Vliv počtu somatických buněk na kvalitu kozího mléka

Ing. Klára Podhorecká

Doctoral thesis

Effect of somatic cell count on goat milk quality

Abstract:

Celosvětově narůstající zájem o kvalitní a bezpečné potraviny klade důraz na producenty a zpracovatele, nejen z hlediska nutričního potenciálu daných potravin, ale i zachování hygienické kvality vstupních surovin i výsledných produktů. Jedním z nástrojů, jak udržet stálou kvalitu kozího mléka představuje legislativa týkající se mikrobiologických limitů, které jsou však oproti kravskému mléku relativně benevolentní. Nabízí se otázka, zda somatické buňky (SB) přítomné v mléce mohou být považovány za diagnostické kritérium zdravotního stavu mléčné žlázy či indikátor kvality kozího mléka. Somatické buňky jsou přirozenou součástí mléka a tvoří je zejména epiteliální buňky a leukocyty původem z krve, tj. makrofágy (MF), lymfocyty (LY) a polymorfonukleární neutrofily (PMN). Fyziologickou regenerací epitelu mléčné žlázy je mléko apokrinního původu typické přirozeně vyšším počtem epiteliálních buněk a jejich fragmentů, tedy i celkového PSB. V průběhu třech let (2020–2022) byl analyzován relativně široký soubor individuálních vzorků kozího mléka). Kromě základního složení mléka (DairySpec FT), vybraných minerálních látek (ICP-OES/MS), kaseinů (HPLC-DAD) a technologických parametrů bylo cílem nalézt limitní hodnoty PSB, při kterých začne docházet ke kvalitativním změnám, jež mohou mít negativní dopad na technologickou zpracovatelnost mléka, za současné minimalizace ostatních faktorů (zdravotní stav, fáze a pořadí laktace, plemenná příslušnost). Z těchto důvodů byla zhodnocena dále mikrobiologická kvalita mléka a celkový počet mikroorganismů (CPM) se zaměřením na identifikaci mastitidních patogenů. Byla navržena a optimalizována analytická metoda stanovení diferenciálu somatických buněk pomocí průtokové cytometrie, díky čemuž se podařilo identifikovat zastoupení jednotlivých buněčných populací. Optimalizovaná metoda byla ověřena pro analýzu kozího mléka a je vhodná pro dané použití. Provedenými analýzami bylo zjištěno, že již limitní hodnota PSB 500 tis./ml způsobuje prokazatelné změny v mléce, zejména v technologických parametrech, jako je zhoršení syřitelnosti či nárůst pH. Současně byl ve skupině s PSB ≥ 500 tis./ml pozorován trend poklesu v obsahu tuku, bílkovin i laktózy (rok 2021–2022). Prodloužení syřitelnosti tedy nelze jednoznačně přisuzovat nárůstu bílkovin (rok 2020), přičemž tyto změny pravděpodobně souvisí s navýšením chloridových iontů. Vyšší obsah chloridových a sodíkových iontů byl stanoven ve všech skupinách vyšších než sledované limitní hodnoty PSB počínaje hodnotou 500 tis./ml napříč roky 2020–2022. Nižší počet leukocytů oproti epiteliálním buňkám byl jednoznačně prokázán ve skupině vzorků mléka bez významného bakteriálního nálezu. Ve skupině s vyšším PSB, než byla zvolená mezní hodnota (500 tis./ml), došlo k prokazatelnému poklesu lymfocytů a nárůstu makrofágů. Dominujícím typem leukocytů v mléce ze zdravé, i infekcí napadené mléčné žlázy (74,3 % vs. 75,2 %) jsou PMN buňky. Bylo prokázáno, že vzorky kozího mléka s vyšším výskytem PMN nad 76,0 % jsou charakteristické nižším obsahem bílkovin, kaseinů a zkrácenou dobou syřitelnosti, což lze pravděpodobně přičíst proteolytické aktivitě enzymů PMN, z nichž nejznámější je kathepsin. Z pohledu mlékárenské praxe jsou významné zejména proteázy a lipázy, které mohou narušovat proces výroby mléčných výrobků. Objasněním souvislostí nejen celkového PSB, ale i zastoupením jednotlivých somatických buněk lze přispět k lepšímu pochopení změn v kvalitě mléka, ale i imunologické odpovědi mléčné žlázy a s tím související diagnostiky zánětlivých, ale i nez

Abstract:

ánětlivých onemocnění.

