Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen von kombinierten Dekontaminationsmethoden zur Reduktion von pathogenen Mikroorganismen und zur Verlängerung der Haltbarkeit von frischem Hähnchen- und Schweinefleisch

Schweine- und Geflügelfleisch sind seit Jahren die zwei weltweit meistproduzierten Fleischarten. Zwei Lebensmittelinfektionserreger, die durch Kreuzkontamination oder unzureichende Erhitzung dieser Fleischarten auf den Menschen übertragen werden können, stellen Y. enterocolitica und C. jejuni dar. Beide Spezies zählen zu den Zoonoseerregern und können neben Magen-Darm-Symptomen auch zu schweren Krankheitsverläufen mit Komplikationen führen. Trotz umfangreicher Maßnahmen auf allen Ebenen der Fleischproduktion, um die Gefahr einer humanen Infektion mit diesen Lebensmittelinfektionserregern zu reduzieren, sind die Infektionszahlen seit Jahren hoch. Zusätzlich sind durch die Globalisierung der Warenströme die Transportstrecken und -dauern für einige Lebensmittel lang, was eine verlängerte Haltbarkeit der Produkte erfordert. Ein häufiger Verderbniserreger für frisches Fleisch ist B. thermosphacta. Ziel dieser Arbeit war, zwei Dekontaminationsmethoden, die Bestrahlung mit UV-C-Strahlung und die Peressigsäure (PES)-Sprühbehandlung einzeln und in Kombination auf ihre Eignung zur Dekontamination von Fleisch zu untersuchen. In diese Studie wurde Schweine- und Hähnchenfleisch einbezogen, mit B. thermosphacta, Y. enterocolitica und C. jejuni inokuliert und die mikrobiologischen Effekte der Behandlungen sowohl ohne Lagerung wie auch im Verlauf einer 14-tägigen Lagerzeit ermittelt. Zudem wurden in den Lagerungsversuchen die Auswirkungen der Behandlungen auf die Fleischqualität untersucht. Sensorische Untersuchungen dienten der Einschätzung der Verbraucherakzeptanz nach Anwendung der Verfahren. Zunächst wurde die Sensitivität von C. jejuni DSM 4688 gegenüber UV-C-Strahlung evaluiert. Die Spezies wurde dazu in vitro mit verschiedenen UV-C-Dosen (3,5; 7; 14; 21 oder 28 mJ/cm²) bestrahlt. Dabei zeigte sich eine dosisabhängige Inaktivierung dieser Spezies. Bei einer Bestrahlungsdosis von 28 mJ/cm² war kein Bakterienwachstum mehr nachweisbar. Die für eine 3,0 log10-Reduktion notwendige Dosis lag bei 8,15 mJ/cm². Bei den Einzelbehandlungen mit UV-C-Strahlung wurden Dosen von 2040 – 6120 mJ/cm² auf Schweine- und von 2040 mJ/cm² auf Hähnchenfleisch angewendet. Es wurden signifikante Reduktionen von bis zu 1,53 log10 KbE/cm² auf Hähnchenfleisch und um bis zu 1,34 log10 KbE/cm² auf Schweinefleisch erzielt. Weiter wurde das Vermögen von C. jejuni auf Photoreaktivierung nach UV-C-Bestrahlung (2040 mJ/cm²) von Hähnchenfleisch untersucht. Dazu wurde das Fleisch nach der Bestrahlung direkt beprobt, bei Licht oder im Dunkeln gelagert. Eine Photoreaktivierung konnte aber nicht festgestellt werden. Zur Ermittlung der Sensitivität der untersuchten Bakterien gegenüber PES wurden die Minimalen Hemmkonzentrationswerte (MHK-Werte) und die Minimalen Bakteriziden Konzentrationen (MBKs) für B. thermosphacta und Y. enterocolitica bestimmt. Hierbei kamen das Bouillon-Mikrodilutionsverfahren und -Makrodilutionsverfahren zum Einsatz. Die in der Mikrodilution ermittelten MHK-Werte lagen für B. thermosphacta DSM 20171 bei 32 ppm PES und für das Y. enterocolitica DSM 11503-Isolat bei 16 ppm PES. Die in der Makrodilution ermittelten MHK-Werte lagen für alle drei untersuchten Isolate (B. thermosphacta DSM 20171, Y. enterocolitica Feldisolat M 52+2 und Y. enterocolitica DSM 11503) bei 32 ppm PES. Die in der Makrodilution ermittelten MBK-Werte lagen für alle untersuchten Isolate eine Verdünnungsstufe höher (64 ppm PES). In den Einzelbehandlungen von Schweine- und Hähnchenfleisch mit PES wurden Sprühzeiten von 30 bis 60 Sekunden und