Leitfaden Bildung
Wie die Wasseraktivität das mikrobielle Wachstum steuert
Mikroorganismen sind für ihr Wachstum auf Wasser angewiesen - ohne Wasser sind sie gezwungen, in einen Ruhezustand zu verfallen. Aber woher weiß man, wie viel Wasser verfügbar ist und welche Mikroben wachsen werden?
1953 wies William James Scott nach, dass das mikrobielle Wachstum in Lebensmitteln nicht vom Wassergehalt abhängt, wie die meisten Menschen dachten, sondern von der Wasseraktivität. Vier Jahre später stellte er das Konzept einer Mindestwasseraktivität für mikrobielles Wachstum auf. Die Wasseraktivität wird heute von Lebensmittelherstellern routinemäßig verwendet, um festzustellen, ob ein Produkt anfällig für mikrobielle Vermehrung ist oder nicht.
Wasseraktivität kontrollieren, mikrobielles Wachstum verhindern
Wie alle Organismen sind auch Mikroorganismen für ihr Wachstum auf das in der Nahrung enthaltene Wasser angewiesen. Sie nehmen Wasser auf, indem sie es durch die Zellmembran bewegen. Dieser Mechanismus der Wasserbewegung hängt von einem Wasseraktivitätsgradienten ab, d. h. Wasser bewegt sich von einer Umgebung mit hoher Wasseraktivität außerhalb der Zelle zu einer Umgebung mit niedrigerer Wasseraktivität innerhalb der Zelle. Wenn die Wasseraktivität außerhalb der Zelle niedrig genug ist, kommt es zu osmotischem Stress: Die Zelle kann kein Wasser mehr aufnehmen und geht in den Ruhezustand über. Die Mikroorganismen werden nicht eliminiert, sie können nur nicht mehr genug wachsen, um eine Infektion zu verursachen. Verschiedene Organismen bewältigen osmotischen Stress auf unterschiedliche Weise. Aus diesem Grund gibt es für jeden Organismus unterschiedliche Wachstumsgrenzen. Einige Schimmelpilz- und Hefearten haben sich so angepasst, dass sie sehr niedrige Wasseraktivitätswerte aushalten können. Tabelle 1 zeigt die Wachstumsgrenzen der Wasseraktivität für viele gängige Mikroorganismen.
| aw | Bakterien | Schimmelpilz | Hefe | Typische Produkte |
|---|---|---|---|---|
| 0.97 | Clostridium botulinum E Pseudomonas fluorescens | Frischfleisch, Obst, Gemüse, Obstkonserven, Gemüsekonserven | ||
| 0.95 | Escherichia coli Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae | Salzarmer Speck, gekochte Würste, Nasenspray, Augentropfen | ||
| 0.94 | Clostridium botulinum A, B Vibrio parahaemolyticus | Stachybotrys atra | ||
| 0.93 | Bacillus cereus | Rhizopus nigricans | einige Käsesorten, Wurstwaren (Schinken) Backwaren, Kondensmilch, ral flüssig Suspensionen, topische Lotionen | |
| 0.92 | Listeria monocytogenes | |||
| 0.91 | Bacillus subtilis | |||
| 0.90 | Staphylococcus aureus (anaerob) | Trichothecium roseum | Saccharomyces cerevisiae | |
| 0.88 | Candida | |||
| 0.87 | Staphylococcus aureus (aerob) | |||
| 0.85 | Aspergillus clavatus | gezuckerte Kondensmilch, gereifter Käse (Cheddar), fermentierte Wurst (Salami), Trockenfleisch (Jerky), Speck, die meisten Fruchtsaftkonzentrate, Schokoladensirup, Obstkuchen, Fondant, Hustensirup, Suspensionen zur oralen Schmerzlinderung | ||
| 0.84 | Byssochlamys nivea | |||
| 0.83 | Penicillium expansum Penicillium islandicum Penicillium viridicatum | Deharymoces hansenii | ||
| 0.82 | Aspergillus fumigatus Aspergillus parasiticus | |||
| 0.81 | Penicillium Penicillium cyclopium Bakterium patulum | |||
| 0.80 | Saccharomyces bailii | |||
| 0.79 | Penicillium martensii | |||
| 0.78 | Aspergillus flavus | Konfitüre, Marmelade, Marzipan, Glacefrüchte, Melasse, getrocknete Feigen, stark gesalzener Fisch | ||
| 0.77 | Aspergillus niger Aspergillus ochraceous | |||
| 0.75 | Aspergillus restrictus Aspergillus candidus | |||
| 0.71 | Eurotium chevalieri | |||
| 0.70 | Eurotium amstelodami | |||
| 0.62 | Saccharomyces rouxii | Trockenfrüchte, Maissirup, Lakritze, Marshmallows, Kaugummi, getrocknetes Tierfutter | ||
| 0.61 | Monascus bisporus | |||
| 0.60 | Keine mikrobielle Vermehrung | |||
| 0.50 | Keine mikrobielle Vermehrung | Karamellbonbons, Toffees, Honig, Nudeln, topische Salben | ||
| 0.40 | Keine mikrobielle Vermehrung | Volleipulver, Kakao, flüssiger Kern Hustenbonbon | ||
| 0.30 | Keine mikrobielle Vermehrung | Cracker, stärkehaltige Snacks, Backmischungen, Vitamintabletten, Zäpfchen | ||
| 0.20 | Keine mikrobielle Vermehrung | gekochte Bonbons, Milchpulver, Säuglingsnahrung |
Wasseraktivität und FDA, FSIS, FSMA
Wenn Sie die Wasseraktivität eines beliebigen Materials messen, wissen Sie, welche Bakterien, Schimmelpilze oder Pilze darauf und darin wachsen können. Indem man die Wasseraktivität verringert, kann man das Wachstum bestimmter Klassen von Mikroben ausschließen. Bei niedrigen Wasseraktivitäten kann man das Wachstum von allem ausschließen. Die Wasseraktivität ist kein Tötungsschritt. Sie ist ein Kontrollschritt und ein integraler Bestandteil vieler HACCP-Pläne. Diese bewährten Grenzwerte für das mikrobielle Wachstum sind in die FDA-, FSIS- und andere Vorschriften aufgenommen worden. Die Wasseraktivität ist Teil der Definition von potenziell gefährlichen Lebensmitteln im Lebensmittelgesetzbuch 2013, auf das der Food Safety Modernization Act (FSMA) Bezug nimmt.
Während Temperatur, pH-Wert und verschiedene andere Faktoren beeinflussen können, ob ein Organismus in einem Lebensmittel wächst und wie schnell er wächst, ist die Wasseraktivität wahrscheinlich der wichtigste Faktor. Die meisten Bakterien wachsen beispielsweise nicht in einem Wasseraktivitätsbereich unter 0,91, und die meisten Schimmelpilze stellen ihr Wachstum bei Wasseraktivitäten unter 0,70 ein. Die Wasseraktivität in Kombination mit anderen Hürdenwie pH-Wert, Temperatur oder Verpackung unter modifizierter Atmosphäre begrenzt das mikrobielle Wachstum auch bei Wasseraktivitäten über 0,91.
Weitere Informationen - siehe Wasseraktivität 102
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- warum Sie die Hürdentechnologie zur Bewältigung bestimmter Herausforderungen in Betracht ziehen sollten
