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Theses Year : 2008

Quantitative risk assessment model of human salmonellosis linked to the consumption of ground beef

Appréciation du risque de contamination de l'homme par des Salmonella spp à partir de produit d'origine bovine : viande hachée

Abdunaser Dayhum
  • Function : Author

Abstract

Salmonellae are one of the most important causes of foodborne illness associated with raw dairy products. The assessment of the real risk associated with the consumption of these products is needed and the most appropriate method to achieve this goal is the risk analysis process which links pathogens in food to the public health problem. The main aim of this thesis is to quantitatively assess the risk of human salmonellosis linked to the consumption of ground beef. A data gap that is routinely identified in risk assessment is the lack of quantitative data on pathogens contaminated food. Therefore, as a first objective of this thesis, we developed a rapid, sensitive and reliable method for the quantification of Salmonella in artificially contaminated bovine fecal samples. The method combines the principles of most-probable-number (MPN) method with a real-time PCR assay. With this developed assay (MPN-real-time PCR) low levels of Salmonella (1-5 CFU/mL) in fecal could be enumerated after 8 h of non-selective enrichment in buffered peptone water. All estimated MPN counts corresponded well to the estimated contamination level of Salmonella inoculated into fecal samples. In order to evaluate the utility of this developed quantification assay, our second objective was to apply it to naturally contaminated fecal samples collected from slaughterhouse located in Meaux, France weekly in February and March 2006 (an average of 40 samples per visit). 9.12% (27/296), and 34.62% (9/26) fecal and environmental samples, respectively, were found Salmonella-positive, with estimated MPN values or counts of Salmonella ranging from <1.8 - 1609 MPN/g of fecal samples. The mean of the log10 concentration of Salmonella is 0.6189 MPN/g with standrdard deviations of 2.7112 by using the censored regression approach. Counts were generally low, with the exception of 6 animals (>1400 MPN/g), while all the other 21 Salmonella positive animals had faeces with less than 80 MPN/g (from them 13 animals with MPN values <1.8 MPN/g. The prevalence of Salmonella showed no significant difference (p=1) between French (8.63%, 17/197) and Belgian cattle (10%, 10/99). Furthermore, neither the animals' area of origin (p=0.75), age (p=0.18), race (p=0.94), breed (p=0.23), or movement of the animal (p=0.89) had any impact on the prevalence of Salmonella. The application of the MPN-real-time PCR assay for quantifying Salmonella in fecal proved to be rapid, easy-to-perform and highly sensitive. In the assessment of potential risks associated with Salmonella in ground beef it was necessary to examine the ability of Salmonella to grow in ground beef. Therefore, we presented in this thesis as a third objective, model of a growth / no growth interface of Salmonella in ground beef. A growth/no growth data were modeled by logistic polynomial regression on the available growth data for Salmonella in ground beef in published papers and all the data related to ground beef in ComBase in order to lead us to an accurate description of the conditions that Salmonella can growth / no growth. The overall results indicate clearly that the temperature is the most important and the only factor significant in the study. There was no growth observed at temperature less than 10°C. Where as the temperature 10°C and 12°C are the only temperature; we did observe growth / no growth (sometimes with the same conditions). Even though pH and water activity are important factors for microbial growth, in our study they have no effect due to meat structure. Finally, a quantitative risk assessment of human salmonellosis linked to the consumption of ground beef is presented. Different distributions were assumed for the parameters of the model and a Monte Carlo simulation was used to model the process and to quantify the risk associated with the consumption of 100 g serving of ground beef patty. The expected percentage of ground beef patties with contamination greater than 5, 10 and 100 Salmonella cells were 29%, 17.1% and 0.02%, respectively at the time of consumption. The risk of salmonellosis per 100 g serving ranged from 0 to 2.33E-06 dependent on the type of cooking and the fat content. For 10 million servings of 100g, the expected number of cases of salmonellosis predicted by the model is in average of 11.04, 12.33 for fat content 7% and 24% respectively. The risk of salmonellosis was closed to zero when the 100 g serving ground beef patties consumed well done. The relative risk of getting salmonellosis from consumed the rare ground beef patties is 312, 61 times higher for fat content 7% and 24% respectively comparing to the consumption of well done patties. There are 35 batches with cases out of 2000 batches (1.8%). 15 of them have 2 cases or more (0.75%, 15/2000). Despite the limitations and the data gap, we demonstrated the benefit of risk assessment not only as a risk evaluation tool but also as a helping device in the decision-making and the risk management.
