جنبه‌های مهم میکروبیولوژیکی شیر دارای خواص تغذیه‌ای و تکنولوژیکی برتر است، اما اشکال آن این است که بستری غنی برای رشد یک میکروفلور متنوع از جمله عوامل بیماری‌زا است. شیر خام باید از حیواناتی تهیه شود که بدون هیچ‌گونه علائم بیماری باشند، بیماری‌هایی که از طریق مصرف یا تماس با شیر برای انسان به وجود بیاید. همچنین، گله‌های لبنی باید عاری از سل و بروسلوز باشند. وضعیت میکروبیولوژیکی شیر خام کیفیت و ترکیب شیمیایی آن را تعیین می‌کند. تعداد و انواع میکروارگانیسم‌ها بر کیفیت نگهداری شیر خام و اثربخشی عملیات حرارتی تأثیر می‌گذارد. اقدامات زیر می‌تواند به حفظ کیفیت شیرخام قبل از فرآوری کمک کند.

۱.  کنترل بیوفیلم

تعداد پایین بار میکروبی اولیه، حیوانات تمیز و سالم، تامین علوفه و آب سالم، تمیز کردن و ضدعفونی کردن تجهیزات شیردوشی و خنک‌سازی سریع، پیش نیازهای کیفیت شیر خام برای فرآوری هستند. موضوع بسیار مهمی که با کیفیت شیر خام و فرآوری شده مرتبط است، توسعه بیوفیلم بر روی تجهیزات جابجایی شیر، مانند واحدهای شیردوشی و ذخیره‌سازی است. بیوفیلم‌های باکتریایی گروه‌های سه‌بعدی مرتبط با سطح کلنی‌های باکتریایی هستند که توسط گلیکوکالیکس تولید شده در طی متابولیسم باکتری‌ها در کنار هم نگه داشته می‌شوند که می‌تواند از فرآیند تمیز کردن جان سالم به در ببرد. سویه‌های سودوموناس سرمادوست، اشرشیاکلی، استرپتوکوک‌های مقاوم در برابر حرارت و اسپورهای باسیلوس در بیوفیلم‌های تجهیزات حمل شیر نقش دارند. تشکیل بیوفیلم با رسوب پروتئین‌ها و قندها از شیر اتفاق می‌افتد پروتکل‌های تمیز کردن در محل (CIP) که امکان پیش شستشوی شدید با آب، گردش محلول‌های قلیایی/ اسیدی، ضدعفونی‌کننده، و شستشوی نهایی با آب را برای تجهیزات شیردوشی و ذخیره‌سازی فراهم می‌کند، مورد نیاز است.

۲. خنک کردن و ترمیزاسیون

چندین روش، کنترل کیفیت میکروبی شیر خام را در طول نگهداری آن امکان‌پذیر می‌کند. ساده‌ترین کار کاهش دمای نگهداری شیر است. کاهش دما از ۶ به C۲ باعث تاخیر قابل توجهی در رشد سایکروتروف‌ها تا مقدار بحرانی cfu/ml 106 به مدت ۳ روز می‌شود. ترمیزاسیون یک عملیات حرارتی متوسط (C۵۷-۶۸ برای بیش از ۱۵ ثانیه) نامیده می‌شود و سپس خنک‌سازی در C۴ اعمال می‌شود. ترمیزاسیون تقریباً تمام سایکروتروف‌ها و بسیاری از باکتری‌های اسید لاکتیک را از بین می‌برد و دوره نگهداری شیر خام سرد شده را تا ۴ روز قبل از فرآوری افزایش می‌دهد. با این حال، در طول دوره ذخیره‌سازی سرد، آنزیم‌های طبیعی شیر به طور کلی فعال هستند. این امر به ویژه در مورد لیپوپروتئین لیپاز صادق است، که می‌تواند تری‌گلیسیرید گلبول‌های چربی را هنگامی که غشای گلبول چربی شیر که در اثر نوسانات دما یا در اثر هم زدن و ایجاد کف آسیب می‌بیند، هیدرولیز کند. سنتز ناشی از لیپولیز در شیر منجر به ترشیدگی می‌شود. در واقع، فعالیت لیپوپروتئین لیپاز تنها در شیر خام یک مشکل است، زیرا تقریباً به طور کامل با پاستوریزاسیون غیرفعال می‌شود. فعالیت بالقوه آن در شیر خام برای تولید طعم ترش در کمتر از ۱۰ دقیقه کافی است. با این حال، فعالیت آنزیم در شیر خام نگهداری شده در یخچال به آرامی کاهش می‌یابد و به شرطی که غشای گلبول‌های چربی شیر آسیب ندیده باشد، عملکرد آن کنترل می‌شود.

