Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Daniela Deus

Empfindlichkeit ESBL-bildender E. coli gegenüber Bioziden und Einfluss des Biozids Silber auf Folien mit Lebensmittelkontakt auf die mikrobiologischen und physiko-chemischen Eigenschaften von Putenfleisch

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109708

title (eng.)

Susceptibility of ESBL- producing E. coli to biocides and the effects of the biocide silver in a film with food contact on microbial and physico-chemical properties of turkey meat

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/deusd_ss17.pdf

abstract (deutsch)

Silber und Silberverbindungen, besonders in Form von Nanopartikeln, werden derzeit aufgrund ihrer antibakteriellen Eigenschaften in etlichen Haushaltsprodukten, unter anderem in Lebensmittelaufbewahrungsbehältnissen weit verbreitet eingesetzt. Es ist bekannt, dass Geflügelfleisch während der Schlachtung einem hohen Risiko der Kontaminierung mit Mikroorgansimen ausgesetzt ist. Grund dafür sind einerseits technologisch bedingte Kontaminationsquellen (z.B. Brüher, Rupfer), aber auch das hohe Quellvermögen der Muskelfasern beim Geflügel. Insbesondere extended-spectrum β-Lactamase- (ESBL-) bildende E. coli haben eine hohe Prävalenz bei Mastgeflügel und können über das Lebensmittel zum Verbraucher gelangen.

 

Ziel der vorliegenden Studie war es, die Effekte einer mit Nanosilber beschichteten Folie auf verschiedene Fleischparameter von verpacktem Putenfleisch zu untersuchen und den Nutzen dieser Folie im Vergleich zu einer Kontrollfolie zu evaluieren. Dabei wurde auch der Einfluss der Silberfolie auf die Keimzahlen von ESBL-bildenden E. coli auf Putenfleisch getestet. Außerdem sollte untersucht werden, ob der weitverbreitete Einsatz von Silberverbindungen bereits zu einer Toleranzbildung bei ESBL-bildenden E. coli gegenüber diesem Biozid geführt haben könnte.

 

Zu diesem Zweck wurden in drei Durchgängen je 48 Putenschnitzel in vier verschiedenen Verpackungsvarianten verpackt und über einen Zeitraum von 12 Tagen bei 4°C gelagert. Bei den Verpackungsvarianten handelte es sich um: Schutzgasatmosphäre (80%O2 und 20%CO2) mit Kontrollfolie (MAP1), Vakuum mit Kontrollfolie (V1), Schutzgasatmosphäre mit Nanosilberfolie (MAP2) und Vakuum mit Nanosilberfolie (V2). An drei Probenahmetagen (Tag, 4, 8 und 12) wurden verschiedene Fleischbeschaffenheitsparameter untersucht, wie Keimzahlen, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Helligkeits- (L*)-und Rot (a*)-Wert, TBARS, biogene Amine (BA) und Redoxformen des Myoglobins. Außerdem wurden in einem zweiten Versuch Putenbrüste mit einem ESBL-bildenden E. coli inokuliert und in Nanosilberfolie oder Kontrollfolie verpackt. An Tag 4, 8 und 10, wurden dann die Keimzahlen bestimmt und verglichen.

 

Des Weiteren wurde eine Empfindlichkeitstestung ESBL-bildender E. coli aviären und humanen Ursprunges mittels Bouillon-Mikrodilution durchgeführt. Hierbei wurden die MHK Werte für Alkyldiaminoethylglycinhydrochlorid (ADH), Benzethoniumchlorid (BEN), Benzalkoniumchlorid (BKC), Chlorhexidin (CHX), Acriflavin (ACR), Kupfersulfat (COP), Silbernitrat (SIL) und Zinkchlorid (ZKC) bestimmt. Isolate mit erhöhten MHK-Werten wurden anschließend auf das Vorhandensein von Toleranz vermittelnden Genen untersucht. Diese Untersuchungen umfassten bei den quartären Ammoniumverbindungen (QACs) ADH, BEN und BKC, CHX und ACR die Gene qacE, qacE∆1, qacF, qacG, qacH, mdfA, emrE, sugE(c), sugE(p), oqxA und oqxB bei COP die Gene copA, cueO, cusC und pcoA und bei ZKC die Gene zntA und zitB.

 

Ein Effekt der Nanosilberfolie auf die verschiedenen Fleischbeschaffenheitsparameter war nur im Falle des a*-Wertes und der BAs zu erkennen. Der a*-Wert war signifikant (P ≤ 0,05) niedriger im Vergleich zu dem a*-Wert des Fleisches, welches in der Kontrollfolie verpackt war. Bezüglich der BAs hatte das mit Nanosilberfolie verpackte Fleisch an Tag 4 signifikant (P ≤ 0,05) höhere Cadaverin- und an Tag 12 Tyramin-Werte. Wider Erwarten konnte kein Unterschied in Bezug auf die Keimzahlen bei den mit Nanosilber- oder Kontrollfolie verpackten Putenbrüsten festgestellt werden. Der Effekt der Verpackungsvariante war im Vergleich zu dem Effekt des Folientyps stärker ausgeprägt. So zeigte in MAP verpacktes Fleisch signifikant (P ≤ 0,05) höhere L*-Werte, TBARS-Konzentrationen und niedrigere Keimzahlen als in Vakuum verpacktes Fleisch.

