Aus dem Institut für Lebensmittelqualität und –sicherheit der Tierärztlichen Hochschule Hannover
Die technologische Kontrolle mittels modified atmosphere packaging und der Nachweis von Listeria monocytogenes in
kurzgereiften Rohwürsten
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
(Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von
Stephanie Karin Josupeit aus Duisburg
Hannover 2006
Wissenschaftliche Betreuung: Priv.-Doz. Dr. B. Nowak
Univ.-Prof. Dr. G. Klein
1. Gutachter: Priv.-Doz. Dr. B. Nowak Univ.-Prof. Dr. G. Klein
2. Gutachter: Prof. Dr. Th. Blaha
Tag der mündlichen Prüfung: 16.11.2006
Diese Arbeit wurde aus Mitteln der Dr. Eberhard Lienhop Stiftung gefördert.
Meiner Tochter Marieke
Ergebnisse dieser Dissertation wurden auf folgenden Tagungen veröffentlicht:
GISTAZERT-Fachtagung 8. bis 9. Juni 2005 in Gütersloh (Vortrag mit erweitertem Abstract)
46. Arbeitstagung des Arbeitsgebietes Lebensmittelhygiene der Deutschen Vete- rinärmedizinischen Gesellschaft
27. bis 30. September 2005 in Garmisch-Partenkirchen (Poster mit erweitertem Abstract)
47. Arbeitstagung des Arbeitsgebietes Lebensmittelhygiene der Deutschen Vete- rinärmedizinischen Gesellschaft
26. bis 29. September 2006 in Garmisch-Partenkirchen (Poster mit erweitertem Abstract)
Inhaltsverzeichnis
Seite 1. Einleitung 13
2. Literatur 14
2.1. Genus Listeria 14
2.1.1. Geschichte 14
2.1.2. Systematik 15
2.1.3. Wachstumseigenschaften von Listeria monocytogenes 18
2.1.3.1. Kulturelle Eigenschaften 18
2.1.3.2. Einfluss der Temperatur auf das Wachstum 18
2.1.3.3. Auswirkungen von pH- und aw-Wert 19
2.1.3.4. Einfluss von Natriumchlorid (NaCl) und Nitritpökelsalz (NPS) 19 2.1.3.5. Einfluss von Starterkulturen auf das Wachstum von Listeria
Monocytogenes 20
2.1.4. Kulturelle Nachweismethoden 20
2.1.5. Listeriose 22
2.1.5.1. Epidemiologie der humanen Listeriose 22 2.1.5.2. Pathogenese der humanen Listeriose 24 2.1.5.3. Klinische Symptomatik der humanen Listeriose 25 2.1.5.4. Klinische Symptomatik beim Tier 26
2.1.5.5. Prophylaxe 27
2.1.6. Lebensmittelhygiene 28
2.1.6.1. Vorkommen von Listeria monocytogenes in Lebensmitteln 28 2.1.6.2. Vorkommen von Listeria monocytogenes in Fleisch und
Fleischerzeugnissen 29
2.1.6.3. Produktbeispiel „Frische Mettwurst“ 30
2.1.6.3.1. Rechtliche Grundlagen 30
2.1.6.3.2. Definition und Herstellung 32
2.1.6.3.3. Merkmale kurz gereifter Rohwürste 33 2.1.6.3.4. Mikrobiologie der „Frischen Mettwurst“ 34
2.1.6.3.5. Hürdeneffekte 35
2.1.6.3.5.1. Einfluss der Temperatur 36
2.1.6.3.5.2. Auswirkungen von pH- und aw-Wert 36
2.1.6.3.5.3. Einfluss von Natriumchlorid (NaCl) und
Nitritpökelsalz (NPS) 37
2.1.6.3.5.4. Einfluss von Starterkulturen 38
2.1.6.3.6. Fleischfarbe 39
2.2. Modified atmosphere packaging 40
2.2.1. Allgemeines 40
2.2.2. Allgemeine Wirkung verschiedener Schutzgase 42
2.2.2.1. Kohlendioxid (CO2) 42
2.2.2.2. Stickstoff (N2) 44
2.2.2.3. Sauerstoff (O2) 44
2.2.2.4. Argon (Ar) 45
2.2.3. Wirkung der Gase auf Listeria monocytogenes 46
2.2.3.1. Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) 46
2.2.3.2. Sauerstoff (O2) 47
2.2.3.3. Argon (Ar) 48
2.2.3.4. Wachstum von Listeria monocytogenes in
