Wasser Aktivität 102: Mikrobielles Wachstum

Lebensmittelhersteller müssen das mikrobielle Wachstum bei der Herstellung und Verpackung von Produkten berücksichtigen. Dieses Webinar behandelt Faktoren, die das mikrobielle Wachstum beeinflussen, wie die Wasseraktivität das mikrobielle Wachstum steuert, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, häufige Lebensmittelpathogene, die Formulierung einer spezifischen Wasseraktivität und die Hürdentechnologie.

Mikrobielle Fehler in Lebensmittelverpackungen können zu Produktrückrufen führen, die ein Unternehmen Millionen von Dollar in Form von Betriebsverzögerungen, Anwaltskosten, medizinischen Ansprüchen, Lebensmittelrückgewinnung, Lebensmittelentsorgung und medizinischer Versorgung kosten. Sie können auch zusätzliche Verluste in Form von Rufschädigung, Verlust zukünftiger Verkäufe und Vertrauensverlust der Verbraucher verursachen.

FAT TOM: Sechs Faktoren, die das mikrobielle Wachstum beeinflussen

Sechs Hauptfaktoren beeinflussen das mikrobielle Wachstum: Lebensmittel, Säure, Zeit, Temperatur, Sauerstoffund Feuchtigkeit. (Ein albernes, aber effektives pneumatisches Gerät ist FAT TOM.) Die Nährstoffzusammensetzung eines Lebensmittels bestimmt, welche Mikroben wachsen können. Auch Säuren oder pH-Werte beeinflussen das mikrobielle Wachstum. Schimmelpilze können bei den niedrigsten pH-Werten wachsen, während Bakterien bei den höchsten pH-Werten gedeihen und in Umgebungen mit einem pH-Wert unter 4,6 nicht wachsen können.

Das mikrobielle Wachstum ist exponentiell, daher ist es entscheidend, gefährliche Krankheitserreger frühzeitig zu erkennen. Wir können das Wachstum von Krankheitserregern stoppen, indem wir den Mikroben Nahrung und Sauerstoff entziehen und konkurrierende Arten einführen. Verschiedene Krankheitserreger gedeihen bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Gefahrenzone für die Lebensmittelsicherheit liegt zwischen 4 und 60 Grad Celsius (40 bis 140 Grad Fahrenheit). Wir können Bakterien durch eine Kombination von Behandlungen mit erhöhter Zeit und Temperatur inaktivieren.

Berücksichtigen Sie den mikrobiellen Sauerstoff oder das Redoxpotential. Aerobe Mikroben (wie Schimmelpilze) benötigen Sauerstoff, während anaerobe Krankheitserreger(Clostridium botulinum und Bacillus cereus) keinen Sauerstoff zum Wachstum benötigen. Einige Bakterien (wie E. coli und Staph aureus) sind fakultativ aerob, das heißt, sie können je nach Umgebung zwischen aerob und anaerob wechseln. Andererseits benötigen mikroaerophile Bakterien Sauerstoff in geringeren Mengen, um zu wachsen(Campylobacter jejuni).

Die Feuchtigkeit spielt beim Wachstum von Krankheitserregern durch die Wasseraktivität des Lebensmittels eine Rolle. Pathogene Bakterien zum Beispiel wachsen nur bei einer Wasseraktivität von über 0,85, während der Verderb durch Schimmelpilze und Hefen bei einer Wasseraktivität von 0,7 liegt. Umgekehrt kann bei einer Wasseraktivität von weniger als 0,6 kein mikrobielles Wachstum stattfinden.

Wie die Wasseraktivität einen Mikroorganismus beeinflusst

Ein Unterschied in der Wasseraktivität bedeutet einen Unterschied im Energieniveau. Bei einer hohen Wasseraktivität will das Wasser in der Mikrobe weg, was den Auslösedruck im Mikroorganismus verändert. Der Mikroorganismus wird versuchen, seine Energien mit der Wasseraktivität in der Umgebung auszugleichen.

