Salmonella and campylobacter jejuni

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Ефимочкина Н.Р., Стеценко В.В., Маркова Ю.М., Минаева Л.П., Быкова И.Б.

ASSESSING SENSITIVITY OF CAMPYLOBACTER JEJUNI TO ANTI-MICROBE EFFECTS TO REDUCE RISKS OF FOOD PRODYCTS CONTAMINATION WITH CAMPYLOBACTERIOSIS AGENTS

We aimed to assess efficiency of various anti-microbe effects on pathogenic microflora; to do that, we performed comparative study on how sensitive Campylobacter jejuni test strains were to ultraviolet radiation and biocides based on peracetic acid (PAA). PAA-based biocides suppressed significant numbers of Campylobacter; however, preset treating modes didn’t allow achieving complete inactivation of the test strains. Efficiency of effects produced by ultraviolet radiation on C.jejuni strains depended on exposure duration: 20-minute treatment of plates with broth bacterial suspensions caused a decrease in a number of viable cells which was equal to 1.5-2,0 logarithmic orders; 60-minute treatment resulted in a decrease in C.jejuni contents that amounted to less than 200 CFU/cm3. Polypeptide antibiotics produced by lactic-acid bacteria (bacteriocins, nisin, etc.) have some useful properties and it makes them applicable for suppressing adverse microflora in food products manufacture. We applied an ‘associate growth” model to examine peculiarities related to C.jejuni growth in milk that, beside this pathogen, was simultaneously inoculated with mesophilic lactic-acid lactococci or thermophilic lactic-acid bacteria that were bacteriocins producers. Depending on quantity of introduced lactic-acid bacteria , such as Lactobacillusplantarum, Lactobacilluslactis and Lactococcuslactis, C.jejuni growth was substantially inhibited. We revealed a relationship between anti-bacterial activity and nature of inhibiting effects and concentrations of the above-mentioned lactic-acid microorganisms, temperature, an amount of time during mixed cultures were cultivated together, and properties of used strains which became the most apparent when lactobacteria were introduced in a dose equal to 108 CFU/cm3. Our study on an ability of C.jejuni to survive under exposure to an adverse environment revealed that microbe populations had variable physiological properties, Campylobacter were greatly resistant, and it was difficult to make a relevant choice on efficient tools and procedures for anti-microbe treatment.

УДК 576.8.097.29 х^

DOI: 10.21668/health.risk/2019.4.15 онлайн пшщ

ОЦЕНКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ CAMPYLOBACTER JEJUNI К АНТИМИКРОБНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ РИСКА КОНТАМИНАЦИИ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЯМИ КАМПИЛОБАКТЕРИОЗА

Н.Р. Ефимочкина, В.В. Стеценко, Ю.М. Маркова, Л.П. Минаева, И.Б. Быкова, Т.В. Пичугина, С.А. Шевелева

Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи, 109240, Россия, г. Москва, Устьинский проезд, 2/14

Для оценки эффективности влияния на патогенную микрофлору различных антимикробных воздействий проведено сравнительное изучение чувствительности тест-штаммов Campylobacter jejuni к УФ-излучению и биоцидам на основе надуксусной кислоты (НУК). Биоциды на основе НУК подавляли значительное число кампи-лобактеров, однако заданные режимы обработки не обеспечивали полной инактивации тест-штаммов. Эффективность воздействия УФ-облучения на штаммы C. jejuni находилась в зависимости от продолжительности экспозиции: после 20 мин обработки планшетов с бульонными бактериальными суспензиями число жизнеспособных клеток снижалось на 1,5-2,0 логарифмических порядка, через 60 мин содержание C. jejuni снижалось и составляло менее 200 КОЕ/см3.

Изучение способности C. jejuni выживать при неблагоприятных воздействиях внешней среды показало вариабельность физиологических свойств микробных популяций, высокую степень резистентности бактерий рода Campylobacter и связанные с ними трудности адекватного подбора эффективных средств и способов антимикробной обработки.

