Dairy industry Dairy industry Молочная промышленность 1019-8946 99759 10.21603/1019-8946-2025-3-39 Обзорная статья Review article Обзорная статья Effect of Thermal Treatment on Lactic Acid Bacteriophages Влияние термического воздействия на бактериофаги молочнокислых бактерий Полянская Ирина Сергеевна Polyanskaya Irina S. poljanska69@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-5630-3196 Просеков Александр Юрьевич Prosekov Alexander Yu.

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина Молочное Россия Vologda State Dairy Farming Academy Molochnoye Russian Federation Кемеровский государственный университет Кемерово Россия Kemerovo State University Kemerovo Russian Federation 16 06 2025 16 06 2025 3 30 36 24 02 2025 12 05 2025 https://moloprom.kemsu.ru/en/nauka/article/99759/view

Инфицирование и поражение стартовой культуры заквасочных микроорганизмов бактериофагами является главной причиной некачественной ферментации при производстве сыров, кисломолочных продуктов. Несмотря на реализацию различных стратегий контроля фагов на молочных предприятиях, таких как санитария, ротация культур, проектирование завода и технологического оборудования, их присутствие и устойчивость остаются серьезной биотехнологической проблемой. Сырое молоко является одним из главных источников высокомутирующих бактериофагов с разной степенью термоустойчивости на молочных предприятиях. Известно, что фаг более устойчив к нагреванию, чем штамм-хозяин и подавляющее большинство вегетативной микробиоты, но в литературе имеются противоречивые данные о влияние термического воздействия на всевозможные типы бактериофагов разных видов молочнокислых бактерий в различных средах. Режимы физических методов инактивации бактериофагов в промышленных условиях требуют дополнительной аргументации. В связи с этим целью исследования является обоснование режимов физических методов инактивации бактериофагов, пастеризации в рамках фагового мониторинга с корректирующим воздействием. Была проанализирована информация о типах, группах фагов молочнокислых бактерий, встречающихся на молочных заводах, о природе термостойкости фагов, их адаптивной эволюции, связанной с повышением сублетальной температуры. В работе проведены анализ и синтез данных по влиянию термического воздействия на бактериофаги молочнокислых бактерий, полученных в альтернативных условиях разных исследовательских лабораторий. Результатом исследований стало обоснование режимов термического воздействия на бактериофаги молочнокислых бактерий при производстве ферментированных молочных продуктов, что является необходимым условием в разработке системы эффективных практических противофаговых мер и Программы обязательных предварительных мероприятий, принимаемой исходя из анализа уровня и разнообразия фаговой инфекции (фагового мониторинга). Выявлены причины, по которым не поддерживается рекомендация всеобщего ужесточения тепловой обработки молочного сырья. Возможно использование термоинактивации фагов там, где используется кипячение или пропаривание.

If starter culture bacteria are infected with bacteriophages, it results in poor or faulty fermentation of cheese and fermented milk. Despite strict sanitation measures, culture rotation, and special equipment design, bacteriophages with their growing heat resistance remain a serious biotechnological problem for the dairy industry. As a rule, raw milk is the main source of highly mutating bacteriophages with various heat resistance values. Bacteriophages are more resistant to heating than the host strain and most vegetative microbiota; however, scientific publications provide contradicting data on the effect of thermal exposure on lactic acid bacteriophages in various environments. As a result, industrial bacteriophage inactivation requires additional studies to define the most efficient modes. The article introduces the optimal modes of physical bacteriophage inactivation and pasteurization as part of phage monitoring. The authors analyzed available reports on types and groups of lactic acid phages typical of dairy plants, the nature of their heat resistance, and their adaptive evolution to increasing sublethal temperature. The standard methods of analysis and synthesis made it possible to reveal the effect of thermal action on lactic acid bacteriophages in different laboratory conditions. The resulting optimal thermal modes of fermented dairy production may help to develop a system of effective practical antiphage measures that could be compiled into a Program of Preliminary Measures of Phage Monitoring. Although the recommendation for a stricter heat treatment of raw milk does not find unanimous support, dairy plants may apply thermal antiphage inactivation if the processing involves boiling or steaming.

