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Publication
Studies on the biochemical and microbiological quality of infant formula post exposure to novel processing technologies
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Authors
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Abstract(s)
Infant milk formula (IMF) is produced by adding all individual components to dehydrated milk, creating a non-sterile produce. Even though IMF undergoes a pasteurisation step during its manufacturing process, recontamination may occur during handling and reconstitution. Therefore, such produce carries microbiological load to an extent that may cause enteric disease in newborns and infants. However, public acceptance of irradiated food varies depending on access to information. Far East markets, as China and the Republic of Korea, are critical IMF markets. A joint FAO/IAEA work showed that Asian consumers would accept irradiated foods and trade benefits would ensue from the application of the technology. Also, commercial food irradiation is increasing significantly in Asia, but decreasing in EU.
This multidisciplinary project investigates the microbiological quality of two brands of powdered IMF commercially available in Ireland (Cow&Gate and SMA), and different sterilisation methods (pulsed UV light, e-beam and gamma irradiation) with potential to be applied to industrial manufacturing of IMF and other infant and enteral feeds, without compromising their nutritional value. It was found that both brands are contaminated with unacceptable levels of microorganisms, and those contaminating bacteria are reduced when the powder is irradiated. These intrinsic microorganisms belong to the genus Bacillus. It was not possible to demonstrate if these were enterotoxin producers because BCET-RPLA’s test kits are not available in Ireland at the time. PBS buffer and rehydrated IMF were supplemented with four Bacillus strains, Cronobacter sakazakii and Listeria monocytogenes, and individually irradiated with PUV, e-beam and gamma rays. PUV treatment was ineffective in killing all bacteria; however both e-beam and gamma irradiation successfully decontaminated samples to acceptable levels of microorganisms. Further studies must be conducted to assess the effectiveness of gamma irradiation in IMF, since these samples could not be treated due to spoilage risk. After e-beam irradiation, IMF powder was subjected to nutritional testing to assess potential nutritional losses. Tests to both treated and untreated samples revealed none of the samples were altered during irradiation, and European Commission standards regarding IMF composition were respected.
As fórmulas para lactentes são produzidas pela adição de todos os seus componentes individuais a leite em pó, originando um produto não estéril. Embora as fórmulas para lactentes sofram pasteurização durante o processamento, pode ocorrer recontaminação durante o empacotamento e reconstituição. Assim, tais produtos apresentam um teor microbiológico tal que poderá causar doença em recém-nascidos e crianças. Os principais microorganismos encontrados em fórmula para lactentes em pó são Salmonella, Cronobacter spp. (Cronobacter sakazakii) e Bacillus cereus. Listeria monocytogenes é uma bactéria a ter também em atenção, pois não é normalmente encontrada no leite em pó mas pode estar presente na água com que se reidrata a fórmula. Neste trabalho deu-se ênfase às bactérias Bacillus cereus, Listeria monocytogenes e Cronobacter sakazakii. Bacillus cereus é uma bactéria Gram-positiva e anaeróbia facultativa, comummente encontrada no solo e na vegetação. É um espécie formadora de endósporos, que são estruturas resistentes a elevados calor e acidez e raios ultravioleta, sendo capaz de originar dois tipos