Proszek mleczny: Metody utrzymywania bezpieczeństwa mikrobiologicznego proszku mlecznego

Mleko w proszku to niezwykle cenny produkt, który znalazł zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu spożywczego. Otrzymywane jest poprzez usunięcie z mleka płynnego większości wody, co powoduje znaczne zwiększenie jego trwałości. Zawartość wody zostaje zmniejszona do poziomu, w którym nie mogą rozwijać się mikroorganizmy obecne w mleku. Zmniejszenie zawartości wody uzyskuje się poprzez zastosowanie procesu zagęszczania i suszenia. Suszenie to metoda konserwująca, która stosowana jest przez ludzi od wieków. Według relacji Marco Polo z jego podróży po Azji Mongołowie produkowali mleko w proszku poprzez suszenie świeżego mleka na słońcu. Obecnie jest ono produkowane na dużą skalę w nowoczesnych zakładach mleczarskich, często w celu zagospodarowania nadwyżek mleka w regionie. 

Produkcja mleka w proszku rozpoczyna się od odbioru i selekcji mleka surowego, które powinno zawierać jak najmniejszą ilość bakterii i nie może być nadkwaszone. Mleko surowe poddawane jest czyszczeniu poprzez wirowanie i/lub filtrację, a także normalizacji, której parametry uzależnione są od tego, jaki produkt końcowy jest wytwarzany. Znormalizowane mleko jest pasteryzowane w celu dezaktywacji niepożądanej mikroflory i enzymów. Następnie jest zagęszczane poprzez zastosowanie filtracji lub poprzez odparowanie znacznej części wody w wyparkach próżniowych. Mleko zagęszczane jest do zawartości suchej substancji na poziomie około 45-50%. Podczas produkcji mleka pełnego dodatkowo przeprowadzany jest proces homogenizacji, który ma za zadanie zmniejszyć ilość wolnego tłuszczu w produkcie, aby przedłużyć jego trwałość. Następnie przeprowadzany jest proces suszenia, podczas którego dochodzi do obniżenia zawartości wody w produkcie do poziomu poniżej 2,5-5%. Wysuszony proszek jest schładzany i pakowany. Do celów przemysłowych mleko w proszku pakowane jest najczęściej w papierowe torby z wewnętrzną powłoką z polietylenu. Proszek mleczny z przeznaczeniem do sprzedaży detalicznej na mniejszą skalę jest pakowany w puszki blaszane, laminowane lub plastikowe torby, które z kolei są pakowane w zbiorcze kartony i przechowywane. Ogólny schemat technologii produkcji mleka w proszku przedstawiono na rys. 1. 

W produkcji proszku mlecznego najważniejszym etapem decydującym o jego właściwościach i jakości jest suszenie. Jest to metoda utrwalania żywności, w której dochodzi do usunięcia znacznej części wody z produktu, co hamuje rozwój drobnoustrojów. Proces suszenia, prócz zastosowania w produkcji żywności, stosowany jest w również w wielu innych gałęziach przemysłu, w tym m.in. w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. W produkcji żywności jest on stosowany z dwóch głównych powodów:

• aby zapobiegać (lub hamować) wzrostowi i aktywności mikroorganizmów, a tym samym konserwować żywność,
• aby zmniejszyć masę i objętość żywności w celu tańszego transportu i przechowywania. 

