Vad är klostridiesporer?

Klostridiesporer bildas av bakterier inom släktet Clostridium. De är bakterier som endast växer under anaeroba (syrefria förhållanden). En sådan miljö finns både i ost och i ensilage. Klostridierna kan befinna sig i två utvecklingsstadier (Fig. 1). Det ena är den vegetativa bakteriecellen, som tillväxer genom celldelning vilket leder till en exponentiell ökning av bakteriehalten. Det andra är sporformen, som bildas under förhållanden när bakterien utsätts för svält, det vill säga näringsbrist som hämmar vidare tillväxt. Läs mer om själva sporbildningsmekanismen här.

Figur 1. Sporbildning och vegetativ tillväxt

Hur påverkar klostridiesporerna osten?

Det är den höga värmeresistensen som gör att klostridiesporer utgör ett problem vid osttillverkning. Sporer som hamnat i leverantörmjölken på gården kan inte avdödas genom pastörisering av mjölken på mejeriet. Sporerna återfinns i stort sett opåverkade i ystmjölken. De kan aktiveras av värmebehandlingen, vilket gör att de blir mera benägna att senare gro ut. Under ystningsprocessen tillsätts mjölksyrabakterier till mjölken. Deras uppgift är bland annat att omvandla laktosen i mjölken till mjölksyra. I den färdiga osten förbrukar de också syret och genom mjölksyrabildningen sänker de pH i osten. Man tillsätter också natriumklorid till ostmassan. Under normala förhållanden bör pH-sänkningen, i kombination med anaeroba förhållanden och salthalten leda till att osten konserveras och får lång hållbarhet. Men osttillverkning är en känslig biologisk process, som kan störas av många faktorer. Störningar i syrningsprocessen i samband med ystning, till exempel genom variationer i mjölkens egenskaper eller genom förekomst av antibiotika, kan leda till en långsam pH-sänkning, som gynnar klostridiesporernas groning. Det finns ett signifikant samband mellan sporhalten i ystmjölken och ostens kvalitet (Fig. 2).

 

Figur 2. Samband mellan sporhalt i ystmjölk och lukt- och smakpoäng för färdiglagrad ost

Klostridietillväxten kan endast ske när det är syrefritt och när övriga omgivningsbetingelser inte är hämmande. I ost är det arten Clostridium tyrobutyricum som klarar att växa och som ger produktskador. Den kan förjäsa mjölksyra (laktat) och bilda smörsyra, koldioxid och vätgas. Smörsyran ger en obehaglig smak åt osten och gaserna, i synnerhet vätgasen (som inte löser sig i ostens vätskefas), leder till att osten sväller upp och att texturen slits sönder (Fig. 3). Ost som genomgått smörsyrajäsning orsakar stora förluster för mejeriföretagen.

 

Figur 3. Ost med smörsyrajäsning

För att ost ska få god smak varmlagras den under kortare eller längre tid, beroende på osttyp. Den relativt långa varmlagringen vid hög temperatur för Grevé-ost gynnar klostridietillväxt och gör att denna osttyp är särskilt känslig. Men jäsning kan ske även i andra osttyper som Herrgårdsost och Svecia. För att förhindra att sporer av smörsyrajäsande klostridier gror ut och tillväxer tillsätter man natriumnitrat (salpeter) i samband med ystningen. Nitratet bidrar till att förhindra att sporerna gror ut, men får endast tillsättas upp till ett gränsvärde. Vid alltför hög sporhalt i mjölken räcker inte nitratet till. Nitratet är ifrågasatt som tillsatsmedel vid osttillverkning.

Det finns två mjölkbehandlingsmetoder som kan användas för att reducera sporhalten före ystning. Vid baktofugering centrifugeras mjölken och sporerna, som är tyngre än bakterier och mjölkkomponenter, kan samlas upp. Sporhalten kan reduceras med cirka 95-98 %. Vid mikrofiltrering avskiljs 99,5 % av sporerna. Detta kan synas som effektiva metoder men sporhalten i mjölken före behandling kan ändå sätta begräsningar för metodernas säkerhet. För att tillverka rundpipig ost utan nitrattillsats krävs att sporhalten ej överstiger 10 sporer per liter mjölk. Det betyder att vid enkelbaktofugering bör inte sporhalten överstiga 500 sporer/l. Vid nitrattillsats utan baktofugering är det önskvärt med en sporhalt som inte överstiger 100 sporer/l. Många ysterier har idag sporreduktionsutrustning men beroende på utrustningstypen kan ändå sporhalten i leverantörmjölken vara begränsande för ostkvaliteten. Figur 4 visar variationen i sporhalt i ystmjölken vid ett ysteri vecka för vecka under ett helt år. Det framgår tydligt att under större delen av vinterhalvåret detta år var sporhalten för hög för att på ett säkert sätt tillverka ost utan sporreduktionsutrustning. Vid fel på utrustningen sker då ohjälpligt smörsyrajäsning. Figuren visar också att sporhalten är markant lägre under sommarhalvåret. Sannolikt är skillnaden mellan sommar och vinter mindre markerad idag när ensilageutfodring ofta sker även sommartid än när analyserna utfördes.

