Pathogen Environmental Pathogen Environmental MonitoringMonitoringThomas M. JonesThomas M. Jones

Pathogen Monitoring Program (PEM)Pathogen Monitoring Program (PEM)

•• An ongoing sampling & testing An ongoing sampling & testing process that measures the process that measures the effectiveness of the effectiveness of the contamination control measures contamination control measures in a plant.in a plant.

•• Pathogens of greatest concern Pathogens of greatest concern are are Salmonella, Salmonella, ListeriaListeria and E. and E. coli O157.coli O157.

How itHow it’’s Dones Done……

•• By collecting samples of the By collecting samples of the plant environment:plant environment:

Surface swabs.Surface swabs.Dust, scrapings.Dust, scrapings.Water/air.Water/air.

•• Sampling Tools can include:Sampling Tools can include:Swabs (sponge & Swabs (sponge & ““QQ‐‐tiptip®”®” style).style).Sterile scoops, spatulas & sample Sterile scoops, spatulas & sample cups.cups.

Samples Analyzed For:Samples Analyzed For:•• Indicator Organisms.Indicator Organisms.

NonNon‐‐pathogens.pathogens.Indicators for contamination.Indicators for contamination.Examples:Examples:

Aerobic plate count (APC).Aerobic plate count (APC).ColiformsColiforms. . Total Total EnterobacteriaceaEnterobacteriacea (TEB).(TEB).

•• PathogensPathogens……

SalmonellaSalmonella ListeriaListeria O157O157

The Plant EnvironmentThe Plant Environment

• Pathogens enter the plant in many ways (raw products, ingredients, pests, workers).

• Once inside, they persist in niches and move through the facility (dust, traffic flow, condensation).

• Grow/survive within the plant.

• This a perfect recipe for recontamination!

Concerns with Concerns with SalmonellaSalmonella

•• There are over 2,400 serotypes of There are over 2,400 serotypes of SalmonellaSalmonella bacteria.bacteria.

•• May infect over 1 million May infect over 1 million Americans/yr. via tainted food Americans/yr. via tainted food (CDC).(CDC).

•• Survives well in the environment Survives well in the environment and is known to tolerate heat and and is known to tolerate heat and dry conditions.dry conditions.

The The SalmonellaSalmonella Control EquationControl Equation

The Primary The Primary SalmonellaSalmonella Control Control Area (PSCA)Area (PSCA)

•• The area with the highest hygiene The area with the highest hygiene requirements (& risks).requirements (& risks).

•• Product is exposed prior to final Product is exposed prior to final sorting/packaging.sorting/packaging.

•• Especially sensitive with postEspecially sensitive with post‐‐lethalitylethality‐‐treated product.treated product.

•• Should be physically separate Should be physically separate from the rest of the facility.from the rest of the facility.

•• PSCA controls include:PSCA controls include:Barriers.Barriers.Airflow changes/filtration.Airflow changes/filtration.Traffic control (people, materials).Traffic control (people, materials).Special sanitation measures.Special sanitation measures.

The Primary The Primary SalmonellaSalmonella Control Control Area (PSCA)Area (PSCA)

PSCA Example

E. coliE. coli O157:H7O157:H7

•• O157 survives well in the environment O157 survives well in the environment (spinach) and is pH resistant (fruit juices).(spinach) and is pH resistant (fruit juices).

•• Isolated from food contact surfaces (Ex: Isolated from food contact surfaces (Ex: meat processing facilities).meat processing facilities).

•• Survival at low moisture?Survival at low moisture?

‐‐ Contamination of nuts, wheat flour reported. Contamination of nuts, wheat flour reported. 

‐‐ Challenge studies suggest survival ranking of Challenge studies suggest survival ranking of SalmonellaSalmonella > O157 > > O157 > ListeriaListeria..

ListeriaListeria•• Includes 6 species of common soil Includes 6 species of common soil bacteria. One species (bacteria. One species (ListeriaListeriamonocytogenesmonocytogenes) is a human pathogen.) is a human pathogen.

•• Likes wet areas of the facility (drains, Likes wet areas of the facility (drains, condensate, chillers).condensate, chillers).

•• Good sanitation & environmental Good sanitation & environmental monitoring are critical to control.monitoring are critical to control.