Mleko w proszku ma znacznie dłuższą trwałość niż mleko płynne i nie wymaga przechowywania w lodówce ze względu na niską zawartość wody. Po prawidłowo przeprowadzonym procesie suszenia wartość odżywcza, kolor, smak i konsystencja żywności po jej ponownym nawodnieniu są tylko nieznacznie zmienione w porównaniu do świeżej żywności. Bardzo ważny jest jednak odpowiedni dobór urządzeń i warunków procesów suszenia, ponieważ nieprawidłowo przeprowadzony proces może prowadzić do zwiększonej utraty wartości odżywczych i większego ryzyka mikrobiologicznego psucia się wysuszonego produktu. Żywność jest suszona gorącym powietrzem w celu usunięcia wody. Aby suszenie było skuteczne, powietrze powinno być gorące, suche i ruchome. Podczas procesu suszenia gorące suche powietrze wchodzi w kontakt z żywnością, pochłania wodę w niej zawartą, a następnie jest z niej usuwane. Dostarczane jest nowe suche powietrze, które zajmuje miejsce powietrza wilgotnego, a proces trwa do momentu obniżenia zawartości wody w żywności do określonego poziomu. 

Obniżenie zawartości wody w produkcie można osiągnąć różnymi sposobami i środkami. Na rynku dostępna jest szeroka gama suszarek do żywności, których wybór uzależniony jest od pożądanych cech produktu końcowego i preferowanego sposobu suszenia. Istnieje wiele różnych metod suszenia żywności, jednak w produkcji proszku mlecznego najszersze zastosowanie znalazły dwie – suszenie bębnowe i rozpyłowe. W procesie suszenia bębnowego (nazywanego również walcowym) materiał suszony jest na obrotowych, podgrzewanych walcach. Woda odparowuje z produktu i jest odprowadzana w formie pary wodnej. Produkt końcowy jest rozdrabniany do proszku. Suszenie bębnowe jest tańsze w eksploatacji, jednak częściej w produkcji proszku mlecznego stosuje się suszenie rozpyłowe. Suszenie rozpyłowe polega na rozpyleniu produktu na bardzo drobne kropelki w strumieniu gorącego powietrza w komorze suszącej, odparowaniu wody i oddzieleniu powstałego proszku od suszącego powietrza. Proces jest prowadzony w kontrolowanych warunkach temperatury i przepływu powietrza. Znalazł on szerokie zastosowanie w produkcji proszku mlecznego ze względu na wysoką jakość produktu końcowego i zachowanie większości składników odżywczych. Dodatkowo suszarki rozpyłowe mogą pełnić więcej funkcji niż tylko odparowywanie wody. W trakcie suszenia rozpyłowego produktom można nadać dedykowane funkcjonalności poprzez aglomerację i wprowadzenie dodatkowych suchych składników. Proces aglomeracji umożliwia tworzenie proszku instant, który bardzo łatwo rozpuszcza się nawet w zimnej wodzie, a także zapobiega zbrylaniu się produktu. W związku z tym suszenie rozpyłowe jest najczęściej wybierane przez producentów mleka w proszku pomimo większych kosztów wynikających z wysokiego zużycia energii i dużych rozmiarów suszarki rozpyłowej. 

Na rynku mleko w proszku jest dostępne głównie w dwóch podstawowych formach – jako mleko odtłuszczone i mleko pełne. Odtłuszczone mleko w proszku charakteryzuje się zawartością tłuszczu obniżoną do wartości 0,6-1,5%, podczas gdy mleko pełne zawiera 26-40% tłuszczu. Mleko pełne w proszku jest zwykle wytwarzane przez usunięcie wody z pasteryzowanego, homogenizowanego mle-ka pełnego. Można je również otrzymać przez zmieszanie mleka w proszku pełnego, skondensowanego lub odtłuszczonego z płynną lub suchą śmietanką lub z mlekiem płynnym, skondensowanym lub w proszku. Zarówno mleko w proszku pełne, jak i odtłuszczone dostępne jest w formie standardowego proszku i formie instant. Odtłuszczone mleko w proszku ma maksymalny okres przechowywania około 3 lat, podczas gdy mleko pełne w proszku jedynie około 6 miesięcy. Różnica ta wynika z wysokiej zawartości tłuszczu w mleku pełnym, który może utleniać się podczas przechowywania, co skutkuje pogorszeniem smaku (patrz: literatura, poz. 4). W tabeli 1 przedstawiono porównanie wartości odżywczej mleka płynnego i mleka w proszku pełnego i odtłuszczonego. 