Les salmonelles sont l'une des causes les plus importantes de maladie transmise par les produits laitiers crus. L'appréciation du risque associé à la consommation de ces produits est nécessaire et la méthode la plus appropriée pour réaliser ce but est l'utilisation du processus d'analyse de risque qui associe les microbes pathogènes dans l'aliment au problème de santé publique. Le but principal de cette thèse est donc d'évaluer quantitativement le risque de salmonellose humaine lié à la consommation de viande hachée. Les lacunes qui sont en général identifiées pour l'appréciation des risques sont le manque de données quantitatives sur les microbes pathogènes contaminant les aliments. Donc, comme premier objectif de cette thèse, nous avons développée une méthode rapide, sensible et fiable pour la quantification des salmonelles dans les échantillons fécaux bovins artificiellement contaminés. La méthode a combiné les principes de la méthode du nombre-le plus-probable (NPP) avec une analyse PCR en temps réel. Avec cette analyse (NPP-PCR en temps réel) fiable niveau de la contamination (1-5 ufc/mL) du fécal peut être énuméré après 8 h d'enrichissement non-sélectif dans l'eau peptone tamponée. Toutes les valeurs de nombre le plus probable ont bien correspondu au niveau estimé de contamination des salmonelles inoculées dans les échantillons fécaux. Afin d'évaluer l'utilité de cette analyse de quantification, notre deuxième objectif était de l'appliquer aux échantillons fécaux naturellement contaminés recueillis de l'abattoir trouvé dans Meaux, la France chaque semaine en février et le mars de 2006 (une moyenne de 40 échantillons par visite). 9.12 % (27/296) et 34.62 % (9/26) les échantillons fécaux et de l'environnement, respectivement, ont été trouvés positif de salmonella, avec les valeurs de NPP estimées ou les comptes de Salmonella aux limites de <1.8 - 1609 MPN/g d'échantillons fécaux. The moyen de la concentration log10 de Salmonella est 0.6189 MPN/g avec les déviations standrdard de 2.7112 en utilisant l'approche de rétrogradation censurée. Les comptes étaient généralement bas, à l'exception de 6 animaux (> 1400 MPN/g), pendant que tous les autres 21 Salmonella les animaux positifs avait des matières fécales avec moins de 80 MPN/g (d'eux 13 animaux avec les valeurs de MPN <1.8 MPN/g. La prédominance de Salmonella n'a montré aucune différence significative (p=1) entre le français (8.63 %, 17/197) et bétail belge (10 %, 10/99). En outre, aucun la région des animaux d'origine (p=0.75), l'âge (p=0.18), la course (p=0.94), la race (p=0.23), ou le mouvement de l'animal (p=0.89) n'avait aucun impact sur la prédominance de Salmonella. L'application de l'essai de PCR NPP-en-temps-réel pour quantifier la Salmonella dans fécal s'est avérée être rapide, facile à exécuter et extrêmement sensible. Dans l'appréciation de risques potentiels associés à la Salmonella dans la viande hachée il était nécessaire d'examiner la capacité des salmonelles à se développer dans la viande hachée. Donc, nous avons présenté dans cette thèse comme un troisième objectif, le modèle d'une croissance / aucune interface de croissance de Salmonella dans la viande hachée. Des données de croissance / non croissance ont été modelées par la rétrogradation de polynôme logistique sur les données de croissance disponibles pour la Salmonella dans la viande hachée dans les papiers publiés et toutes les données rattachées a la viande hachée dans ComBase nous mènent afin d'à une description exacte des conditions que la Salmonella ne peut la croissance / aucune croissance. Les résultats généraux indiquent clairement que la température est la plus importante et le seul facteur significatif dans l'étude. Il n'y avait aucune croissance observée à la température moins que 10°C. Où comme la température 10°C et 12°C sont la seule température; nous n'avons vraiment observé la croissance / aucune croissance (quelquefois avec les mêmes conditions). Bien que pH et l'activité d'eau soient des facteurs importants pour la croissance microbienne, dans notre étude ils n'ont aucun effet en raison de la structure de viande. Finalement, un modèle d'appréciation du risque de salmonellose humaine liée à la consommation viande haché est présentée qui est basée sur les résultats des objectifs précédemment mentionnés dans cette thèse. Différentes distributions ont été posées en hypothèse pour des paramètres du modèle et une simulation de Monte Carlo a été employée pour modeler le processus et pour mesurer le risque lié à la consommation de la portion de 100 g de bœuf haché. Le pourcentage attendu de portions de bœuf haché avec la contamination plus grande que 5, 10 et 100 cellules de Salmonella était 29 %, 17,1 % et 0,02 %, respectivement au moment de la consommation. Le risque de salmonellose par portion de 100g varie de 0 à 2,33 x 10-6 en fonction au type de cuisson et de la teneur en matière grasse. Pour 10 millions de portions de 100 g, le nombre attendu de cas de salmonellose prévu par le modèle est en moyenne 11, 12 pour les teneurs en matière grasse 7 % et 24. Le risque de salmonellose par portion de 100g varie de 0 à 2,33 x 10-6 en fonction au type de cuisson et de la teneur en matière grasse. Le risque de salmonellose est proche de zéro quand le bœuf haché est consommé bien cuit. Le risque relatif de salmonellose avec le bœuf haché saignant est 312 ou 61 fois plus élevé pour les teneurs 7 % et 24 % en matière grasse par comparaison avec la viande hachée bien cuit. Il y a 35 lots sur 2000 qui provoquent des cas (1,8 %). Quinze d'entre eux causent 2 cas ou plus (0,75 %, 15/2000).
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Dates and versions

pastel-00003795 , version 1 (02-12-2008)

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  • HAL Id : pastel-00003795 , version 1

Cite

Abdunaser Dayhum. Quantitative risk assessment model of human salmonellosis linked to the consumption of ground beef. domain_other. AgroParisTech, 2008. English. ⟨NNT : 2008AGPT0036⟩. ⟨pastel-00003795⟩

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