The Potential of Ozonated Water as a Non-Thermal Decontamination Strategy against Listeria monocytogenes on Atlantic Salmon (Salmo Salar L.)

Abstract

Den globale akvakulturindustrien vokser raskt, med en betydelig økning i produksjonen av oppdrettslaks. I 2020 utgjorde atlantisk laks fra oppdrett 71,4 % av den totale lakseproduksjonen, hvor Norge sto for 51 % av totalen det året. Den økende forbrukeretterspørselen etter konserveringsfrie, klare-til-å-spise (RTE) matvarer som sushi og kaldrøkt fisk utgjør utfordringer med å håndtere matbårne patogener, spesielt Listeria monocytogenes. Å sikre effektiv overvåkning og kontroll av mikrober er essensielt for mattryggheten.

Denne masteroppgaven hadde som mål å vurdere potensialet til ozonert vann som en ikke-termisk dekontamineringsstrategi mot L. monocytogenes på atlantisk laks (Salmo Salar L.). En ikke-patogen Listeria innocua ble brukt som en substitutt for L. monocytogenes for å minimere risiko. En standardisert 30-minutters inkubasjonsperiode ble etablert for dekontamineringsforsøkene som involverte smolt, ved bruk av 3,5 % NaCl vann eller sjøvann. Skinn- og gjelleprøver ble tatt fra en kontrollgruppe, en 3,5 % NaCl-behandlet gruppe, og en ozonbehandlet gruppe, med eller uten 0,1 % H2O2. I tillegg ble eksperimenter med direkte inokulert Listeria-suspensjon utført ved bruk av 3,5 % NaCl vann eller sjøvann. Mikrobiell analyse ble utført på alle dekontamineringsforsøkene, med hovedfokus på telling av Listeria spp. Vannkvalitetsmålinger ble utført, som pH, kloridkonsentrasjon, konduktivitet, og oksidasjons-reduksjonspotensial for å vurdere effekten av ozonering av vann. Listeria suspensjonsforsøkene viste at lengre ozonbehandling betydelig reduserte L. innocua, der ozonert sjøvann viste den største log reduksjonen (over 4,5), tilsvarende over 99,99 % reduksjon. I skinprøvene var reduksjonen tilsvarende uavhengig av vanntype og varighet av ozoneksponering, og viste omtrent 1 log reduksjon, tilsvarende 90 % reduksjon i L. innocua kolonier sammenlignet med kontrollgruppen. Det ble ikke observert noen signifikante forskjeller mellom behandlingene med 3,5 % NaCl vann og ozon. Gjelleprøvene viste hovedsakelig ingen signifikante forskjeller mellom kontrollgruppen, 3,5 % NaCl- og ozonbehandlede gruppen.

Disse funnene indikerer at ozonering er mest effektiv i inokulert sjøvann, mens dens effektivitet på smolt er tilsvarende i både 3,5 % NaCl vann og sjøvann. Begge behandlinger reduserte mikrobiell kontaminering på skinnoverflaten, men det viste seg utfordrende å dekontaminere gjellene. Videre forskning er nødvendig for å optimalisere behandlingsparametere, utforske ulike metoder for ozonapplikasjon, bestemme hvor i lakseverdikjeden ozon bør brukes, og forstå hvordan det påvirker vannkjemien og mikrobereduksjon.

The global aquaculture industry is rapidly growing, with farmed salmon production significantly increasing. In 2020, farmed Atlantic salmon represented 71.4% of total salmon production, with Norway accounting for 51% of that year’s total. The rising consumer demand for preservative-free, ready-to-eat (RTE) foods like sushi and cold-smoked fish presents challenges in managing foodborne pathogens, particularly Listeria monocytogenes. Ensuring effective microbial monitoring and control is essential for food safety.

This master’s thesis aimed to assess the potential of ozonated water as a non-thermal decontamination strategy against L. monocytogenes on Atlantic salmon (Salmo Salar L.). A non-pathogenic Listeria innocua was used as a substitute for L. monocytogenes to minimize risks. A standardized 30-minute inoculation period was established for the decontamination experiments involving smolts, using 3.5% NaCl brine or seawater. Skin and gill sampling was conducted on a control group, a 3.5% NaCl-treated group, and an ozone-treated group, with or without 0.1% H2O2. Additionally, experiments with directly inoculated Listeria suspension were performed using 3.5% NaCl brine or seawater. Microbial analysis was conducted on the gill, skin, and Listeria suspension samples, primarily focusing on counting Listeria spp. Water quality measurements were conducted, such as pH, chloride concentration, conductivity, and oxidation-reduction potential to assess the impact of water ozonation. The Listeria suspension experiments showed that longer ozone treatment significantly reduced L. innocua, with ozonated seawater showing the greatest log reduction (above 4.5), corresponding to over 99.99% reduction. In skin samples, reductions were similar regardless of water type and ozone exposure duration, showing about 1 log reduction, equivalent to a 90% reduction in L. innocua colonies compared to the control group. No significant differences were observed between 3.5% NaCl brine and ozone treatments. Gill samples showed mainly no significant differences between the control, 3.5% NaCl-treated, and ozone-treated groups.

These findings suggest that ozonation is most effective in inoculated seawater, while its effectiveness on smolts is similar in both 3.5% NaCl brine and seawater. While both treatments reduced skin surface microbial contamination effectively, decontaminating gills proved challenging. Further research is needed to optimize treatment parameters, explore various methods of ozone application, where to use ozone in the salmon value chain and understand its interactions with water chemistry and microbial reduction.