Repository logo
 
Loading...
Thumbnail Image
Publication

Development of bio-tools and technology targeting Histamine monitoring in seafood products

Use this identifier to reference this record.
Name:Description:Size:Format: 
85963 Final thesis_ERMIAS ALI DONI.pdf2.51 MBAdobe PDF Download

Abstract(s)

Seafood is a vital source of nutrients but if contaminated, can cause foodborne illnesses such as scombroid fish poisoning caused by histamine (HIM), a major cause of food poisoning, particularly by spoiled seafoods like tuna. Accurate and reliable detection methods and strict compliance with regulatory limits are crucial to ensure food safety and to protect consumer health. Various methods exist for detecting histamine and other biogenic amines (BAs), including both direct and indirect approaches. The primary objective of this study was to develop and optimize an alternative method, specifically focusing on chromatography, microbiology, and molecular techniques, to monitor HIM and other relevant BAs in fish and fish products, with a particular emphasis on tuna. A GC-MS method was developed for the detection of histamine (HIM) and other biogenic amines (BAs), including putrescine (PUT) and cadaverine (CAD). Solid-liquid extraction followed by derivatization was employed, with optimal conditions for derivatization time and temperature determined using central composite design. This method achieved limits of detection (LOD) ranging from 11 to 36 mg/kg and limits of quantification (LOQ) from 33 to 110 mg/kg, with average recoveries between 54 % and 85 % in tuna fish samples. An Improved version of Niven's media was developed to broaden its applicability for various plating methods. This improved media successfully overcame medium hydrolysis problems and adhered to standard autoclave procedures. It demonstrated comparable effectiveness to reference media, such as Plate Count Agar (PCA) and Violet Red Bile Glucose Agar (VRBGA), when tested with a reference strain of Morganella morganii, showing no significant difference (p=0.92). Additionally, the improved Niven’s approach included reducing the agar concentration to 1 %, without modifying performance and significantly reduced costs. The GC-MS and microbiology methods were validated using bluefin tuna (Thunnus thynnus) samples contaminated with Morganella morganii and exposed to abusive temperature storage conditions. The methods produced consistent and reliable results, which were corroborated by 16S rRNA gene sequencing for species identification and hdc gene amplification for the identification of Histamine forming bacteria (HFB). These findings underscore the potential of the developed methods for effective monitoring of HIM and BAs in fish, thereby ensuring food safety and regulatory compliance and to safeguard consumer health.
Os alimentos do mar são uma fonte vital de nutrientes na alimentação humana, mas podem levar a intoxicações/envenenamento de origem alimentar. A histamina (HIM) é uma amina biogénica (BA) e é uma das principais causas de intoxicação alimentar causada pelo consumo de peixes da família Scombridae, como é o caso do atum. Métodos de deteção precisos e fiáveis de BAs e o cumprimento rigoroso dos limites regulamentares são cruciais (e reclamados pela industria) para garantir a segurança alimentar e proteger a saúde dos consumidores. Existem vários métodos de deteção da HIM e de outras BAs relevantes, que incluem abordagens diretas e indiretas. O principal objetivo deste estudo foi desenvolver e otimizar métodos alternativos (centrado especificamente em técnicas cromatográficas, microbiológicas e moleculares) para monitorizar a HIM e outras BAs relevantes em peixes e produtos derivados, com especial ênfase no atum rabilho (Thunnus thynnus). O método analítico de GC-MS (Cromatografia gasosa– espectrometria de massa) foi desenvolvido para a deteção e quantificação da HIM e de outras BAs, incluindo a putrescina (PUT) e a cadaverina (CAD). Utilizou-se a extração sólido-líquido seguida de derivatização otimizada para, condições de tempo e temperatura. Este método atingiu limites de deteção (LOD) de 11 a 36 mg/kg e limites de quantificação (LOQ) de 33 a 110 mg/kg, com recuperações médias entre 54 % e 85 % em amostras de atum. Noutra abordagem em métodos de cultura microbiológica, foi desenvolvida uma versão melhorada do meio da Niven´s (especifico para deteção de bactérias formadoras de histamina (HFB)) dirigida a resolver problemas de hidrólise e também alargar a sua aplicabilidade a vários métodos de plaqueamento. O meio melhorado ultrapassou com êxito o problema da hidrólise e resistiu às condições normais de autoclave, demonstrando uma eficácia comparável à dos meios de referência, como o Plate Count Agar (PCA) e o Violet Red Bile Glucose Agar (VRBGA). Os ensaios testados com Morganella morganii (conhecida HBF), não apresentaram diferenças significativas (p = 0,92) entre os meios. Além disso, a modificação incluiu a redução da concentração de agar para 1 %, o que não só manteve o desempenho como também contribui para a redução dos custos. Ambos os métodos, foram validados utilizando amostras de atum rabilho sujeitas a contaminação artificial por M. morganii e a condições de armazenamento a temperaturas abusivas. Os métodos produziram resultados consistentes e fiáveis, que foram posteriormente confirmados por métodos moleculares, através da sequenciação do gene 16S rRNA para identificação de estirpes v bacterianas e da amplificação do gene hdc (histidina descarboxiláse, enzima responsável pela conversão de histidina em HIM) para identificação das bactérias formadoras de histamin. Estes resultados sublinham o potencial dos métodos desenvolvidos para a monitorização eficaz de HIM e BAs em peixe, garantindo assim a segurança alimentar e a conformidade regulamentar e salvaguardando a saúde dos consumidores.

Description

Keywords

Food safety Histamine Putrescine Cadaverine Biogenic amines Niven’s media GC-MS

Citation

Research Projects

Organizational Units

Journal Issue

Publisher

CC License