 

Figur 4. Sporhaltens variation i ystmjölken under ett år

Hur hamnar klostridiesporerna i mjölken?

Det finns ett välkänt och tydligt samband mellan säsongsvariationer i ensilagekvaliteten och omfattningen av smörsyrajäst ost vid ysterierna. Ensilage är den enda viktiga källan för de klostridiesporer som hamnar i mjölken (Fig 5). Ensilaget är ur mikrobiologisk synpunkt en jämförbar miljö med ost. Här finns mjölksyrabakterier som utnyttjar sockret i grönmassan för att bilda mjölksyra. Om ensilaget snabbt blir syrefritt och pH går ned så kommer ensilaget att vara skyddat för tillväxt av klostridier. Men om till exempel pH blir för högt så kan klostridiesporer i grönmassan gro ut och bilda vegetativa bakterier som förjäser mjölksyran till smörsyra. De kan tillväxa upp till flera 10-tal miljoner bakterier/g ensilage. Så småningom uppstår näringsbegränsning och sporer bildas i lika höga halter. När kon äter sådant ensilage så påverkas inte sporerna alls av matsmältningsprocessen. Sporerna kommer ut i ungefär lika hög halt i träcken som de fanns i ensilaget. Vid så höga halter kan även mycket små restmängder av träck på spenarna efter rengöring leta till en avsevärd kontaminering av mjölken. Om träcken innehåller 1 miljon sporer/g så innehåller 1 mg träck på spenarna (som kan finnas kvar efter en god rengöring) 1000 sporer, vilket är tillräckligt för att en liter mjölk ska bli olämplig för osttillverkning! Det är därför mycket viktigt att vid ensilering av vallfoder att hämma klostridietillväxt som kan leda till höga sporhalter. Lyckligtvis är de åtgärder som krävs för detta inte annorlunda än de som leder till produktion av ensilage av hög kvalitet. Den enkla huvudprincipen är att skapa goda inläggningsförhållanden och missgynna klostridiernas tillväxt.

 

Figur 5. Klostridesporernas väg från gröda till ost.

Vilka faktorer påverkar utvecklingen av klostridier i ensilage?

Klostridernas tillväxt påverkas, liksom alla andra mikroorganismer, av

  • tillgången på näring
  • syretillgång/syrefrihet
  • temperaturen
  • pH-värdet
  • tillgången på vatten (vattenaktivitet/ts-halt) och
  • inverkan från andra mikroorganismer som kan förändra miljön eller producera substanser som t.ex. hämmar eller gynnar klostridierna samt
  • konserveringsmedel eller andra hämmande substanser som tillsätts

Bakterier kan endast tillväxa mellan vissa värden på parametrarna. Vid ett visst värde är tillväxten optimal, till exempel vid pH 7, medan under t.ex. pH 4 och över pH 9 sker ingen växt. Ju närmare min- och maxvärdena pH ligger desto långsammare sker tillväxten. Alla ovanstående parametrar samverkar, vilket leder till att olika kombinationer kan leda till samma resultat (till exempel samband mellan pH och ts för hämning av klostridieväxt).

Klostridiesporerna finns i jord i relativt låga halter (oftast några 100 - några 1000/g jord). Högre halter kan finnas i jord som gödslats med fast- eller flytgödsel, om träcken innehåller klostridiesporer. Sporer kan också finnas i kvarvarande förna från tidigare år samt i gödselklumpar som fastnat på grödan vid fastgödsling. En nödvändig förutsättning för utveckling av klostridier är att sporer följer med jord eller gödselkontaminerad grönmassa vid inläggningen. Åtgärder som minimerar denna kontamination minskar därför risken för sporer.