Ключевые слова: Campylobacter jejuni, модель in vitro, биоциды, антимикробные воздействия, УФ-облучение, контаминация, биопленки, молочнокислые бактерии.

Высокая эпидемиологическая значимость бактерий рода Campylobacter обусловливает необходимость установления возможности выживания этих микроорганизмов в условиях современного производства пищевых продуктов под влиянием различных техногенных или биологических факторов. Изучение механизмов формирования стрессовой толерантности бактерий рода Campylobacter позволит интенсифицировать применение методологии оценки микробиологического риска и осуществлять эффективный мониторинг загрязненности пищевых продуктов возбудителями кампилобактериоза.

Бактерии рода Campylobacter широко распространены во внешней среде и обнаруживаются на поверхностях оборудования и инвентаря предприятий пищевой промышленности [1]. Поскольку частота контаминации живыми кампилобактерия-ми объектов производственной среды высока, возникает потенциальная опасность появления дополнительных источников их инфицирования за счет некультивируемых форм и биопленок. Формирование последних усиливается под воздействием технологических стрессовых факторов, таких как сублетальные дозы антибиотиков, кислот, дезинфектантов, биоцидов и др. 2. Этот процесс рассматривается как один из механизмов адаптации микроорганизмов в природных и искусственных экосистемах 5. Облучение, широко используемое с целью бактерицидной обработки объектов производственной среды и упаковочных материалов, также может вызывать у бактерий стрессовый ответ, которые индуцирует не только толерантность к этому воздействию, но и формирует устойчивость к другим видам обработки сырья и готовых продуктов [8, 9].

Влияние неблагоприятных воздействий внешней среды на жизненно важные функции бактериальной клетки происходит на различных регулятор-ных уровнях, что может сопровождаться появлением индуцированной толерантности микроорганизмов к воздействию тех или иных бактерицидных факторов. В природных условиях, а также при санитарной обработке воды и оборудования толерантность бактерий может формироваться под влиянием различных антибактериальных агентов, в том числе хлора, кислот, щелочей, консервантов, антиоксидантов, бактериофагов, колицинов, акрилатов, ионов металлов 12.

В качестве меры, снижающей обсемененность патогенными микроорганизмами в пищевой промышленности, в настоящее время достаточно широко применяют обработку хлорсодержащими средствами [8, 9, 13, 14]. Свободный хлор и выделяющие его соединения (гипохлорит натрия, кальция, магния, хлорная известь, хлорамин, диоксид хлора, ди-хлоризоцианураты натрия и калия) широко используются для целей дезинфекции в медицине и ветеринарии, обеззараживания питьевой воды и очистки сточных вод, а также в производстве пищевых про-

дуктов для обработки оборудования и даже для снижения микробной контаминации поверхности используемого сырья, поскольку обладают высокой антимикробной активностью против большинства болезнетворных микроорганизмов [15].

Обработка хлорсодержащими биоцидами обеспечивает предупреждение перекрестного обсеменения продукции возбудителями пищевых инфекций и токсикоинфекций, позволяет продлить сроки годности продукции. Однако применение хлора связано с рядом негативных эффектов, одним из которых является образование тригалометанов, обладающих токсическим и канцерогенным действием: хлороформа, дихлорбромметана, дибром-хлорметана и бромоформа [6, 13]. В целом соблюдение установленных максимально допустимых уровней остатков таких соединений позволяет избегать прямого риска для здоровья в виде токсических, аллергических и других реакций при употреблении пищевых продуктов и напитков с остатками таких веществ. Однако в настоящее время доказана потенциальная возможность появления как приобретенной пониженной чувствительности к биоцидам, так и корезистентности к лекарственным антимикробным средствам у микроорганизмов - конта-минантов пищи и напитков [10, 16]. С биоцидами сегодня связывают также такие негативные последствия, как ускорение эволюции бактериальных патогенов и появление новых инфекций, опасных для человека [11, 12].