Umgebungsatmosphäre 48
2.3. Mikrobiologische Kriterien 48
2.3.1. Nationale Empfehlungen 49
2.3.2. EU-Recht 50
3. Eigene Untersuchungen 52
3.1. Material 52
3.1.1. „Frische Mettwurst“ 52
3.1.2. Mikroorganismen 53
3.1.3. Verpackung 55
3.1.4. Schutzgase 57
3.1.5. Lagerung 58
3.2. Methoden 59
3.2.1. Mikrobiologische Untersuchungen 59
3.2.1.1. Kulturelle Nachweismethode 59
3.2.1.2. Bestimmung der aeroben mesophilen Gesamtkeimzahl
und quantitative Bestimmung der Listerien-Anzahl 61
3.2.2. Physikalische Untersuchungen 63
3.2.2.1. pH- und aw-Wert-Messungen 63
3.2.2.2. Farbmessung 64
3.2.2.3. Atmosphären 64
3.2.3. Chemische Untersuchungen 64
3.2.3.1. Trockensubstanzbestimmung 65
3.2.3.2. Aschebestimmung 65
3.2.3.3. Gesamtfettbestimmung 66
3.2.3.4. Rohproteinbestimmung 66
3.2.3.5. Hydroxyprolin 66
3.2.3.6. Nitrit- und Nitratgehalt 67
3.2.3.7. Umrötung nach Möhler 68
3.3. Versuchsaufbau 69
3.3.1. Vorversuche 69
3.3.1.1. Verteilung der Listerien in der Wurstgrundmasse 69 3.3.1.2. Verifizierung der Einmischvariante II (VII) 71 3.3.1.3. Dichtebestimmung mittels Absorptionsmessung 72
3.3.2. Hauptversuche 73
3.3.2.1. Einteilung der Chargen 74
3.3.3. Statistische Auswertung 77
4. Ergebnisse 78
4.1. Mikrobiologische Untersuchungen 78
4.1.1. Vorversuche 78
4.1.1.1. Verteilung der Listerien in der Wurstgrundmasse 78 4.1.1.2. Verifizierung der Einmischvariante II 80 4.1.1.3. Dichtebestimmung mittels Absorptionsmessung 82
4.1.2. Hauptversuche 83 4.1.2.1. Feldstamm von Listeria monocytogenes 83 4.1.2.2. Wiederfindungsrate nach Einmischung 84 4.1.2.3. Aerobe mesophile Gesamtkeimzahl über 21 Tage Lagerungszeit 86 4.1.2.4 Quantitativer Nachweis von Listeria monocytogenes über
21 Tage Lagerungszeit 88
4.2. Physikalische Untersuchungen 92
4.2.1. pH- und aw-Wert-Messungen 92
4.2.2. L*, a*, b*-Farbwerte 95
4.2.2.1. Rotwert (a*-Wert) 95
4.2.2.2. Gelbwert (b*-Wert) 97
4.2.2.3. Farbhelligkeit (L*-Wert) 98
4.2.2.4. Farbänderungswerte 100
4.2.2.5. Zusammensetzung der Atmosphären 102
4.3. Chemische Untersuchungen 104
4.3.1. Chemische Vollanalyse 104
4.3.2. Nitrit- und Nitratgehalt 105
4.3.3. Umrötung 107
5. Diskussion 109
5.1. Einführung 109
5.2. Diskussion von Material und Methode 110
5.2.1. Material 110
5.2.1.1. „Frische Mettwurst“ 110
5.2.1.2. Mikroorganismen 111
5.2.1.3. Verpackung 111
5.2.1.4. Schutzgase 112
5.2.1.5. Lagerung 113
5.2.2 Methoden 114
5.2.2.1. Verteilung der Listerien in der Wurstgrundmasse 114
5.2.2.2. Kulturelle Nachweismethode 115
5.2.2.3. Physikalische Untersuchungen 116
5.2.2.3.1. pH- und aw-Wert-Messungen 116
5.2.2.3.2. Farbmessung 117
5.2.2.4. Chemische Untersuchungen 117
5.3. Diskussion der Ergebnisse 118
5.3.1. Aerobe mesophile Gesamtkeimzahl 118
5.3.2. Quantitativer Nachweis von Listeria monocytogenes 120
5.3.3. Physikalische Untersuchungen 123
5.3.3.1. pH- und aw-Werte 123
5.3.3.2. L*, a*, b* -Farbwerte 125
5.3.3.2.1. Rotwert (a*-Wert) 126
5.3.3.2.2. Gelbwert (b*-Wert) 128
5.3.3.2.3. Farbhelligkeit (L*-Wert) 128
5.3.3.2.4. Farbänderungswerte 129
5.3.3.3. Zusammensetzung der Atmosphären 129
5.3.4. Chemische Untersuchungen 131
5.3.4.1. Umrötung 131