de doença: os síndromes emético e diarreico. A sua patogenicidade deve-se à produção de fatores extracelulares tais como fosfolipase, cereulida, enterotoxina Hbl, toxina não-hemolítica (Nhe), hemolisina IV e está associada à indução da citotoxina de enterocolite necrótica (CytK). Listeria monocytogenes é um bacilo Gram-positivo, não formador de endósporos dotado de motilidade que tem sido isolado de diferentes espécies animais. Possui grande capacidade de crescer em ambientes hostis. A maior parte dos surtos de listeriose devem-se à pasteurização inadequada de laticínios, carnes de aves mal cozinhadas e alimentos prontos a comer. Até ao momento, 13 serotipos foram identificados e todos têm potencial para causar doença em seres humanos, contudo os mais prováveis de causar listeriose são os serotipos 4b, 1/2a e 1/2b. Relativamente a Cronobacter sakazakii, trata-se de um novo género onde se inclui a espécie antes designada como Enterobacter sakazakii. Conhecido pela sua resistência a stress osmótico, este bastonete Gram-negativo é o agente causador de uma rara infeção invasiva com taxa de mortalidade de 40% a 80% dos infetados infantis – bacterémia, meningite e enterocolite necrotizante, associadas com a ingestão de fórmula para lactentes. Pertence à família Enterobacteriaceae, a mesma de Escherichia coli. A composição nutricional de fórmulas para lactentes e fórmulas de transição segue, na Europa, critérios rígidos definidos pela Comissão Europeia, que por sua vez se baseou no artigo Global Standard for the Composition of Infant Formula: Recommendations of an ESPGHAN. Tal como esperado, a composição da fórmula para lactentes é baseado na composição do leite humano: 0,45g/100 mL a 0,7 g/100 mL de proteínas; um conteúdo energético de 60 a 70 kcal/100 mL; um total de hidratos de carbono entre 9 e 14 g/100 kcal, dos quais 4,5 g/100 kcal de lactose; sem esquecer a suplementação com, entre outros, cobre, ferro e vitamina C, que possibilita o aumento da absorção intestinal de ferro. Em termos de critérios microbiológicos, e de acordo com o Regulamento da Comissão Europeia 1441/2007, a bactéria Salmonella deverá estar ausente em 25 g, as bactérias Cronobacter spp. e Enterobacteriaceae ausentes em 10 g e Bacillus cereus deverá apresentar uma concentração entre 50 e 500 UFC/g de amostra. A esterilização é necessária para a destruição completa ou remoção de todos os microrganismos em alimentos, de acordo com a Organização Mundial de Saúde. No grupo dos métodos fisicos de esterilização incluem-se as radiações ionizantes (e-beam, radiação gama) e não ionizantes (luz ultravioleta). A desinfeção por luz UV é um processo de transferência de energia eletromagnética da fonte para o organismo. Nesta transferência, os efeitos desta energia atingem o material genético dos organismos, afetando a sua capacidade de replicação. Geralmente, as bactérias Gram-negativas são as menos resistentes à radiação UV, seguidas das Gram-positivas, leveduras e esporos bacterianos. A luz UV pulsada funciona recorrendo a uma lâmpada de xénon capaz de produzir flashes várias vezes por segundo. Esta luz é rica em radiação UVC (UV germicida, com um comprimento de onda de 200 a 280 nm). A radiação ionizante tem como fonte eletrões de elevada energia, suficiente para penetrar uma grande variedade de materiais. Os eletrões interagem com as moléculas do material, gerando radicais livres. Assim são capazes de alterar polímeros, mas estes também destroem microrganismos pois atingem o DNA cromossomal e exercem um efeito secundário na membrana citoplasmática. A quantidade de radiação necessária para alcançar a completa e irreversível inativação de enzimas microbianos é demasiado alta e pode provocar efeitos indesejáveis, como por exemplo perdas nutricionais. Segundo a