Antimicrobial effects in food and prevention of contamination in food industry

Microbial Contaminants and Contamination Routes in Food Industry - 1st Open Seminar arranged by SAFOODNET; Espoo; Finland; 22 January 2007 through 23 January 2007The most commonly recognized food-borne infections are caused by Campylobacter jejuni and Salmonella spp. In the past 25 years, Listeria monocytogenes has become increasingly important as a food-associated pathogen. Though, an annual incidence of human listeriosis is between two and ten reported cases per million in EU countries. Because of its high case fatality rate, listeriosis ranks among the most frequent causes of death due to food-borne illness. L. monocytogenes and C. jejuni has been shown to adapt to different environmental stress factors, including disinfectants. Salmonella enteritidis, C. jejuni and L. monocytogenes may also form a biolfim which helps to survive in the environment. For that reason, the food industrial hygiene has become important to avoid contamination of raw food and food products with these pathogens

Laitehygienia- ja riskinarviointitoimenpiteet työvälineinä Listeria monocytogenes -kontaminaation torjumisessa elintarvikeprosesseissa

Several factors affect on the hygiene level of food processing equipment. A problematic pathogen occurring in food processing is Listeria monocytogenes, causing listeriosis with high mortality (20–30%) especially for individuals with reduced immunity. This bacterium is very tolerant to different stress factors and as it can be present in most of the raw materials of food processes, its total elimination is almost impossible. Efficient control of L. monocytogenes at the processing plant level requires good equipment hygiene, including functioning good manufacturing and hygiene practices used by all employees, effective means of decontamination and rapid detection of contamination sources, as well as hazard analysis systems supported by risk assessment procedures. The present thesis focuses on deficiencies and improvements in these equipment hygiene and risk assessment practices with the aim of elucidating and developing the most efficient practices against L. monocytogenes. The hygienically most problematic types of equipment in the Finnish food industry were investigated by using a mail-survey. These were identified as the packaging machines, conveyers, dispensers, slicing machines and cooling machines. The main reason for the equipment being considered as problematic was poor hygienic design. The results show clearly that equipment designers must focus their performance on more suitable equipment design. Additionally, an investigation based on a mail-survey and microbiological sampling was made concerning hygiene performance of the maintenance personnel in food processing plants. Clear deficiencies were found e.g. in use of protective clothing, washing of hands and tools as well as avoiding foreign bodies left on the production lines. The results of these studies also indicate that L. monocytogenes may be transferred through maintenance work. Training of maintenance personnel with reference to hygienic practices must be increased. Topics connected to the maintenance operations which have received only minor attention in previous studies include the growth and survival of L. monocytogenes in lubricants used in the equipment as well as control of the bacterium with disinfectants at cold temperatures. In the current thesis the survival, growth and transfer of the bacterium in lubricants used in food processing equipment was studied. The results showed that lubricants used in maintaining the equipment may act as contamination vehicles of L. monocytogenes. As the temperatures in food processing premises are usually low, an investigation of the efficiency of eight commonly used commercial disinfectants against L. monocytogenes strains at +5 °C was performed. The tested agents were generally efficient at the recommended concentrations and effect times. Thus they appear to be suitable for control of L. monocytogenes at the plant level, with only a few exceptions. Rapid, reliable and easy-to-use methods are needed at the processing plant level. Consequently the suitability of automated ribotyping was compared with the traditionally accepted and successfully used pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) to discriminate L. monocytogenes isolates and thus trace contamination sources in food plants. PFGE had a higher discriminatory power for L. monocytogenes isolates than automated ribotyping. However, based on its automation and rapidity automated ribotyping can be considered a good method for control purposes, although in epidemiological studies identical results must be confirmed with PFGE. Additionally, in this thesis risk assessment practices were developed by investigating and modelling recontamination of a product and by a plant-level quantitative risk assessment. Transfer of L. monocytogenes from slicing blade to slices of cold-salted salmon was investigated and modelled. Transfer with a progressive exponential reduction in the quantity of bacteria (log CFU/g) in slices was detected. The results provide an example to food processors of how limited data from microbiological analysis can be used to assess the level of recontamination for risk assessment purposes. The principles of