Näringstillgången för klostridier i grönmassan är i första hand beroende på halten lättlösligt socker, men i viss mån även på protein/aminosyror. För den initiala fasen är dock socker viktigast. Tillgången på socker beror dels på typen av gröda och skördetidpunkten men också på sönderdelningsgraden vid inläggning. I långstråig gröda är sockertillgången lägre än till exempel i exakthackad gröda. För att förhindra klostridier är det viktigt att sockret i första hand används av mjölksyrabakterierna som finns på grödan. Genom deras sockerkonsumtion och syraproduktion försämras klostridiernas möjlighet att gro ut och växa (lågt pH och lite eller inget socker kvar). Åtgärder som leder till ökad sockerhalt gynnar mjölksyrabakterierna och missgynnar klostridierna. Förtorkning som leder till att sockret koncentreras i grönmassan är ett exempel på detta.

Klostridierna kräver syrefrihet och kommer därför inte att kunna gro ut förrän syret förbrukats. Men ett tillräckligt lågt pH gör att de inte kan växa till. En längre tids syreexponering av grönmassan gynnar andra skadliga bakterier såsom enterobakterier och Bacillus, som konkurrerar med mjölksyrabakterierna om sockret. Detta missgynnar mjölksyrabakterierna, med följd att de inte lika effektivt sänker pH. Klostridierna får då chansen att gro ut, vilket inte sker vid lägre pH. Snabb täckning och god packning av grönmassan gör att växtmaterialet förbrukar syret snabbt genom cellandningen, vilket gynnar mjölksyrabakterier.

Klostridierna har optimumtemperatur vid cirka 37°C och växer ganska långsamt vid temperatur mellan 10 och 15°C. Vissa kan dock växa upp till 50°C. Mjölksyrabakterierna har däremot optimum vid 20-25°C. Detta gör att mjölksyrabakterierna gynnas i förhållande till klostridierna så länge temperaturen är normal. Vid onormalt hög temperatur, till exempel under värmeböljor, gynnas däremot klostridierna och samma gäller när ensilaget tagit värme. Värme bildas vid grönmassans respiration, men minimeras genom att minimera lufttillgången genom snabb inläggning och täckning. Hög temperatur ökar också gaspermeabiliteten för plastfilm till rundbalar och även för butylgummidukar eller plast till plansilos. Syreläckage gynnar indirekt klostridierna under lagringsfasen.

Optimalt pH för klostridier ligger i det neutrala området. Det pH-värde som krävs för hämning av klostridier beror även på ts-halten (vattenhalten), som samverkar med pH. Vid 20 % ts krävs pH under 4,2 för hämning, med vid 50 % ts så är pH under 5,0 tillräckligt. Vid högre ts-halt hämmas även mjölksyrabakterierna, varför de producerar mindre mjölksyra och då blir pH högre. Vid över 60 % ts bildas ingen mjölksyra. Konserveringen bygger då helt på lufttät lagring och låg vattenhalt. En annan faktor som påverkar pH-utvecklingen i ensilaget är grönmassans buffringsförmåga. Baljväxter innehåller högre halter buffrande substanser än gräs och det krävs därför mera socker för att syrabildningen ska leda till sänkt pH. Baljväxter är därför mera svårensilerade, även beroende på lägre halt lättlösligt socker. Gödselklumpar i grönmassan gynnar klostridier eftersom de buffrar pH och gynnar därmed tillväxt.

Tillgång till vatten är en nödvändig förutsättning för all bakterietillväxt. Vid god vattentillgång kan tillväxten ske relativt obehindrat, men vid lägre tillgång på vatten, till exempel genom torkning minskas tillväxthastigheten för att över en viss ts-halt helt upphöra. Förtorkning av ensilage leder därför till att klostridiernas tillväxt hämmas. En ts-halt över 30 % anses hämma klostridier. Men på grund av ojämnheter i ts i en sträng som ej vänts kan det förekomma klostridieväxt även i ensilage som i huvudsak förtorkats till högre ts. Därför rekommenderas en ts-halt på 40-50 % i rundbalar. Mjölksyrabakterierna är mera tåliga än klostridierna vilket leder till att både ts och pH hämmar i samverkan.

Andra mikroorganismer kan påverka klostridiernas möjlighet att växa till i ensilage. Effekten av enterobakterier och Bacillus vid inläggning har redan nämnts. Ett annat exempel är jäst och mögel. De kommer ofta in med jord och förnarester. Mögel kräver syretillgång för att växa och kan gynnas vid syreläckage under lagring, till exempel i det yttersta skikten av rundbalar. Många jästarter kan leva på mjölksyra, men de flesta hämmas av syrefrihet. Om däremot syre läcker in i ensilaget så kan jäst och även mögel växa till och förbruka mjölksyran. Temperaturen stiger (varmgång) och då kommer även vissa Bacillus att växa till. Då höjs pH vilket leder till att skyddet mot klostridier minskar i den del av ensilaget som fortfarande är anerob, men där pH ökat. Det betyder att i samband med uttag finns det en zon innanför uttagsytan i till exempel en plansilo med varmgång där det kan utvecklas klostrider, som bildar sporer. I rundbalar med hög ts är det ofta jäst och mögel som växer, på grund av att de tål högre ts-halt än klostridierna. Inträngande syre i en otät rundbal leder ofta till att synligt mögel bildas i balens ytterskikt. Även här kan det finnas risk för klostridier, om ts-halten är för låg.