Organização Mundial de Saúde, a irradiação de alimentos com uma intensidade até 10 kGy é considerada segura para consumo humano. O estudo de novos métodos de esterilização de fórmula para lactentes é de vital importância. Em primeiro lugar, a República da Irlanda é um dos maiores produtores mundiais deste produto, cujas exportações atingem aproximadamente 10% do total mundial. O mercado mundial de comida infantil alcançou cerca de 55 mil milhões de dólares em 2015, com ênfase nos chamados mercados em desenvolvimento – América Latina, Ásia-Pacífico e Médio Oriente. Considerando a importância da indústria para o país, desenvolver um produto nutricionalmente relevante e seguro para consumo humano é o próximo passo a ser tomado Este projeto multidisciplinar investiga a qualidade microbiológica de duas marcas de fórmula para lactentes disponíveis para venda na República da Irlanda, e métodos de esterilização (luz UV pulsada, e-beam e irradiação gama) potencialmente aplicáveis na indústria de processamento de fórmulas e outro tipo de alimentação infantil e entérica, sem comprometer o seu valor nutricional. Neste estudo, foram utilizadas as seguintes estirpes: Cronobacter sakazakii NCTC 8155, Bacillus cereus NCTC 11145, Bacillus cereus NR3, Bacillus coagulans NB11, Listeria monocytogenes 7071 e uma estirpe de Bacillus isolada de uma preparação de formula para lactentes, à qual foi dado o nome de Bacillus cereus ALCR. Todas elas foram sujeitas a testes para confirmar a sua identidade. 10 g de fórmula para lactentes foram reconstituídos em 100 mL de água desionizada esterilizada. Para a preparação de amostras, as bactérias supracitadas foram diluídas em tampão PBS para uma concentração final de 109 UFC/mL (OD~2.0) a 560 nm. De modo a utilizar apenas os endósporos, as estirpes de Bacillus foram colocadas num banho a 63°C durante 30 minutos, com o objetivo de eliminar as células vegetativas. Para obter as amostras a tratar, 1 mL da suspensão bacteriana foi adicionada a 9 mL de fórmula ou PBS, conforme o meio desejado. As condições de tratamento das amostras com luz UV pulsada estão especificadas na Secção 4. Relativamente à inativação com e-beam e radiação gama, Cronobacter sakazakii e Listeria monocytogenes foram irradiadas com 0, 1,5 e 2 kGy e as estirpes de Bacillus com intensidades de 0, 2, 5 e 10 kGy. Testes realizados sugerem que ambas as marcas estão contaminadas com níveis inaceitáveis de microrganismos, e tais estirpes contaminantes são reduzidas quando a fórmula é irradiada. Estes microrganismos intrínsecos pertencem ao género Bacillus. Não foi possível demonstrar se tais estirpes são produtoras de enterotoxinas, uma vez que os kits de deteção de enterotoxinas BCET-RPLA não estavam disponíveis para venda na República da Irlanda aquando do estudo. Amostras de PBS e fórmula para lactentes reconstituída foram suplementados com quatro estirpes do género Bacillus, Cronobacter sakazakii e Listeria monocytogenes, e individualmente irradiadas com luz UV pulsada, e-beam e radiação gama. O tratamento com luz UV pulsada foi ineficaz contra todas as estirpes; contudo tanto o e-beam como a radiação gama descontaminaram com sucesso as amostras a níveis aceitáveis de carga microbiana. Serão necessários estudos futuros para avaliar a eficácia da radiação gama na descontaminação de fórmula para lactentes, uma vez que estas amostras não puderam ser irradiadas devido a risco de degradação. Após a irradiação, amostras de fórmula para lactentes foram sujeitas a avaliação nutricional para testar potenciais perdas nutricionais. Tal avaliação revelou que nenhuma das amostras sofreu alterações na sua composição devidas à irradiação, e que os padrões da Comissão Europeia no que diz respeito à composição da fórmula para lactentes foram respeitados.