Konzentrationen von bis zu 2000 ppm PES eingesetzt. Auf Schweinefleisch führte keine der verwendeten PES-Konzentrationen zu einer signifikanten Reduktion der Bakteriengehalte, verglichen mit der Wasserkontrolle. Auf Hähnchenfleisch führte eine 30-sekündige PES-Behandlung (1200 ppm) nur für C. jejuni zu einer signifikanten Reduktion der Bakterienkonzentration verglichen mit der Wasser-Behandlung. Bei den Lagerungsversuchen variierten die Ergebnisse in Abhängigkeit von der zuvor durchgeführten Behandlung und abhängig von der Bakterienspezies. Signifikant niedrigere Keimgehalte im Vergleich zu den Kontrollen konnten für UV-C-Bestrahlung für alle untersuchten Spezies an Tag 1 und 7 und zusätzlich für C. jejuni an Tag 14 erreicht werden. Für die PES-Behandlung an Tag 1 und 7 für B. thermosphacta auf Schweinefleisch und an Tag 14 für C. jejuni. Die Kombinationsbehandlungen führten im Vergleich zu allen Kontrollbehandlungen insgesamt zu keinen zusätzlichen signifikanten Bakterienreduktionen. Auf die bereits vorhandene Keimflora hatten die Behandlungen kaum Auswirkungen. Die einzige signifikante Reduktion konnte durch die PES-Behandlung auf Schweinefleisch an Tag 14 erzielt werden (signifikant zur unbehandelten Kontrolle und Wasserkontrolle). Insgesamt wurden kaum Farbabweichungen des behandelten Fleisches nachgewiesen. Lediglich für PES- und UV-C/PES-behandeltes Fleisch konnten vereinzelt signifikante Zunahmen der L*-Werte oder Abnahmen der a*-Werte, im Vergleich zu unbehandeltem Fleisch, nachgewiesen werden. Unterschiede in der Fleischqualität traten lediglich an Tag 7 nach PES-Behandlung für Schweinefleisch auf. Dabei kam es zu einer signifikanten Abnahme der antioxidativen Kapazität, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Ansonsten waren weder der pH-Wert noch die antioxidative Kapazität oder die Myoglobin-Redoxformen für beide Fleischsorten signifikant verändert. In sensorischen Prüfungen wurden allerdings große Abweichungen bei den behandelten Fleischproben festgestellt. Diese lassen eine deutlich verminderte Verbraucherakzeptanz erwarten. Insbesondere bei Anwendung von PES war anschließend ein spezifischer stechender Geruch wahrnehmbar sowie ein aufgehellter Rand erkennbar und die UV-C-Bestrahlung führte zu einem typischen „verbrannten“ Geruch. Weitere Untersuchungen zur Umgehung dieser sensorischen Beeinträchtigungen sind daher zu empfehlen. Zur Ermittlung des Einflusses der Bakterienkonzentration wurden zusätzlich für B. thermosphacta und Y. enterocolitica auf Schweinefleisch die Behandlungen mit anschließender Verpackung aber ohne Lagerung mit einer Bakterienkonzentration von etwa 106 KbE/ml anstatt etwa 108 KbE/ml Inokulumsuspension durchgeführt. Die Ergebnisse der reduzierten initialen Bakterienkonzentration zeigten insbesondere eine Auswirkung auf die Effektivität der UV-C-Behandlung. Bei reduzierter initialer Bakterienkonzentration wurden mehr Bakterien abgetötet: 1,53 log10 KbE/cm² (B. thermosphacta) und 1,52 log10 KbE/cm² (Y. enterocolitica) als bei hoher initialer Bakterienkonzentration: 1,14 log10 KbE/cm² (B. thermosphacta) und 1,36 log10 KbE/cm² (Y. enterocolitica). Insgesamt scheinen die UV-C-Behandlung wie auch die PES-Sprühbehandlung geeignet, signifikante Reduktionen der Bakteriengehalte auf Fleisch zu erzielen. Die UV-C/PES-Kombinationsbehandlung führte insgesamt zu keiner überadditiven Bakterienreduktion, auch wenn sie verglichen mit der UV-C-Einzelbehandlung für B. thermosphacta auf Schweinefleisch einen zusätzlichen keimreduzierenden Effekt erzielte. Wenngleich die Fleischqualität und Farbe durch die Kombinationsbehandlung kaum beeinträchtigt wurden, so ist aufgrund der sehr schlechten sensorischen Bewertungen die Verbraucherakzeptanz ohne Aufklärung als eher gering anzusehen.

