Antimicrobial effect of essential oils against several pathogens and their influence on inhibition of salmonella enteritidis, listeria monocytogenes and staphylococcus aureus in paste of “alheira” during storage

Abstract

Fermented meat products are part of the daily diet in rural areas of Portugal and have become very popular in urban centers. “Alheiras" are traditional, slightly smoked, naturally fermented meat sausages typical of the Northern regions (Trás-os-Montes) in Portugal. Essential oils (EOs), traditionally used as flavoring agents, have been revealing good antimicrobial properties, becoming a good natural alternative to the use of chemical preservatives. The aim of this study was to investigate the antimicrobial effect of some EOs against several pathogens and their influence on inhibition of Salmonella Enteritidis, Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus in “alheira” during storage. First, the in vitro antimicrobial effect of 23 EOs against 41 foodborne and spoilage microorganisms was screened by the disc diffusion assay method (21 Gram-positive bacteria, 18 Gram-negative bacteria and two yeasts). Then, the minimum inhibitory concentration (MIC) and minimal bactericidal concentration (MBC) was studied for the EOs that displayed a better antimicrobial activity (i.e. halo > 10 mm) by the Microtiter plate assay. The antimicrobial effect of different concentrations of oregano EO (the EO with the lower MIC) (4%, 1.5%, 0.5%, 0.195% and 0.0975%) was evaluated in paste of “alheira” against Salmonella Enteritidis, L. monocytogenes and St. aureus along 21 days of storage at 4 ºC. The pH, water activity values and lactic acid bacteria were also evaluated. At last, sensory assessment was performed. Results showed that antimicrobial activity was variable, according to EOs used and microorganism. In general, oregano and thyme were the essential oils that showed highest antimicrobial activity and anise, fennel, garlic and ginger were the EOs with lower activity. The lowest minimum inhibitory concentration (0.0244%) against L. innocua was observed for Oregano. Oregano and thyme also showed higher MICs, against all microorganisms. Utilization of oregano EO in paste of “alheira” along 21 days of storage at 4 ºC resulted in a natural strategy to improve its safety against S. Enteritidis, L. monocytogenes and St. aureus. Although, oregano EO possesses antibacterial properties in vitro, their utilization as food antimicrobial agents must be assessed in the food product, in particular in a complex matrix as “alheira”. The antibacterial effect varies according to the oregano EO concentration and pathogen used. The results showed that 4% and 1.5% of oregano EO demonstrated the best antimicrobial activity against all the pathogens tested. 0.5% was able to result in ~ 2 log reduction for S. Enteritidis, whereas the lowest concentrations used (0.195% and 0.0975%) resulted in ~ 2-3 log reduction after 21 days Fermented meat products are part of the daily diet in rural areas of Portugal and have become very popular in urban centers. “Alheiras" are traditional, slightly smoked, naturally fermented meat sausages typical of the Northern regions (Trás-os-Montes) in Portugal. Essential oils (EOs), traditionally used as flavoring agents, have been revealing good antimicrobial properties, becoming a good natural alternative to the use of chemical preservatives. The aim of this study was to investigate the antimicrobial effect of some EOs against several pathogens and their influence on inhibition of Salmonella Enteritidis, Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus in “alheira” during storage. First, the in vitro antimicrobial effect of 23 EOs against 41 foodborne and spoilage microorganisms was screened by the disc diffusion assay method (21 Gram-positive bacteria, 18 Gram-negative bacteria and two yeasts). Then, the minimum inhibitory concentration (MIC) and minimal bactericidal concentration (MBC) was studied for the EOs that displayed a better antimicrobial activity (i.e. halo > 10 mm) by the Microtiter plate assay. The antimicrobial effect of different concentrations of oregano EO (the EO with the lower MIC) (4%, 1.5%, 0.5%, 0.195% and 0.0975%) was evaluated in paste of “alheira” against Salmonella Enteritidis, L. monocytogenes and St. aureus along 21 days of storage at 4 ºC. The pH, water activity values and lactic acid bacteria were also evaluated. At last, sensory assessment was performed. Results showed that antimicrobial activity was variable, according to EOs used and microorganism. In general, oregano and thyme were the essential oils that showed highest antimicrobial activity and anise, fennel, garlic and ginger were the EOs with lower activity. The lowest minimum inhibitory concentration (0.0244%) against