Leuconostoc spoilage of refrigerated, packaged foods

Leuconostoc spp. are lactic acid bacteria (LAB) implicated in food spoilage, especially on refrigerated, modified atmosphere packaged (MAP) meats. The overall aim of this thesis was to learn more about Leuconostoc spp. as food spoilage organisms with a focus on commercial products where LAB spoilage is considered a problem and the main factor limiting shelf-life. Therefore, we aimed to identify Leuconostoc spp. involved in food spoilage, as well as to characterise the spoilage reactions they caused and their contamination sources during poultry meat processing. In addition, we examined the distribution of strains of Leuconostoc gasicomitatum in different food commodities. Finally, we analysed the genome content of L. gasicomitatum LMG 18811 with a special focus on metabolic pathways related to food spoilage. The findings show that Leuconostoc gelidum and L.gasicomitatum were responsible for the discoloration and off-odours developed in beef steaks. Together with Leuconostoc mesenteroides, these Leuconostoc spp., also cause spoilage of vegetable sausages. In contrast, we showed that Leuconostoc spp. are not important for the shelf-life or quality of non-marinated broiler products although, in marinated broiler fillet products, Leuconostoc spp., L.gasicomitatum in particular, are considered spoilage organisms. Furthermore, the findings of the contamination survey we carried out in a poultry processing plant indicated that spoilage Leuconostoc spp. are derived from the processing environment rather than from the broilers, and that air movement distributes psychrotrophic spoilage LAB, including leuconostocs, and has an important role in meat contamination during poultry processing. Pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) based genotyping of L. gasicomitatum strains demonstrated that certain genotypes are common in various meat products. In contrast, genotypes associated with meat were not recovered in vegetable-based sources. This suggests that these two food categories either become contaminated with, or favour the growth of different genotypes. Furthermore, the results indicated that the meat processing environment contributes to L. gasicomitatum contamination as certain genotypes were repeatedly identified from products of the same processing plant. Finally, the sequenced and annotated genome of L.gasicomitatum LMG 18811 allowed us to identify the metabolic pathways and reactions resulting in food spoilage.

Väitöstutkimus tarkastelee Leuconostoc-suvun maitohappobakteereita, jotka aiheuttavat säilyvyysongelmia ja laatuvirheitä erityisesti pakatuissa, kylmäsäilytetyissä lihatuotteissa. Pilaajabakteerin tunnistaminen on keskeinen osa pilaantumistutkimusta, sillä tietoa tarvitaan pyrittäessä löytämään keinoja säilyvyysongelmien ratkaisemiseksi ja ennaltaehkäisyyn.Tässä tutkimuksessa Leuconostoc gelidum-, Leuconstoc gasicomitatum- ja Leuconostoc mesenteroides-lajien bakteerit osoittautuivat naudanlihan ja kasvismakkaroiden säilyvyysongelmien aiheuttajiksi. Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että leukonostokit, erityisesti L. gasicomitatum voivat aiheuttaa marinoitujen broilertuotteiden nopean pilaantumisen. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella leukonostokit eivät kuitenkaan liity marinoimattomien broilertuotteiden pilaantumiseen. Havainto vahvistaa käsitystä siitä, että pilaantumistutkimuksissa pilaajien tuotekohtainen tunnistaminen on usein välttämätöntä. Leukonostokkien aiheuttamat pilaantumismuutokset kehittyvät bakteerisolujen tuottamien aineenvaihduntatuotteiden ym. yhdisteiden kertyessä elintarvikkeeseen tai niiden reagoidessa elintarvikkeen kanssa. Tässä tutkimuksessa leukonostokkien osoitettiin aiheuttavan mm. voimaisia ja etikkamaisia virhehajuja, värivirheitä, sekä liman ja kaasun kertymistä pakkauksiin. Näiden laatuvirheiden aineenvaihdunnallisiin taustoihin saatiin lisävahvistusta ja -valaistusta viidennen osatyön myötä, jossa kuvattiin marinoitujen broilertuotteiden pilaajaksi osoittautuneen L.gasicomitatum LMG 18811-kannan perimä (genomi). Genomin kuvaus on merkittävä ja välttämätön avaus genomiikkaan perustuvien tutkimusmenetelmien soveltamiselle tulevaisuuden pilaantumistutkimuksissa. Väitöstutkimuksen yhtenä osatavoitteena oli selventää, miten leukonostokit päätyvät broilertuotteisiin. Tulokset osoittavat, että broilereiden merkitys pilaajaleukonostokkien lähteenä on vähäinen. Sen sijaan leukonostokkeja löydettiin tuotantoympäristöstä otetuista ilmanäytteistä. Tulokset viittaisivat siihen, että leukonostokit siirtyvät lihaan käsittelyvaiheiden myötä. Lisäksi tulokset vahvistavat aiempia havaintoja siitä, että ilmavirtauksilla on keskeinen merkitys leukonostokkien levittäjänä tuotantotiloissa, ja korostavat, että tuotantohygienia ja prosessisuunnittelu ovat keskeisiä keinoja hallita leukonostokkeja elintarviketeollisuudessa. Tuotantoympäristön merkitys leukonostokkien lähteenä korostui myös neljännen osatyön tulosten perusteella tehdyistä havainnoista. Vuosien 1997-2008 välisenä aikana elintarvikkeista eristettyjen L. gasicomitatum-kantojen DNA-sormenjälkiin perustuva vertailu osoitti, että tietyt L.gasicomitatum-tyypit esiintyivät toistuvasti lihatuotteissa, jotka oli valmistettu samassa tuotantolaitoksessa. Tiettyjen L. gasicomitatum-tyyppien toistuva esiintyminen voi selittyä sillä, että ne päätyvät ympäristöstä herkästi tuotantotiloihin ja sitä kautta lihatuotteisiin, tai että ne kykenevät asettumaan elintarviketuotantotilohin. Lisäksi tämän aineiston pohjalta vaikuttaa siltä, että lihan pilaantumiseen liittyvät L.gasicomitatum-tyypit poikkeavat kasvistuotteista eristetyistä tyypeistä. Havaintoa selittävät bakteerikantojen erot niiden kyvyssä sopeutua erilaisiin kasvuympäristöihin