5.4. Anforderungen an eine effektive MAP-Technologie 132 5.5. Alternative Technologien in Kombination mit der MAP-Technologie 133
6. Schlussfolgerungen 135
7. Zusammenfassung 137
8. Summary 139
9. Literaturverzeichnis 141
10. Anhang 156
10.1. Tabellenanhang 156
10.2. Geräte und Verbrauchsmaterialien 182
10.3. Verzeichnis der Tabellen 187
10.4. Verzeichnis der Abbildungen 189
Abkürzungsverzeichnis
Abb. Abbildung
Bed. Bedingungen
BEFFE Bindegewebseiweißfreies Fleischeiweiß
bes. besonders
BHI Brain Heart Infusion
bzw. beziehungsweise
ca. circa
CFU colony forming units
CIE Comission Internationale de l’Eclaire
DIN EN ISO Deutsches Institut für Normung Europäische Normung International Standards Organisation
d. h. das heißt
et al. et alii
evtl. eventuell
°C Grad Celsius
g Gramm
GE Gesamteiweiß
geogr. Geographisch
GF Gesamtfett
ggf. gegebenenfalls
GKZ Gesamtkeimzahl
hum. Human
HV Hauptversuche
IU International Units KbE Kolonie-bildende Einheit Kons. Konservierungsstoffe
L. Listeria
LFGB Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuch L.m. Listeria monocytogenes
LM Lebensmittel
MA modifizierte Atmosphäre
MAP modified atmosphere packaging
med. medizinische
mg Milligramm
min. Minute
ml Milliliter
MO Mikroorganismen
μm Mikrometer
MW arithmetischer Mittelwert
n Anzahl der Proben
n. a. nicht auswertbar
NaCl Natriumchlorid
NPS Nitritpökelsalz
o. g. oben genannt
PE Polyethylen
PET Polyethylenterephthalat
pH pondus hydrogenii
PP Polypropylen
PS Polysterol
PVC Polyvinylchlorid
PVDC Polyvinylidenchlorid ppm parts per million
S Standardabweichung
s. siehe
spp. Subspezies
Tab. Tabelle
VV Vorversuche
Vol % Volumenprozent
z. B. zum Beispiel
Einleitung 13
1. Einleitung
Das Lebensmittel Rohwurst ist als Überträger von Listeriose-Erregern für den Verbraucher, insbesondere für die Risikogruppe (Neugeborene, alte Menschen, Schwangere oder Menschen mit herabgesetzter Immunabwehr) anzusehen. Da die modified atmosphere packaging Technologie (MAP) bei der Verpackung von diesen Produkten im Handel immer mehr in den Vordergrund rückt, ist die Fragestellung nach der Möglichkeit einer keimhemmenden Atmosphäre von Interesse. Aus der wissenschaftlichen Literatur sind Hinweise auf wachstumshemmende Wirkungen der verschiedenen Gase auf Listeria monocytogenes zu entnehmen. Gezieltere Untersuchungen mit detailliert erfassten Ausgangsbedingungen wie Herstellung, Verpackung und Lagerung des Produktes, über die direkten Einflüsse der unterschiedlichen Gase auf das Wachstum von Listeria monocytogenes in Rohwurst sind nicht vorhanden.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Wachstum und die Vermehrung von Listeria monocytogenes in kurzgereifter „Frischer Mettwurst“ durch eine moderne Ver- packungstechnologie (MAP) zu kontrollieren. Dabei soll die Verwendung unter- schiedlicher Schutzatmosphären in der MAP-Technologie im Vordergrund stehen.
Durch gezielte Abstufung der Gase Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) in der anaeroben Atmosphäre der Verpackung soll der Einfluss von Kohlendioxid genauer untersucht werden und zusätzlich wird das Wachstumsverhalten der Bakterien unter 100 Vol. % Sauerstoff (O2) und unter 100 Vol. % Argon (Ar) beschrieben.
