Development of risk assessment tools for Escherichia coli O157 in ground beef patties
Creators: name: Σταθάς, Λεονάρδος Στάθη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Προσδιορισμός επικινδυνότητας
Escherichia coli
Βοδινό κρέας
Risk Assessment
Beef

description: The applications of quantitative microbiological risk assessment (QMRA) for food safety-related purposes are rapidly evolving. As a contribution to the recent developments, a QMRA for Escherichia coli O157 in beef patties was developed, regarding the general European Union (EU) population. A two-dimensional Monte Carlo (or Second Order Monte-Carlo) approach is being presented as a novel tool for this endeavor. Hazard identification, hazard characterization, exposure assessment, and risk characterization were performed for the pathogen-food-host combination of interest. During exposure assessment, the stages of industrial processing, transportation, retail storage, domestic storage, and cooking in the domestic environment were considered. A systematic literature review was conducted in order to estimate the initial model parameters: prevalence and concentration of E.coli O157 in cattle feces. Most model parameters were populated by data from the literature, while for some, original data was incorporated (i.e., domestic refrigerator temperatures). Expert opinion was oftentimes adopted as a method of obtaining estimates for several model parameters which could not be otherwise approached, mostly during the processing module. This model was linked with a novel approach to dose-response assessment, namely a Pert distribution joint-uncertainty dose-response model. With this approach, multiple published dose-response models from the literature may be combined to form another model, which is characterized by the uncertainty of the individual dose-response equations. The QMRA model predicted a mean risk of illness of 5.43*10-6 (9.19*10-7 – 1.55*10-5 95% C.I. in terms of uncertainty), which ranged from 3.57*10-31 to 2.27*10-2 in the variability dimension. Mean estimated illnesses from E.coli O157 infection per 1 million people per year ranged between 1.235 and 127.985 in the uncertainty dimension, with a mean value of 40.157. Moreover, sensitivity analysis was performed, and variability in cooking preferences was found to be the most influential model parameter (r = -0.88), followed by dose-response related uncertainty (r = 0.51), and variability in the concentration of E.coli O157 at the time of introduction to the abattoir (r = 0.28). Various alternative scenarios were tested, from which, ‘improving the hygiene’ of cattle before entering the abattoir and ‘enhancing consumer preferences’ so that no products are consumed ‘rare’ were estimated to be the most effective in mitigating risk. E.coli O157-related illnesses rank among the highest among zoonosis diseases in the EU in terms of both prevalence and severity. Continuous effort should be invested into monitoring this hazard and further elucidating important causes/ parameters associated with it. In addition to presenting an updated estimation of beef patty-related E.coli O157 risk, this study may also assist in identifying the most important parameters upon which scientific inquiry may be directed, as well as those upon which real-world intervention strategies may be implemented.
