Intrinsically antimicrobial active polymers to improve the hygienic conditions during processing and preparation of fresh meat

Abstract

The objective of this thesis was the investigation of the potential of intrinsically antimicrobial active polymers to improve the hygienic conditions in all steps of the processing and preparation of fresh meat, from the food industry to the domestic kitchen.<br /> The antimicrobial activity of the homopolymer poly(TBAMS) and the copolymer poly (TBAMS:acrylonitrile) [1:1] was screened against pathogenic and spoilage bacteria present on meat processing and preparation equipment. Further, the influence of conditions typical during the processing and preparation of fresh meat on the activity was analyzed. For these aspects, 837 samples containing poly(TBAMS) and 1587 references were investigated. To analyze the long-term activity 646 samples of three poly(TBAMS) containing materials (poly(TBAMS), poly(TBAMS:acrylonitrile), poly(TBAMS:4-vinylpyridine) were stored under three environmental conditions over a period of three years. The antimicrobial activity was screened at fixed intervals and the long-term activity of the polymers was modelled. Also, the activity of poly(TBAMS) incorporated into LLDPE was determined and compared via antimicrobial screening of two other antimicrobially treated boards (poly(TBAEMA), Microban^®). In three different scenarios typical during the preparation of meals in domestic kitchens, the effect on the transfer of pathogens between the cutting boards and food was compared between cutting boards with poly(TBAMS) and untreated material. The ability of the new polymer to reduce the colonization of surfaces was examined via comparing biofilms on 200 samples as well as references. Based on the overall results, the potential of intrinsically antimicrobial active materials to improve the hygienic conditions during the processing and preparation of fresh meat was assessed.<br /> The antimicrobial screenings showed the general potential of poly(TBAMS)-containing materials to improve the hygienic condition in the food chain. Good antimicrobial activity was proven against various bacteria. The activity was decreased marginally over a period of three years. Screenings identified different environmental and processing factors influencing the activity, which was differently pronounced for the individual bacteria strains. Thus, no effect on the activity against <em>L. monocytogenes</em> was proven while the effect against <em>P. fluorescens</em> was evident. However, a retarding effect, e.g. of lowering temperature, could be counteracted by prolonging the contact time. The LLDPE-board with 10 % poly (TBAMS) showed, in comparison to other antimicrobial treated polymeric boards, the greatest antimicrobial profile. However, the effect on cross-contamination of pathogenic bacteria was limited. Still, the same material suppressed or delayed respectively the formation of biofilms. Considering all results, the application of poly(TBAMS) in food contact materials bears the potential to improve the hygienic conditions during the processing and preparation of fresh meat, especially via affecting the persistence of bacteria on surfaces. For an effective application of poly(TBAMS) as food contact material further developments and legitimate validation is necessary.

<strong>Intrinsisch antimikrobielle Polymere zur Verbesserung der hygienischen Bedingungen bei der Verarbeitung und Zubereitung von frischem Fleisch</strong><br /> Ziel der Arbeit war es, das Potential intrinsisch antimikrobiell wirksamer Polymere zur Verbesserung der hygienischen Bedingungen in allen Stufen während der Verarbeitungs- und Zubereitungsprozesse in der fleischerzeugenden Kette zu untersuchen.<br /> Die antimikrobielle Aktivität des Homopolymers poly(TBAMS) und des Copolymers poly(TBAMS:Acrylnitril) wurde gegen verschiedene fleischspezifische Bakterien erfasst. Zudem wurde der Einfluss von relevanten Faktoren auf die Wirksamkeit analysiert. Hierfür wurden 837 Proben mit poly(TBAMS) und 1587 Referenzen ohne poly(TBAMS) getestet. Um die Langzeitaktivität zu untersuchen wurden 646 Proben von drei unterschiedliche Materialien (Poly(TBAMS), Poly(TBAMS:Acrylnitril), Poly(TBAMS:4-Vinylpyridin) bei verschiedenen Umweltbedingungen über einen Zeitraum von drei Jahren gelagert. Die Aktivität wurde in regelmäßigen Abständen untersucht und die Langzeitstabilität der Werkstoffe modelliert. In weiteren Untersuchungen wurde die Aktivität von Schneidebrettern mit poly(TBAMS) analysiert und mit der von anderen antimikrobiell Oberflächen (poly (TBAEMA), Microban^®) verglichen. In drei typischen Szenarien der häuslichen Zubereitung von frischem Fleisch wurde der Effekt von poly(TBAMS) auf den Transfer von pathogenen Keimen vom Schneidebrett auf das Lebensmittel untersucht. Der Einfluss von poly(TBAMS) auf die Biofilmbildung von Bakterien in Mono- und Mischkulturen wurde durch den Vergleich von Biofilmen auf 200 Proben sowie Referenzen geprüft. Basierend auf allen Ergebnissen wurde das Potential intrinsisch antimikrobiell aktiver Materialien zur Verbesserung der hygienischen Bedingungen bei der Verarbeitung und Zubereitung von Frischfleisch bewertet.<br /> Die antimikrobiellen Tests weisen ein Potential von poly(TBAMS)-haltigen Materialien auf die hygienischen Bedingungen währen der Verarbeitung und Zubereitung von Fleisch zu verbessern. Eine gute Aktivität wurde gegen verschiedene fleischspezifische Bakterien nachgewiesen. Die Aktivität nahm über einen Zeitraum von drei Jahren nur marginal ab. Das Screening identifizierte jedoch verschiedenen Faktoren, die die antimikrobielle Aktivität beeinflussen. So zeigte sich ein deutlicher Effekt auf die Aktivität gegen <em>P. fluorescens</em>, während bei <em>L. monocytogenes</em> keine Beeinflussung festgestellt wurde. Der negative Einfluss von niedrigeren Temperaturen konnte durch die Verlängerung der Kontaktzeit kompensiert werden. Obwohl die LLDPE-Schneidebretter mit 10 % poly(TBAMS) im Vergleich zu den anderen antimikrobiell ausgerüsteten Brettern das beste Aktivitätsprofil aufwiesen, war der Effekt auf die Kreuzkontamination von pathogenen Bakterien limitiert. Das gleiche Material unterdrückte bzw. verzögerte allerdings die Biofilmbildung. Poly(TBAMS) weist das Potential auf als Lebensmittelkontaktfläche die hygienischen Bedingungen bei der Verarbeitung von Fleisch zu verbessern, insbesondere durch die Wirkung auf die Persistenz der Bakterien auf Oberflächen. Eine weitere Entwicklung der Materialien sowie eine rechtliche Beurteilung sind für den effektiven Einsatz als Lebensmittelkontaktfläche erforderlich.