Ausgehend von diesem Kenntnisstand ergeben sich folgende Fragestellungen:
• Welche Auswirkungen haben die einzelnen Gase unter definierten Herstellungs- und Lagerungsbedingungen der „Frischen Mettwurst“ auf das Wachstum von Listeria monocytogenes?
• Welche Auswirkungen haben die verschiedenen Atmosphären auf das Produkt „Frische Mettwurst“?
• Welche Möglichkeit bietet die MAP-Technologie in Bezug auf die Listeriose für den Verbraucherschutz?
14 Literatur
2. Literatur
2.1 Genus Listeria
Listeria ssp. kommen in der Umwelt ubiquitär vor. Zu finden sind sie unter anderem im Boden, in Gewässern, in Silage und Tierfutter sowie bei Mensch und Tier, ebenso in Schlachthofabfällen und Abwässern von lebensmittelverarbeitenden Betrieben (GRAY u. KILLINGER 1966; BAUMGART et al. 1997).
2.1.1 Geschichte
Nach Sektionen an Patienten in Deutschland, die aus heutiger Sicht vermutlich an Listeriose verstorben sind, berichtete Henle bereits 1891, wie schon Hayem zwei Jahre zuvor in Frankreich, von Gram-positiven Stäbchenbakterien als Ursache dieser Erkrankung. 1911 isolierte ein Schwede namens Hülpher die gleichen Bakterien aus der Leber eines Kaninchens und gab diesen den Namen Bacillus hepatis (GRAY u.
KILLINGER 1966). In Deutschland wurde die Erkrankung 1925 bei einen Schaf festgestellt und es wurde von einem Ausbruch von Enzephalitiden unbekannter Ursache, aber einer Listeriose sehr ähnlich, berichtet (BAHK u. MARTH 1990). 1926 benannte Murray den Keim als Bakterium monocytogenes, da er beobachtete, dass diese Stäbchenbakterien eine charakteristische Monocytose in Labormäusen auslösen konnten (FARBER u. PETERKIN 1991). Noch ein Jahr später (1927) isolierte Pirie den gleichen Keim nach einer seuchenhaften Erkrankung bei afri- kanischen Wüstenspringmäusen und nannte ihn Listerella hepatolytica. Damit deutete sich bereits der bis heute gültige Name Listeria an. Den Namen Listeria monocytogenes trägt der Keim seit 1940 (GRAY u. KILLINGER 1966). Um 1980 herum gab es einen Anstieg von Listeriosen auch bei Menschen, und es deuteten sich erste Anzeichen einer ernährungsbedingten Übertragung dieser Bakterien an (McLAUCHLIN 1996). Heute weiß man, dass die Mehrheit der Listeriosen durch
Literatur 15
kontaminierte Lebensmittel, besonders durch rohe Lebensmittel übertragen wird (HOF 1999).
2.1.2 Systematik
Nach Bergey’s Manual of Systemic Bacteriology (SEELIGER u. JONES 1986) wurde die Gattung Listeria lange Zeit gemeinsam mit Lactobacillus, Erysipelothrix und Brochothrix zur Gruppe der Corynebakterien gezählt. Nach der neunten Ausgabe von Bergey’s Manual of Systemic Bacteriology werden sie in die Gruppe der gleichmäßigen, Gram-positiven, fakultativ anaeroben Stäbchenbakterien eingeordnet (FARBER u. PETERKIN 1991). Das Genus Listeria umfasst folgende sechs Spezies:
L. monocytogenes, L. innocua, L. welshimeri, L. seeligeri, L. ivanovii und L. grayi (McLAUCHLIN et al. 2004). Innerhalb der Art Listeria monocytogenes können weiterhin verschiedene Serovare anhand spezifischer O- (Oberflächen-Antigene) und H-Antigene (Geißel-Antigene) unterschieden werden (BELL u. KYRIAKIDES 2005).
Die verschiedenen Serovare mit den spezifischen Antigenen und der humanen Bedeutung sind in Tabelle 1 dargestellt. Aus der Tabelle 2 geht das geographische Vorkommen der verschiedenen Serovare hervor.
16 Literatur
Tabelle 1: Einteilung der Serovare innerhalb der Spezies Listeria monocytogenes (FARBER u. PETERKIN 1991)
Sero-
var O-Antigene H-
Antigene
hum.