description: Οι εφαρμογές του ποσοτικού μικροβιακού προσδιορισμού επικινδυνότητας (Quantitative Microbial Risk Assessment, QMRA) για την διαχείριση της ασφάλειας των τροφίμων εξελίσσονται ραγδαίως. Στην παρούσα μελέτη αναπτύχθηκε ένα μοντέλο QMRA για Escherichia coli O157 σε προ-συσκευασμένα μορφοποιημένα μπιφτέκια αποκλειστικά από βοδινό κιμά που μαγειρεύονται στο οικιακό περιβάλλον, για τον καταναλωτή (γενικός πληθυσμός) της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ). Για το μοντέλο που αναπτύχθηκε, εφαρμόστηκε η τεχνική προσομοίωσης Monte Carlo δεύτερης τάξης (second order Monte Carlo ή two-dimensional Monte-Carlo) για τον διαχωρισμό της παραλλακτικότητας και της αβεβαιότητας, ενώ η ανάπτυξη του μοντέλου πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον της γλώσσας προγραμματισμού R. Η αναγνώριση κινδύνου, ο χαρακτηρισμός κινδύνου, ο προσδιορισμός έκθεσης και ο χαρακτηρισμός επικινδυνότητας πραγματοποιήθηκαν για το συγκεκριμένο συνδυασμό παθογόνου-τροφίμου. Κατά τον προσδιορισμό έκθεσης, ελήφθησαν υπόψη τα στάδια της επεξεργασίας στο περιβάλλον του σφαγείου – βιομηχανίας τροφίμων, της διακίνησης με φορτηγά ψυγεία, της αποθήκευσης κατά το λιανεμπόριο, της αποθήκευσης στο οικιακό ψυγείο, αλλά και του μαγειρέματος. Συστηματική βιβλιογραφική ανασκόπηση πραγματοποιήθηκε προκειμένου να υπολογιστούν οι αρχικές παράμετροι του μοντέλου: η παρουσία και η συγκέντρωση του παθογόνου E.coli O157 σε περιττώματα βοοειδών. Οι περισσότερες παράμετροι του μοντέλου συμπληρώθηκαν με βιβλιογραφικά δεδομένα, ενώ για μερικές, πραγματοποιήθηκαν έρευνες πεδίου (θερμοκρασίες συντήρησης στο οικιακό ψυγείο). Η γνωμάτευση από ειδικούς συχνά χρειάστηκε να εφαρμοστεί ως μέθοδος απόκτησης εκτιμήσεων για μερικές παραμέτρους που δεν μπορούσαν ειδάλλως να προσδιοριστούν, κυρίως κατά το στάδιο της επεξεργασίας. Για τη σχέση δόσης-αντίδρασης, πολλαπλά μοντέλα δόσης-αντίδρασης από τη βιβλιογραφία συγχωνεύτηκαν ώστε να δημιουργηθεί ένα νέο, που χαρακτηρίζεται από την αβεβαιότητα όλων των επιμέρους εξισώσεων και περιεγράφηκε μέσω μίας Pert κατανομής. Το παρόν QMRA προβλέπει μια πιθανότητα ασθένειας της τάξης του 5,43*10-6 (9,19*10-7 – 1,55* 10-5 95% C.I. ως προς την αβεβαιότητα), που κυμαίνεται από 3,57*10-31 μέχρι 2,27*10-2 στην διάσταση της παραλλακτικότητας. Ο μέσος αριθμός τροφοδηλητηριάσεων από E.coli O157, ανά 1 εκατομμύριο άτομα ανά χρόνο, για το γενικό Ευρωπαϊκό πληθυσμό κυμαίνεται μεταξύ 1,235 και 127,985 στη διάσταση της αβεβαιότητας, με μέση εκτίμηση 40,157. Επίσης, πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας, και η παραλλακτικότητα κατά το μαγείρεμα βρέθηκε να είναι η πιο σημαντική παράμετρος (r = -0,88), ενώ ακολούθησαν η αβεβαιότητα από το μοντέλο δόσης-αντίδρασης (r = 0,51) και η παραλλακτικότητα στη συγκέντρωση του παθογόνου τη στιγμή της εισαγωγής στο σφαγείο (r = 0,28). Μεταξύ των διαφόρων εναλλακτικών σεναρίων που προσομοιώθηκαν, η βελτίωση της υγιεινής προτού τα ζώα εισέλθουν στο σφαγείο και η βελτίωση των καταναλωτικών συνηθειών ώστε να μην καταναλώνονται προϊόντα ανεπαρκώς μαγειρεμένα βρέθηκαν να είναι τα πιο αποτελεσματικά στη μείωση της επικινδυνότητας. Το παθογόνο E.coli Ο157 αποτελεί μία από τις σημαντικότερες αιτίες τροφοδηλητηριάσεων για την ΕΕ, τόσο σε θέμα συνολικών κρουσμάτων, όσο και σε θέμα σοβαρότητας αυτών. Συνεχής προσπάθεια πρέπει να πραγματοποιείται για την παρακολούθηση αυτού του κινδύνου και τον προσδιορισμό των σημαντικότερων παραγόντων που τον επηρεάζουν. Η παρούσα έρευνα παρουσιάζει τόσο μία ανανεωμένη εκτίμηση της επικινδυνότητας τροφοδηλητηρίασης από E.coli O157 σχετιζόμενη με την κατανάλωση βοδινού κιμά, όσο και τον προσδιορισμό των σημαντικότερων παραμέτρων στις οποίες θα μπορούσε να προσηλωθεί η επιστημονική έρευνα, αλλά και εκείνες στις οποίες θα μπορούσαν να εφαρμοστούν επεμβατικές ενέργειες.