Microbiological risk assessment in food processing

1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 M. Brown, Unilever Research, Sharnbrook and M. Stringer, Campden and Chorleywood Food Research Association, Chipping Campden 1.1 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 The evolution of microbiological risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . 5 S. Notermans and A. W. Barendsz, TNO Nutrition and Food Research Institute, Zeist and F. Rombouts, Wageningen Universiteit 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Historical aspects of safe food production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 The evolution of food safety systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.4 International food safety standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.5 Present and future uses of microbiological risk assessment . . 29 2.6 List of abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Part I The methodology of microbiological risk assessment . . . . . . . 45 3 Microbiological risk assessment (MRA): an introduction . . . . . . 47 J. L. Jouve, Ecole Nationale Ve´te´rinaire de Nantes 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.2 Key steps in MRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3 Hazard identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.4 Hazard characterisation/dose–response assessment . . . . . . . . . . . 54 3.5 Exposure assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.6 Risk characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4 Hazard identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 M. Brown, Unilever Research, Sharnbrook 4.1 Introduction: the importance of correct hazard identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.2 What is hazard identification? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.3 What hazard identification should cover and produce as an output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.4 What to do in hazard identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.5 Key information in hazard identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.6 Tools in hazard identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.7 Microbial hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.8 Identifying the origin and distribution of microbial hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.9 Changes in microbial hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.10 Other biological hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5 Hazard characterization/dose–response assessment . . . . . . . . . . . . . 77 S. B. Dennis, M. D. Milotis and R. L. Buchanan, US FDA, College Park 5.1 Introduction: key issues in hazard characterization . . . . . . . . . . . 77 5.2 Types of dose–response data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.3 Modeling dose–response relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.4 Problems in hazard characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.5 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.6 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6 Exposure assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 M. Brown, Unilever Research, Sharnbrook 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.2 The role of exposure assessments in microbiological risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.3 What’s in an exposure assessment? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.4 Who should do an exposure assessment and when? . . . . . . . . . . 109 6.5 Building up supply chain data for an exposure assessment . . 109 6.6 Sources of information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 6.7 Types of data used in an exposure assessment . . . . . . . . . . . . . . . 1146.8 The output of an exposure assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 7 Risk characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 P. Voysey, K. Jewell and M. Stringer, Campden and Chorleywood Food Research Association, Chipping Campden 7.1 Introduction: key issues in risk characterisation . . . . . . . . . . . . . . 127 7.2 Risk characterisation requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 7.3 Risk characterisation methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.4 Quantitative and qualitative outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 7.5 Risk characterisation in practice: some examples . . . . . . . . . . . . 147 7.6 Current problems and future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8 Risk communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 R. Mitchell, Public Health Laboratory Service, London 8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 8.2 The concept of risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 8.3 Risk perception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 8.4 The concept of communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 8.5 Risk communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 8.6 The future of risk communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 8.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Part II Implementing microbiological risk assessments . . . . . . . . . . . . 173 9 Implementing the results of a microbiological risk assessment: pathogen risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 M. Van Schothorst, Wageningen University 9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 9.2 Establishing food safety objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 9.3 Developing food safety management strategies . . . . . . . . . . . . . . 181 9.4 Establishing microbiological criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 9.5 Problems in implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 9.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 9.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 9.8 Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 10 Tools for microbiological risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 T. Wijtzes, Wijtzes Food Consultancy, Gorinchem 10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 10.2 Qualitative tools for risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 10.3 Predictive modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 10.4 Tools for modelling, prediction and validation . . . . . . . . . . . . . . . 203 10.5 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20910.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 11 Microbiological criteria and microbiological risk assessment 214 T. Ross, University of Tasmania, and C. Chan, Safe Food Production NSW, Sydney 11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 11.2 Types of criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 11.3 Key issues in the use of microbiological criteria . . . . . . . . . . . . . 217 11.4 Dealing with variability, uncertainty and hazard severity: sampling plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 11.5 Microbiological criteria and food safety assurance: food safety objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 11.6 Using microbiological risk assessments: to set microbiological criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 11.7 Using microbiological risk assessments to develop performance and process criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 11.8 Using microbiological risk assessments to prioritise risk management actions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 11.9 Using criteria in risk assessments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 11.10 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 11.11 Further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 11.12 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 12 HACCP systems and microbiological risk assessment . . . . . . . . . . 248 R. Gaze, R. Betts and M. Stringer, Campden and Chorleywood Food Research Association, Chipping Campden 12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 12.2 Legal requirements for HACCP systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 12.3 International guidance on HACCP implementation . . . . . . . . . . 250 12.4 Problems in HACCP implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 12.5 The interaction between HACCP systems and microbiological risk assessment (MRA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 12.6 The future relationship of HACCP systems and MRA . . . . . . . 261 12.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 13 The future of microbiological risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 M. Brown, Unilever Research, Sharnbrook and M. Stringer, Campden and Chorleywood Food Research Association, Chipping Campden 13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 13.2 Information needs for risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 13.3 How should risk assessment processes develop?13.4 Key steps in risk assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 13.5 Risk acceptance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 13.6 The outputs of risk assessment: risk management and communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 13.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 13.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293