۳. سیستم لاکتوپراکسیداز

روش دیگر برای بهبود حفظ کیفیت شیر خام، فعال‌سازی سیستم لاکتوپراکسیداز (LPO) در شیر است. لاکتوپراکسیداز آنزیم غالبی است که مسئول خواص ضدمیکروبی شیر گاو است و در حضور غلظت کافی از پراکسید هیدروژن (H2O2) و یون‌های تیوسیانات (SCN-) در برابر باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها فعال است. این دومین آنزیم فراوان در شیر گاو پس از گزانتین اکسیدوردوکتاز است و واکنش اکسیداسیون SCN- توسط H2O2 به OSCN- را کاتالیز می‌کند. هر دو SCN- و OSCN- برای حیوان بی¬ضرر هستند اما بیشتر باکتری‌هایی را که خود H2O2 تولید می‌کنند مهار می‌کنند. فعالیت سیستم لاکتوپراکسیداز در شیر، که شامل H2O2 (عمدتاً از متابولیسم باکتری‌ها می‌آید) و آنیون‌های تیوسیانات از سیانوگلوکوزیدها در خوراک دام، بهSCN- و pH بستگی دارد.

فعال‌سازی سیستم لاکتوپراکسیداز در شیر از طریق افزودن یون‌های تیوسیانات و H2O2 یا افزودن یک سیستمH2O2  (به عنوان مثال گلوکزاکسیداز) در صورتی که قبل از پاستورایزسیون اعمال شود، می‌تواند برای نگهداری شیر خام در طول ذخیره‌سازی یا برای افزایش ماندگاری شیر خام استفاده شود. در صورت فقدان شرایط سرد کردن یا عملیات حرارتی، این تیمار حرارتی به عنوان پاستوریزاسیون سرد شناخته می‌شود.

۴. افزودن دی اکسید کربن

دی اکسید کربن را می‌توان به عنوان یک عامل ضد میکروبی به شیر خام اضافه کرد. افزودن ۲۰ تا ۳۰ میلی‌مول بر لیتر در دمای سردخانه برای گسترش ذخیره‌سازی شیر خام پیشنهاد شده است، در حالی که فشار و شرایط دمایی تیمار را در نظر بگیریم زیرا دی ¬اکسید کربن می‌توانند باعث رسوب پروتئین‌ها شوند. اثر CO2 بر گونه‌ها و سویه‌های مختلف متغیر است. به طور کلی، فاز تاخیر باکتری‌های هوازی به طور قابل توجهی و به طور چشمگیری نسبت به افزایش فاز تاخیری سایکروتروف‌ها، افزایش می‌یابد. مهار کلی‌فرم‌ها با حداقل یک  log  cfu/mL  نیز امکان‌پذیر است. اثر این تیمار بر روی باکتری‌های گرم منفی بیشتر از باکتری‌های گرم مثبت و اسپورها است. با این حال، کاهش pH ناشی از CO2 ممکن است باعث تجزیه میسل‌های کازئین شود، که می‌تواند برای کارایی مبدل‌های حرارتی به دلیل رسوب مضر باشد.