For years pork and poultry have been the two most-produced types of meat worldwide. Two food-borne pathogens that can be transmitted to humans through cross-contamination or insufficient heating of these types of meat are Y. enterocolitica and C. jejuni. Both species are zoonotic pathogens that cause gastrointestinal symptoms and infection can lead to severe diseases with complications. Despite extensive measures at all levels of meat production to reduce the risk of human infection with these food-borne pathogens, the number of infections has been high for years. In addition, due to globalization, the transport routes and times for some foods are extended, which requires a longer shelf life for the products. A common spoilage agent for fresh meat is B. thermosphacta. The aim of this work was to examine two decontamination methods, irradiation with UV-C radiation and peracetic acid (PAA) spray treatment, as single treatments and in combination, to use for the decontamination of meat. Pork and chicken meat were included in this study, inoculated with B. thermosphacta, Y. enterocolitica and C. jejuni, and the microbiological effects of the treatments were determined both without storing it and during a 14-day storage period. In addition, the effects of the treatments on the meat quality were examined. Sensory examinations were used to assess consumer acceptance after the application of the methods. First, the sensitivity of C. jejuni DSM 4688 to UV-C radiation was evaluated. For this purpose, the bacteria were irradiated in vitro with various UV-C doses (3.5; 7; 14; 21 or 28 mJ / cm²). A dose-dependent inactivation was found, at an irradiation dose of 28 mJ / cm² no bacterial growth was detectable anymore. The dose required for a 3.0 log10 reduction was 8.15 mJ / cm². In the single treatments with UV-C radiation, doses of 2040 - 6120 mJ / cm² were used on pork and 2040 mJ / cm² on chicken meat. Significant reductions of up to 1.53 log10 cfu / cm² on chicken and up to 1.34 log10 cfu / cm² on pork were observed. The ability of C. jejuni to photoreactivate on chicken meat after UV-C irradiation (2040 mJ / cm²) was investigated as well. For this purpose, the meat was stored in the light, in the dark or not at all. However, photoreactivation could not be determined. To determine the sensitivity of the bacteria to PAA, the minimum inhibitory concentration values (MIC values) and the minimum bactericidal concentrations (MBCs) for B. thermosphacta and Y. enterocolitica were determined. The broth microdilution and macrodilution processes were used. The MIC values determined in the microdilution were 32 ppm PAA for B. thermosphacta DSM 20171 and 16 ppm PAA for the Y. enterocolitica DSM 11503 isolate. The MIC values determined in the macrodilution were 32 ppm PAA for all three isolates investigated (B. thermosphacta DSM 20171, Y. enterocolitica field isolate M 52 + 2 and Y. enterocolitica DSM 11503). The MBC values determined in the macrodilution were one dilution level higher for all isolates investigated (64 ppm PAA). In the individual treatments of pork and chicken with PAA, spray times of 30 to 60 seconds and concentrations of up to 2000 ppm PAA were used. On pork, none of the PAA concentrations used led to a significant reduction in bacterial levels compared with the water control. On chicken meat, a 30-second PAA treatment (1200 ppm) led to a significant reduction in the bacterial concentration for C. jejuni compared with the water treatment. In the storage tests, the results varied depending on the previous treatment and depending on the bacterial species. Significantly lower bacterial levels compared to the controls could be achieved for UV-C irradiation for all investigated species on days 1 and 7 and additionally for C. jejuni on day 14. For the PAA treatment on days 1 and 7 for B. thermosphacta on pork and on day 14 for C. jejuni chicken meat. Compared to all control treatments, the combination treatments did not result in any additional significant bacterial reductions. The treatments had hardly any effect on the existing bacterial flora. The only significant reduction was achieved by the PAA treatment on pork on day 14 (significantly compared to the untreated control and water control). Hardly any color deviations in the treated meat were detected. Only in some samples after PAA and UV-C / PAA treatment significant increases in the L * values or decreases in the a * values compared to untreated meat could be detected. Differences in meat quality only occurred on day 7 after PAA treatment for pork. There was a significant decrease in the antioxidant capacity compared with the untreated control. Otherwise, neither the pH value nor the antioxidant capacity or the myoglobin redox forms were significantly changed for both types of meat. In sensory tests, however, large deviations were found in the treated meat samples. These lead to the expectation of a significantly reduced consumer acceptance. Particularly when using PAA, a specific pungent odor was perceptible and a lightened edge was recognizable. The UV-C irradiation led to a typical “burnt” odor. Further investigations to avoid these sensory impairments are therefore recommended. To determine the influence of the bacterial concentration, the treatments with subsequent packaging but without storage were carried out for B. thermosphacta and Y. enterocolitica on pork with a bacterial concentration of about 106 cfu / ml instead of about 108 cfu / ml inoculum suspension. The results of the reduced initial bacterial concentration showed in particular an effect on the effectiveness of the UV-C treatment. With a reduced initial bacterial concentration, more bacteria were killed: 1.53 log10 cfu / cm² (B. thermosphacta) and 1.52 log10 cfu / cm² (Y. enterocolitica) than with a high initial bacterial concentration: 1.14 log10 cfu / cm² (B. thermosphacta) and 1.36 log10 cfu / cm² (Y. enterocolitica). Overall, the UV-C treatment as well as the PAA spray treatment appear to be suitable for achieving significant reductions in the bacterial content on meat. Overall, the UV-C / PAA combination treatment did not lead to any superadditive bacteria reduction, even if it achieved an additional germ-reducing effect compared to the UV-C single treatment for B. thermosphacta on pork. Even though the meat quality and color were hardly affected by the combination treatment, due to the very poor sensory evaluations, consumer acceptance without explanation can be regarded as rather low.

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