Establishing the PEM Program Establishing the PEM Program 

•• Step one is pick your team (like HACCP).Step one is pick your team (like HACCP).Sanitation, quality, production, Sanitation, quality, production, maintenance, consultants.maintenance, consultants.

•• Evaluate the process flow & risks.Evaluate the process flow & risks.Recontamination threats!Recontamination threats!

•• Define your hygiene areas:Define your hygiene areas:PSCA.PSCA.Basic GMP Area.Basic GMP Area.NonNon‐‐process Area.process Area.

Establishing the PEM ProgramEstablishing the PEM Program

•• Based on their findings, the team selects Based on their findings, the team selects sampling sites.sampling sites.

•• The The ““swabbing equationswabbing equation””::

Potential RiskPotential Risk = =  FrequencyFrequency

•• ““ZoningZoning”” is a helpful concept in site is a helpful concept in site selectionselection……

Zone 1 SitesZone 1 Sites

•• Direct product contact surfaces.Direct product contact surfaces.•• Exposed product prior to package Exposed product prior to package 

sealing.sealing.•• Examples:Examples:

Conveyors/bucketsConveyors/bucketsUtensilsUtensilsEmployee hands (ex: sorters).Employee hands (ex: sorters).Slicers/pitters.Slicers/pitters.Hoppers/bins/bin liners.Hoppers/bins/bin liners.Fillers.Fillers.

Zone 1 SitesZone 1 Sites

Zone 2 SitesZone 2 Sites

•• NonNon‐‐product contact sites adjacent product contact sites adjacent 

to Zone 1.to Zone 1.

•• Examples:Examples:Equipment framework.Equipment framework.

Drip shields/housing.Drip shields/housing.

Control panels/buttons.Control panels/buttons.

Pipes over Zone 1.Pipes over Zone 1.

Computer screens.Computer screens.

Maintenance tools.Maintenance tools.

Zone 2 SitesZone 2 Sites

Zone 3 SitesZone 3 Sites•• NonNon‐‐product contact sites adjacent to product contact sites adjacent to 

Zone 2 (not Zone 1).Zone 2 (not Zone 1).

CrossCross‐‐contamination risk.contamination risk.

•• Examples include: Examples include: Floors/walls/ceilings.Floors/walls/ceilings.Hoses/air handling units.Hoses/air handling units.Drains.Drains.Foot mats/baths.Foot mats/baths.Forklifts.Forklifts.Brooms/mopsBrooms/mopsPallets.Pallets.

Zone 3 SitesZone 3 Sites

Zone 4 SitesZone 4 Sites•• Areas remote from Zone 1.Areas remote from Zone 1.

CrossCross‐‐contamination of Zones 1contamination of Zones 1‐‐3 from 3 from Zone 4 can occur!Zone 4 can occur!

•• Examples:Examples:Locker/break rooms, offices.Locker/break rooms, offices.

Warehouses/freezers/cold storage.Warehouses/freezers/cold storage.

Restrooms.Restrooms.

Loading docks.Loading docks.

Maintenance shop.Maintenance shop.

Zone 4 SitesZone 4 Sites

Sample CollectionSample Collection•• Work out from Zone 1 to Zone 4.Work out from Zone 1 to Zone 4.

•• Samplers must practice good hygiene:Samplers must practice good hygiene:1.1. Wash/sanitize hands.Wash/sanitize hands.

2.2. Put on sterile gloves before handling swab.Put on sterile gloves before handling swab.

3.3. Change gloves/sanitize between swabs.Change gloves/sanitize between swabs.

4.4. Only nonOnly non‐‐sterile surface the swab should sterile surface the swab should 

touch is the sample site!!touch is the sample site!!

•• The area sampled can vary:The area sampled can vary:4040‐‐200 in200 in22 for indicators.for indicators.4040‐‐400 in400 in22 for pathogens.for pathogens.

•• Wipe Zone 1 sites with alcoholWipe Zone 1 sites with alcohol‐‐based based sanitizer after sampling.sanitizer after sampling.

•• Always submit a negative control swab:Always submit a negative control swab:Removed from bag & returned w/o being used.Removed from bag & returned w/o being used.

•• Submit samples promptly!Submit samples promptly!Transport < 45 Transport < 45 ooFF..Test Test << 48 hrs.48 hrs.

