Microbiological safety and quality of berries: contamination and biofilm formation of Salmonella in strawberries and decontamination strategies.

Abstract

Berries are fruits highly appreciated for their sensory and nutritional properties. However, the quality and safety of these fruits could be compromised due to deterioration caused by molds and the presence of pathogenic microorganisms. In 2014, the Biohazard Panel (BIOHAZ) of the European Food Safety Authority (EFSA) published a Scientific Opinion on the risk of Salmonella and Norovirus in berries. Among some of the final recommendations, the need for more research on decontamination treatments against microbiological hazards relevant to berries was indicated. The lack of studies on the internalization capacity of pathogens in berries and plants was also raised. Finally, the need for more studies on the adherence of pathogens in berries and the influence of storage temperature on microbial survival was highlighted. Salmonella is one of the main pathogens causing foodborne illnesses in the European Union. As a risk factor, survival of the pathogen in the food chain can be favoured by its mechanisms of resistance, including the ability to form biofilms. This Thesis aims to contribute to some of the questions raised by the BIOHAZ panel, focusing on the formation of biofilm and survival of salmonella, as well as the proposal of control strategies. Chapter I deals with the study on the internalization capacity of Salmonella in strawberry plants through irrigation water. Chapter II presents a compilation and analysis of control strategies ranging from chemical, physical and biological technologies to combined methods applied for the microbial decontamination of fresh blueberries and derived products. Chapters III and IV present the results on different decontamination treatments against Salmonella in strawberries stored under different postharvest conditions and a microscopy study to observe the formation of biofilms on the epidermis of strawberries. Chapter V describes the effect of essential oil components on Salmonella biofilms formed on stainless steel and polypropylene surfaces. Lastly, chapter VI provides a practical Summary example on the performance of microbiological criteria in berries. The results of this thesis demonstrate infrequent internalization of Salmonella in strawberry plants via roots. On the other hand, as a result of the literature review of decontamination strategies of blueberries and derivatives, an increasing trend on the application of physical technologies and combined methods such as the application of pulsed electric fields and peracetic acid, was evidenced. For the first time, the formation of Salmonella biofilm on strawberries and the influence of temperature and storage time on the efficacy of common decontamination treatments, is studied, concluding that S. Thompson is able to form biofilm on strawberry epidermis at 20, 7 and 4 °C, and that the effectiveness of disinfectants such as 100 ppm chlorine or 40 ppm peracetic acid decreases as the storage time of contaminated strawberries increases, mainly at 20 °C. Finally, a study on the control of biofilms on working surfaces of the food industry based on essential oils application is presented, observing a decrease in the colony-forming units of S. Enteritidis and S. Typhimurium in stainless steel and polypropylene.

Los frutos rojos son frutas altamente apreciadas por sus propiedades sensoriales y nutricionales. No obstante, la calidad e inocuidad de estos frutos pueden ser comprometidas debido al deterioro ocasionado por mohos así como por la presencia de microorganismos patógenos. En 2014, el Panel de Riesgos Biológicos (BIOHAZ) de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) publicó una Opinión Científica sobre el riesgo derivado de la presencia de Salmonella y Norovirus en frutos rojos. Entre algunas de sus recomendaciones finales, se indicó la necesidad de llevar a cabo más investigaciones relacionadas con el tratamiento de descontaminación de frutos rojos con el objeto de combatir peligros microbiológicos relevantes. También esta Opinión puso de manifiesto la carencia de estudios sobre la capacidad de internalización de patógenos en frutos rojos y plantas, resaltando asimismo la necesidad de más estudios sobre la adherencia de patógenos en los frutos rojos y la influencia de la temperatura de almacenamiento sobre la supervivencia microbiana. Salmonella es uno de los principales patógenos causantes de enfermedades transmitidas por alimentos en la Unión Europea. Como factor de riesgo, la supervivencia en la cadena alimentaria de este patógeno se ve favorecida por los mecanismos de resistencia del mismo, incluida su capacidad de formación de biopelículas. La presente Tesis Doctoral pretende contribuir a algunos de los aspectos cuestionados dentro del panel BIOHAZ, centrándose en la formación de biopelículas y supervivencia de Salmonella, así como en la propuesta de estrategias de control. El capítulo I aborda el estudio sobre la capacidad de internalización de Salmonella en plantas de fresa a través del agua de riego. El capítulo II presenta una compilación y análisis de estrategias de descontaminación que abarcan desde tecnologías químicas, físicas y biológicas hasta métodos combinados aplicados para la descontaminación microbiana de arándanos frescos y productos derivados. Los capítulos III y IV presentan los resultados sobre diferentes tratamientos de descontaminación frente a Salmonella en fresas almacenadas en diferentes condiciones postcosecha y un estudio de microscopía para la observación de la formación de biopelículas sobre la epidermis de la fresa. El capítulo V describe el efecto de componentes de aceites esenciales sobre biopelículas de Salmonella formadas en superficies de acero inoxidable y polipropileno. El capítulo VI, por último, proporciona un ejemplo práctico de la eficiencia de la utilización de criterios microbiológicos en frutos rojos. Los resultados de esta Tesis demuestran la infrecuente internalización de Salmonella en plantas de fresa vía raíz. Por otro lado, fruto de la revisión bibliográfica sobre estrategias de descontaminación de arándanos y derivados, se evidencia una tendencia creciente a la aplicación de tecnologías físicas y métodos combinados como es la aplicación de campos eléctricos pulsados y ácido peroxiacético. Por primera vez, se estudia la formación de biopelículas de Salmonella en fresa y la influencia de la temperatura y tiempo de almacenamiento en la eficacia de tratamientos de descontaminación comunes, concluyendo que S. Thompson es capaz de formar biopelículas en la epidermis de fresa a 20, 7 y 4 °C, y que la eficacia de desinfectantes como cloro a 100 ppm y ácido peracético a 40 ppm disminuye al aumentar el tiempo de almacenamiento de las fresas contaminadas, principalmente a 20 °C. Finalmente, se presenta un estudio sobre el control de biopelículas en superficies propias de la industria alimentaria basado en la aplicación de aceites esenciales, en el que se observó una disminución en la carga de S. Enteritidis y S. Typhimurium en acero inoxidable y polipropileno.