Распространение этих явлений свидетельствует о недооценке отдаленных рисков применения антимикробных средств в технологических целях. Безопасность традиционных концентраций биоцидов, используемых в пищевой индустрии, формирование толерантности к ним у различных видов контами-нантов, изменение фенотипических признаков наиболее значимых групп микроорганизмов в настоящее время изучены недостаточно.

Для снижения риска негативных воздействий важной задачей является обоснованный подбор эффективных и безопасных средств деконтаминации сырья и санитарной обработки оборудования на предприятиях пищевой промышленности.

ции. Определение соотношения числа жизнеспособных колониеобразующих единиц (КОЕ) и общего количества клеток в популяции рассчитывали по содержанию геномной ДНК в пробах методом количественной ПЦР-РВ [18].

Эффективность антимикробного действия растворов активного хлора в отношении сальмонелл оценивали по наличию или отсутствию роста тест-штаммов в глюкозопептонной среде с индикатором бромтимоловым синим (ГПС) после внесения биоцида и 18-часового культивирования проб при температуре 37 °С. Для обеспечения возможности варьирования двух факторов - концентрации биоцида и плотности бактериальной суспензии - использовали 96-луночные стерильные иммунологические планшеты [19]. О наличии роста судили по помутнению среды и изменению ее цвета от сине-зеленого до желтого. Оптическую плотность сред измеряли с использованием автоматического планшетного спектрофотометра Sunrise.

Способность штаммов С. jejuni к образованию биопленок определяли с использованием разработанной ранее лабораторной модели in vitro [20]. Штаммы выращивали на полистироловых 96- и 24-луночных планшетах, используя в качестве сред культивирования бульон Мюллера - Хинтона с внесением 5 % дефибринированной крови, а также ростовых добавок фирм Merck и HiMedia, содержащих пируват натрия, метабисульфит натрия и сульфат железа. Интенсивность пленкообразования определяли хромогенным методом с использованием планшетного спектрофотометра.

Статистическую обработку результатов проводили с помощью критерия Стьюдента и непараметрического рангового критерия Манна - Уитни. Различия признавали достоверными при уровне значимости p Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Оценка воздействия активного хлора на сальмонеллы в условиях хромогенной модели in vitro приведена на рис. 1.

После обработки хлором у штаммов S. enter-itidis и S. typhimurium регистрировали отсутствие пленкообразования, в то время как у C. jejuni наблюдали тенденцию усиления способности к образованию пленок (рис. 2).

Воздействие биоцидов на C. jejuni и Salmonella spp.

Тест-штаммы Разведение исходных суспензий тест-культур*

10-1 | 10-2 | 10-3 | 10-4 | 10-5 10-6 I 10-' I 10-8 I 10-9 I 10-10

Контроль (без биоцидов)

Гипохлорит (концентрация активного хлора 50 мг/дм3, экспозиция 25 мин при температуре +2 С)

Основные факты

Campylobacter является одной из четырех основных причин диарейных болезней во всем мире. Эта бактерия считается наиболее распространенной в мире бактериальной причиной гастроэнтерита у людей.
Инфекции Campylobacter протекают в основном в легкой форме, но могут приводить к летальному исходу у детей раннего возраста, пожилых людей и людей с ослабленным иммунитетом.
Бактерии рода Campylobacter погибают под воздействием высоких температур и при надлежащем приготовлении пищи путем тепловой обработки.
Для профилактики инфицирования бактериями Campylobacter следует готовить пищу в соответствии с основными практическими правилами пищевой гигиены.

В связи с широкой распространенностью диареи, вызванной бактериями Campylobacter, а также ее продолжительностью и возможными осложнениями, ее социально-экономическое значение весьма велико. В развивающихся странах инфекции Campylobacter особенно часто встречаются у детей младше 2 лет, причем иногда они заканчиваются летальным исходом.