 

In Bezug auf die Empfindlichkeitstestung gegenüber Silbernitrat zeigten die getesteten ESBL-bildenden E. coli ein sehr enges, unimodales Verteilungsmuster der MHK-Werte, sodass keine deutlich weniger empfindlichen Isolate für diese Silberverbindung detektiert werden konnten. Für die anderen Biozide wurde ebenfalls ein unimodales, aber weniger enges Verteilungsmuster sichtbar und es konnten einige QAC, ZKC oder COP-Toleranz vermittelnde Gene bei verschieden Isolaten mit erhöhten MHK-Werten nachgewiesen werden. Teilweise waren diese auf einem Plasmid lokalisiert (qacE∆1, qacF, qacH). Signifikante (P ≤ 0,05) Unterschiede in der Verteilung der MHK-Werte von humanen und aviären Isolaten waren bei CHX, SIL und ZKC zu sehen, wobei die humanen Isolate höhere Werte aufwiesen. Bei COP hatten dagegen die aviären Isolate höhere MHK-Werte inne. Außerdem zeigten die CTX-M-bildenden E. coli im Falle in Bezug auf CHX, SIL und ZKC signifikant (P ≤ 0,05) höhere MHK-Werte als die TEM- und SHV-bildenden ESBL E. coli.

 

Aus den Untersuchungen kann gefolgert werden, dass die getestete Nanosilberfolie keinen positiven Effekt auf die Haltbarkeit und auf eine Keimreduzierung von ESBL-bildenden E. coli bei Putenfleisch hat, obgleich die generelle Empfindlichkeitslage einer getesteten Stammsammlung von ESBL-bildenden E. coli gegenüber Silber und weiteren Bioziden als günstig einzustufen war.

abstract (englisch)

Nowadays, silver and silver compounds are widely used in different household products, like food storage containers, due to their antibacterial properties. It is known that poultry meat is exposed to a high risk of contamination with microorganisms during processing, caused by technological sources of contamination (e.g. brewer, plucker) and high potential of swelling of the fibres in poultry. Especially extended-spectrum β-lactamase- (ESBL-) producing E.coli are highly prevalent in poultry and may be transferred via the food chain to consumers.

 

The aim of the present study was to examine the effects of a nano-silver coated film on different turkey meat parameters and to evaluate the use of this film in comparison to a control film. Therefore, also the influence of the nano-silver-coated film on microbial counts of ESBL- producing E. coli was investigated. With regard to the widespread use of silver compounds, we wanted to gain information concerning the effect on tolerance development of ESBL- producing E. coli towards this biocide.

 

Thus, in triplicate, 48 poultry cutlets were packaged in four different packaging variants and stored up to 12 days at 4°C. The four packaging variants included: Modified atmosphere packaging (80%O2 and 20%CO2) and control film (MAP1), vacuum and control film (V1), modified atmosphere packaging and nano-silver-coated film (MAP2) and vacuum and nano-silver-coated film (V2). On three days (days 4, 8 and 12) several meat quality parameters were determined, e.g. viable counts, pH-values, electrical conductivity (EC), lightness- (L*) and redness- (a*) values, TBARS, biogenic amines (BA) and redoxforms of myoglobin.

 

Besides, in a second trial poultry breast was inoculated with ESBL- producing E. coli and packaged either in nano-silver-coated film, or control film. During 10 days of storage viable counts were determined and compared with one another.

 

Furthermore, susceptibility testing of avian and human ESBL- producing E. coli was performed using the broth microdilution method. For this, MIC-values of alkyl diaminoethyl glycin hydrochloride (ADH), benzethonium chloride (BEN), benzalkonium chloride (BKC), chlorhexidine (CHX), acriflavine (ACR), copper sulfate (COP), silver nitrate (SIL) and zinc chloride (ZKC) were determined. Isolates exhibiting elevated MIC values were screened for the presence of genes conferring tolerance to the quarternary ammonium compounds (QACs) ADH, BEN and BKC, CHX and ACR (qacE, qacE∆1, qacF, qacG, qacH, mdfA, emrE, sugE(c), sugE(p), oqxA, oqxB), to COP (copA, cueO, cusC, pcoA) and ZKC (zntA, zitB).

 

An effect of the nano-silver-coated film on meat quality parameters was only detected regarding the a*- and BA-values. Concerning the a*-values, they were significantly (P ≤ 0.05) lower than a*-values of meat packaged in the control film. BA- values of cadaverine and tyramine were significantly (P ≤ 0.05) higher in meat packaged in nano-silver-coated film than in meat packaged in the control film on day 4 (cadaverine) and day 12 (tyramine). Contrary to expectations, no differences in viable counts could be found between turkey breasts packaged in nano-silver-coated film or packaged in the control film. The effect of packaging variant was more pronounced than the effect of the type of layer: Meat packaged in MAP showed significantly (P ≤ 0.05) higher L*-values and TBARS concentration and a lower concentration of viable counts than vacuum packaged meat.

 

With regard to the susceptibility testing, MIC values of SIL showed a narrow and unimodal distribution and no less susceptible isolates could be detected. The same unimodal distribution, but less narrow, could be found for the other biocides and several QAC, COP and ZKC tolerance-mediating genes could be found in different isolates. Some of them were plasmid encoded (qacE∆1, qacF, qacH). Significant (P ≤ 0.05) differences in MIC distribution between human and avian isolates were determined for CHX, SIL and ZKC showing higher MIC values of the human isolates and for COP showing higher MIC values of the avian isolates. Furthermore, CTX-M E. coli exhibited significantly higher MIC values than TEM- and SHV type E. coli for CHX, SIL and ZKC.

 

From this data it can be concluded that the tested nano-silver-coated film has no positive effect on meat shelf-life and on reducing the microbial counts of ESBL- producing E. coli in poultry meat, despite the fact that the general susceptibility of the tested ESBL- producing E. coli to silver and other biocides can be classified as good.

keywords

Biozide, Putenfleisch, Nanosilber; biocides, poultry meat, nano-silver

kb

649