 молочнокислые бактерии ферментация бактериофаги фаголизис стартовых культур сырое молоко термоустойчивость lactic acid bacteria fermentation bacteriophages phagolysis of starter cultures raw milk heat resistance

Сорокина, Н. П. Спектр литической активности коллекционных бактериофагов, инфицирующих лактококки / Н. П. Сорокина [и др.] // Молочная промышленность. 2020. № 11. С. 27–29. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-11-27-29; https://elibrary.ru/ghsbgr Sorokina, N. P. Spektr liticheskoy aktivnosti kollekcionnyh bakteriofagov, inficiruyuschih laktokokki / N. P. Sorokina [i dr.] // Molochnaya promyshlennost'. 2020. № 11. S. 27–29. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-11-27-29; https://elibrary.ru/ghsbgr Ганина, В. И. Влияние температуры на выживаемость бактериофагов в биотехнологии кисломолочной продукции / В. И. Ганина // Молочная промышленность. 2020. № 3. С. 31–33. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-03-32-33; https://elibrary.ru/xmfoth Ganina, V. I. Vliyanie temperatury na vyzhivaemost' bakteriofagov v biotehnologii kislomolochnoy produkcii / V. I. Ganina // Molochnaya promyshlennost'. 2020. № 3. S. 31–33. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-03-32-33; https://elibrary.ru/xmfoth Veesler, D. A common evolutionary origin for tailed-bacteriophage functional modules and bacterial machineries / D. Veesler, C. Cambillau // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2011. Vol. 75(3). P. 423–433. https://doi.org/10.1128/MMBR.00014-11; https://elibrary.ru/phmktb Veesler, D. A common evolutionary origin for tailed-bacteriophage functional modules and bacterial machineries / D. Veesler, C. Cambillau // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2011. Vol. 75(3). P. 423–433. https://doi.org/10.1128/MMBR.00014-11; https://elibrary.ru/phmktb Kleppen, Н. Р. Bacteriophages in milk fermentations: Diversity fluctuations of normal and failed fermentations / H. P. Kleppen [et al.] // International Dairy Journal. 2011. Vol. 21(9). P. 592–600. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.02.010; https://elibrary.ru/ybyzfp Kleppen, N. R. Bacteriophages in milk fermentations: Diversity fluctuations of normal and failed fermentations / H. P. Kleppen [et al.] // International Dairy Journal. 2011. Vol. 21(9). P. 592–600. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2011.02.010; https://elibrary.ru/ybyzfp Mahony, J. Phages of lactic acid bacteria: The role of genetics in understanding phage-host interactions and their co-evolutionary processes / J. Mahony [et al.] // Virology. 2012. Vol. 434(2). P. 143–150. https://doi.org/10.1016/j.virol.2012.10.008; https://doi.org/10.1016/j.virol.2012.10.008 Mahony, J. Phages of lactic acid bacteria: The role of genetics in understanding phage-host interactions and their co-evolutionary processes / J. Mahony [et al.] // Virology. 2012. Vol. 434(2). P. 143–150. https://doi.org/10.1016/j.virol.2012.10.008; https://doi.org/10.1016/j.virol.2012.10.008 Pujato, S. Leuconostoc bacteriophages from blue cheese manufacture: Long-term survival, resistance to thermal treatments, high pressure homogenization and chemical biocides of industrial application / S. Pujato [еt al.] // International Journal of Food Microbiology. 2014. Vol. 177. P. 81–88. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2014.02.012 Pujato, S. Leuconostoc bacteriophages from blue cheese manufacture: Long-term survival, resistance to thermal treatments, high pressure homogenization and chemical biocides of industrial application / S. Pujato [et al.] // International Journal of Food Microbiology. 2014. Vol. 177. P. 81–88. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2014.02.012 Frantzen, C. A. Unprecedented diversity of lactococcal group 936 bacteriophages revealed by amplicon sequencing of the portal protein gene / C. A. Frantzen, H. Holo // Viruses. 2019. Vol. 11(5). 443. https://doi.org/10.3390/v11050443 Frantzen, C. A. Unprecedented diversity of lactococcal group 936 bacteriophages revealed by amplicon sequencing of the portal protein gene / C. A. Frantzen, H. Holo // Viruses. 2019. Vol. 11(5). 443. https://doi.org/10.3390/v11050443 Marcó, M. B. Bacteriophages and dairy fermentations / M. B. Marcó, S. Moineau, A. Quiberoni // Bacteriophage. 2012. Vol. 2(3). P. 149–158. https://doi.org/10.4161/bact.21868 Marcó, M. B. Bacteriophages and dairy fermentations / M. B. Marcó, S. Moineau, A. Quiberoni // Bacteriophage. 