Бактерии Campylobacter имеют преимущественно спиралевидную, S-образную или изогнутую, палочкообразную форму. В настоящее время к роду Campylobacter относят 17 видов и 6 подвидов, из которых наиболее часто вызывают заболевания у людей C. jejuni (подвид jejuni) и C. coli. У пациентов с диарейными заболеваниями были изолированы и другие виды, такие как C. lari и C. upsaliensis, но эти виды регистрируются реже.

Заболевание

Кампилобактериоз — заболевание, которое вызывается инфицированием бактерией Campylobacter.

Симптомы болезни обычно развиваются через 2-5 дней после инфицирования бактерией, но могут развиваться и через 1-10 дней.
Наиболее распространенными клиническими симптомами инфекций Campylobacter являются диарея (часто с кровью в фекалиях), боли в области живота, повышенная температура, головная боль, тошнота и/или рвота. Обычно симптомы длятся от 3 до 6 дней.
Кампилобактериоз редко заканчивается летальным исходом, который, как правило, отмечается только среди детей самого раннего возраста, пожилых людей или людей, уже страдающих какой-либо другой тяжелой болезнью, такой как СПИД.
С разной степенью частоты были зарегистрированы такие осложнения, как бактериемия (наличие бактерий в крови), гепатит, панкреатит (соответственно, инфекции печени и поджелудочной железы) и самопроизвольный аборт. Постинфекционные осложнения могут включать в себя реактивный артрит (болезненное воспаление суставов, которое может продолжаться несколько месяцев) и неврологические расстройства, такие как синдром Гийена-Барре, подобная полиомиелиту форма паралича, которая в редких случаях может приводить к дыхательной и тяжелой неврологической дисфункции.

Источники и передача инфекции

Виды Campylobacter широко распространены среди большинства теплокровных животных. Они часто встречаются в организме животных, продукты которых используются в пищу, таких как домашняя птица, крупный рогатый скот, свиньи, овцы и страусы, а также у домашних животных, включая кошек и собак. Кроме того, эти бактерии были обнаружены у моллюсков.

Считается, что инфекция передается в основном пищевым путем — через мясо и мясные продукты, прошедшие недостаточную тепловую обработку, а также через сырое или загрязненное молоко. Загрязненные вода или лед также являются источником инфекции. Определенная доля случаев заболевания бывает вызвана контактом с загрязненной водой во время рекреационных мероприятий.

Кампилобактериоз является зоонозом — болезнью, передаваемой человеку от животных или из продуктов животного происхождения. Чаще всего туши или мясо загрязняются Campylobacter из фекалий во время забоя. При этом у животных Campylobacter редко приводит к заболеваниям.

Относительное значение каждого из вышеперечисленных источников для общего бремени болезни неизвестно, но основным фактором считается потребление зараженного мяса домашней птицы, прошедшего недостаточную тепловую обработку. Поскольку на вспышки болезни, связанные с общим источником инфекции, приходится довольно незначительная процентная доля случаев, подавляющее большинство случаев заболевания регистрируется как спорадические, без четко прослеживаемых моделей.

Следовательно, оценить значимость всех известных источников инфекции чрезвычайно сложно. Кроме того, широкая распространенность Campylobacter затрудняет разработку стратегий борьбы с инфекцией на протяжении всей продовольственной цепи. Тем не менее, в странах, где применяются целенаправленные стратегии по уменьшению распространенности Campylobacter среди живой домашней птицы, наблюдается аналогичное уменьшение случаев заболевания среди людей.

Лечение

Лечения, как правило, не требуется, за исключением возмещения электролитов и регидратации. Противомикробная терапия рекомендуется в инвазивных случаях (когда бактерии проникают в клетки слизистой оболочки кишечника и разрушают ткани) или для ликвидации состояния носительства (состояние людей, являющихся носителями Campylobacter и выделяющих бактерии, но не обнаруживающих симптомов заболевания).