۵. سانتریفیوژ، کلاریفایر و باکتوفوگاسیون

تیمارهای فیزیکی مانند سانتریفیوژ نیز برای بهبود نگهداری و کیفیت تکنولوژیکی شیر خام استفاده می‌شود. ساده‌ترین روش جداسازی کاسه دیسکی است که می‌تواند ذرات کثیف، موی حیوانات، سلول‌های سوماتیک و میکروارگانیسم‌ها و اسپور آن‌ها را به صورت رسوب (لجن) به دلیل اختلاف چگالی بین آن‌ها و سرم شیر حذف کند. با این حال، به دلیل گنجاندن سلول‌های سوماتیک و باکتری‌ها در گلبول‌های چربی آگلوتینه سرد، بخش زیادی از این ذرات در فاز خامه هستند، مخصوصاً زمانی که از سپراتور خامه در دمای بالای C۴۰ استفاده می‌شود، اما می‌توان با گریز از مرکز اصلاح‌شده (کلاریفایر) آن‌ها را حذف کرد. علاوه بر این، سانتریفیوژ با سرعت بالا به نام باکتوفوگاسیون می‌تواند برای حذف حداکثر ۹۹٪ اسپورها استفاده شود. باکتوفوگاسیون اسپورها را حذف می‌کند اما باعث از بین رفتن حدود ۳٪ از ترکیبات شیر می‌شود. محلول جدا شده در دستگاه باکتوفوگاسیون، غنی از کازئین است، می‌توان آن را در دمای C۱۳۰ به مدت چند ثانیه استریل و سپس به شیر اضافه گردد. باکتوفوگاسیون در دمای C۶۰-۶۵ انجام می‌شود و تا ۹۵٪ اسپورها را در یک دوره حذف می‌کند. باکتوفوگاسیون برای افزایش ماندگاری شیر پاستوریزه استفاده می‌شود. با این حال، این یک روش گران است و به دو جداکننده پشت سر هم برای حذف ۹۹٪ اسپورها نیاز دارد.

۶. میکروفیلتراسیون

تکنیک‌های فیلتراسیون مانند میکروفیلتراسیون (اندازه منافذμm ۱) که در فشار کم کار می‌کنند نیز برای حذف اسپورها، میکروارگانیسم‌ها و سلول‌های سوماتیک از شیر خام قبل از عملیات حرارتی استفاده می‌شود. این ترکیبات شیر دارای قطری بالاتر از μm۱ هستند، شبیه به برخی از گلبول‌های چربی، و بنابراین این فرآیند برای شیر بدون چربی اعمال می‌شود. ریتنیت و خامه قبل از اینکه با مایه تراوش (پرمیت) مخلوط شوند به طور مستقل عملیات حرارتی/ استریل می‌شوند.

جمع‌بندی

شیر یک منبع مغذی قابل توجه است که حاوی پروتئین‌ها، لیپیدها، ویتامین‌ها، مواد معدنی، آنزیم‌ها و ترکیبات زیست فعال است. علاوه بر محتوای بالای مواد مغذی، pH تقریباً خنثی و فعالیت بالای آب شیر، محیط رشد ایده‌آلی را برای طیف وسیعی از میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌کند. در حالی که شیر به طور سنتی به عنوان یکی از سالم‌ترین کالاهای غذایی در نظر گرفته می‌شود، فراخوان‌های کنونی و شیوع بیماری‌های ناشی از شیر، تمایل به محصولات لبنی ایمن و باکیفیت را افزایش داده است. لذا با اقدامات نامبرده می‌توان کیفیت شیر خام را ارتقا داد. 

منابع:

Ban GH, Lee JI, Kang DH. Effects of storage temperature on microbiota shifts in raw milk biofilm developed on stainless steel. Food Microbiology. 2023 Apr 1;110:104163. DOI: 10.1016/j.fm.2022.104163.
Pereira PC. Milk nutritional composition and its role in human health. Nutrition. 2014 Jun 1;30(6):619-27. DOI: 10.1016/j.nut.2013.10.011.
Awol K, Taye M, Kassa B. Activation of lactoperoxidase system and its potential for microbial inhibition and preservation of milk in the Great African Rift Valley climate. Cogent Food & Agriculture. 2023 Dec 31;9(1):2247691. DOI: 10.1080/23311932.2023.2247691.