Forradalom vagy puszta evolúció? Áramlási citometria és a tisztítás és fertőtlenítés ellenőrzése az élelmiszer-előállító létesítményekben

Az élelmiszerbiztonság nagymértékben függ az élelmiszer-előállító létesítmények higiéniai körülményeitől. A romlást okozó baktériumok magas szintje befolyásolhatja az élelmiszerek eltarthatóságát és minőségét, míg a kórokozók (például a szalmonella és a lisztéria) jelenléte súlyos megbetegedésekhez vezethet. Az élelmiszer-előállítóknak gondosan ügyelniük kell a feldolgozási környezetük tisztán tartására és a kórokozó mikroorganizmusoktól való mentesítésére, hogy megelőzzék a végtermék keresztfertőződését. De hogyan történik ez jelenleg?

Szemrevételezéses ellenőrzés

Bár a vizuális ellenőrzés előfeltétel, önmagában nem elegendő. Ez egy szubjektív és pontatlan eszköz a megfelelő tisztítás ellenőrzésére. Ami még fontosabb, hogy még ha egy felületen nincsenek is látható maradványok, ez nem jelenti azt, hogy az makulátlan. A vizuális ellenőrzés nem tudja biztosítani, hogy az előző futtatásból származó összes élelmiszer-maradványt eltakarították, vagy hogy a fertőtlenítőszer hatékonyan csökkentette a felület mikrobiális szintjét.

Mikrobaszámlálás tenyésztésen alapuló módszerekkel

Ezek a hagyományos módszerek a feldolgozási környezet higiéniájának ellenőrzésére. Általában kétféleképpen lehet mintavételt végezni: érintésen alapuló és tamponáláson alapuló. A kontakt alapú módszereknél lemezeket vagy merülőlemezeket helyeznek a mintavételezendő felületre, majd inkubálják. A szivacsozáson alapuló mintavételt pufferoldatban leöblített pálcikákkal vagy szivacsokkal végzik, amelyeket aztán steril táptalajba oltanak és inkubálnak. A mikrobák meghatározásának e hagyományos módszereinek fő korlátja az eredményekhez szükséges idő. Továbbá a legtöbb baktériumfaj nem tenyészthető agaron, ami a nagylemezszám-anomáliaként ismert jelenség.

ATP-kimutatás

Az adenozin-trifoszfát (ATP) egy nukleotid, amelyet a sejtek energiaellátásra használnak. Úgy tekinthetjük, mint az energia molekuláris "valutaegységét" minden élő sejtben. Az energia akkor kerül átadásra, amikor az ATP nukleozidra és szabad foszfátra bomlik. A foszfátok kovalens kötéseinek hidrolízise energiát szabadít fel, amelyet a reakciókhoz használnak fel. A kereskedelemben kapható ATP-tesztrendszerek a természetben igen gyakori luciferin/luciferáz reakciót használják fel arra, hogy az ATP által biztosított energiával fényt hozzanak létre. Minél több fényt bocsát ki, annál több ATP van jelen, ami közvetve több élelmiszer-maradékot vagy (esetleg) több mikroorganizmust jelezhet. Van azonban egy fontos figyelmeztetés: mivel ezek a rendszerek enzimatikus reakcióra épülnek, az esetleges gátlók vagy a nem optimális környezeti feltételek hibás eredményeket hozhatnak. A környezeti hőmérséklet megnövelheti a reakcióidőt, míg a fény megnehezítheti a helyes leolvasást. Továbbá a fertőtlenítőszerek is befolyásolhatják a reakciót, ami azt jelenti, hogy a felületen jelen lévő élő baktériumok és az ATP-mérés eredményei között nem biztos, hogy valós összefüggés van. Ezért az ATP-alapú módszereket általában a fertőtlenítőszer alkalmazása előtt használják a felületek vizsgálatára. Az ATP-módszereknek van egy további hátrányuk: alkalmazhatóságuk a feldolgozott élelmiszer jellegétől függ. A legtöbb élelmiszer nagy mennyiségű ATP-t tartalmazó maradványt hagy maga után, amely több nagyságrenddel meghaladja a baktériumsejtekben található mennyiséget. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az ATP-rendszerek nem használhatók a legtöbb élelmiszer-feldolgozó létesítményben a felületek mikrobiális szennyezettségének értékelésére. Bár a baktériumokat közvetlenül nem lehet megszámolni, az ATP-rendszereket széles körben alkalmazzák, mivel az eredmények másodperceken belül rendelkezésre állnak, ami eddig egyetlen más, általánosan elérhető technológia esetében sem volt elérhető.