Методы профилактики

Существует ряд стратегий, которые могут использоваться для профилактики болезни, вызванной бактериями Campylobacter:

Профилактика основывается на контрольных мерах во всех звеньях пищевой цепи — от сельскохозяйственного производства до обработки, производства и приготовления пищевых продуктов как с коммерческой целью, так и в домашних условиях.
В странах, где отсутствуют надлежащие системы канализации, возможно, будет необходимо дезинфицировать фекалии и продукты, загрязненные фекалиями, перед утилизацией.
Меры по сокращению распространенности Campylobacter среди домашней птицы включают в себя укрепление биобезопасности во избежание передачи Campylobacter из окружающей среды поголовью птиц на ферме. Эта мера контроля осуществима только в том случае, если птицы содержатся в закрытом помещении.
Практика забоя с соблюдением надлежащих правил гигиены позволяет сократить загрязнение тушек фекалиями, но не гарантирует отсутствие бактерий Campylobacter в мясе и мясопродуктах. Чтобы свести загрязнение к минимуму, чрезвычайно важна подготовка работников, осуществляющих забой животных, и производителей сырого мяса в области гигиенической обработки и приготовления пищевых продуктов.
Профилактические меры защиты от инфекции на домашней кухне схожи с мерами, принимаемыми для защиты от других бактериальных болезней пищевого происхождения.
Единственным эффективным методом уничтожения Campylobacter в зараженных пищевых продуктах является бактерицидная обработка, такая как нагревание (например, приготовление пищи посредством тепловой обработки или пастеризация) или облучение.

Деятельность ВОЗ

В сотрудничестве с другими заинтересованными сторонами ВОЗ решительно отстаивает важную роль безопасности пищевых продуктов как одной из ключевых составляющих обеспечения доступа к безопасной и питательной диете. ВОЗ разрабатывает меры политики и рекомендации, охватывающие всю пищевую цепь от производства до потребления, опираясь при этом на разные виды экспертных знаний и опыта в различных областях.

ВОЗ работает над укреплением систем обеспечения безопасности пищевых продуктов во все более глобализованном мире. Установление международных стандартов безопасности пищевых продуктов, повышение качества эпиднадзора за болезнями, просвещение потребителей и подготовка лиц, занимающихся обработкой и приготовлением пищевых продуктов, в области безопасного обращения с пищевыми продуктами входят в число важнейших способов предотвращения болезней пищевого происхождения.

ВОЗ укрепляет потенциал национальных и региональных лабораторий в области эпиднадзора за патогенами пищевого происхождения, такими как Campylobacter и Salmonella.

Кроме того, ВОЗ способствует комплексному эпиднадзору за устойчивостью патогенов, присутствующих в пищевой цепи, к противомикробным препаратам, собирая образцы у людей и животных и образцы пищевых продуктов и анализируя данные, полученные в разных секторах.

ВОЗ совместно с ФАО оказывает помощь государствам-членам, координируя международные усилия по раннему выявлению вспышек болезней пищевого происхождения и соответствующим ответным мерам через сеть национальных органов в государствах-членах.

Кроме того, ВОЗ осуществляет научную оценку, которая используется в качестве основы для разрабатываемых Комиссией ФАО/ВОЗ по Кодекс алиментариус международных стандартов, принципов и рекомендаций в отношении пищевых продуктов для профилактики болезней пищевого происхождения.

Рекомендации для лиц, занимающихся обработкой и приготовлением пищевых продуктов

ВОЗ сформулировала следующие рекомендации для лиц, занимающихся обработкой и приготовлением пищевых продуктов:

L Galgóczy, T Hevér, L Orosz, J Krisch, C Vágvölgyi, M Tölgyesi, T Papp

antibacterial activity, campylobacter, fruit pomace, juice, salmonella

L Galgóczy, T Hevér, L Orosz, J Krisch, C Vágvölgyi, M Tölgyesi, T Papp. Growth inhibition effect of fruit juices and pomace extracts on the enteric pathogens Campylobacter jejuni and Salmonella ser. Typhimurium. The Internet Journal of Microbiology. 2008 Volume 7 Number 1.

