimiennictwo
1.Anon.: G³ówny Inspektorat Sanitarny, Meldunki o zachorowaniach na cho-roby zakane i zatruciach w Polsce w 2005 roku. PZH, Warszawa 2006. 2.Alvarez I., Manas P., Sala F. J., Condon S.: Inactivation of Salmonella
ente-rica serovar Enteritidis by ultrasonic waves under pressure at different water activities. Appl. Environ. Microbiol. 2003, 69, 668-672.
3.Bolder N. M.: Decontamination of meat and poultry carcasses. Trends Food Sci. Technol. 1997, 8, 221-227.
4.Daczkowska-Kozon E.: Salmonella w ¿ywnoci pochodzenia zwierzêcego wykrywanie, zwalczanie. Mag. Przem. Miês. 2006, 8-9, 112-114. 5.Dolatowski Z. J., Stasiak D. M.: Czystoæ mikrobiologiczna miêsa i szynki
parzonej po obróbce ultradwiêkowej. Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. 2002, 1, 55-65.
6.Earnshaw R. G., Appleyard J., Hurst R. M.: Understanding physical inacti-vation processes combined preserinacti-vation opportunities using heat, ultra-sound and pressure. Int. J. Food Microbiol. 1995, 28, 197-219.
7.Lillard H. S.: Bactericidal effect of chlorine on attached Salmonellae with and without sonication. J. Food Prot. 1993, 56, 716-717.
8.Lillard H. S.: Ultrasonic applications in the food industry. Decontamination of poultry skin by sonication. Food Technol. 1994, 48, 72-73.
9.Manas P., Pagan R., Raso J., Sala F. J., Condon S.: Inactivation of Salmo-nella Enteritidis, SalmoSalmo-nella Typhimurium and SalmoSalmo-nella Senftenberg by ultrasonic waves under pressure. J. Food Prot. 2000, 63, 451-456. 10.Oziemb³owski M., Kopeæ W.: Pulsed electric fields (PEF) as an
unconventio-nal method of food preservation. Pol. J. Food Nutr. Sci. 2005, 55, SI 1, 31-35. 11.Pijasena P., Moharem E., McKellar R. C.: Inactivation of microbes using
ultrasound: a review. Int. J. Food Microbiol. 2003, 87, 207-216.
12.Piotr J., Kluczek S.: Wystêpowanie bakterii z rodzaju Staphylococcus wy-izolowanych z materia³u biologicznego rodowiska hodowlanego brojlerów. Acta Sci. Pol., Zootech. 2002, 1, 95-102.
13.Sams A. R., Feria R.: Microbial effects of ultrasonication of broiler drum-stick skin. J. Food Sci. 1991, 56, 247-248.
14.liwiñski A.: Ultradwiêki i ich zastosowania. WNT, Warszawa 2001. 15.Wojtoñ B.: Surowce pochodzenia zwierzêcego jako ród³o zagro¿eñ
mikro-biologicznych. Mat. konf. Bezpieczeñstwo mikrobiologiczne produkcji ¿yw-noci. Warszawa 18-19.11.1997, s. 37-44.
16.Wrigley D. M., Llorca N. G.: Decrease of Salmonella Typhimurium in skim milk and egg by heat and ultrasonic wave treatment. J. Food Prot. 1992, 55, 678-680.
Adres autora: dr in¿. Dariusz M. Stasiak, ul. Skromna 8, 20-704 Lublin; e-mail: dariusz.stasiak@ar.lublin.pl