2012. Vol. 2(3). P. 149–158. https://doi.org/10.4161/bact.21868 Одегов, Н. И. Актуальные аспекты проблемы бактериофагии в сыроделии / Н. И. Одегов, Р. В. Дорофеев, В. В. Ткаченко // Пищевая индустрия. 2016. № 1(27). С. 23–25. https://elibrary.ru/vjzclb Odegov, N. I. Aktual'nye aspekty problemy bakteriofagii v syrodelii / N. I. Odegov, R. V. Dorofeev, V. V. Tkachenko // Pischevaya industriya. 2016. № 1(27). S. 23–25. https://elibrary.ru/vjzclb Murphy, J. Impact of thermal and biocidal treatments on lactococcal 936-type phages / J. Murphy [et al.] // International Dairy Journal. 2014. Vol. 34(1). P. 56–61. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2013.06.011 Murphy, J. Impact of thermal and biocidal treatments on lactococcal 936-type phages / J. Murphy [et al.] // International Dairy Journal. 2014. Vol. 34(1). P. 56–61. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2013.06.011 Лапшевич, И. Бактериофаги - невидимый враг молочных продуктов / И. Лапшевич // Молочная промышленность. 2020. № 10. С. 33–35. https://elibrary.ru/izpseq Lapshevich, I. Bakteriofagi - nevidimyy vrag molochnyh produktov / I. Lapshevich // Molochnaya promyshlennost'. 2020. № 10. S. 33–35. https://elibrary.ru/izpseq Чуксина, Т. А. Характеристика генома двух новых фагов Lactococcus lactis phage vL_296 и vL_20A / Т. А. Чуксина [и др.] // Acta Naturae (русскоязычная версия). 2024. Т. 16, № 3. С. 102–109. https://doi.org/10.32607/actanaturae.27468; https://elibrary.ru/mphyaa Chuksina, T. A. Harakteristika genoma dvuh novyh fagov Lactococcus lactis phage vL_296 i vL_20A / T. A. Chuksina [i dr.] // Acta Naturae (russkoyazychnaya versiya). 2024. T. 16, № 3. S. 102–109. https://doi.org/10.32607/actanaturae.27468; https://elibrary.ru/mphyaa Quiberoni, A. Streptococcus thermophilus bacteriophages / A. Quiberoni [et al.] // International Dairy Journal. 2010. Vol. 20. P. 657–664. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2010.03.012 Quiberoni, A. Streptococcus thermophilus bacteriophages / A. Quiberoni [et al.] // International Dairy Journal. 2010. Vol. 20. P. 657–664. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2010.03.012 Hanemaaijer, L. Biodiversity of Phages Infecting the Dairy Bacterium Streptococcus thermophilus / L. Hanemaaijer [et al.] // Microorganisms. 2021. Vol. 9(9). 1822. https://doi.org/10.3390/microorganisms9091822 Hanemaaijer, L. Biodiversity of Phages Infecting the Dairy Bacterium Streptococcus thermophilus / L. Hanemaaijer [et al.] // Microorganisms. 2021. Vol. 9(9). 1822. https://doi.org/10.3390/microorganisms9091822 Feyereisen, M. Biodiversity and Classification of Phages Infecting Lactobacillus brevis / M. Feyereisen [et al.] // Frontiers in Microbiology. 2019. Vol. 10. 2396. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02396 Feyereisen, M. Biodiversity and Classification of Phages Infecting Lactobacillus brevis / M. Feyereisen [et al.] // Frontiers in Microbiology. 2019. Vol. 10. 2396. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02396 Ackermann, H-W. Phages examined in the electron microscope / H-W. Ackermann // Archives of Virology. 2007. Vol. 152. P. 227–243. https://doi.org/10.1007/s00705-006-0849-1 Ackermann, H-W. Phages examined in the electron microscope / H-W. Ackermann // Archives of Virology. 2007. Vol. 152. P. 227–243. https://doi.org/10.1007/s00705-006-0849-1 Oliveira, J. Biodiversity of bacteriophages infecting Lactococcus lactis starter cultures / J. Oliveira [et al.] // Journal of Dairy Science. 2018. Vol. 101(1). P. 96–105. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13403 Oliveira, J. Biodiversity of bacteriophages infecting Lactococcus lactis starter cultures / J. Oliveira [et al.] // Journal of Dairy Science. 2018. Vol. 101(1). P. 96–105. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13403 Castro-Nallar, E. Population genomics and phylogeography of an Australian dairy factory derived lytic bacteriophage / E. Castro-Nallar [et al.] // Genome Biology and Evolution. 2012. Vol. 4. P. 382–393. https://doi.org/10.1093/gbe/evs017 Castro-Nallar, E. Population genomics and phylogeography of an Australian dairy factory derived lytic bacteriophage / E. Castro-Nallar [et al.] // Genome Biology and Evolution. 2012. Vol. 4. P. 382–393. https://doi.org/10.1093/gbe/evs017 Chmielewska-Jeznach, M. Lactococcus ceduovirus phages isolated from industrial dairy plants-from physiological to genomic analyses / M. Chmielewska-Jeznach, J. K. Bardowski, A. K. Szczepankowska // Viruses. 2020. Vol. 12(3). 