Ανάπτυξη και αξιολόγηση μαθηματικών μοντέλων πρόβλεψης της ανάπτυξης του Bacillus cereus σε παστεριωμένο γάλα
Creators: name: Ζάρρας, Φώτιος Δήμου-Ευαγγέλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Bacillus cereus
Παστεριωμένο γάλα
Μοντέλα πρόβλεψης της ανάπτυξης
Pasteurized milk
Growth models

description: Η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο την ανάπτυξη και αξιολόγηση μαθηματικών μοντέλων πρόβλεψης της ανάπτυξης στελεχών του Bacillus cereus group σε παστεριωμένο γάλα. Η επίδραση της θερμοκρασίας στο ρυθμό ανάπτυξης του Bacillus cereus μελετήθηκε σε Brain Heart Infusion (BHI) με τη χρήση του συστήματος μέτρησης οπτικής πυκνότητας Bioscreen C. Με τον τρόπο αυτό, εκτιμήθηκε η διαστελεχιακή παραλλακτικότητα σε συνολικά 30 στελέχη. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε ο υπολογισμός των θεμελιωδών παραμέτρων του δευτερογενούς μοντέλου, Cardinal Model with Inflection (CMI), και του βέλτιστου ειδικού ρυθμού ανάπτυξης (μopt) στο ΒΗΙ. Έπειτα, σπόρια από 4 ψυχρότροφα και 1 μεσόφιλο στέλεχος ενοφθαλμίστηκαν σε παστεριωμένο γάλα, για τη μελέτη της κινητικής τους συμπεριφοράς σε πραγματικές συνθήκες. Τα δεδομένα που προέκυψαν προσαρμόστηκαν στο πρωτογενές μοντέλο των Baranyi και Roberts (1994). Το μοντέλο ανάπτυξης για το καθένα από τα 5 στελέχη αξιολογήθηκε με βάση την ικανότητα πρόβλεψης των παρατηρούμενων τιμών κυτταρικής συγκέντρωσης. Για το σκοπό αυτό τα 5 στελέχη αυτά ενοφθαλμίστηκαν σε παστεριωμένο γάλα και η ανάπτυξή τους παρατηρήθηκε σε ένα στατικό και ένα δυναμικό θερμοκρασιακό προφίλ. Τα δεδομένα που προέκυψαν συγκρίθηκαν στα αντίστοιχα διαγράμματα παρατηρούμενων και προβλεπόμενων τιμών και αξιολογήθηκαν με βάση συντελεστές μεροληψίας και ακρίβειας. Από την ανάλυση των δεδομένων, καθίσταται εμφανής η σημαντική παραλλακτικότητα του Bacillus cereus group. Συγκεκριμένα, οι τιμές για την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξης κυμάνθηκαν μεταξύ 2,16 και 8,05 °C, για τη μέγιστη θερμοκρασία ανάπτυξης μεταξύ 37,65 και 48,49 °C και για τη βέλτιστη θερμοκρασία ανάπτυξης μεταξύ 33,84 και 42,31 °C. Αντίστοιχα, ο βέλτιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης μopt κυμάνθηκε μεταξύ 1,76 και 3,59 h-1. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι τα στελέχη μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο ομάδες με βάση την ελάχιστη θερμοκρασία ανάπτυξής τους. Έτσι, τα πιο ψυχρότροφα στελέχη με Tmin &lt;5 °C, διαχωρίζονται από εκείνα με Τmin &gt;5 °C. Όσον αφορά τις κινητικές παραμέτρους ανάπτυξης των 5 επιλεχθέντων στελεχών στο παστεριωμένο γάλα, η μικρότερη φάση προσαρμογής (λ) βρέθηκε ίση με 1,99 h, ενώ η μεγαλύτερη 2,86 h, ο υψηλότερος μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης ήταν ίσος με 3,04 h-1, ενώ ο μικρότερος 1,75 h-1 και η μεγαλύτερη δυνατή κυτταρική συγκέντρωση βρέθηκε ίση με 7,55 log CFU/mL, χωρίς να παρατηρείται, ωστόσο, κάποια σημαντική διαφοροποίηση από τα υπόλοιπα 4 στελέχη. Τέλος, τα πειράματα αξιολόγησης, υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες θερμοκρασίας, έδειξαν ότι τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν προέβλεψαν ικανοποιητικά την κινητική συμπεριφορά του Bacillus cereus group στo παστεριωμένο γάλα. Κατά συνέπεια, τα μοντέλα αυτά μπορούν να θεωρηθούν ως ένα χρήσιμο και αξιόπιστο εργαλείο για την αποτελεσματική εκτίμηση του κινδύνου πρόκλησης ασθένειας από τα παθογόνα στελέχη στο παστεριωμένο γάλα ή και της πιθανότητας αλλοίωσής του από τα αλλοιογόνα στελέχη.
description: The present thesis aims to develop mathematical models for predicting the growth of Bacillus cereus group strains in pasteurized milk. The effect of temperature on the growth rate of Bacillus cereus was studied in Brain Heart Infusion (BHI) using the Bioscreen C optical density measurement system. In this way, the interstrain variability in a total of 30 strains was estimated. Initially, the calculation of the cardinal parameters of the secondary model, Cardinal Model with Inflection (CMI), and of the optimal specific growth rate (μopt), in BHI, was performed. Then, spores from 4 psychrotrophic and 1 mesophilic strain were inoculated in pasteurized milk to study their growth kinetics in real conditions. The resulting data were adapted to the primary model of Baranyi and Roberts (1994). The growth model for each of the 5 strains was evaluated based on the ability to predict the observed cell concentration values. For this purpose, these 5 strains were inoculated in pasteurized milk and their growth was observed in a static and a dynamic temperature profile. The resulting data were compared on the corresponding observed and predicted values graphically and evaluated based on the bias and accuracy factors. From the data analysis, the significant variability of the Bacillus cereus group becomes apparent. In particular, the values for the minimum growth temperature ranged between 2.16 and 8.05 °C, for the maximum growth temperature between 37.65 and 48.49 °C and for the optimum growth temperature between 33.84 and 42.31 °C. Correspondingly, the optimal specific growth rate ranged between 1.76 and 3.59 h-1. Also, it was observed that strains can be grouped into two groups based on their minimum growth temperature. Thus, the most psychrotrophic strains with Tmin &lt;5 °C can be divided from those with Tmin &gt;5 °C. Regarding the kinetic parameters of growth of the 5 selected strains in pasteurized milk, the smallest lag phase was found equal to 1.99 h, while the highest 2.86 h, the highest maximum specific growth rate was equal to 3.04 h-1, while the smallest 1.75 h-1 and the highest cell concentration was found equal to 7.55 log CFU/mL, without, however, observing any significant differentiation from the other 4 strains. Finally, evaluation experiments, under static and dynamic temperature conditions, showed that the developed models predicted satisfactorily the kinetics of the Bacillus cereus group in pasteurized milk. Therefore, these models can be considered as a useful and reliable tool for effectively assessing the risk of disease caused by pathogenic strains in pasteurized milk and/or the possibility of its denaturation by spoilage strains.