Εκτίμηση της επίδρασης του Lactiplantibacillus pentosus έναντι των παθογόνων L. monocytogenes και E. coli O157:H7, καθώς και στον χρόνο ζωής (shelf-life) του λάχανου σε συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας

Abstract

Τα φρούτα και τα λαχανικά χαρακτηρίζονται ως τρόφιμα με υψηλή θρεπτική αξία καθώς αποτελούν σημαντικές πηγές βιταμινών, ανόργανων συστατικών, διαιτητικών ινών και αντιοξειδωτικών ουσιών. Συνεπώς, λόγω της περιεκτικότητάς τους στα παραπάνω συστατικά καθίστανται ως τρόφιμα με ευεργετικές ιδιότητες για την υγεία των ανθρώπων. Για αυτό, σημαντική κρίνεται η εξάλειψη των πιθανοτήτων αλλοίωσής τους τόσο χημικά όσο και μικροβιολογικά. Η αλλοίωσή τους μπορεί να προκληθεί από το στάδιο της συγκομιδής έως ακόμη και το στάδιο λιανικής λόγω επίδρασης διαφορετικών παραγόντων. Η παρούσα ερευνητική εργασία έχει ως βασικό στόχο τη μελέτη της δράσης των κυττάρων και του υπερκειμένου (cell-free supernatant) του αντιμικροβιακού τεχνολογικού μικροοργανισμού Lactiplantibacillus pentosus B281 στην αναστολή της ανάπτυξης παθογόνων μικροοργανισμών καθώς και στην βελτίωση της ποιότητας σε δείγματα λάχανου. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε η μελέτη τριών περιπτώσεων προεργασίας των δειγμάτων λάχανου, τα οποία είχαν συντηρηθεί στους 4 °C και 10 °C σε συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας, MAP (Modified Atmosphere Packaging). Στην πρώτη περίπτωση, τα δείγματα ψεκάστηκαν με ζωμό από λάχανο και μαρούλι και αποτελούσαν τα δείγματα control. Στη δεύτερη περίπτωση, τα δείγματα λάχανου ψεκάστηκαν με κύτταρα του τεχνολογικού μικροοργανισμού και στην τρίτη περίπτωση με το υπερκείμενο του. Πριν τα δείγματα ψεκαστούν, εμβολιάστηκαν με κύτταρα παθογόνου μικροοργανισμού. Η πειραματική πορεία χωρίστηκε σε δύο κύκλους όπου στον πρώτο τα δείγματα εμβολιάστηκαν με κύτταρα δύο στελεχών του παθογόνου Listeria monocytogenes ενώ στον δεύτερο κύκλο τα δείγματα εμβολιάστηκαν με κύτταρα δύο στελεχών του παθογόνου Escherichia coli Ο157:H7. Για την αξιολόγηση της μικροβιολογικής αλλοίωσης του λάχανου κατά την συντήρηση, πραγματοποιήθηκαν μικροβιολογικές αναλύσεις. Οι μικροοργανισμοί που προσδιορίστηκαν στα δείγματα λάχανου, και των τριών περιπτώσεων, ήταν η Ολική Μικροβιακή Χλωρίδα (ΟΜΧ), τα βακτήρια του γένους Pseudomonas spp., της οικογένειας Enterobacteriaceae, τα οξυγαλακτικά βακτήρια (LAB) και οι ζύμες / μύκητες. Επιπλέον, στον πρώτο κύκλο της πειραματικής διαδικασίας προσδιορίστηκε ο πληθυσμός του παθογόνου Listeria monocytogenes και στον δεύτερο κύκλο ο πληθυσμός του παθογόνου Escherichia coli Ο157:H7. Οι δειγματοληψίες πραγματοποιούνταν ανά 24 ώρες και για τις τρεις περιπτώσεις δειγμάτων. Για την εκτίμηση της μικροβιολογικής αλλοίωσης του λάχανου, εφαρμόστηκαν δυο διαφορετικές ταχείες αναλυτικές μέθοδοι, η φασματοσκοπία υπέρυθρου με μετασχηματισμό Fourier (FT-IR) και η πολυφασματική απεικόνιση (MSI). Για την πολυφασματική απεικόνιση έγινε χρήση δυο οργάνων παρόμοιας τεχνολογίας (σταθερό και φορητό). Με τη χρήση μαθηματικών μοντέλων πρόβλεψης πραγματοποιήθηκε η συσχέτιση των φασματοσκοπικών δεδομένων με τα μικροβιολογικά αποτελέσματα και συγκεκριμένα με τον πληθυσμό της ΟΜΧ. Για την ανάπτυξη και επικύρωση χρησιμοποιήθηκε το 70 % του συνόλου των δεδομένων ενώ για την πρόβλεψη το υπόλοιπο 30 %. Η κατασκευή των μοντέλων για την εκτίμηση της ΟΜΧ πραγματοποιήθηκε με βάση τη μέθοδο της γραμμικής παλινδρόμησης με τη μέθοδο των μερικών ελαχίστων τετραγώνων (PLS-R). Όσο αφορά τα μικροβιολογικά αποτελέσματα, παρατηρήθηκε ότι η θερμοκρασία και ο ψεκασμός των δειγμάτων με τα κύτταρα και το υπερκείμενο του Lactiplantibacillus pentosus επηρέασαν τη μικροβιολογική αλλοίωση. Πιο συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε ότι, και στους δύο κύκλους της πειραματικής διαδικασίας, τα δείγματα που συντηρήθηκαν στους 4 °C παρουσίασαν μικρότερη μικροβιακή αύξηση. Ομοίως, συγκριτικά με τις τρεις περιπτώσεις, τα δείγματα λάχανου ψεκασμένα με τα κύτταρα και το υπερκείμενο του τεχνολογικού μικροοργανισμού περιόρισαν, έστω και ελάχιστα, την ανάπτυξη των παθογόνων μικροοργανισμών. Αντίθετα στους 10 °C τα δείγματα των τριών περιπτώσεων δεν παρουσίασαν κάποια διαφοροποίηση ως προς την μικροβιακή ανάπτυξη τόσο των παθογόνων όσο και των υπόλοιπων μικροοργανισμών. Το μοντέλο PLS-R που αναπτύχθηκε για την εκτίμηση της ΟΜΧ, σύμφωνα με τα δεδομένα των αισθητήρων FTIR 6200 JASCO και VideometerLab, δεν χαρακτηρίστηκε με καλή απόδοση καθώς οι συντελεστές απόδοσης καταμετρήθηκαν R2 0,114 και RMSE 1,464 καθώς και R2 0,273 και RMSE 1,224, αντίστοιχα. Ωστόσο, το μοντέλο PLS-R, σύμφωνα με τα δεδομένα του VideometerLite, χαρακτηρίστηκε με καλή απόδοση καθώς οι συντελεστές απόδοσης καταμετρήθηκαν R2 0,795 και RMSE 0,722.

