The impact of centrifugation on water quality and decontamination of Listeria monocytogenes in Atlantic salmon (Salmo salar L.) processing water

Abstract

Listeria monocytogenes, som forårsaker listeriose, er en beryktet matbåren patogen i lakseindustrien. Bakterien kan bli værende i matforedlingsanlegg til tross for grundige rengjørings- og desinfeksjonsrutiner, i tillegg til å overleve og formere seg ved nedkjøling, noe som muliggjør inntak av høye bakteriemengder i spiseklare og utilstrekkelig varmebehandlede matvarer. Evaluering av ulike strategier for dekontaminering avL. monocytogenes er derfor nødvendig for å forbedre mattryggheten i lakseindustrien. Målet for denne avhandlingen var å evaluere effekten av sentrifugering på vannkvalitet og dekontaminering av L. monocytogenes i prosesseringsvann fra lakseforedlingsanlegg. Den er en del av det større prosjektet "DekoLaks", som er finansiert av Fiskeri- og havbruksnæringens forskningsfond (FHF). I denne avhandlingen ble dekontaminering ved sentrifugering evaluert både i lab- og pilotskala. Prosesseringsvannet ble inokulert med ulike konsentrasjoner av Listeria innocua, og bakteriekonsentrasjonen i fasene etter sentrifugering ble bestemt. I tillegg ble effekten av sentrifugering på næringsinnholdet i vannet undersøkt. Innholdet av totalt tørrstoff (TS), aske, totalt Kjeldahl-nitrogen (TKN) og protein, samt konsentrasjonen av totale (TAA) og frie aminosyrer (FAA), ble bestemt i fasene fra sentrifugeringen. I tillegg ble pH, konduktivitet, kloridinnhold, total saltholdighet og turbiditet målt for å evaluere effekt på vannkvaliteten. Effekten av sentrifugering på vekstpotensialet til L. monocytogenes ble evaluert ved å inkubere prøver fra pilotskala sentrifugering med L. innocua, og deretter bestemme bakteriens vekstkinetikkparametere ved ulike temperaturer. Resultatene viste at sentrifugering reduserte konsentrasjonen av L. innocua med 97.2% og 34.1% i henholdsvis lab- og pilotskala. I tillegg ble den totale bakteriebelastningen og mengden hydrogensulfidproduserende bakterier (HSPB) redusert med henholdsvis 39.8% og 36.6%. Videre ble det observert høyere Log-reduksjoner for inokulumkonsentrasjoner på 3 Log CFU/mL av L. innocua. Bakteriebelastningen var betydelig lavere i supernatanten som ble oppnådd etter sentrifugering ved 15 000 g sammenlignet med de lavere sentrifugalkreftene ved en Log 6 CFU/mL inokulumkonsentrasjon. Videre ser det ut til at bakteriemengde og art påvirker effekten av dekontaminering ved sentrifugering. Nitrogenforbindelsene i prosessvannet ble betydelig redusert ved labskala, men dette ble ikke ble observert i pilotskala. I tillegg reduserte sentrifugeringen i pilotskala turbiditeten både i supernatanten og i tanken som inneholdt prosesseringsvannet. Vekstpotensialet til L. innocua i prøvene fra sentrifugering i pilotskala var lavt, med avtagende bakteriepopulasjoner ved 4°C og 15°C.

Listeria monocytogenes, the causative agent of listeriosis, is an infamous food-borne pathogen within the Atlantic salmon industry. The bacteria can persist in food processing facilities despite thorough cleaning and disinfection (C&D) routines, as well as survive and multiply at refrigeration, enabling consumption of high bacterial loads in ready-to-eat (RTE) and undercooked foods. In consequence, evaluating different strategies for decontamination of L. monocytogenes is a necessary step towards enhancing food safety within the industry. This thesis aims to evaluate the impact of centrifugation on water quality and decontamination of L. monocytogenes in salmon processing water. It is a part of the larger project, "DekoLaks", funded by the Norwegian Seafood Research Fund (FHF). In the present thesis, decontamination by centrifugation was evaluated at both lab- and pilot-scale. The processing water was inoculated with different concentrations of Listeria innocua, and the bacterial load in the phases obtained after centrifugation was determined. Moreover, the effect of centrifugation on nutrient content was examined. Total solids (TS), ash, total Kjeldahl nitrogen (TKN), and protein content, as well as the concentration of total (TAA) and free amino acids (FAA), were determined in the processing water and phases obtained after centrifugation. Additionally, pH, conductivity, chloride content, total salinity, and turbidity were determined to evaluate the effect on water quality. The effect of centrifugation on the growth potential of L. monocytogenes was evaluated by incubating samples obtained from pilot-scale centrifugation with L. innocua, and determining the growth kinetics parameters of the bacteria at different temperatures. The results showed that centrifugation reduced the concentration of L. innocua by 97.2% and 34.1% at lab- and pilot-scale, respectively. Additionally, the total bacterial load and amount of hydrogen sulphide producing bacteria (HSPB) were reduced by 39.8% and 36.6%, respectively. Moreover, higher Log reductions were observed for inoculum concentrations of 3 Log CFU/mL of L. innocua, while the bacterial load was significantly lower in the supernatant obtained after centrifugation at 15000 g compared to the lower centrifugal forces at a Log 6 CFU/mL inoculum concentration. Moreover, the bacterial load and species appear to affect the decontamination by centrifugation. The nitrogen compounds in the processing water were significantly reduced at lab-scale, although this was not observed at pilot-scale. Furthermore, the turbidity decreased in both the supernatant and the tank containing the processing water throughout the centrifugation at pilot-scale. The growth potential of L. innocua in samples of supernatant and processing water was low, with decaying bacterial populations at 4°C and 15°C