The antibacterial effect of fruit juices and pomace extracts from 13 wild and cultivated fruits ( Prunus avium, P. cerasus, P. armeniaca, Crataegus monogyna, Morus alba, M. nigra, Ribes nigrum, R. rubrum, R. uva-crispa, R. nidigrolaria, Rubus idaeus, R. fruticosus ) against two foodborne enteric pathogens ( Salmonella ser. Typhimurium, Campylobacter jejuni ) was evaluated by broth microdilution assays. Juices and/or extracts of sour cherry, apricot, raspberry, blackcurrant, redcurrant, gooseberry and jostaberry efficiently inhibited the growth of both bacteria (growth ≤ 25%). Juices and extracts from cherry (red and yellow cultivars), hawthorn, blackberry and pomace extracts from black and white mulberry had a similar strong inhibitory effect on the growth of C. jejuni , but had weak or no effect on S. ser. Typhimurium. Sour cherry, jostaberry and raspberry pomace extracts revealed a substantial antibacterial effect at both acidic and neutral pH.

Bacteria of the genus Campylobacter and Salmonella are important human pathogens causing foodborne infections worldwide. Campylobacter jejuni infects the intestinal tract, with occasional spread to the blood, and causes stomach pain, fever, mild to severe or bloody diarrhoea, nausea, and sometimes vomiting (Kotula and Stern 1983). Salmonella species multiply in the small intestine and invade the gut lining. In the last 30 years, several reports have been published on outbreaks of Salmonella gastroenteritis in hospitalized patients caused by multiple antibiotic resistant Salmonella strains (Lamb et al . 1984). Salmonella ser. Typhimurium is one of the most important serovariants of the genus in almost all countries (Kobilinsky et al . 2007).

In spite of the use of traditional and modern methods in food safety techniques ( e.g. irradiation, Lacriox and Ouattara 2000; application of essential oils, Burt 2004) as many as 30% of the people in industrialized countries suffer from a food borne disease each year (Burt 2004). Therefore, the need for new methods of reducing or eliminating food born pathogens remains (Leistner 1978).

Plants have a natural defense mechanism against microbial infections. Antimicrobial peptides, lectins, phenolic compounds, terpenoids, essential oils and various other compounds are likely to be involved in this phenomenon (Cowan 1999). Raw and processed fruits, as well as waste products remaining after processing (peel, seeds, stems, flesh) are good sources of these ingredients. In previous in vitro experiments, juices and extracts from berries, guava, and citrus fruits revealed antibacterial activities against Gram-negative and -positive bacteria (Ryan et al . 2001; Cavanagh et al . 2003; Lee et al . 2003; Vattem et al . 2005; Sagdic et al . 2006; Mahfuzul Hoque et al . 2007). In most of the cases, whole fruits were extracted and little attention was paid to the by-products of juice making.

In the present study, the in vitro biological activity of juices, water and methanol extracts of pomace (peels, seeds, flesh) remaining after juice pressing, of 13 fruits were investigated on the human pathogen bacteria Salmonella ser. Typhimurium and Campylobacter jejuni by broth dilution method.

Clinical isolates of Salmonella ser. Typhimurium and Campylobacter jejuni were investigated. S . ser. Typhimurium was maintained on T1 medium (10g glucose, 4g beef extract, 4g peptone, 1g yeast extract, 1l H₂O) and C. jejuni , on Campylobacter blood-free selective agar medium (CCDA; Charcoal cefoperazone deoxycholate agar, Merck).