Fruits and vegetables are characterized as foods with high nutritional value as they are important sources of vitamins, minerals, dietary fiber and antioxidants. Therefore, due to the content of the above nutrients, they are foods with beneficial properties for human health. For this reason, it is considered important to eliminate the possibility of their spoilage both chemically and microbiologically. Their deterioration can be caused from the harvest stage to even the retail stage due to the effect of different factors. The main objective of this research work is to study the effect of the cells and the cell-free supernatant of the antimicrobial technological microorganism Lactiplantibacillus pentosus B281, in inhibiting the growth of pathogenic microorganisms as well as improving the quality of cabbage samples. More specifically, the study of three cases of pre-treatment of cabbage samples, which had been preserved at 4 °C and 10 °C in modified atmosphere packaging, MAP (Modified Atmosphere Packaging), was carried out. In the first case, the samples were sprayed with cabbage and lettuce broth and constituted the control samples. In the second case, the cabbage samples were sprayed with cells of the technological microorganism and in the third case with its supernatant. Before the samples were sprayed, they were inoculated with cells of a pathogenic microorganism. The experimental course was divided into two cycles where in the first the samples were inoculated with cells of two strains of the pathogen Listeria monocytogenes while in the second cycle, the samples were inoculated with cells of two strains of the pathogen Escherichia coli O157:H7. To evaluate the microbiological spoilage of cabbage during storage, microbiological analyzes were carried out. The microorganisms identified in the cabbage samples of all three cases were Total Viable Counts (TVC), bacteria of the genus Pseudomonas spp., family Enterobacteriaceae, lactic acid bacteria (LAB) and yeasts/fungi. In addition, in the first cycle of the experimental process, the population of the pathogen Listeria monocytogenes and in the second cycle the population of the pathogen Escherichia coli O157:H7 were determined. Sampling was performed every 24 hours for all three sample occasions. To assess the microbiological spoilage of cabbage, two different rapid analytical methods, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and multispectral imaging (MSI), were applied. For multispectral imaging, two instruments of similar technology (fixed and portable) were used. With the use of chemometric models, the correlation of the spectroscopic data with the microbiological results and specifically with the TVC population was carried out. 70% of the total data was used for development and validation and 30% was used for prediction. The construction of the models for the estimation of TVC was carried out based on the method of partial least squares regression,PLS-R.

Regarding the microbiological results, it was observed that the temperature and the spraying of the samples with the cells and supernatant of Lactiplantibacillus pentosus affected the microbiological deterioration. More specifically, it was observed that, in both cycles of the experimental procedure, the samples kept at 4 °C showed a smaller increase. Likewise, compared to the three cases, the cabbage samples sprayed with the cells and supernatant of the technological microorganism reduced, even slightly, the growth of the pathogenic microorganisms. On contrary, the samples kept at 10 °C did not showed any difference in terms of the microbial growth of both the pathogens and the rest of the microorganisms. The PLS-R model developed to estimate the TVC according to the data of the sensors FTIR 6200 JASCO and VideometerLab did not yield good performance as the indices measured were for R2 0.114 and for RMSE 1.464 as well as R2 0.273 and RMSE 1.224, respectively. However, the PLS-R model, according to VideometerLite data, was characterized with good performance as the indices measured were for R2 0.795 and for RMSE 0.722.