Bed.
1/2a I II (III) A B X
1/2b I II (III) A B C X
1/2c I II (III) B D
3a II (III) IV A B
3b II (III) IV A B C
3c II (III) IV (XII) (XIII) B D 4a (III) (V) VII IX (XII) (XIII) A B C
4ab (III) V VI VII IX X A B C
4b (III) V VI A B C X
4c (III) V VII VIII A B C
4d (III) (V) VI (VIII) (IX) A B C
4e (III) V VI A B C
7 (III) XII XIII A B C
Die Serovare 1/2a, 1/2b und 4b haben bei 90 % der humanen Erkrankungen die größte Bedeutung (BAHK u. MARTH 1990; FARBER u. PETERKIN 1991; HOF 1999). Zur Verdeutlichung des geographischen Vorkommens dieser verschiedenen Serovare nach lebensmittelbedingten Ausbrüchen der humanen Listeriose bietet Tabelle 2 eine Übersicht (modifiziert nach McLAUCHLIN et al. 2004).
Literatur 17
Tabelle 2: Zusammenstellung der geographischen Vorkommen der verschiedenen Serovare von Listeria monocytogenes
Land Jahr Serovar
USA 1976,1983,1985, 1989 1994
4b 1/2b Neuseeland 1980, 1992 1/2a Kanada 1981
1996
4b 1/2a
Schweiz 1983-1987 4b
Australien 1990, 1991 1/2a Frankreich 1993, 1995, 1999-2000 4b
Schweden 1994-1995 4b
Italien 1997 4b
Finnland 1998-1999 1999
3a 1/2a
England 1999 4b
Aus dieser Übersichtstabelle geht hervor, dass in Europa vorwiegend Listeria mono- cytogenes, Serovar 4b, für lebensmittelbedingte Listeriose-Ausbrüche verantwortlich ist, während in den USA, in Kanada und ebenfalls in Australien sowie Neuseeland zusätzlich zum Serovar 4b auch die Serovare 1/2a und 1/2b zu finden sind (McLAUCHLIN et al. 2004).
18 Literatur
2.1.3 Wachstumseigenschaften von Listeria monocytogenes
2.1.3.1 Kulturelle Eigenschaften
Bei Listeria monocytogenes handelt es sich um ein Gram-positives, ovoid bis stäbchenförmiges Bakterium mit ubiquitärem Vorkommen in der Umwelt (HOF 1999;
McLAUCHLIN et al. 2004). Listeria monocytogenes besitzt die Fähigkeit zur Penetration von Zellwänden und kann sich intrazellulär vermehren. Korneal-, Lun- gen- oder auch Intestinalzellen können beispielsweise durch die Bakterien besiedelt werden (GAILLARD et al. 1987). Die Keime sind klein (0,4 – 0,5 x 0,5 – 2,0 μm) und sporenlos (BELL u. KYRIAKIDES 2005). Listeria monocytogenes wächst fakultativ anaerob (RKI 2003) und kann Säure, aber kein Gas aus Glucose bilden (HARRIS 2002). Kolonien von Listeria monocytogenes sind Katalase-positiv, Oxidase-negativ und bilden auf Blutagar eine β-Hämolyse mit ausgeprägtem Hof (FARBER u.
PETERKIN 1991). Das Hämolysin von Listeria monocytogenes hat einen synergis- tischen Effekt auf das β-Hämolysin von Staphylococcus aureus, so dass auf einer Blutagarplatte die Hämolyse-Zone verstärkt wird. Dieses Phänomen ist bekannt als CAMP-Faktor (Christie, Atkins und Munch-Petersen); Listerien sind demnach CAMP- positiv (FARBER u. PETERKIN 1991). Weiterhin kann Listeria monocytogenes Äs- kulin durch eine β-D-Glucosidase hydrolisieren (LECLERCQ 2004). Im Schräglicht scheinen die Kolonien in einer charakteristischen Weise blau-grün (Schräglicht nach Henry) (SELBITZ 2002).
2.1.3.2 Einfluss der Temperatur auf das Wachstum
Bei Temperaturen von 20 °C bis 25 °C zeigt Listeria monocytogenes durch Aus- bildung peritricher Geißeln eine deutliche Beweglichkeit (HOF 1999), die Bewegung ist charakteristisch taumelnd. Temperaturen zwischen 30 °C und 37 °C sind optimale Bedingungen für ein gutes Wachstum, aber durch die psychrotrophen Eigenschaften dieser Bakterien stagniert eine Vermehrung erst bei Temperaturen unter -0,4 °C bzw.