Sample CollectionSample Collection

Sampling FrequencySampling Frequency

•• Initial sampling is intensive to establish Initial sampling is intensive to establish a baselinea baseline……

2525‐‐50 swabs/zone/day for a month!50 swabs/zone/day for a month!•• Routine sampling:Routine sampling:

Weekly in Zone 1 (# can vary).Weekly in Zone 1 (# can vary).1010‐‐15/week in Zones 215/week in Zones 2‐‐3.3.55‐‐10/month in Zone 4.10/month in Zone 4.

•• Rotate sites.Rotate sites.Allow monitor discretion in site Allow monitor discretion in site selectionselectionTest each site 4 times/year.Test each site 4 times/year.

Sample TestingSample Testing•• Zone 1 testing is typically indicators.Zone 1 testing is typically indicators.

(+) pathogen = product holds/recalls.(+) pathogen = product holds/recalls.

Indicators allow you to quantify Indicators allow you to quantify 

sanitation efforts.sanitation efforts.

Sample after cleaning/before sanitizing.Sample after cleaning/before sanitizing.

•• Zones 2Zones 2‐‐4 are tested for 4 are tested for pathogenspathogens..

Raw process areas will have some (+) Raw process areas will have some (+) 

hits.hits.

Usually taken during production.Usually taken during production.

ZoneZone Examples of Sampling Examples of Sampling SitesSites

Microbiological Microbiological 

TestTest

Minimum Minimum Frequency of Frequency of SamplingSampling

Typical Number Typical Number of Samplesof Samples

11Product Contact Site Product Contact Site (conveyers, hoppers, (conveyers, hoppers, utensils, etc.)utensils, etc.)

Indicator Indicator OrganismsOrganisms

(APC, (APC, coliformscoliforms, , TEB) TEB) pathogens pathogens sometimes.sometimes.

Weekly, postWeekly, post‐‐cleaning precleaning pre‐‐sanitizer sanitizer application.application.

Line Line DependentDependent

22Adjacent to Zone 1Adjacent to Zone 1(framework, control (framework, control panels, catwalks, etc.)panels, catwalks, etc.)

PathogensPathogens WeeklyWeekly 1010‐‐1515

33Further From Zone 1Further From Zone 1(forklifts, floors, drains, (forklifts, floors, drains, walls, brooms, etc.)walls, brooms, etc.)

PathogensPathogens WeeklyWeekly 1010‐‐1515

44

Outside the Process Outside the Process AreaArea (warehouse, plant (warehouse, plant entrance, restrooms, entrance, restrooms, office, etc.)office, etc.)

PathogensPathogens MonthlyMonthly 55‐‐1010

Sampling SummarySampling Summary

The ResultsThe Results……

•• The quantitative data from Zone 1 can be The quantitative data from Zone 1 can be used to evaluate sanitation programs:used to evaluate sanitation programs:

Pathogen ResultsPathogen Results•• A response for (+) pathogen results is A response for (+) pathogen results is essential. Some typical corrective essential. Some typical corrective actions:actions:

Cease production/quarantine the affected area Cease production/quarantine the affected area (& product if zone 1).(& product if zone 1).

Vector swab site & adjacent areas (zones 2&3).Vector swab site & adjacent areas (zones 2&3).

Breakdown lines for inspection, swabbing & Breakdown lines for inspection, swabbing & cleaning (zones 1&2).cleaning (zones 1&2).

Thoroughly clean site (50 ft. radius, zones 3&4).Thoroughly clean site (50 ft. radius, zones 3&4).

Increase sampling frequency to daily until 3 (Increase sampling frequency to daily until 3 (‐‐) ) results occur. results occur. 

Example of Vector SwabbingExample of Vector Swabbing

Positive Result FollowPositive Result Follow‐‐upup……•• Reassemble your team.Reassemble your team.

Root cause investigation (what happened?).Root cause investigation (what happened?).

Audit handling practices.Audit handling practices.

Possible causes include:Possible causes include:

Maintenance/construction events.Maintenance/construction events.

Structural damage/roof leaks.Structural damage/roof leaks.

Changes in personnel, traffic patterns.Changes in personnel, traffic patterns.