Az áramlási citometria bemutatása

Az áramlási citometria (FCM) olyan technikák csoportjára utal, amelyek optikai vagy elektromos jeleket használnak a folyadékban szuszpendált sejtek és részecskék bizonyos fizikai vagy kémiai tulajdonságainak kimutatására és mérésére. A 2000 és 2018 között végzett közel 300 tanulmány az FCM-et mint a mikrobiális vízminőség jellemzésének eszközét értékelte. Ez a kutatás képes volt bemutatni az FCM értékét a vízkezelésben, -elosztásban és -újrafelhasználásban. Az FCM sikeres alkalmazásait dokumentáló kutatások immár elég szilárdak ahhoz, hogy azt sugallják, hogy ésszerűen és reálisan széles körben elfogadhatóvá válhat a vízminőség értékelésének rutinmódszereként. Mi köze van mindennek az élelmiszer-előállító létesítmények tisztítási és fertőtlenítési hatékonyságának értékeléséhez? A vízminőség meghatározásában korábban elterjedt módszereket gyakran korlátozta az alacsony érzékenység, a magas munka- és időigény, a gátló vegyületek okozta interferenciára való érzékenység, valamint az életképes és nem életképes sejtek megkülönböztetésének nehézségei. (Ezek mind ismerősen hangzanak, ugye?) De vigyázat: a fluoreszcens áramlási citométerek általában nehézkes, drága eszközök, amelyek működtetéséhez magasan képzett személyzetre van szükség.

Az áramlási citometria teljesítményének kézi készülékbe való beépítése

Ahhoz, hogy az FCM életképes megoldássá váljon az élelmiszer-feldolgozó létesítmények tisztaságának ellenőrzésére, olyan hordozható formátumban kell rendelkezésre állnia, amely egyszerű és könnyen használható, ugyanakkor elég pontos ahhoz, hogy megbízható baktérium- és maradékrészecske-számlálást biztosítson a környezeti mintákban. Ezt tette lehetővé az impedancia-áramlási citometria alkalmazása. Az impedancia-áramlási citometria az áramlási citometria egy speciális fajtája: optikai rendszerek, például lézertechnológia helyett az impedancia-áramlási citométerek változó frekvenciájú váltakozó áramot alkalmaznak, amely lehetővé teszi a készülék számára, hogy a sejteket és a maradék részecskéket külön-külön érzékelje és megszámolja. Míg az optikai alapú áramlási citométerek csak a festékkel jelölt sejteket képesek megszámolni, az impedancia áramlási citométerek ugyanezt a műveletet jelölés nélkül is el tudják végezni. Más áramlási citometriai eszközökkel összehasonlítva kompaktak, hordozhatóak és akkumulátorral működnek, így ott használhatók, ahol a mintát veszik.

Hogyan tudnak az impedancia-áramlási citométerek különbséget tenni a sejtek és a maradék részecskék között?

