Transfer of antibiotics from goat's milk to cheese and whey

Abstract

[ES] La presencia de residuos de antibióticos en la leche y los productos derivados representa un riesgo para los consumidores. Límites Máximos de Residuos (LMRs) no se han fijado para los productos lácteos y la transferencia de antibióticos de la leche a la cuajada y al lactosuero durante el proceso de elaboración del queso apenas ha sido estudiada. El objetivo de esta tesis fue evaluar la transferencia de antibióticos de la leche al queso y lactosuero, así como la validación de las características de varios métodos de cribado para la detección de antibióticos en muestras de suero de leche. En el primer estudio, el objetivo fue validar un método UHPLC-HRMS multi-residuo utilizando el analizador Orbitrap ExactiveTM, para el cribado cuantitativo de antibióticos en muestras de leche, queso fresco y lactosuero de acuerdo con los criterios especificados en la Decisión 657/2002/CE de la Comisión. El estudio de distribución mediante el método UHPLC-HRMS indicó que la mayor parte de antibióticos se transfirieron principalmente de la leche a la fracción lactosuero (hasta el 85,9%) durante la elaboración de queso. Por tanto, los porcentajes de retención de antibióticos en la cuajada fueron inferiores al 50%, excepto en el caso del ceftiofur (59,7%) y la dicloxacilina (52,8%), y muy variables entre los distintos antimicrobianos. En la mayor parte de los casos, la distribución de medicamentos no se vio afectada por la concentración de antibióticos presente en la leche, y estuvo escasamente relacionada con la lipofilicidad de los antibióticos. En el segundo estudio, se evaluaron las características de diferentes métodos de detección de antibióticos en muestras de lactosuero de acuerdo con la Decisión 657/2002/CE de la Comisión. En primer lugar, la especificidad (porcentaje de falsos positivos) y la capacidad de detección (CCß) del método de detección de inhibidores Eclipse Farm provisto del dispositivo e-Reader y de los métodos de unión a receptores 3Aminosensor, Quinosensor, Twinsensor y Tylosensor se evaluaron en muestras de lactosuero de leche de cabras, obteniendo en general, resultados similares a los obtenidos cuando se aplican para el análisis de la leche. También se evaluaron tres bioensayos en placa microtiter y respuesta dicotómica, que contenían Bacillus subtilis, Geobacillus thermocatenulatus y Geobacillus thermoleovorans, respectivamente, para ser aplicados simultáneamente con los métodos comerciales basados en la utilización de Geobacillus. stearothermophilus var. calidolactis. Elevados valores de especificidad (98-100%) se obtuvieron cuando las muestras de lactosuero fueron tratadas térmicamente (85ºC, 10 min). Bacillus subtilis, con menores valores de CCß para quinolonas y macrólidos, fue la opción más interesante para mejorar el perfil de detección del Eclipse 100. En cuanto al sistema multiplaca Screening Test for Antibiotic Residues (STAR) que utiliza cinco microorganismos diferentes (Geobacillus stearothermophilus para betalactámicos y sulfonamidas, Bacillus subtilis para aminoglucósidos, Kocuria varians para macrólidos, Escherichia coli para quinolonas y Bacillus cereus para tetraciclinas) aplicado al lactosuero, presentó una elevada especificidad (>=98%) en la mayor parte de casos. Los valores de CCß obtenidos con el protocolo STAR en muestras de lactosuero superan el LMR establecido en la leche, aunque podría representar una adecuada herramienta en la etapa de post-cribado y reducir el número de muestras destinadas al análisis cuantitativo por LC-MS/MS. La producción de queso a partir de leche con antibióticos genera residuos en el lactosuero. Por tanto, adecuados métodos de cribado para la detección de residuos de antibióticos en este importante subproducto de la elaboración del queso permitirían el establecimiento de una apropiada estrategia de control para prevenir la presencia de antibióticos en el lactosuero y, así, evitar los posibles efectos