As fórmulas para lactentes são produzidas pela adição de todos os seus componentes individuais a leite em pó, originando um produto não estéril. Embora as fórmulas para lactentes sofram pasteurização durante o processamento, pode ocorrer recontaminação durante o empacotamento e reconstituição. Assim, tais produtos apresentam um teor microbiológico tal que poderá causar doença em recém-nascidos e crianças. Os principais microorganismos encontrados em fórmula para lactentes em pó são Salmonella, Cronobacter spp. (Cronobacter sakazakii) e Bacillus cereus. Listeria monocytogenes é uma bactéria a ter também em atenção, pois não é normalmente encontrada no leite em pó mas pode estar presente na água com que se reidrata a fórmula. Neste trabalho deu-se ênfase às bactérias Bacillus cereus, Listeria monocytogenes e Cronobacter sakazakii. Bacillus cereus é uma bactéria Gram-positiva e anaeróbia facultativa, comummente encontrada no solo e na vegetação. É um espécie formadora de endósporos, que são estruturas resistentes a elevados calor e acidez e raios ultravioleta, sendo capaz de originar dois tipos de doença: os síndromes emético e diarreico. A sua patogenicidade deve-se à produção de fatores extracelulares tais como fosfolipase, cereulida, enterotoxina Hbl, toxina não-hemolítica (Nhe), hemolisina IV e está associada à indução da citotoxina de enterocolite necrótica (CytK). Listeria monocytogenes é um bacilo Gram-positivo, não formador de endósporos dotado de motilidade que tem sido isolado de diferentes espécies animais. Possui grande capacidade de crescer em ambientes hostis. A maior parte dos surtos de listeriose devem-se à pasteurização inadequada de laticínios, carnes de aves mal cozinhadas e alimentos prontos a comer. Até ao momento, 13 serotipos foram identificados e todos têm potencial para causar doença em seres humanos, contudo os mais prováveis de causar listeriose são os serotipos 4b, 1/2a e 1/2b. Relativamente a Cronobacter sakazakii, trata-se de um novo género onde se inclui a espécie antes designada como Enterobacter sakazakii. Conhecido pela sua resistência a stress osmótico, este bastonete Gram-negativo é o agente causador de uma rara infeção invasiva com taxa de mortalidade de 40% a 80% dos infetados infantis – bacterémia, meningite e enterocolite necrotizante, associadas com a ingestão de fórmula para lactentes. Pertence à família Enterobacteriaceae, a mesma de Escherichia coli. A composição nutricional de fórmulas para lactentes e fórmulas de transição segue, na Europa, critérios rígidos definidos pela Comissão Europeia, que por sua vez se baseou no artigo Global Standard for the Composition of Infant Formula: Recommendations of an ESPGHAN. Tal como esperado, a composição da fórmula para lactentes é baseado na composição do leite humano: 0,45g/100 mL a 0,7 g/100 mL de proteínas; um conteúdo energético de 60 a 70 kcal/100 mL; um total de hidratos de carbono entre 9 e 14 g/100 kcal, dos quais 4,5 g/100 kcal de lactose; sem esquecer a suplementação com, entre outros, cobre, ferro e vitamina C, que possibilita o aumento da absorção intestinal de ferro. Em termos de critérios microbiológicos, e de acordo com o Regulamento da Comissão Europeia 1441/2007, a bactéria Salmonella deverá estar ausente em 25 g, as bactérias Cronobacter spp. e Enterobacteriaceae ausentes em 10 g e Bacillus cereus deverá apresentar uma concentração entre 50 e 500 UFC/g de amostra. A esterilização é necessária para a destruição completa ou remoção de todos os microrganismos em alimentos, de acordo com a Organização Mundial de Saúde. No grupo dos métodos fisicos de esterilização incluem-se as radiações ionizantes (e-beam, radiação gama) e não ionizantes (luz ultravioleta). A desinfeção por luz UV é um processo de transferência de energia eletromagnética da fonte para o organismo. Nesta transferência, os efeitos desta energia atingem o material genético dos organismos, afetando a sua capacidade de replicação. Geralmente, as bactérias Gram-negativas são as menos resistentes à radiação UV, seguidas das Gram-positivas, leveduras e esporos bacterianos. A luz UV pulsada funciona recorrendo a uma lâmpada de xénon capaz de produzir flashes várias vezes por segundo. Esta luz é rica em radiação UVC (UV germicida, com um comprimento de onda de 200 a 280 nm). A radiação ionizante tem como fonte eletrões de elevada energia, suficiente para penetrar uma grande variedade de materiais. Os