Proszki mleczne mogą być wykorzystywane nie tylko do odtwarzania mleka płynnego – znalazły wiele innych zastosowań w różnych sektorach przemysłu żywnościowego. Są one stosowane głównie ze względu na właściwości odżywcze, funkcjonalne i sensoryczne w produktach żywnościowych. Proszek mleczny stosowany jest również jako dodatek do pasz dla zwierząt gospodarskich. W przemyśle żywnościowym dodatek proszku mlecznego stosowany jest m.in. w:

• przemyśle mleczarskim w produkcji jogurtów, lodów, serów, deserów mlecznych,
• przemyśle piekarniczym jako dodatek zwiększający objętość pieczywa, poprawiający zdolności wiązania wody, zwiększający trwałość wyrobów i jako zamiennik jajek w chlebie i ciastkach,
• przemyśle czekoladowym w produkcji czekolady mlecznej, polewy czekoladowej,
• przemyśle mięsnym jako dodatek funkcjonalny do kiełbas i wędlin,
• przemyśle koncentratów jako dodatek do różnego rodzaju dań gotowych i produktów instant,
• produkcji żywności dla niemowląt i małych dzieci,
• produkcji żywności specjalnego przeznaczenia medycznego,
• produkcji żywności wysokobiałkowej, żywności dla sportowców i osób aktywnych. 

Jednym z głównych czynników wpływających na jakość i stabilność fizykochemiczną proszku mlecznego są warunki jego przechowywania. Mleko w proszku należy przechowywać w suchym i chłodnym miejscu, w temperaturze poniżej 27°C i wilgotności względnej poniżej 65%. W nieprawidłowo przechowywanym produkcie mogą zachodzić przemiany, które obejmują np. zbrylanie się produktu, utlenianie tłuszczu czy też przemiany cukrów, które powodują brunatne zabarwienie produktu. Reakcje te mogą mieć negatywny wpływ na wartość odżywczą i smak mleka w proszku. Dla zdrowia i bezpieczeństwa konsumenta dużo ważniejsze od zmian fizykochemicznych w proszku mlecznym są różnego rodzaju zagrożenia mikrobiologiczne. Jednym z wymogów przemysłu mleczarskiego jest ocena mleka w proszku pod kątem zagrożeń biologicznych i patogenów przenoszonych przez żywność. Istnieje kilka drobnoustrojów, które mogą występować w proszku mlecznym i stanowić zagrożenie dla organizmu człowieka. Wśród nich możemy wyróżnić m.in. Escherichia coli, Salmonella spp., Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum, Yersinia enterocolitica, Cronobacter spp. Te patogeny mogą pozostawać w proszku mlecznym po procesie produkcji, jednak w takiej formie nie są one aktywne i nie namnażają się ze względu na bardzo niską zawartość wody w produkcie. Dopiero po odtworzeniu proszku mlecznego w wodzie może dojść do ich wzrostu. Mogą wtedy być przyczyną różnego rodzaju zatruć pokarmowych. 

Dzięki nowoczesnym i ustandaryzowanym praktykom produkcji mleka w proszku potencjalne zagrożenia związane z ogniskami patogennych bakterii stale się zmniejszają. W przeszłości, zwłaszcza w latach 90. XX wieku, niejednokrotnie dochodziło jednak do skandali związanych z zatruciami pokarmowymi po spożyciu zakażonego mleka w proszku. Za występowanie i częstość występowania patogenów w mleku w proszku odpowiadają różne czynniki, tj. higiena udoju mleka, praktyki zarządzania gospodarstwem, skuteczność procesu pasteryzacji, stan sanitarny środowiska przetwarzania, proces pakowania, transport i warunki przechowywania. Większość drobnoustrojów patogennych zostaje wyeliminowana w procesie pasteryzacji, dlatego niezwykle istotne jest zadbanie o jakość dalszych etapów produkcji mleka w proszku. Do zakażenia popasteryzacyjnego może dojść m.in. z powodu użycia niewłaściwie wyczyszczonego i odkażonego sprzętu, zanieczyszczonego powietrza w suszarce, zanieczyszczonych opakowań czy poprzez kontakt z chorymi pracownikami. Istotna jest również jakość mleka surowego, z którego produkowany jest proszek mleczny. Duża liczba drobnoustrojów w mleku surowym może skutkować dużą ich liczbą w mleku w proszku.