[CA] La presència de residus d'antibiòtics en la llet i els productes derivats representa un risc per a la salut del consumidor. Límits Màxims de Residus (LMRs) no s'han fixat per als productes lactis i la transferència d'antibiòtics de la llet al formatge i al sèrum durant el procés d'elaboració del formatge quasi no s'ha estudiat. L'objectiu d'aquesta tesi va ser avaluar la transferència d'antibiòtics de la llet a les fraccions formatge i sèrum, així com la validació de la resposta de diversos mètodes per a la detecció d'antibiòtics en mostres de sèrum de llet. En el primer estudi, l'objectiu va ser validar un mètode UHPLC-HRMS multi-residu utilitzant l'analitzador Orbitrap ExactiveTM, per al garbellat quantitatiu d'antibiòtics en mostres de llet, formatge fresc i sèrum, d'acord amb els criteris especificats en la Decisió 657/2002/CE de la Comissió. L'estudi de partició utilitzant UHPLC-HRMS mètode va indicar que la major part d'antibiòtics es van transferir principalment de la llet a la fracció sèrum de llet (fins al 85,9%) durant l'elaboració de formatge. Per tant, els percentatges de retenció d'antibiòtics en la quallada van ser inferiors al 50%, excepte en el cas del ceftiofur (59,7%) i la dicloxacilina (52,8%), i molt variables entre els diferents fàrmacs. En la majoria dels casos, la distribució de medicaments no es va veure afectada per la concentració d'antibiòtics present en la llet per a la producció de formatge, i va estar escassament relacionada amb la lipofilicitat dels antibiòtics. En el segon estudi, es van avaluar les característiques de diferents mètodes de detecció d'antibiòtics en mostres de sèrum d'acord amb la Decisió 657/2002/CE de la Comissió. L'especificitat (percentatge de falsos positius) i la capacitat de detecció (CCß) d'una prova d'inhibició microbiana (Eclipse Farm acoblat al dispositiu e-Reader) i d'assajos d'unió a receptors (3Aminosensor, Quinosensor, Twinsensor i Tylosensor) es van avaluar en mostres de sèrum de llet de cabra, obtenint en general, resultats similars als obtinguts quan s'apliquen per a l'anàlisi de la llet. Es van avaluar tres bioassatjos en placa microtiter i resposta dicotòmica, que contenien Bacillus subtilis, Geobacillus thermocatenulatus i Geobacillus thermoleovorans, respectivament, per a ser aplicats simultàniament amb els mètodes comercials basats en la utilització de Geobacillus stearothermophilus var. calidolactis. Elevats valors d'especificitat (98-100%) es van obtindre quan les mostres de sèrum van ser tractades tèrmicament (85°C, 10 min). Bacillus subtilis, amb menors valors de CCß per a quinolones i macròlids, va ser l'opció més interessant per a millorar el perfil de detecció del mètode Eclipse 100. Respecte al sistema multiplaca Screening Test for Antibiotic Residues (STAR) que utilitza cinc microorganismes diferents (Geobacillus stearothermophilus per a betalactàmics i sulfonamides, Bacillus subtilis per a aminoglucòsids, Kocuria varians per a macròlids, Escherichia coli per a quinolones i Bacillus cereus per a tetraciclines), va presentar una elevada especificitat (>=98%) en la major part de casos. Els valors de CCß obtinguts amb el protocol STAR en mostres de sèrum superen el LMR establit en llet. No obstant això, aquest mètode podria convertir-se en una eina adequada en el post-garbellament per a la identificació preliminar dels residus d'antibiòtics presents en el sèrum de llet i reduir el nombre de mostres destinades a l'anàlisi quantitativa per LC-MS/MS, que és un mètode més complex i car. La producció de formatge a partir de llet amb antibiòtics genera residus en el sèrum. L'adequada prestació dels mètodes de garbellat per a la detecció de residus d'antibiòtics en aquest subproducte d'elaboració del formatge permetria l'establiment d'una estratègia de control per a evitar el risc derivat de la presència d'aquestes substàncies en el sèrum, amb efectes negatius sobre la

[EN] The presence of antibiotic residues in milk and dairy products poses a risk for consumer health, mainly the development of antimicrobial resistance. Maximum Residue Limits (MRLs) for veterinary drugs have not been established for dairy products. Furthermore, the transfer of antibiotics from milk to cheese and whey fractions during cheese-making has been scarcely studied and, therefore, the impact of the use of whey containing antibiotics for the manufacture of foodstuffs for human and animal consumption is unknown. The aim of this thesis was to evaluate the transfer of antibiotics from milk to cheese and whey fractions, as well as the validation of the performance of several methods to screen antibiotics in whey samples. In the first study, a multiresidue UHPLC-HRMS method using the Orbitrap ExactiveTM analyser for the quantitative screening of antibiotics in milk, fresh cheese, and whey samples was validated according to Commission Decision 2002/657/EC, using samples from three different dairy matrices (milk, fresh cheese and whey) from cows, sheep and goats. The partitioning study by UHPLC-HRMS method indicated that most antibiotics were mainly transferred from milk to whey fraction (up to 85.9%) during cheese-making. Thus, retention rates in the rennet curd fraction were lower than 50%, except for ceftiofur (59.7%) and dicloxacillin (52.8%), and very variable between drugs. In most cases, drug distribution was unaffected by the antibiotic concentration present in milk for cheese production and was poorly related to the drug lipophilicity. In the second study, the performance of different methods for screening antibiotics in whey samples was evaluated in accordance with Commission Decision 2002/657/EC, by conducting three experiments focused on commercially available screening tests, microtiter plate bioassays, and a semi-quantitative multi-plate system, respectively. Specificity (false-positive rate) and Detection Capability (CCß) of a microbial inhibitor test (Eclipse Farm coupled to e-Reader device) and receptor-binding assays (3Aminosensor, Quinosensor, Twinsensor, and Tylosensor) were evaluated in whey samples from goats, having in general, similar results than those obtained when they are applied for milk analysis. Three microtiter plate bioassays with dichotomous response containing Bacillus subtilis, Geobacillus thermocatenulatus and Geobacillus thermoleovorans, respectively, were evaluated simultaneously with commercially available tests using Geobacillus stearothermophilus var calidolactis. High specificity values (>=98%) were obtained when whey samples were heat treated (85ºC, 10 min) prior to analysis. Bacillus subtilis, having lower CCß values for quinolones and macrolides, was the most interesting option to improve the detection profile of the Eclipse 100. Regarding the multiplate system Screening Test for Antibiotic Residues (STAR) using Geobacillus stearothermophilus for ß-lactams and sulfonamides, Bacillus subtilis for aminoglycosides, Kocuria varians for macrolides, Escherichia coli for quinolones and Bacillus cereus for tetracyclines, high specificity values (>=98%) were obtained in most cases. The CCß values obtained using the STAR protocol in whey samples exceed the MRL established in milk for most of the substances considered. However, this method could become an adequate tool in post-screening and reduce the number of samples destined for the quantitative analysis by LC-MS/MS, which is a more complex and expensive method. The production of cheese using milk containing antibiotics generates drug residues in whey. Thus, the suitable performance of screening methods for the detection of veterinary drug residues in this cheese-making by-product will allow the establishment of an adequate control strategy to prevent the presence of antibiotic residues in whey and to avoid the hazards associated to human and animal health and environment.