Inactivation of Escherichia coli O157:H7 in radish and cabbage seeds by combined treatments of gaseous chlorine dioxide and mild wet heat

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to develop a method to completely eliminate Escherichia coli O157:H7 from radish and cabbage seeds without affecting germination rates using a high concentration of chlorine dioxide (ClO2) gas under mild wet heat (60°C and 85% relative humidity [RH]). ClO2 gas was spontaneously vaporized from a solution of 1 N hydrochloric acid (HCl) and sodium chlorite (NaClO2, 100,000 µg/mL). First, to generate a high concentration (up to 3,000 ppm) of ClO2 gas, the relationship between the HCl-NaClO2 solution volume and concentration of generated ClO2 gas was verified. Different volumes of HCl-NaClO2 solution (0.05–0.35 mL) were added to an airtight container (1.8 L), and after 5 min, the amount of generated ClO2 gas was measured; the HCl-NaClO2 solution volume and concentration of the generated ClO2 gas were found to be highly correlated (R2 = 0.9948). The relational expression (y = 5687x) obtained from the measured values was used to calculate the HCl-NaClO2 solution volumes required to generate ClO2 gas up to 3,000 ppm. Next, the combination treatment of highly concentrated ClO2 gas and mild wet heat (60°C and 85% RH) had no effect on the germination rates of radish and cabbage seeds. After exposing the seeds for up to 120 min to gaseous ClO2 of up to 3,000 ppm at 60°C and 85% RH, the germination rates did not differ significantly from those of untreated control seeds (P > 0.05). Finally, the sterilizing effect of ClO2 gas (1,000, 2,000, and 3,000 ppm) and mild wet heat (60°C and 85% RH) on Escherichia coli O157:H7 inoculated on radish or cabbage seeds was confirmed. When the seeds were treated with 1,000 ppm ClO2 gas for up to 120 min, the E. coli O157:H7 inoculated on both seeds (initial population ca. 6.8 and 6.9 log CFU/g, respectively) was significantly reduced (P ≤ 0.05) to ca. 2.8 and 1.2 log CFU/g, respectively, although not removed completely. However, after 90 min with 2,000 or 3,000 ppm ClO2 gas, the E. coli O157:H7 population on both seeds was decreased to the extent that it was undetectable even after enrichment. The results of this study provide useful information to develop a method to produce fresh seeds that are safe from foodborne pathogens.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 고농도의 이산화염소 기체와 mild wet heat (60°C의 온도와 85%의 상대습도)를 조합하여 무 그리고 양배추 종자의 발아율에는 영향을 주지 않으면서, 두 종자들에 존재하는 Escherichia coli O157:H7을 완전히 제거하는 기술을 개발하기 위해 수행되었다. 이산화염소 기체는 염산 (1N)과 sodium chlorite (100,000 µg/mL)가 혼합된 solution으로부터 자연기화해 발생되었다. Firstly, 고농도 (최대 3,000 ppm)의 이산화염소 기체를 발생시키기 위하여 HCl-NaClO2 solution의 양과 발생되는 이산화염소 기체 농도와의 관계를 확인하였다. 밀폐용기 (1.8 L) 내에 0.05 mL부터 0.35 mL까지 HCl-NaClO2 solution의 양을 달리해 주입시키고 이산화염소 기체를 각각 5 분간 발생시킨 결과, HCl-NaClO2 solution의 양과 발생된 이산화염소의 기체는 높은 상관관계를 보였다 (R2=0.9948). 측정한 값을 통해 얻은 관계식 (y=5687x)을 통하여 최대 3,000 ppm의 이산화염소 기체를 발생시키기 위한 HCl-NaClO2 solution의 양을 결정할 수 있었다. Next, 고농도의 이산화염소 기체와 mild wet heat (60°C의 온도와 85%의 상대습도)의 조합처리가 무 그리고 양배추 종자의 발아율을 저하시키는지 확인하였다. 무 그리고 양배추 종자들을 60°C의 온도와 85%의 상대습도에서 3,000 ppm의 기체에 최대 120분까지 노출시킨 후, 발아율을 측정한 결과 아무 처리하지 않은 control seeds의 발아율과 비교해 유의적으로 감소하지 않는 것을 확인하였다 (P > 0.05). finally, 이산화염소 기체 (1,000, 2,000, and 3,000 ppm)와 mild wet heat (60°C의 온도와 85%의 상대습도)의 조합처리의 무 또는 양배추 종자에 접종된 E. coli O157:H7에 대한 살균력을 확인하였다. 무 종자와 양배추 종자를 1,000 ppm의 이산화염소 기체로 120 분까지 처리하였을 때, 두 종자에 접종된 E. coli O157:H7 (초기 개체수 각각 ca. 6.8 and 6.9 log CFU/g)은 각각 2.8 and 1.2 log CFU/g으로 유의적으로 감소되었으나 (P ≤ 0.05) 완전히 제거되지는 않았다. 한편, 두 종자의 E. coli O157:H7은 2,000 또는 3,000 ppm의 이산화염소 기체에 의해 90 분 만에 enrichment후에도 검출되지 않을 정도로 감소하였다. 본 연구의 결과는 식중독균으로부터 안전한 신선채소의 종자를 생산하는 기술의 개발에 유용한 정보를 제공할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Literature review
• 2.1. Escherichia coli O157:H7 4
• 2.2. Chlorine dioxide 6
• Ⅲ. Materials and methods
• 3.1. Construction of airtight containers 7
• 3.2. Production of gaseous ClO2 7
• 3.3. Determination of the maximum concentration of gaseous ClO2 which does not affect seed germination rate 9
• 3.4. Lethality of combined treatment of gaseous ClO2 and mild wet heat against E. coli O157:H7 on radish and cabbage seeds 10
• 3.4.1. Bacterial strain and preparation of inoculum 10
• 3.4.2. Inoculation of radish and cabbage seeds with E. coli O157:H7 11
• 3.4.3. Treatment of E. coli O157:H7-inoculated radish and cabbage seeds with gaseous ClO2 and mild wet heat 12
• 3.5. Statistical analysis 13
• Ⅳ. Result and Discussion
• 4.1. Production of gaseous ClO2 14
• 4.2. Determination of the maximum concentration of gaseous ClO2 which does not affect seed germination rate 18
• 4.3. Lethality of combined treatment of gaseous ClO2 and mild wet heat against E. coli O157:H7 on radish and cabbage seeds 21
• Reference 26
• Acknowledgement 33