Der Mikroorganismus verändert seine Membran, um die Wasseraktivität zu verringern und so seinen Auslösedruck aufrechtzuerhalten. Er könnte Aminosäuren oder Zucker in kleinen Mengen produzieren oder transportieren, um zu versuchen, die Wasseraktivität zu verringern. Die Wasseraktivität passt jedoch immer noch nicht zur Umgebung, und der Mikroorganismus geht in Stase oder Ruhezustand über. 

Häufige Krankheitserreger in Lebensmitteln

Krankheitserreger in Lebensmitteln lassen sich in zwei Kategorien einteilen: lebensmittelbedingte Vergiftungen und lebensmittelbedingte Infektionen. Von einer Lebensmittelvergiftung spricht man, wenn man ein in einem Lebensmittel produziertes Toxin zu sich nimmt und krank wird. Von einer lebensmittelbedingten Infektion spricht man, wenn das Toxin im Magen-Darm-Trakt wächst. (Die Vergiftung entsteht im Lebensmittel, die Infektion im Darm.)

Staph aureus kann mit oder ohne Sauerstoff wachsen, hat den niedrigsten Grenzwert für die Wasseraktivität und ist leicht kreuzkontaminierbar. Daher ist das Auffinden von Staph aureus auf Lebensmittelverarbeitungsgeräten ein Zeichen für schlechte Hygiene. Das Wachstum dieses Krankheitserregers lässt sich durch Reinigung, Desinfektion, angemessene Zubereitung und Minimierung der Kreuzkontamination leicht verhindern.

Botulismus ist anaerob und kann bei einem pH-Wert unter 4,6 nicht wachsen. Bereits drei Minuten Kochen können den Botulismus abtöten. Er hat eine höhere Wasseraktivitätsgrenze. Botulismus kommt in der Natur vor - im Boden, in Pflanzen, im Wasser - und in unsachgemäß konservierten Lebensmitteln und Lebensmitteln mit niedrigem Säuregehalt - wie Rüben, grüne Bohnen, in Folie verpackte Ofenkartoffeln, geräucherter Fisch, mit Kräutern versetztes Öl und Honig.

Salmonella spp. ist der am häufigsten gemeldete Krankheitserreger. Diese Mikrobe wird durch Lebensmittel übertragen und kommt in den Sommermonaten häufiger vor. Salmonellen können in sauerstoffreichen oder sauerstoffarmen Umgebungen gedeihen, können durch Kochen abgetötet werden und kommen in kontaminierten Fäkalien, Trinkwasser, bei Kontakt von Mensch zu Mensch, Eiprodukten, rohem Obst und Gemüse, nicht pasteurisierten Milchprodukten und sogar in Produkten wie Mehl und Erdnussbutter vor.

Listerien können bei Kühltemperaturen wachsen, können durch Kochen und Pasteurisierung abgetötet werden und haben eine Wasseraktivitätsgrenze von 0,92. Listerien kommen in ungekochtem Fleisch, Gemüse, nicht pasteurisierter Milch und einigem Weichkäse vor. In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen und niedrigem Sauerstoffgehalt können Listerien wachsen.

Die meisten E. coli-Stämme sind harmlos und für den Verdauungstrakt unerlässlich. Der Erregerstamm kann durch Kochen oder Pasteurisieren abgetötet werden. E. coli hat eine niedrige Infektionsdosis und ist schwer abzutöten. 

Bacillus cereus ist anaerob und hat eine kurze Inkubationszeit. Dieser Erreger wird oft mit der Magen-Darm-Grippe verwechselt.

Verringerung der Wasseraktivität zur Vermeidung von mikrobiellem Wachstum

Die Verringerung der Wasseraktivität verändert die Wachstumsmöglichkeiten für Mikroben. Durch Dehydrierung eines Produkts kann das Lebensmittel konserviert und die Wasseraktivität gesenkt werden. Die Zugabe eines Feuchthaltemittels, entweder einzeln oder in Gruppen, kann die Wasseraktivität ebenfalls senken. Bei der Hürdentechnologie werden Barrieren für das mikrobielle Wachstum eingeführt, z. B. durch Steuerung von Temperatur, Wasseraktivität, Säuregehalt und Sauerstoffzufuhr.