L. innocua was observed for Oregano. Oregano and thyme also showed higher MICs, against all microorganisms. Utilization of oregano EO in paste of “alheira” along 21 days of storage at 4 ºC resulted in a natural strategy to improve its safety against S. Enteritidis, L. monocytogenes and St. aureus. Although, oregano EO possesses antibacterial properties in vitro, their utilization as food antimicrobial agents must be assessed in the food product, in particular in a complex matrix as “alheira”. The antibacterial effect varies according to the oregano EO concentration and pathogen used. The results showed that 4% and 1.5% of oregano EO demonstrated the best antimicrobial activity against all the pathogens tested. 0.5% was able to result in ~ 2 log reduction for S. Enteritidis, whereas the lowest concentrations used (0.195% and 0.0975%) resulted in ~ 2-3 log reduction after 21 daysOs produtos à base de carne fermentada fazem parte da dieta quotidiana nas zonas rurais de Portugal e tornaram-se muito populares nos centros urbanos. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito antimicrobiano de alguns óleos essenciais (OEs) contra vários agentes patogénicos e a sua influência na inibição de Salmonella Enteritidis, Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus. O efeito antimicrobiano in vitro, de 23 OEs contra 41 microrganismos isolados de alimentos (21 bactérias Gram-positivas, 18 bactérias Gram-negativas e duas leveduras) foi avaliado por ensaios de difusão do disco. De seguida, a concentração mínima inibitória (CMI) e a concentração mínima bactericida (CBM) foram determinadas para os OEs que mostraram uma maior atividade antimicrobiana (ou seja, halo > 10 mm) através de um ensaio realizado em microplaca. O efeito antimicrobiano de diferentes concentrações de OEs (OE com CMI mais baixo) (4%, 1,5%, 0,5%, 0,195% e 0,0975%) foi avaliado em pasta de "alheira" contra S. Enteritidis, L. monocytogenes e St. aureus ao longo de 21 dias de armazenamento a 4 ° C. O pH, os valores da atividade da água e o nível de bactérias do ácido lático também foram monitorizados. Por fim, foi avaliada a qualidade sensorial da pasta de “alheira” contendo OEs. Os resultados mostraram que a atividade antimicrobiana foi variável, de acordo com os OEs utilizados e os microrganismos alvo. Em geral, os OEs de orégãos e de tomilho foram os que apresentaram maior atividade antimicrobiana, e os OEs de anis, de funcho, de alho e de gengibre a menor atividade. A menor concentração mínima inibitória (0.0244%) contra L. innocua foi observada para o OE de orégão. Os OEs de orégãos e de tomilho também apresentaram maiores CMI contra todos os microrganismos. A utilização do OE de orégãos em pasta de "alheira" ao longo de 21 dias de armazenamento a 4 ° C resultou numa estratégia natural para melhorar sua segurança por redução dos níveis de S. Enteritidis, L. monocytogenes e St. aureus. Embora, o EO de orégãos possua propriedades antibacterianas in vitro, a sua utilização como agente antimicrobiano alimentar deve ser avaliada no produto alimentar, em particular numa matriz complexa como a "alheira". O efeito antibacteriano varia de acordo com a concentração de OE de orégãos e patogénico utilizado. Os resultados mostraram que 4% e 1.5% de OE de orégãos apresentaram a maior atividade antimicrobiana contra todos os patogénicos testados. Para a concentração de 0.5% obteve-se uma redução de 2 log para S. Enteritidis, enquanto que as concentrações mais baixas utilizadas (0.195% e 0.0975%) resultaram numa redução de ~ 2-3 log para L. monocytogenes após 21 dias. Embora o OE de orégãos tenha mostrado propriedades anti-listeria em baixas concentrações, o mesmo não foi observado para S. Enteritidis e St. aureus. As contagens de bactérias do ácido lático foram ~109 CFU / ml para todas as amostras e não foram detetadas diferenças nos valores de pH e aw entre as amostras. O impacto sensorial do OE de orégãos a 0.195% na "alheira" foi avaliado por testes de aceitabilidade geral, numa escala just-about-right (JAR). A tendência de consumo e o potencial de consumo foi avaliado, já que o impacto sensorial dos OEs em géneros alimentícios foi descrito como uma restrição ao consumo. Os resultados mostraram que a concentração teve um impacto negativo na aceitação de "alheira", devido ao seu sabor muito intenso. Estes resultados podem ser interessantes para a indústria da carne, ajudando a garantir a segurança microbiológica dos produtos, atendendo às necessidades naturais do consumidor. No entanto, é necessário validar esses resultados na produção in situ de "alheira", adicionando o OE de orégãos como ingrediente e avaliar sua aceitabilidade pelo consumidor. Será também de explorar a utilização dos EOs, em concentrações mais baixas, em combinação com outros tratamentos