Einsatz von plasma-aktiviertem Wasser zur Reduktion pathogener Keimbelastungen auf Hautoberflächen verschiedener Tierspezies

Große-Peclum, Vanessa

Dissertation 2023 CC BY 4.0

Published

Einsatz von plasma-aktiviertem Wasser zur Reduktion pathogener Keimbelastungen auf Hautoberflächen verschiedener Tierspezies

German
English

Die digitale Dermatitis (DD) der Rinder ist eine wichtige infektiöse Klauenerkrankung, die vor allem durch Infektionen mit Bakterien wie Fusobacterium (F.) necrophorum oder Porphyromonas (P.) levii verursacht wird. Die Therapie dieser Erkrankung besteht meist aus einer Kombination von funktioneller Klauenpflege und Gabe systemischer oder topischer Antibiotika sowie unterschiedlicher Chemikalien. Die systemische Anwendung von Antibiotika führt allerdings zu einer vorübergehenden Unterbrechung der Milch- und Fleischproduktion, wohingegen bei den meisten Chemikalien eine mangelnde Umweltverträglichkeit vorliegt.

Beim Menschen können durch den Verzehr von kontaminiertem Fleisch oder Fleischerzeugnissen mit pathogenen Mikroorganismen lebensmittelbedingte Krankheiten verursacht werden. Eine große Rolle bei kontaminiertem Geflügelfleisch spielt das Bakterium Campylobacter (C.) jejuni. Die Übertragung auf den Menschen findet meist durch den Verzehr von nicht ausreichend erhitztem Fleisch statt. Darüber hinaus kann es auch zu unerwünschten Kontaminationen des Geflügelfleisches mit Fäkalkeimen wie Escherichia (E.) coli kommen. Auch hier gibt es bereits einige Ansätze, um die Keimbelastung auf Geflügelfleisch zu reduzieren. Bislang wurden v.a. antimikrobiell wirkende Chemikalien getestet, welche auch hier häufig mit einer mangelnden Umweltverträglichkeit einhergingen oder aber zu Veränderungen der Fleischqualität führten.

Inhalt dieser Arbeit sind zwei antimikrobielle Reduktionsstudien mit TRIS-gepuffertem plasma-aktiviertem Wasser (Tb-PAW). Im Rahmen der ersten Studie wurde die antimikrobielle Wirkung des Tb-PAW gegenüber verschiedenen für DD und Geflügelfleisch relevante Mikroorganismen und der Einfluss unterschiedlicher Faktoren (Lagerungszeit und -temperatur, organisches Material) auf die PAW-Wirkung analysiert. In der zweiten Geflügelfleischstudie wurde die antimikrobielle Wirkung des Tb-PAW bei Hähnchen und Ente nach Inokulation der Geflügelhaut mit C. jejuni und E. coli und zusätzlich die sensorische und physikochemische Beschaffenheit nach der Behandlung analysiert.

Tb-PAW bietet sehr gute Voraussetzungen DD und bezüglich Geflügelfleisch relevante pathogene Erreger unter verschiedenen Einflussfaktoren zu minimieren. Dabei stellten sich vor allem grampositive Bakterienspezies als resistenter gegenüber der PAW-Behandlung dar. Es konnte gezeigt werden, dass die antimikrobielle Wirkung nicht durch Protein in einer Konzentration von 5% reduziert wird und dass die Stabilität des Tb-PAWs bei längerer Lagerung bei höherer Temperatur beeinträchtigt wird.

Bei minimalen sensorisch nicht oder kaum erkennbaren Veränderungen der Produktqualität kann die Anwendung als Sprühbehandlung mit PAW eine gute Methode zur Reduzierung von Mikroorganismen auf Hähnchen- und Entenschlachtkörpern darstellen. Um jedoch eine effektivere Reduktion der Keimbelastung auf Geflügelschlachtkörpern zu erreichen sind weitere Studien sinnvoll. Eine Erhöhung der RONS-Konzentrationen im Tb-PAW durch Veränderung der Produktionsbedingungen sowie die Kombination von Tb-PAW mit anderen (nachhaltigen) Haltbarmachungsverfahren könnte dabei die antimikrobielle Wirkung verbessern und damit nicht nur das Risiko lebensmittelbedingter Krankheiten beim Menschen, sondern auch Erkrankungen wie die DD bei Rindern minimieren.

Bovine digital dermatitis (DD) is an important infectious claw disease caused primarily by infections with bacteria such as Fusobacterium (F.) necrophorum or Porphyromonas (P.) levii. The treatment of this disease usually involves a combination of functional hoof care and application of systemic or topical antibiotics as well as various chemicals. However, the systemic use of antibiotics results in temporary interruption of milk and meat production, while most chemicals are not environmentally safe.

In humans, foodborne diseases can be caused by the consumption of contaminated meat or meat products with pathogenic microorganisms. The bacterium Campylobacter (C.) jejuni plays a major role in contaminated poultry meat. Transmission to humans usually occurs through consumption of inadequately heated meat. In addition, unwanted contamination of poultry meat with fecal germs such as Escherichia (E.) coli may also occur. Again, there are already some approaches to reduce the microbial load on poultry meat. So far, mainly antimicrobial chemicals have been tested, which were often associated with a lack of environmental compatibility or led to changes in meat quality.

The content of this work is two antimicrobial reduction studies with TRIS-buffered plasma-activated water (Tb-PAW). In the first study, the antimicrobial effect of Tb-PAW against different microorganisms relevant to DD and poultry meat and the influence of different factors (storage time and temperature, organic material) on the PAW effect were analyzed. In the second poultry meat study, the antimicrobial effect of Tb-PAW was analyzed in chicken and duck after inoculation of poultry skin with C. jejuni and E. coli and, additionally, sensory and physicochemical properties after treatment.

Tb-PAW offers very good conditions for minimizing DD and pathogens relevant to poultry meat under various influencing factors. In particular, grampositive bacterial species proved to be more resistant to PAW treatment. It could be shown that the antimicrobial effect is not reduced by protein at a concentration of 5% and that the stability of Tb-PAW is impaired during prolonged storage at higher temperature.

With minimal sensory undetectable or barely detectable changes in product quality, application as a spray treatment with PAW may be a good method for reducing microorganisms on chicken and duck carcasses. However, to achieve a more effective reduction of microbial load on poultry carcasses further studies are useful. In this regard, increasing RONS concentrations in Tb-PAW by changing production conditions and combining Tb-PAW with other (sustainable) preservation methods could improve antimicrobial activity and thus minimize not only the risk of foodborne illness in humans but also diseases such as DD in cattle.