Literatur 19
oberhalb von 45 °C (HOLT et al. 1994; RKI 2003). Die Keime können für lange Zeit in tiefgefrorenen Lebensmitteln überleben, aber, obwohl selbst bei Kühlschranktempe- raturen eine Vermehrung möglich ist, zeigen sowohl die lag-Phase (Verzögerungs- phase) als auch die Generationszeiten von Listeria monocytogenes bei Tempera- turen unter 10 °C signifikante Verzögerungen (HARRIS 2002).
2.1.3.3 Auswirkungen von pH- und aw-Wert
Auch gegenüber großen pH-Wert-Schwankungen sind Listerien unempfindlich, sie vermehren sich bei pH-Werten zwischen 4,4 und 9,4 (HARRIS 2002; RKI 2003).
Weiterhin konnte auch bei niedrigen aw-Werten zwischen 0,90 und 0,93 ein Wachstum von Listeria monocytogenes verzeichnet werden (HARRIS 2002).
2.1.3.4 Einfluss von Natriumchlorid (NaCl) und Nitritpökelsalz (NPS)
Listeria monocytogenes ist relativ resistent gegenüber Natriumchlorid, eine Vermeh- rung findet noch bei Konzentrationen von 10 % statt und überleben können die Keime selbst bei NaCl-Gehalten von 20 % bis 30 % (HARRIS 2002). Durch Natrium- chlorid kann der pH-Wert gesenkt werden (NERBRINK et al. 1999). Nitrit und Nitrat werden in der Reifung von Fleischprodukten und Fisch verwendet (SKOVGAARD 1992). Nach einer Studie von BIRZELE et al. aus dem Jahr 2005 konnte gezeigt werden, dass Nitritpökelsalz keine hemmende Auswirkung auf das Wachstum von Listeria monocytogenes hat.
20 Literatur
2.1.3.5 Einfluss von Starterkulturen auf das Wachstum von Listeria monocy- togenes
Bestimmte Milchsäurebakterien werden als Starterkulturen eingesetzt und können Bacteriocine produzieren. Manchen von diesen werden hemmende Wirkungen auf pathogene Mikroorganismen zugeschrieben. Nisin ist ein Bacteriocin, das von Lactococcus lactis gebildet wird. Diesem Bacteriocin konnten ebenfalls Auswirkun- gen auf Listeria monocytogenes nachgewiesen werden (SZABO u. CAHILL 1998).
Die Autoren fanden heraus, dass bei Konzentrationen von 400 IU/ml Nisin die lag- Phase der Listerien verlängert wird (1998). Bei höheren Dosen von beispielsweise 1250 IU/ml waren auch wachstumshemmende Wirkungen festzustellen. In ihrer Studie fanden KULEASAN und CAKMAKCI (2002) heraus, dass Reuterin, ein von Lactobacillus reuteri produziertes Bacteriocin, eine wachstumshemmende Wirkung auf Listeria monocytogenes hat.