Fruits investigated were cherry ( Prunus avium – two cultivars), sour cherry ( P. cerasus ), apricot ( P. armeniaca) , black and white mulberry ( Morus nigra, M. alba) , blackcurrant ( Ribes nigrum) , redcurrant ( R. rubrum) , gooseberry ( R. uva-crispa) , jostaberry ( R. nidigrolaria) , blackberry ( Rubus fruticosus) , raspberry ( R. idaeus) and hawthorn ( Crataegus monogyna) . Fresh fruits were purchased on a local market (Szeged) or were collected in the neighbourhood of Szeged. Fruit juices were freshly pressed, filtered through a cheese cloth, centrifuged (10,000 rpm, 10 min., Sorvall RC-5B) and stored at -20oC. The remaining pomace was dried overnight at 60oC in an oven and then grounded to powder. One gram of each powdered pomace was extracted 3 times with 10 ml of distilled water or methanol per cycle. After each cycle the extracts were centrifuged (8000 rpm, 10 min, Sorvall RC-5B), and the supernatants were combined and evaporated to dryness at 100oC in an oven (water extracts) or at 35-40 °C in a water bath (methanol extracts). The dry material was redissolved in 4 ml distilled water (water extracts) or 10 % methanol-water solution (methanol extracts), and frozen in 1 ml aliquots. One sample from each extracts was dried again and weighed for dry matter content calculation. Juices and extracts were diluted in the appropriate media for the tests.

In vitro antibacterial activities were evaluated by microdilution plate assay. Absorbance of the bacterial cultures was measured at 492/620 nm in the presence of the fivefold diluted (with T1 medium) juice or extract, without pH modification (unbuffered method). The most efficient juices and extracts (growth inhibition ≥ 75%) were buffered to pH 7 with 0.165 M morpholino-propane sulfonic acid, and their inhibitory effect was tested in the concentration range of ten- to eighty-fold dilutions (buffered method). In each well, 100 μl of diluted and sterile-filtered (0.45um, Millipore) juice or extract was mixed with 100 μl cell suspension (105 cells/ml). Each test plate contained an uninoculated control, a positive growth control, a medium-free control and a drug sterile control. The uninoculated control was used as background for the spectrophotometric calibration for the determination of the antibacterial acitivity of fruit juices and extracts. The samples were tested by triplicate and the results were recorded after 48 h. C. jejuni was growing under CO₂ atmosphere.

The tested strains were sensitive to most juices or extracts (Table 1). Mainly the anthocyanin-rich and acidic fruits had strong antibacterial activity. The dark coloured Ribes and Rubus berries had excellent antibacterial action. Raspberry, blackcurrant, redcurrant and jostaberry juice (pH 2.8 - 3.8) totally inhibited the growth of both bacteria, while the growth of C. jejuni was reduced but not stopped by gooseberry juice. Among the water extracts of berries, only blackberry pomace showed total inhibitory effect on both of bacteria while the other extracts exhibited medium or strong inhibitory effect while C. jejuni showed higher sensitivity than S . ser. Typhimurium. Methanol extracts had similar effect as water extracts.

Antibacterial activity of berry juices and extracts from whole fruits has been intensively studied in the recent years but little attention was paid to the by-products of juice making. Inhibitory effect of raspberry juice was demonstrated against Escherichia coli , S . ser. Typhimurium and Staphylococcus epidermidis (Ryan et al . 2001; Lee et al . 2003). In the study of Cavanagh et al . (2003), blackberry juice had no growth inhibitory effect on Salmonella species ( S. california , S. enteritidis , S . ser. Typhimurium) but strongly inhibited Klebsiella pneumoniae . Our results show weak inhibition against S . ser. Typhimurium and stronger effect against C. jejuni. Puupponen-Pimiä and co-workers (2001) found that blackcurrant juices and extracts were more efficient against Gram-positive bacteria than against Gram-negative ones, which is in contrast to our results where both berry juice and aqueous extract of pomace caused total growth inhibition on both investigated Gram-negative species.

Fruits from the family Rosaceae (the two cherry cultivars, sour cherry, apricot and hawthorn) had also a strong inhibitory effect on C. jejuni but, except for sour cherry and apricot, had a week or no effect on S . ser. Typhimurium. Other authors also found good inhibition results with cherry (Lee et al . 2003), and apricot (Rashid et al . 2007).

Mulberry juices showed no effect on the growth of the bacteria but the pomace extracts inhibited the growth of C. jejuni. Water and ethanol extracts, or dark and white mulberry, had no difference in the inhibitory effect.

