Development of an integrated methodology for complete and documented traceability and quality control of processed foods and its role in risk assessment for Public Health

Abstract

According to consumers’ requirements regarding food quality, food safety and food authentication considered to be crucial. The present study is divided in two parts: Part A. estimation of microbiological quality of Greek products and Part B. determination of their geographical origin. In present thesis molecular methods for microbiological quality and traceability of Greek PDO products were investigated. More specific, advanced omics technologies, which have led to development of “Food omics”, a discipline which study all aspects related to food and nutrition, were developed and performed. Part A: Food SafetyA major and important area of challenges regarding food safety, is microbiological safety of foodstuff. Thus, nowadays, due to the increasing interest of consumers, food quality systems tend to be more and more demanding, following new regulations and techniques. At first, a systematic review was conducted regarding possible risk factors for risk assessments, in correlation to foodborne pathogens, food type and production phase. This work provides an overview of current publications regarding microbiological risk factors and technology used for pathogens detection, with an insight on gaps identified. Then, identification and characterization of bacterial diversity of five complex and different food types in terms of food quality and safety aspect was executed. Standard culture-dependent methods for bacteria analysis of each food matrix and molecular technique, Next Generation Sequencing were performed. Finally, analysis of potential potential biological hazards and contamination points for risk assessment applied to production stages of two Greek PDO food products. Part B: Food TraceabilitySeveral independent agencies and quality authorities are looking for reliable tools for validating food products’ geographical origin and authenticity. Due to this demand and the impact befallen on public opinion when a food fraud incident appears, researchers try to address this issue with innovative and analytical approaches. Food products which hold a PDO or PGI quality scheme because of their uniqueness and economic impact become prone to adulteration. At first, a systematic review was conducted to analyze the correlation between food traceability and authentication and to record the lab-based methods used for food authentication or/and traceability. Afterwards, DNA-based approaches for studying bacteria microflora of food products and genomic DNA were performed and evaluated. In parallel, metabolomics techniques were selected to investigate potential markers for determination of food provenance. The proposing techniques are very promising either for estimating the microbiological quality or for determination of geographical origin of a food product.

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις των καταναλωτών σχετικά με την ποιότητα των τροφίμων, η ασφάλεια και η αυθεντικότητα των τροφίμων θεωρούνται ζωτικής σημασίας. Η παρούσα μελέτη χωρίζεται σε δύο μέρη: Μέρος Α. εκτίμηση της μικροβιολογικής ποιότητας των ελληνικών προϊόντων και Μέρος Β. προσδιορισμός της γεωγραφικής προέλευσής τους. Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν και διερευνήθηκαν μοριακές τεχνικές για την αξιολόγηση της μικροβιολογικής ποιότητας αλλά και για το προσδιορισμό της γεωγραφικής προέλευσης ελληνικών προϊόντων ΠΟΠ. Πιο αναλυτικά, αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν, προηγμένες τεχνολογίες omics, οι οποίες έχουν οδηγήσει στην δημιουργία του «Food omics», ενός κλάδου που μελετά όλες τις πτυχές που σχετίζονται με τα τρόφιμα και τη διατροφή.Μέρος Α: Ασφάλεια τροφίμωνΈνας σημαντικός και σημαντικός τομέας προκλήσεων όσον αφορά την ασφάλεια των τροφίμων, είναι η μικροβιολογική ασφάλεια. Έτσι, στις μέρες μας, λόγω του αυξανόμενου ενδιαφέροντος των καταναλωτών, τα συστήματα ποιότητας τροφίμων τείνουν να είναι όλο και πιο απαιτητικά, ακολουθώντας νέους κανονισμούς και στρατηγικές. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια συστηματική ανασκόπηση σχετικά με πιθανούς παράγοντες κινδύνου σε μια γραμμή παραγωγής, σε σχέση με τα τροφιμογενή παθογόνα, το είδος του τρόφιμου και το στάδιο παραγωγής. Αυτή η μελέτη παρέχει μια επισκόπηση των πρόσφατων δημοσιεύσεων σχετικά με τους μικροβιολογικούς παράγοντες κινδύνου και την μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση παθογόνων. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε αναγνώριση και χαρακτηρισμός των βακτηριακών πληθυσμών πέντε πολύπλοκων και διαφορετικών ειδών τροφίμων. Γι’ αυτό το σκοπό , πραγματοποιήθηκαν κλασσικές μικροβιολογικές καλλιέργειες και συγκρίθηκαν με την μοριακή τεχνική NGS (αλληλούχιση νέας γενιάς) . Τέλος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση των πιθανών βιολογικών κινδύνων και των σημείων επιμόλυνσης στη γραμμή παραγωγής ελληνικών ΠΟΠ προϊόντων.Μέρος Β: Ιχνηλασιμότητα τροφίμωνΗ ανάπτυξη και η εφαρμογή, επιστημονικά, αποδεδειγμένων τεχνικών που θα μπορούν να δώσουν αξιόπιστες απαντήσεις, όσον αφορά, την αυθεντικότητα ενός τρόφιμου είναι κρίσιμης σημασίας τόσο για τη βιομηχανία τροφίμων , αλλά και για τους καταναλωτές. Λόγω αυτής της ανάγκης, καθώς και του αντίκτυπου που υφίσταται στην κοινή γνώμη όταν εμφανίζεται ένα περιστατικό απάτης σε τρόφιμα, οι ερευνητές προσπαθούν να αντιμετωπίσουν αυτό το ζήτημα με καινοτόμες και αναλυτικές προσεγγίσεις. Τα τρόφιμα που διαθέτουν ένδειξη ΠΟΠ ή ΠΓΕ λόγω της μοναδικότητάς τους και των οικονομικών τους επιπτώσεων γίνονται επιρρεπή σε νοθεία. Αρχικά, διενεργήθηκε μια συστηματική ανασκόπηση για την ανάλυση της συσχέτισης μεταξύ της ιχνηλασιμότητας των τροφίμων και της πιστοποίησης ταυτότητας και για την καταγραφή των εργαστηριακών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο αυθεντικότητας ή/και την ιχνηλασιμότητα των τροφίμων. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν προσεγγίσεις με βάση το DNA για τη μελέτη της βακτηριακής μικροχλωρίδας των τροφίμων και του γονιδιωματικού DNA των τροφίμων. Παράλληλα, επιλέχθηκαν τεχνικές μεταβολομικής για τη διερεύνηση πιθανών δεικτών για τον προσδιορισμό της προέλευσης των τροφίμων.Οι προτεινόμενες τεχνικές είναι υποσχόμενες είτε για την εκτίμηση της μικροβιολογικής ποιότητας είτε για τον προσδιορισμό της γεωγραφικής προέλευσης ενός τρόφιμου.