eletrões interagem com as moléculas do material, gerando radicais livres. Assim são capazes de alterar polímeros, mas estes também destroem microrganismos pois atingem o DNA cromossomal e exercem um efeito secundário na membrana citoplasmática. A quantidade de radiação necessária para alcançar a completa e irreversível inativação de enzimas microbianos é demasiado alta e pode provocar efeitos indesejáveis, como por exemplo perdas nutricionais. Segundo a Organização Mundial de Saúde, a irradiação de alimentos com uma intensidade até 10 kGy é considerada segura para consumo humano. O estudo de novos métodos de esterilização de fórmula para lactentes é de vital importância. Em primeiro lugar, a República da Irlanda é um dos maiores produtores mundiais deste produto, cujas exportações atingem aproximadamente 10% do total mundial. O mercado mundial de comida infantil alcançou cerca de 55 mil milhões de dólares em 2015, com ênfase nos chamados mercados em desenvolvimento – América Latina, Ásia-Pacífico e Médio Oriente. Considerando a importância da indústria para o país, desenvolver um produto nutricionalmente relevante e seguro para consumo humano é o próximo passo a ser tomado Este projeto multidisciplinar investiga a qualidade microbiológica de duas marcas de fórmula para lactentes disponíveis para venda na República da Irlanda, e métodos de esterilização (luz UV pulsada, e-beam e irradiação gama) potencialmente aplicáveis na indústria de processamento de fórmulas e outro tipo de alimentação infantil e entérica, sem comprometer o seu valor nutricional. Neste estudo, foram utilizadas as seguintes estirpes: Cronobacter sakazakii NCTC 8155, Bacillus cereus NCTC 11145, Bacillus cereus NR3, Bacillus coagulans NB11, Listeria monocytogenes 7071 e uma estirpe de Bacillus isolada de uma preparação de formula para lactentes, à qual foi dado o nome de Bacillus cereus ALCR. Todas elas foram sujeitas a testes para confirmar a sua identidade. 10 g de fórmula para lactentes foram reconstituídos em 100 mL de água desionizada esterilizada. Para a preparação de amostras, as bactérias supracitadas foram diluídas em tampão PBS para uma concentração final de 109 UFC/mL (OD~2.0) a 560 nm. De modo a utilizar apenas os endósporos, as estirpes de Bacillus foram colocadas num banho a 63°C durante 30 minutos, com o objetivo de eliminar as células vegetativas. Para obter as amostras a tratar, 1 mL da suspensão bacteriana foi adicionada a 9 mL de fórmula ou PBS, conforme o meio desejado. As condições de tratamento das amostras com luz UV pulsada estão especificadas na Secção 4. Relativamente à inativação com e-beam e radiação gama, Cronobacter sakazakii e Listeria monocytogenes foram irradiadas com 0, 1,5 e 2 kGy e as estirpes de Bacillus com intensidades de 0, 2, 5 e 10 kGy. Testes realizados sugerem que ambas as marcas estão contaminadas com níveis inaceitáveis de microrganismos, e tais estirpes contaminantes são reduzidas quando a fórmula é irradiada. Estes microrganismos intrínsecos pertencem ao género Bacillus. Não foi possível demonstrar se tais estirpes são produtoras de enterotoxinas, uma vez que os kits de deteção de enterotoxinas BCET-RPLA não estavam disponíveis para venda na República da Irlanda aquando do estudo. Amostras de PBS e fórmula para lactentes reconstituída foram suplementados com quatro estirpes do género Bacillus, Cronobacter sakazakii e Listeria monocytogenes, e individualmente irradiadas com luz UV pulsada, e-beam e radiação gama. O tratamento com luz UV pulsada foi ineficaz contra todas as estirpes; contudo tanto o e-beam como a radiação gama descontaminaram com sucesso as amostras a níveis aceitáveis de carga microbiana. Serão necessários estudos futuros para avaliar a eficácia da radiação gama na descontaminação de fórmula para lactentes, uma vez que estas amostras não puderam ser irradiadas devido a risco de degradação. Após a irradiação, amostras de fórmula para lactentes foram sujeitas a avaliação nutricional para testar potenciais perdas nutricionais. Tal avaliação revelou que nenhuma das amostras sofreu alterações na sua composição devidas à irradiação, e que os padrões da Comissão Europeia no que diz respeito à composição da fórmula para lactentes foram respeitados.
Description
Dissertação de mestrado, Biotecnologia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016
Keywords
Fórmula para lactentes Esterilização Luz UV pulsada E-beam Radiação gama