Abstract:

The growing worldwide interest in quality and safe food puts emphasis on producers and processors, not only in terms of the nutritional potential of the food, but also in maintaining the hygienic quality of the input raw materials and the resulting products. Legislation on microbiological limits, which are relatively benign compared with cow's milk, is one of the tools for maintaining the consistent quality of goat's milk. The question arises as to whether somatic cells (SC) present in milk can be considered as a diagnostic criterion for the health status of the mammary gland or as an indicator of the quality of goat's milk. Somatic cells are a natural part of milk and are mainly composed of epithelial cells and leukocytes of blood origin, i.e. macrophages (MF), lymphocytes (LY) and polymorphonuclear neutrophils (PMN). The physiological regeneration of the mammary gland epithelium in milk of apocrine origin is characterised by a naturally higher number of epithelial cells and their fragments, and thus of total PSB. A relatively large set of individual goat milk samples was analysed over three years (2020–2022). In addition to the basic composition of milk (Dairy Spec FT), selected minerals (ICP-OES/MS), caseins (HPLC-DAD) and technological parameters, the aim was to find the SCC threshold values at which qualitative changes start to occur that may have a negative impact on the technological processability of the milk, while minimising other factors (health status, lactation phase and sequence, breed affiliation). For these reasons, the microbiological quality of the milk and the total number of micro-organisms (TMC) were also evaluated, with a focus on the identification of mastitis pathogens. An analytical method for the determination of somatic cell differentials by flow cytometry was designed and optimized, which allowed the identification of the representation of each cell population. The optimized method was validated for goat milk analysis and is suitable for the application. The analyses showed that a SCC cut-off 500 tis./ml already causes demonstrable changes in the milk, especially in technological parameters such as deterioration in rennetability or increase in pH. At the same time, a decreasing trend in fat, protein and lactose content was observed in the group with SCC ≥ 500 tis./ml (year 2021–2022). Thus, the increase in the acidifiability cannot be clearly attributed to an increase in protein (year 2020), and these changes are probably related to an increase in chloride ions. Higher chloride and sodium ions were detected in all groups above the observed PSB limits starting at 500 tis./ml across 2020–2022. A lower number of leukocytes compared to epithelial cells was clearly demonstrated in the group of milk samples without significant bacterial findings. There was a demonstrable decrease in lymphocytes and an increase in macrophages in the group with a higher PSB than the selected cut-off value (500 tis./ml). The predominant type of leukocytes in milk from both healthy and infected mammary glands (74.3% vs. 75.2%) were PMN cells. It has been shown that goat milk samples with higher PMN abundance above 76.0% are characterised by lower protein and casein content and reduced curdling time, which is probably attributable to the proteolytic activity of PMN enzymes, the most well-known of which is cathepsin. Proteases and lipases are particularly important from the point of view of dairy practice and can interfere with the dairy production process. Elucidating the relationship not only of the total PSB but also of the representation of individual somatic cells can contribute to a better understanding of changes in milk quality as well as the immunological response of the mammary gland and the associated diagnosis of inflammatory as well as non-inflammatory diseases.

Keywords

ICP-OES/MS, koaguláza negativní stafylokoky, kasein, průtoková cytometrie, polymorfonukleární neutrofily

Keywords

coagulase negative staphylococci, casein, flow cytometry, polymorphonuclear neutrophils, ICP-OES/MS

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 3. 2023

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jaromír Lachman, CSc.
• Reader: Veronika Legarová, Ph.D., Ing., Jana Rychtářová, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme:
Agricultural Chemistry