Utrzymanie możliwie wysokiego bezpieczeństwa mikrobiologicznego proszku mlecznego wymaga podjęcia przez producentów szerokich działań zapobiegawczych i kontrolnych. W zakładzie muszą zostać wdrożone Dobra Praktyka Produkcyjna GMP (ang. Good Manufacturing Practice) i Dobra Praktyka Higieniczna GHP (ang. Good Higienic Practice), które mają na celu wdrażanie podstawowych procedur i instrukcji regulujących prawidłowe działanie przedsiębiorstwa. Dodatkowo konieczne jest wdrożenie analizy zagrożeń i krytycznych punktów kontroli, czyli systemu HACCP (ang. Hazard Analysis and Critical Control Points), który pozwala na sprawne zarządzanie bezpieczeństwem zakładu i wyznaczenie punktów, w których istnieje duże prawdopodobieństwo zakażenia produktu. Ryzyko zagrożenia można zmniejszyć poprzez zastosowanie skutecznych badań produktów i badań środowiskowych. Jakość mikrobiologiczna każdej partii proszku mlecznego musi być ściśle monitorowana zgodnie z krajowymi wymaganiami prawnymi. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 2073/2005 z dnia 15 listopada 2005 r. w sprawie kryteriów mikrobiologicznych dotyczących środków spożywczych reguluje obecność w proszku mlecznym następujących mikroorganizmów:

• Salmonella – nieobecne w 25 g,
• Enterotoksyny gronkowcowe – niewykrywalne w 25 g,
• Enterobacteriaceae – maksymalnie 10 jtk/g produktu,
• Gronkowce koagulazo dodatnie – maksymalnie 10 jtk/g produktu.

Bardzo ważne jest zapobieganie wnikaniu patogenów do zakładu produkcyjnego, które wymaga całkowitej kontroli wszystkich potencjalnych i faktycznych nosicieli patogenów (tj. ludzie, szkodniki, pojazdy, surowce i środowisko). Czyste powietrze procesu, zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne, ma zasadnicze znaczenie dla zmniejszenia ryzyka, podobnie jak dobre projektowanie i zarządzanie budynkami i urządzeniami. Konieczna jest znajomość statusu patogenów personelu, pomieszczeń, materiałów, instalacji i produktu w zakładzie. Umożliwia to zidentyfikowanie miejsc, w których zachodzi duże prawdopodobieństwo skażenia produktu. Bardzo istotna jest świadomość wszystkich osób biorących udział w procesie produkcyjnym dotycząca znaczenia bezpieczeństwa mikrobiologicznego wytwarzanego produktu. 

Zachowanie jakości higienicznej mleka w proszku wymaga systematycznego stosowania się do opracowanych procedur, które powinny uwzględniać m.in.:

• stosowanie wysokiej jakości mikrobiologicznej mleka surowego,
• dokładne czyszczenie i dezynfekowanie parowników w suszarkach, aby nie stanowiły potencjalnego źródła zanieczyszczenia mikrobiologicznego,
• utrzymywanie suszarek w bardzo higienicznych warunkach,
• do suszarek powinno być dostarczane wyłącznie powietrze filtrowane, a wkłady filtrujące powinny być poddawane okresowemu czyszczeniu lub wymianie,
• suszarki powinny podlegać regularnym kontrolom stanu technicznego,
• wszystkie urządzenia, rurociągi, zbiorniki, pomieszczenie do pakowania i pojemnik do przechowywania muszą być dokładnie czyszczone i dezynfekowane,
• należy wdrażać okresowe wewnętrzne i/lub zewnętrzne audyty pomieszczeń, procesów i procedur suszenia.