microbiological risk assessment can be used at the processing plant level to assist in developing Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP)- systems in order to provide a more scientific and comprehensive approach to the control of L. monocytogenes and other microbiological hazards. As a concluding example, a practical approach to quantitative risk assessment of L. monocytogenes for one product at the plant level is presented. This approach helps food processors in illustrating the risks caused by the products for consumers and thus rationalizing risk management actions against L. monocytogenes.Elintarviketuotantolaitteiden hygieniatasoon vaikuttavat useat tekijät. Listeria monocytogenes -bakteeri on elintarvikeprosesseissa esiintyvä ongelmallinen patogeeni, joka aiheuttaa listerioosia erityisesti riskiryhmiin kuuluville henkilöille. Tautiin sairastuneiden kuolleisuus on 20-30 %. Bakteeri kestää hyvin erilaisia stressitekijöitä ja koska bakteeria on voitu todeta myös useimmista elintarvikeprosesseissa käytetyistä raaka-aineista, sen täydellinen hävittäminen prosesseista on lähes mahdotonta. L. monocytogenes -bakteerin tehokas hallinta tuotantolaitostasolla koostuu hyvästä laitehygieniasta ja sisältää toimivat, hyvät tuotanto- ja hygieniakäytännöt kaikkien työntekijöiden osalta, tehokkaat bakteerin tuhoamiseen tarkoitetut menetelmät ja nopeat kontaminaatiolähteiden toteamismenetelmät yhdistettynä riskinarviointikäytännöillä tuettuun prosessin vaara-analyysiin. Tässä työssä selvitettiin puutteita ja parannuksia nykyisin käytössä olevien laitehygieniakäytäntöjen osalta ja kehitettiin riskinarviointikäytäntöjä mahdollisimman tehokkaiden L. monocytogenes -bakteerin torjumiskeinojen varmistamiseksi. Tuotantohygienialtaan ongelmallisimpia laitteita Suomen elintarviketeollisuudessa selvitettiin kyselytutkimuksena. Ongelmallisimmiksi laitteiksi todettiin pakkauskoneet, kuljettimet ja annostelu-, siivutus- ja jäähdytyskoneet. Pääasialliseksi syyksi kaikkien näiden laitteiden osalta todettiin huono hygieeninen laitesuunnittelu. Tulokset osoittavat selvästi, että laitevalmistajien on paneuduttava asiaan paremmin ja kehitettävä elintarviketeollisuuteen tarkoitettujen laitteiden hygieenisyyttä. Selvitys tehtiin myös laitteita huoltavan kunnossapitohenkilöstön hygieenisistä toimintatavoista kyselytutkimuksena ja mikrobiologisella näytteenotolla. Selkeitä puutteita toimintatavoissa voitiin todeta mm. suojavaatetuksessa, käsien ja työkalujen puhdistamisessa sekä vierasesineiden tuotantolinjoille jäämisen osalta. Tutkimuksessa löydettiin myös viite siitä, että L. monocytogenes voisi siirtyä huoltotyön yhteydessä tehtaan sisällä. Kunnossapitohenkilöstön hygieniakoulutuksen määrää on lisättävä. Kunnossapitotyöhön liittyviä, aiemmin vain vähän tutkittuja aihealueita ovat L. monocytogenes -bakteerin kasvu ja selviytyminen laitteissa käytetyissä voiteluaineissa sekä bakteerin tuhoaminen desinfiointiaineilla kylmissä lämpötiloissa. Työssä selvitettiin L. monocytogenes -bakteerin selviytymistä, kasvua ja siirtymistä laitteistoissa käytetyissä voiteluaineissa. Tulokset osoittivat, että voiteluaineet voivat toimia L. monocytogenes -kontaminaation lähteinä ja siirtymisvälineenä. Koska tuotantolämpötilat elintarvikeprosesseissa ovat yleensä alhaiset, kahdeksan nykyisin käytössä olevan kaupallisen desinfiointiaineen tehoa L. monocytogenes -bakteeriin selvitettiin +5 asteessa. Desinfiointiaineet tehosivat yleensä valmistajan antamilla alhaisimmilla käyttökonsentraatioilla ja käyttöajoilla, vain joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta. Koska tehdastasolla tarvitaan nopeita, luotettavia ja helppokäyttöisiä menetelmiä, automaattisen ribotyypityksen soveltuvuutta L. monocytogenes -isolaattien erotteluun ja siten kontaminaatiolähteiden jäljittämiseen elintarvikeprosesseissa verrattiin hyväksi todettuun pulssikenttägeelielektroforeesimenetelmään. Tulokset osoittivat, että pulssikenttägeelielektroforeesi oli erottelukyvyltään parempi. Nopeutensa ja automaattisuutensa takia automaattinen ribotyypitys soveltuu kuitenkin myös hyvin hygieniavalvontaan, mutta epidemiologisissa selvityksissä ribotyypityksellä saadut identtiset tulokset on varmistettava pulssikenttägeelielektroforeesilla. Työssä kehitettiin lisäksi riskinarviointikäytäntöjä selvittämällä ja mallintamalla tuotteen jälkikontaminaatiota sekä kuvaamalla tehdastason riskinarviointi. L. monocytogenes -bakteerin siirtymistä siivutettaessa terästä graavilohisiivuihin tutkittiin ja sitä mallinnettiin. Selkeää siirtymistä todettiin bakteerimäärien eksponentiaalisesti pienentyessä siivuissa. Tulokset toimivat esimerkkinä elintarvikeyrityksille rajatun mikrobiologisen tutkimusaineiston käytöstä jälkikontaminaation vaikutuksen arvioimiseen. Kvantitatiivisen mikrobiologisen riskinarvioinnin periaatteita voidaan soveltaa tuotantolaitostasolla Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP) -järjestelmien kehittämisessä tieteellisemmän ja kokonaisvaltaisemman listeriavalvonnan aikaansaamiseksi. Tässä työssä viimeisenä esimerkkinä kuvataan käytännönläheinen yhden tuotteen tuotantolinja -tason L. monocytogenes -riskinarviointi. Tämä lähestymistapa auttaa elintarviketuottajia hahmottamaan kuluttajille tuotteista aiheutuvaa riskiä ja siten vertailemaan ja rationalisoimaan eri riskinhallintakeinoja L. monocytogenes -bakteerin torjumisessa.reviewe