The inhibitory potential of fruit juices and pomace extracts seen at acidic pH was in most cases lost at pH 7. Water extracts from sour cherry and raspberry as well as methanol extracts from jostaberry, however, revealed a good inhibition effect with MIC values of 8.95, 1.82 and 7.37 mg/ml, respectively (Table 2). These inhibitions are thus independent of the low pH and could be attributed e.g. to anthocyanins and ellagitanins, as demonstrated in case of some other coloured fruits and vegetables (Harborne and Williams 2000; Lee et al . 2003).

The low pH of fruit juices is caused by weak organic and phenolic acids. In their undissociated forms (mainly at pH 3 to 5) they can interact with the cell membrane and penetrate into the cell causing the acidification of the cytoplasm. The effect of acidity can also be mediated by the pH-dependent dissociation of other antibacterial molecules and compounds (Burt 2004). The juices and extracts in our tests had a pH range 2.8-5.5 (Table 3), accompanied with the highest antibacterial activities. However, as shown by Table 2, some extracts had strong inhibitory effect on pH 7, too.

A number of factors can influence the antimicrobial activity of plant extracts, including growth conditions, seasonal variations and extraction methodology. The components dissolved in aqueous and alcoholic extraction are partly dissimilar. Water extract contains the majority of anthocyanins, tannins, starches, saponins, polypeptides and lectins present, while methanol extracts, in addition, polyphenols, lactones, flavones, and phenons (Cowan 1999). Ryan et al . (2001) described the different antibacterial activity of raspberry leaf aqueous and ethanol extracts. We observed similar phenomenon with water and methanol extracts of the pomace.

Gram-negative and Gram-positive organisms show different sensitivity to antibacterial agents because the former possess an outer membrane surrounding the cell wall (Ratledge and Wilkinson 1988) restricting the diffusion of hydrophobic compounds. Essential oils (Burt 2004), and other oily substances such as guava and neem extracts (Mahfuzul Hoque et al . 2007) showed higher antimicrobial activity against Gram-positive than Gram-negative bacteria. Extracts of common Finnish berries (including raspberry) were, on the contrary, more effective against Gram-negative compared to Gram-positive bacteria, except blackcurrant which was a poor inhibitor of Gram-negative bacteria in that work (Puupponen-Pimiä et al . 2001). Yet another study (Cavanagh et al . 2003) revealed no correlation between Gram-positive or Gram-negative bacterial status and susceptibility to the berries.

The fruits and berries investigated in our study were good growth inhibitors of both Gram-negative bacteria used in our study, but C. jejuni was more sensitive and was affected by more juices and extracts than S . ser. Typhimurium. It seems that the difference of inhibitory potential of fruit juices and their extracts on Gram-negative and -positive organisms is not unambiguous so that further investigations are necessary.

All the same, the observed inhibitory potential of the investigated fruit juices and pomace extracts on bacterial growth may be utilized in the development of functional foods and natural food preservatives. The by-products of juice industry may represent an economically interesting source for the extraction of active compounds.

This work was supported in part by the Hungarian grant ETT 214/2006.

L. Galgóczy
1Department of Microbiology, Faculty of Science and Informatics, University of Szeged, Hungary

T. Hevér
Southern Great Plain Regional Institute of National Public Health and Medical Officers’ Services, Szeged, Hungary

L. Orosz
Southern Great Plain Regional Institute of National Public Health and Medical Officers’ Services, Szeged, Hungary

J. Krisch
Department of Food Engineering, Faculty of Engineering, University of Szeged, Hungary

CS Vágvölgyi
1Department of Microbiology, Faculty of Science and Informatics, University of Szeged, Hungary

M. Tölgyesi
Department of Food Engineering, Faculty of Engineering, University of Szeged, Hungary

T. Papp
1Department of Microbiology, Faculty of Science and Informatics, University of Szeged, Hungary

Your free access to ISPUB is funded by the following advertisements:

Читайте также: