Έλεγχος της ασφάλειας και της ποιότητας σαλάτας μαρουλιού με την χρήση κλασικών και ταχέων μεθόδων που στηρίζονται στη φασματομετρία

Abstract

Οι καταναλωτικές συνήθειες παγκοσμίως προσανατολίζονται προς έναν πιο υγιεινό τρόπο ζωής με γρήγορες λύσεις για εξοικονόμηση χρόνου, αυξάνοντας την κατανάλωση μαρουλιού (romaine) σε μορφή έτοιμων προς κατανάλωση σαλατών. Ωστόσο λόγω διασταυρούμενων μολύνσεων κυρίως, τα φυλλώδη λαχανικά κατατάσσονται από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας ως πιθανοί φορείς τροφιμογενών ασθενειών. Συγκριμένα, έχουν καταγραφεί ξεσπάσματα επιδημιών Escherichia coli και Listeria monocytogenes, δημιουργώντας ανησυχία στην επιστημονική κοινότητα. Ένας ήπιος, χωρίς τη χρήση χημικών συντηρητικών, τρόπος καταπολέμησης της ανάπτυξης των παραπάνω παθογόνων, καθώς και των αλλοιογόνων βακτηρίων που βρίσκονται στο μαρούλι, αποτελεί η βιοσυντήρηση με τη χρήση ωφέλιμων γαλακτικών βακτηρίων. Επιπρόσθετα, η έγκαιρη και γρήγορη ανίχνευση της αλλοίωσης θα προλάμβανε σημαντικές καταστάσεις στα ιδιαίτερα αυτά ευαλλοίωτα προϊόντα, γι’ αυτό γίνονται προσπάθειες για την εύρεση και ανάπτυξη σύγχρονων, μη επεμβατικών και ταχέων μεθόδων για την εκτίμηση της μικροβιολογικής ποιότητας και γενικότερα της αλλοίωσης αυτών, όπως η πολυφασματική απεικόνιση και η φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό κατά Fourier. Η παρούσα μελέτη είχε σαν στόχο τη συσχέτιση του μικροβιολογικών αποτελεσμάτων με τα δεδομένα που προέκυψαν από τις παραπάνω φασματικές ταχείες μεθόδους, για δείγματα έτοιμων προς κατανάλωση σαλατών μαρουλιού εμβολιασμένα με τους παθογόνους μικροοργανισμούς E. coli και L. monocytogenes και ψεκασμένα με την βιομάζα ή το υπερκείμενο του γαλακτικού βακτηρίου Lactiplantibacillus pentosus FMCC B281. Μέσω των δεδομένων που προέκυψαν, αναπτύχθηκαν γραμμικά μοντέλα που είχαν ως στόχο τον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό του βαθμού αλλοίωσης. Συνολικά, μέσω των αποτελεσμάτων αξιολογήθηκε τόσο η επιρροή του Lactiplantibacillus pentosus στην ασφάλεια αλλά και την ποιότητα του μαρουλιού. Πραγματοποιήθηκαν δυο ανεξάρτητα πειράματα, ένα για τα εμβολιασμένα δείγματα με E.coli και ένα για αυτά με L. monocytogenes. Τα πειράματα είχαν όμοιες όλες τις υπόλοιπες παραμέτρους, τις δυο θερμοκρασίες συντήρησης (4 και 10⁰C), την συσκευασία τροποποιημένης ατμοσφαίρας (MAP) και τρεις περιπτώσεις ψεκασμού (control, υπερκείμενο, βιομάζα). Στα δείγματα γινόταν οργανοληπτική αξιολόγηση, μέτρηση pH, εφαρμογή κλασικών μικροβιολογικών αναλύσεων, πολυφασματική απεικόνιση και φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό κατά Fourier. Οι μικροοργανισμοί που εξετάστηκαν για την σαλάτα μαρουλιού ήταν η ολική μεσόφιλη χλωρίδα (ΟΜΧ), τα βακτήρια του γένους Pseudomonas, της οικογένειας Enterobacteriaceae, τα γαλακτικά βακτήρια (LAB), οι ζύμες και μύκητες, καθώς και τα βακτήρια E.coli ή L. monocytogenes για κάθε κύκλο πειράματος. Στα μικροβιολογικά αποτελέσματα παρατηρήθηκε επίδραση της θερμοκρασίας συντήρησης, με παράταση του χρόνου ζωής στην χαμηλή θερμοκρασία (4⁰C) . Οι κύριοι αλλοιογόνοι μικροοργανισμοί σε κάθε περίπτωση ήταν το γένος Pseudomonas και η οικογένεια Enterobacteriaceae. Δεν παρατηρήθηκε επίδραση των γαλακτικών βακτηρίων έναντι των παθογόνων μικροοργανισμών. Το pH παρουσίασε μια σταθερή τάση κατά την διάρκεια την δειγματοληψίας. Μέσω της οργανοληπτικής αξιολόγησης, παρατηρήθηκε η θετική επίδραση του Lactiplantibacillus pentosus FMCC Β281 στην εμφάνιση των εμβολιασμένων δειγμάτων. Συγκεκριμένα, τα ψεκασμένα δείγματα με το υπερκείμενο και την βιομάζα διατήρησαν σχεδόν αναλλοίωτη την φρεσκάδα των φύλλων μαρουλιού συγκριτικά με την περίπτωση του control, απουσία δηλαδή βιοσυντήρησης. Για την κατασκευή μοντέλων συσχέτισης με τα μικροβιολογικά αποτελέσματα, ως δείγματα ανάπτυξης και επικύρωσης εξετάστηκαν τα δείγματα συγκεντρωτικά χωρίς να ταξινομούνται σε περιπτώσεις. Η κατασκευή του μοντέλου για την εκτίμηση της ΟΜΧ στην σαλάτα μαρουλιού έγινε μέσω του αλγόριθμου της γραμμικής παλινδρόμησης με την μέθοδο των μερικών ελαχίστων τετραγώνων (PLS-R). Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν μέσω των φασματοσκοπικών δεδομένων δεν επέδειξαν την αναμενόμενη και επιθυμητή απόδοση. Συγκεκριμένα, για την MSI, η τιμή του RMSE για την πρόβλεψη ισούται με 0.708 και 0.604 για τις συσκευές VideometerLab και VideometerLite αντίστοιχα. Η τιμή του R2 ισούται με 0.331 και 0.347 αντίστοιχα για τα δύο παραπάνω όργανα. Όσον αφορά τις αντίστοιχες τιμές για το μοντέλο μέσω των δεδομένων FTIR, η τιμή του RMSE για την πρόβλεψη είναι ίση με 0.847 και του R2 ίση με 0.125. Συμπερασματικά, είναι φανερό πως η χαμηλή θερμοκρασία συντήρησης σε συνδυασμό με την συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας συνέβαλαν θετικά στην παράταση του χρόνου ζωής του προϊόντος. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε αξιοσημείωτη επίδραση των γαλακτικών βακτηρίων στην παρεμπόδιση της ανάπτυξης των παθογόνων μικροοργανισμών. Η παρουσία τους όμως δεν υποβάθμισε τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του προϊόντος. Αντίθετα, ο ψεκασμός με Lactiplantibacillus pentosus FMCC B281 παρουσίασε βελτιωμένη εμφάνιση των φύλλων μαρουλιού, συγκριτικά με τα δείγματα με απουσία βιοσυντήρησης. Τα μοντέλα προσδιορισμού της ΟΜΧ δεν κατάφεραν να αποδώσουν ικανοποιητικό αποτέλεσμα.

Consumption habits worldwide are shifting towards a healthier lifestyle with quick time-saving solutions, increasing the consumption of romaine lettuce in the form of ready-to-eat salads. However, mainly due to cross-contamination, leafy vegetables are classified by the World Health Organization as potential carriers of food-borne diseases. In this respect, outbreaks of E. coli and L. monocytogenes have been recorded, causing serious concerns. A mild way, without the use of chemical preservatives, to combat the growth of the above pathogens, as well as the pathogenic bacteria found in lettuce, is biopreservation with the use of beneficial lactic acid bacteria. In addition, the early and fast detection of spoilage would prevent important situations in these particularly perishable products, that is why efforts are being made to find and develop modern, non-invasive and rapid methods to assess the microbiological quality and, more generally, the spoilage of their products, such as multispectral imaging and Fourier transform infrared spectroscopy. The present study aims to correlate microbiological results with the data obtained from the spectroscopic methods for samples of ready-to-eat lettuce salads inoculated with E. coli and L. monocytogenes and sprayed with the biomass or the supernatant of the lactic acid bacterium Lactiplantibacillus pentosus FMCC B281. Using the data, linear models were developed to qualitatively and quantitatively determine the degree of spoilage. Overall, through the results, the effect of Lactiplantibacillus pentosus on both safety and quality of lettuce was evaluated. Two independent experiments were performed, one for the inoculated samples with E. coli and one for L. monocytogenes. The experiments had identical all other parameters, the two storage temperatures (4 and 10⁰C), modified atmosphere packaging (MAP) and three spraying cases (control, supernatant, biomass). The samples were subjected to sensory evaluation, pH measurement, application of classical microbiological analyses, multispectral imaging and Fourier transform infrared spectroscopy. The microorganisms tested for lettuce salad were total mesophilic flora (TMF), Pseudomonas, bacteria of the genus Enterobacteriaceae, lactic acid bacteria (LAB), yeasts and molds, as well as E. coli or L. monocytogenes bacteria for each experiment. Regarding the microbiological results, the effect of the storage temperature was evident, with a prolonged shelf life at low temperature (4⁰C). The main spoilage microorganisms in each case were the genus Pseudomonas and the family Enterobacteriaceae. However, no effect of lactic acid bacteria against pathogens was observed. The pH showed a stable trend during sampling. Through sensory evaluation, the effect of Lactiplantibacillus pentosus FMCC B281 on the appearance of the samples was evident. The samples sprayed with supernatant and biomass maintained almost unchanged the freshness of lettuce leaves compared to the control case, i.e. in the absence of biopreservation. To create correlation models with microbiological results, samples were considered as growth and validation samples in aggregate without being sorted into cases. The model construction for estimation of TMF in lettuce salad was performed using the linear regression algorithm with the partial least squares (PLS-R) method. The models developed using the spectroscopic data did not show the expected and desired performance. Specifically, for MSI, the RMSE value for prediction equals 0.708 and 0.604 for the VideometerLab and VideometerLite devices respectively. The R2 value equals 0.331 and 0.347 respectively for the two instruments mentioned above. Regarding the corresponding values for the model through FTIR data, the RMSE value for the prediction is equal to 0.847 and R2 is equal to 0.125. In conclusion, it was evident that the low storage temperature combined with modified atmosphere packaging contributed positively to the extension of the shelf-life of the product. However, no noticeable effect of Lactiplantibacillus pentosus on the growth of pathogens was observed. However, its presence did not compromise the safety of the product, nor its quality characteristics. On the contrary, spraying Lactiplantibacillus pentosus on samples showed an improved appearance and color of lettuce leaves, compared to samples with no bio-preservation. The models for the determination of TMF failed to yield a satisfactory result.