A baktériumok elektromágneses tulajdonságai lehetővé teszik az áramlási citométerek számára, hogy megkülönböztessék őket más részecskéktől. A baktérium citoplazmája és sejtmembránja egyedi és azonosítható módon változtatja meg az elektromos mezőt. Míg az elektromos áram a fémes részecskéken többnyire akadálytalanul halad át, a nem vezető részecskék ellenállnak a mezőnek. Az ép baktériumok azonban egyszerre hasonlítanak a nem vezető és a vezető részecskékhez: a sejtmembrán megakadályozza, hogy alacsony frekvenciák áthatoljanak rajta, így a baktériumok a nem vezető részecskékhez hasonlítanak; magas frekvenciákon azonban az elektromos áram áthatol a membránon. Az impedancia-áramlási citométerben lévő mikroelektródák ezeket az elektromos mezőket hozzák létre, és lehetővé teszik, hogy a készülék a vezetőképesség és az ellenállás változásait az ép sejtek és a részecskék különálló méréseivel számszerűsítse.

Az impedancia-áramlási citometria alkalmazása az élelmiszerbiztonságban: a CytoQuant® bevezetése

Mint fentebb említettük, az impedancia áramlási citométerek egyik előnye más típusú citometriai eszközökkel szemben a hordozhatóság. Könnyűek, kicsik és akkumulátorral működnek, így terepen és olyan kritikus ellenőrzési pontokon is használhatók, ahol a higiénia elsődleges szempont. A CytoQuant® impedancia-áramlási citométert éppen ilyen területeken való használatra tervezték, beleértve az élelmiszer-előállító létesítményeket és a tiszta helyiségeket. Az impedancia-áramlási citometria jelentős előnyökkel jár azon élelmiszer-előállítók számára, akik ellenőrizni kívánják élelmiszerbiztonsági és tisztítási programjaikat: a baktériumok és a maradék részecskék gyors és különálló mennyiségi meghatározása (ami a tisztítás hatékonyságának indikátoraként szolgálhat), a módszer érzékenysége, valamint a kenetvételi készlet és maga a citométer robusztussága. A CytoQuant® rendszer használata egyszerű, mivel a készülék a mintavétel kivételével minden munkát elvégez. A tesztfuttatás a vizsgálandó felület egy előre meghatározott területének (pl. 20 x 20 cm vagy 8 x 8 in) letörlésével kezdődik. A vizsgálat úgy folytatódik, hogy a tampont egy saját fejlesztésű, vezetőképes oldatot tartalmazó csőbe helyezzük, majd a baktériumok szuszpendálása érdekében a tamponkészletet rázzuk. Öblítővizek vizsgálatakor a mintát közvetlenül egy üres fiolába helyezzük, majd néhány csepp elektrolitoldatot adunk hozzá. A minta összekeverése után a felhasználó a fiolát a CytoQuant® készülékbe helyezi. Két tű hatol be a cső aljába, amelyek összekötik a folyadékot a készülékben lévő áramlási rendszerrel. Ezután, miután az oldatot bevezették az áramlási rendszerbe, az áramlási cellában lévő elektródák mellett halad el. A készülék 30 másodperc múlva külön-külön regisztrálja a baktériumok és a részecskék eredményeit, és megjeleníti azokat a képernyőn.

Forradalom vagy evolúció?

A CytoQuant® mobil áramlási citométer lehetővé teszi a tisztítási és fertőtlenítési eljárások azonnali, helyszíni ellenőrzését élelmiszer-előállító létesítményekben vagy más olyan területeken, ahol a higiénia kulcsfontosságú. A felületeken lévő baktériumok és maradványrészecskék közvetlen számszerűsítésével a fertőtlenítőszerek vagy a hőmérséklet negatív hatása nélkül jelentős előnyöket biztosít az ATP-készülékekkel szemben, míg a 30 másodperces idő az eredményig tökéletes kiegészítője a már kulturális módszereket alkalmazó higiéniai programoknak. Figyelembe véve az impedancia-áramlási citometriában rejlő hatalmas lehetőségeket, egy bizonyos ponton a tisztasági ellenőrzés standardjaként a kulturális módszerekkel egyenrangúnak vagy akár azok helyébe lépőnek is tekinthetjük. Ez valódi forradalmat jelentene ezen a területen.