Changes in cleaning/sanitationChanges in cleaning/sanitation..

•• Use the teamUse the team’’s findings to improve s findings to improve operations:operations:

Reinforce training (Reinforce training (GMPsGMPs).).

Cleaning/sanitation.Cleaning/sanitation.

Repairs/improvements.Repairs/improvements.

Traffic patterns.Traffic patterns.

Positive Result FollowPositive Result Follow‐‐upup……

•• Proper disposition of product Proper disposition of product (zone 1 positive).(zone 1 positive).

Product placed on hold.Product placed on hold.

Product can be reProduct can be re‐‐worked or worked or condemned.condemned.

Validated processes only.Validated processes only.

Testing alone is not a suitable Testing alone is not a suitable method of clearing product!method of clearing product!

Positive Result FollowPositive Result Follow‐‐upup……

The Value of a PEM ProgramThe Value of a PEM Program•• It can make your operation better.It can make your operation better.

Eliminate niches/hot spots before they cause Eliminate niches/hot spots before they cause trouble.trouble.

•• Demonstrates your food safety Demonstrates your food safety competence to visitors.competence to visitors.

Auditors, buyers & regulators.Auditors, buyers & regulators.

•• A powerful training tool!A powerful training tool!

Can bring food safety home to workers!Can bring food safety home to workers!

Success in Sanitation = Success Success in Sanitation = Success in Swabbing!in Swabbing!

•• From the Latin word From the Latin word sanitas,sanitas, which means which means health.health.

•• ““Sanitation is the creation/maintenance of Sanitation is the creation/maintenance of hygienic and healthful conditionshygienic and healthful conditions””(Marriott, 1999).(Marriott, 1999).

•• The objective is to create a clean The objective is to create a clean environment so that food can be handled environment so that food can be handled with the least possible risk of with the least possible risk of contamination.contamination.

Sanitation OverviewSanitation Overview

•• PrePre‐‐cleanclean: Remove gross soils with warm water : Remove gross soils with warm water (wet) or vacuum/compressed air (dry).(wet) or vacuum/compressed air (dry).

•• CleanClean: Prepare & use chemicals as per label : Prepare & use chemicals as per label instructions (amount, temperature, contact time, instructions (amount, temperature, contact time, safety).safety).

•• RinseRinse: Use warm water to remove soils & cleaner, : Use warm water to remove soils & cleaner, inspect for cleanliness (verify).inspect for cleanliness (verify).

•• SanitizeSanitize: Apply a chemical to kill/inhibit microbial : Apply a chemical to kill/inhibit microbial growth.growth.

The Sanitation SequenceThe Sanitation Sequence

PrePre‐‐cleanclean CleanClean

RinseRinse

VerifyVerify

SanitizeSanitize

•• Soils can inactivate the sanitizer before it Soils can inactivate the sanitizer before it kills the microbes. kills the microbes. ExEx: Hypochlorites and : Hypochlorites and proteins.proteins.

•• Microbes will form biofilms on a dirty Microbes will form biofilms on a dirty surface.surface.

•• Biofilms are Biofilms are highly resistanthighly resistant to sanitizers..to sanitizers..

Sanitizing Without Cleaning is PointlessSanitizing Without Cleaning is Pointless

Birth ofBirth of a Biofilma Biofilm

The Mature BiofilmThe Mature Biofilm

90 Minute Exposure to 4 90 Minute Exposure to 4 ppmppm ChloramineChloramine

Red (living cells)Red (living cells)Green (dead cells)Green (dead cells)

ListeriaListeria spp. form spp. form biofilmsbiofilmson many surfaces (stainless on many surfaces (stainless steel, rubber, steel, rubber, polypropylene).polypropylene).

BiofilmsBiofilms can survive heat can survive heat treatments, various treatments, various sanitizers (hypochlorite, sanitizers (hypochlorite, periaceticperiacetic acidacid, , quatsquats).).

BiofilmBiofilm formation increases formation increases SalmonellaSalmonella survival in dry survival in dry environmentsenvironments……

BiofilmBiofilm (+) strains(+) strains

BiofilmBiofilm ((‐‐) strains) strains

Iibuchi, et. al., J Food Protection 73(8) 2010, pp1506‐1510

Questions, Comments?Questions, Comments?