Ensileringsförloppet och ensilagekvalitén kan påverkas genom användning av tillsatsmedel, som på olika sätt inverkar på mjölksyrabakteriernas, klostridiernas och övriga mikroorganismers utveckling. Huvudprincipen är att gynna mjölksyrabakterierna och/eller hämma övriga mikroorganismer. Kemiska tillsatsmedel är till exempel syror som myrsyra och propionsyra, som syftar till att snabbt sänka pH och samtidigt slå ut cellandningen i grödan. Detta sparar socker och förhindrar tillväxt av den aeroba floran. Därigenom får mjölksyrabakterierna bättre utvecklingsmöjligheter vilket hindrar klostridietillväxt. Andra typer av kemiska tillsatsmedel innehåller olika salter som hämmar klostridiesporgroning och även jäst/mögeltillväxt. Biologiska tillsatsmedel innehåller mjölksyrabakterier som hjälper till att ök mjölksyrabildningen i ensilaget (under förutsättning att det finns tillräckligt med socker) eller enzymer, som bryter ned svårlösliga kolhydrater i grönmassan till lättlösligt socker som mjölksyrabakterierna kan utnyttja. Näringsberikande tillsatser innehåller lättlösliga kolhydrater som gynnar mjölksyrabakterierna vid låg sockerhalt i grönmassan.

Tillsatsmedel rekommenderas alltid

  • när vallen gödslats med stallgödsel eller urin uppblandat med pressvatten (risk för tillförsel av stora mängder klostridiesporer i grönmassan om korna utfodrats med dåligt ensilage med klostridiejäsning). De sporer som förs in med grönmassan utgör en risk för nästa ensilering och måste hämmas.
  • Vid rundbalsensilering när grönmassans ts-halt är under 40 %. På grund av ojämn ts-halt i grönmassan kan det ske klostridietillväxt i partier med lägre ts-halt. Rundbalsensilage är oftast långstråigt, vilket betyder att sockertillgängligheten är begränsad. Dessutom är rundbalar känsliga för syreläckage, varför tillsatsmedel är en god gardering mot klostridier.


Andra svåra inläggningsförhållanden kan också motivera tillsatsmedel:

  • Om fodret bärgas 2-3 dagar efter slåtter. På grund av respiration förloras mycket av det lättlösliga sockret, vilket missgynnar mjölksyrabakterierna. Samtidigt gynnas tillväxt av den aeroba störfloran.
  • Vid låg ts-halt (under 25 %), såsom vid direktskörd eller mycket svag förtorkning. Låg ts-halt gynnar både klostridier och annan störflora. Sockerhalten är låg, vilket missgynnar mjölksyrabakterierna och leder till risk för otillräcklig pH-sänkning.
  • Om vallen innehåller en stor andel baljväxter. Baljväxterna har hög buffringsförmåga och relativt låg sockerhalt, vilket missgynnar mjölksyrabakterierna och gynnar klostrider.
  • Grova och förvuxna grödor. Grova grödor är svåra att packa, vilket medför mycket syre i grönmassan. Mängden lättlösligt socker är också lägre än i yngre gröda.

Tillsatsmedel är ett hjälpmedel för att förhindra misslyckande under svåra förhållanden och kan också bidra till en bättre ensilagekvalitet under mera normala förhållanden. Men de är inga mirakelmedel. Om inte de grundläggande förutsättningarna för god ensilering är närvarande så hjälper inga tillsatsmedel. Grödan måste vara så fri som möjlighet från jord och annan förorening som kan innehålla klostridier och andra störande mikroorganismer. Det måste finnas tillräckligt med lättillgängligt socker i tillräcklig mängd för att mjölksyrabakterierna ska kunna verka. Syrefria förhållanden måste skapas snabbt. Det är också viktigt att tillsatsmedel doseras i korrekt mängd, eftersom de annars inte får avsedd verkan.

Kontakt

Anders Christiansson, Expert mikrobiologi
Telefon: 08-787 53 64
E-post: anders.christiansson@lrf.se