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In vitro characterization of Shiga toxinproducing and generic Escherichia coli in respect of cheese production-relevant stresses

In vitro Charakterisierung von Shigatoxin-produzierenden und generischen Escherichia coli im Hinblick auf mit der Käseproduktion assoziierte Stressfaktoren

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Affiliation
1 Institute for Food Safety and Hygiene, Vetsuisse Faculty University of Zurich, Winterthurerstrasse 272, 8057 Zurich , Switzerland
2 Agroscope Liebefeld-Posieux, Schwarzenburgstrasse 161, 3003 Bern , Switzerland
3 E. coli Reference Laboratory (LREC), University of Santiago de Compostela, 27002, Lugo , Spain

Address of corresponding author
PD Dr. Claudio Zweifel
Institute for Food Safety and Hygiene
Vetsuisse Faculty University of Zurich
Winterthurerstrasse 272
CH-8057 Zurich
Switzerland
zweifelc@fsafety.uzh.ch

J. Food Safety Food Qual. 2012 , 63(5), 136–141; https://doi.org/10.2376/0003-925X-63-136
Abstract

Forty-one Escherichia (E.) coli strains from raw milk cheese, including 26 Shiga toxin-producing strains (STEC), and six STEC strains from cattle feces were  characterized in respect of cheese production-relevant stress (thermal inactivation, glucose-repressed oxidative acid resistance system, acidic and osmotic stress). Of all 47 E. coli isolates, seven generic E. coli strains showed an increased heat  tolerance (55 °C, 15 min) and 20 strains (STEC and generic E. coli) exhibited a  survival rate of ≥10 % (pH 2.5, 2 h) with induced oxidative acid resistance system. Besides, growth was observed for all E. coli strains at pH or aw values commonly found in (semi-hard) cheese (pH=5.2, aw=0.970), whereas counts tended to decrease at a pH value of 4.5 or an aW value of 0.942. Overall, no clear and universal differences between STEC and generic E. coli strains were found. The large strain variations observed in respect of the applied stresses within this strain collection do not indicate a shared feature amongst our E. coli strains that may be beneficial for their survival in raw milk cheese. It remains to be elucidated if there are key factors enabling the survival of E. coli and in particular STEC during production of raw milk cheese or if differences in the production process are more important.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurden 41 Escherichia (E.) coli-Stämme aus Rohmilchkäse, einschliesslich 26 Stämmen von Shigatoxin-bildenden Escherichia coli (STEC), sowie sechs STEC-Stämme aus Rinderkot auf das Verhalten gegenüber Hitzestress, Säurestress und osmotischem Stress untersucht. Eine erhöhte Hitze-toleranz (55 °C, 15 min) wurde bei sieben generischen E. coli-Stämmen festgestellt. Mit induziertem oxidativem Säureresistenzsystem zeigten 20 Stämme (STEC und generische E. coli) nach 2 h bei pH 2.5 Überlebensraten von ≥10 %. Zudem lag bei einem pH-Wert von 5.2 oder einem aw-Wert von 0.970 für alle E. coli-Stämme Wachstum vor, während sich die Stämme bei einem pH-Wert von 4.5 oder einem aw-Wert von 0.942 nicht mehr an den jeweiligen Stress adaptieren konnten. Insgesamt zeigten sich dabei keine eindeutigen Unterschiede zwischen STEC und generischen E. coli. Die grossen Stammvariabilitäten gegenüber den untersuchten Stressfaktoren innerhalb dieses Stammkollektivs sprechen gegen einen gemeinsamen Faktor, der das Überleben von E. coli in Rohmilchkäse begünstigt. Es bleibt abzuklären, ob solche Schlüsselfaktoren für das Überleben von E. coli und insbesondere STEC während der Rohmilchkäseproduktion existieren oder ob Unterschiede im Herstellungsprozess diesbezüglich von grösserer Bedeutung sind.

Keywords
Shiga toxin-producing Escherichia coli
heat stress
acid stress
osmotic stress
raw milk cheese
Schlüsselwörter
Shigatoxin-bildende Escherichia coli
Hitzestress
Säurestress
osmotischer Stress
Rohmilchkäse
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