280. https://doi.org/10.3390/v12030280 Chmielewska-Jeznach, M. Lactococcus ceduovirus phages isolated from industrial dairy plants-from physiological to genomic analyses / M. Chmielewska-Jeznach, J. K. Bardowski, A. K. Szczepankowska // Viruses. 2020. Vol. 12(3). 280. https://doi.org/10.3390/v12030280 Atamer, Z. Thermal inactivation of the heat-resistant Lactococcus lactis bacteriophage P680 in modern cheese processing / Z. Atamer, J. Hinrichs // International Dairy Journal. 2010. Vol. 20(3). P. 163–168. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2009.09.006 Atamer, Z. Thermal inactivation of the heat-resistant Lactococcus lactis bacteriophage P680 in modern cheese processing / Z. Atamer, J. Hinrichs // International Dairy Journal. 2010. Vol. 20(3). P. 163–168. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2009.09.006 Lázaro, E. Evolutionary adaptation of an RNA bacteriophage to the simultaneous increase in the within-host and extracellular temperatures / E. Lázaro [еt al.] // Scientific reports. 2018. Vol. 5(8). 8080. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26443-z Lázaro, E. Evolutionary adaptation of an RNA bacteriophage to the simultaneous increase in the within-host and extracellular temperatures / E. Lázaro [et al.] // Scientific reports. 2018. Vol. 5(8). 8080. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26443-z Kering, K. K. Application of adaptive evolution to improve the stability of bacteriophages during storage / K. K. Kering [et al.] // Viruses. 2020. Vol. 12(4). 423. https://doi.org/10.3390/v12040423 Kering, K. K. Application of adaptive evolution to improve the stability of bacteriophages during storage / K. K. Kering [et al.] // Viruses. 2020. Vol. 12(4). 423. https://doi.org/10.3390/v12040423 Lee, J. The application of adaptively evolved thermostable bacteriophage ΦYMFM0293 to control Salmonella spp. in poultry skin / J. Lee, D. Kim, M. Kim // Food Research International. 2023. Vol. 167. 112665. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112665 Lee, J. The application of adaptively evolved thermostable bacteriophage ΦYMFM0293 to control Salmonella spp. in poultry skin / J. Lee, D. Kim, M. Kim // Food Research International. 2023. Vol. 167. 112665. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112665 Chen, X. Thermal and chemical inactivation of Lactobacillus virulent bacteriophage / X. Chen [et al.] // Journal of Dairy Science. 2017. Vol. 100(9). P. 7041–7050. https://doi.org/10.3168/jds.2016-12451 Chen, X. Thermal and chemical inactivation of Lactobacillus virulent bacteriophage / X. Chen [et al.] // Journal of Dairy Science. 2017. Vol. 100(9). P. 7041–7050. https://doi.org/10.3168/jds.2016-12451 Capra, M. L. Characterization of a New Virulent Phage (MLC-A) of Lactobacillus paracasei / M. L. Capra [et al.] // Journal of Dairy Science. 2006. Vol. 89. P. 2414–2423. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(06)72314-1 Capra, M. L. Characterization of a New Virulent Phage (MLC-A) of Lactobacillus paracasei / M. L. Capra [et al.] // Journal of Dairy Science. 2006. Vol. 89. P. 2414–2423. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(06)72314-1 Madera, C. Milk contamination and resistance to processing conditions determine the fate of Lactococcus lactis bacteriophages in dairies / C. Madera [et al.] // Applied and Environmental Microbiology. 2004. Vol. 70(12). Vol. 7365–7371. https://doi.org/10.1128/AEM.70.12.7365-7371.2004. Madera, C. Milk contamination and resistance to processing conditions determine the fate of Lactococcus lactis bacteriophages in dairies / C. Madera [et al.] // Applied and Environmental Microbiology. 2004. Vol. 70(12). Vol. 7365–7371. https://doi.org/10.1128/AEM.70.12.7365-7371.2004. Ганина, В. И. Бактериофаги и способы снижения их количества / В. И. Ганина // Молочная промышленность. 2016. № 2. С. 41–43. https://elibrary.ru/vkzrmt Ganina, V. I. Bakteriofagi i sposoby snizheniya ih kolichestva / V. I. Ganina // Molochnaya promyshlennost'. 2016. № 2. S. 41–43. https://elibrary.ru/vkzrmt Moroni, O. Inactivation of lactococcal bacteriophages in liquid media using dynamic high pressure / O. Moroni [et al.] // International Dairy Journal. 2002 Vol. 12. P. 907–913. https://doi.org/10.1016/S0958-6946(02)00118-8 Moroni, O. Inactivation of lactococcal bacteriophages in liquid media using dynamic high pressure / O. Moroni [et al.] // International Dairy Journal. 2002 Vol. 12. P. 907–913. https://doi.org/10.1016/S0958-6946(02)00118-8