W ostatnich latach podjęto próby zastosowania różnych alternatywnych metod przetwarzania żywności w celu zwiększenia bezpieczeństwa mikrobiologicznego proszku mlecznego. Badano m.in. wykorzystanie promieniowania gamma, dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym, promieniowania UV, pola magnetycznego, ultrawysokiego ciśnienia czy mikrofal. Metody te można zastosować po procesie suszenia, co zminimalizuje obecność zakażeń popasteryzacyjnych. Zastosowanie tych metod pozostaje nadal jedynie w obszarze badań. Konieczne jest zbadanie ich wpływu nie tylko na mikroorganizmy, ale również na wartość odżywczą i właściwości fizykochemiczne proszku mlecznego. Niezbędny jest także dobór takich parametrów procesów, które umożliwiłyby ich zastosowanie w skali produkcyjnej. W przyszłości być może tego typu techniki przyczynią się do wytworzenia proszku mlecznego całkowicie wolnego od zanieczyszczeń mikrobiologicznych. 

Mleko w proszku to bardzo cenny produkt, który jest szeroko wykorzystywany w różnych sektorach przemysłu spożywczego. Może poprawiać właściwości funkcjonalne i wartość odżywczą, dzięki czemu jest ceniony jako dodatek recepturowy w wielu produktach spożywczych. Na jakość wytwarzanego proszku mlecznego ma jednak bardzo duży wpływ jego stan mikrobiologiczny. Mleko w proszku samo w sobie stanowi produkt bezpieczny, nawet jeśli obecne są w nim niekorzystne mikroorganizmy. Może ono jednak stanowić zagrożenie dla zdrowia po jego odtworzeniu w wodzie. Tylko poprzez ciągłą ocenę wdrożonych procedur zapobiegawczych i stałą czujność całego personelu można zminimalizować ryzyko obecności mikroorganizmów patogennych w tym produkcie. Znajomość i skuteczne zarządzanie ryzykiem zakażenia mikrobiologicznego w zakładzie produkcyjnym może w dużym stopniu przyczynić się do zmniejszenia ryzyka poprzez wczesne ostrzeganie o potencjalnych problemach. Chociaż istnieje prawdopodobieństwo, że może wystąpić pojedyncze „jednorazowe zanieczyszczenie” proszku mlecznego, to zazwyczaj przyczynę stanowi cykl zdarzeń niezastosowania się do opracowanych procedur. Stosowanie systemów jakości jest kluczowe dla całościowego zarządzania bezpieczeństwem proszku mlecznego. 

Literatura:

1. Dairy Processing Handbook. Chapter 17: Milk and whey powder (https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/milk-and-whey-powder).
2. Ibrahim A. i wsp., Safety and quality aspects of whole and skimmed milk powders, „Acta Sci. Pol. Technol. Aliment”. 2021, nr 20(2), s. 165–177.
3. Kent R. i wsp., Novel Approaches to Improve the Intrinsic Microbiological Safety of Powdered Infant Milk Formula, „Nutrients” 2015, nr 7, s. 1217–1244.
4. Pal M. i wsp., Microbial and Hygienic aspects of Dry Milk Powder, „Beverage & Food World” 2016, nr 7, 28–31.
5. Paswan R. i Park Y., Survivability of Salmonella and Escherichia coli O157:H7 Pathogens and Food Safety Concerns on Commercial Powder Milk Products, „Dairy” 2020, nr 1, s. 189–201.
6. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 2073/2005 z dnia 15 listopada 2005 r. w sprawie kryteriów mikrobiologicznych dotyczących środków spożywczych.