2.1.4 Kulturelle Nachweismethoden
Der kulturelle Nachweis von Listeria monocytogenes wird nach §64 LFGB, basierend auf DIN EN ISO 11290, durchgeführt. Als selektive Nährböden dienen demnach der OXFORD-Agar und der PALCAM-Agar (CURTIS et al. 1989). Diese Nährmedien sind für Listeria ssp. selektiv, der OXFORD-Agar nutzt zur Inhibition der Begleitflora die Antibiotika Acriflavin, Cycloheximid, Colistin, Cefotetan und Fosfomycin (LECLERCQ 2003), weiterhin ist ein Indikatorsystem mit Aesculin und Eisen-(III)- Ionen zur Isolierung und Identifizierung von Listeria ssp. im Nährboden enthalten (§64 LFGB). Auf Oxford-Agar wachsen die Keime in konkaven, dunkel-braunen Kolonien mit schwarzen Zentrum, evtl. mit metallischem Glanz, umgeben von einem schwarzen Hof (AVID 1994) Der PALCAM-Agar (Polymyxin-Acriflavin-Lithiumchlorid- Ceftazidime-Aesculin-Mannitol) ist ebenfalls ein selektives Medium zur Isolation und zur quantitativen Bestimmung von Listeria monocytogenes. Mit dem PALCAM-Agar können Listeria ssp. quantitativ und qualitativ nachgewiesen werden und die meisten
Literatur 21
anderen Keime der Begleitflora werden unterdrückt (van NETTEN et al. 1989). Diese Selektivität beruht auf dem Zusatz bestimmter Antibiotika im Nährmedium (Polymyxin B, Ariflavinhydrochlorid, Ceftazimidin/Moxalactam) (LECLERCQ 2004). Die Keime zeigen ein charakteristisches Wachstum aufgrund der Aktivität des Enzyms β-D-Glucosidase, welches sowohl in den pathogenen als auch in den apathogenen Stämmen zu finden ist. Durch dieses Enzym wird Aesculin gespalten, daraus resultiert eine grau-grüne Verfärbung der Kolonien. Das Zwischenprodukt Aesculetin reagiert mit Eisen und verursacht zusätzlich, dass sich braun-schwarze Höfe um die Kolonien bilden. Die Kolonien wachsen oliv-grün mit eingesunkenem Zentrum (AVID 1994). Eine Unterscheidung zwischen apathogenen und pathogenen Stämmen ist durch dieses Nährmedium allein allerdings nicht zu treffen (REISSBRODT 2004). Daher sind für die genaue Identifizierung der Stämme weitere biochemische Untersuchungen notwendig. Ein speziell für Listeria ssp.
entwickeltes Identifizierungssystem (api®-Listeria) bietet die Möglichkeit der Unterscheidung der apathogenen und pathogenen Spezies. Die Unterscheidung der verschiedenen Spezies beruht auf bestimmten biochemischen Reaktionen wie z. B.
Katalase-Test oder Oxidase-Test. Eine Auswertung dieses Testes ist dann nach weiteren 24 Stunden möglich. Deshalb wurden in den letzten Jahren verschiedene Chromogen-Agar entwickelt, die sowohl zur qualitativen als auch zur quantitativen Bestimmung von Listeria monocytogenes herangezogen werden können. Diese chromogenen Nährmedien ermöglichen eine direkte Unterscheidung zwischen apathogenen und pathogenen Listeria-Stämmen (GREENWOOD et al. 2005), da die pathogenen Stämme eine typische Hofbildung um die Kolonien zeigen. Das Prinzip des ALOA-Agars (Listeria according to Ottaviani und Agosti) basiert ebenso wie beim PALCAM-Agar auf der β-D-Glucosidase-Aktivität von Listeria monocytogenes (REISSBRODT 2004). Dieses Enzym kann ein im Nährmedium enthaltenes Chromogen X-Glucosid spalten, was zu einer blau-grünen Färbung der Kolonien führt. Dieses Enzym ist sowohl in den apathogenen als auch in den pathogenen Listerien-Stämmen zu finden. Eine nur in den pathogenen Stämmen vorhandene Phospholipase hydrolisiert zusätzlich Lecithin, welches ebenfalls im Medium vorhanden ist, und produziert dadurch bei den pathogenen Stämmen von Listeria
22 Literatur
monocytogenes und Listeria ivanovii einen opaken Hof um die Kolonien (GREENWOOD 2005). ALOA enthält zur Hemmung der Begleitflora verschiedene Antibiotika und antimikrobielle Agenzien (Nalidixinsäure, Ceftazidim, Polymyxin B, Cycloheximid oder Amphoterizin B) (LECLERCQ 2004). Dieser Nährboden war der erste Chromogen-Agar, der zur selektiven Bestimmung von Listeria monocytogenes auf den Markt kam (REISSBRODT 2004). OCLA (OXOID Chromogenic Listeria Agar), ein Chromogen-Agar der Firma OXOID, basiert auf dem gleichen Prinzip wie der ALOA-Agar. Listeria monocytogenes wird über den Nachweis der β-D- Glucosidase und der Phospholipase C charakterisiert. Andere Organismen, wie z.B.
Enterokokken, die ebenfalls β-D-Glucosidase exprimieren, werden durch Lithium- chlorid, Poymyxin B und Nalidixinsäure gehemmt. Amphoterizin hemmt das Wachs- tum von Schimmelpilzen und Hefen (ANONYM 2005). Eine Identifizierung von Listeria monocytogenes mit Hilfe von chromogenen Nährmedien ist, im Vergleich zu drei bis fünf Tagen bei den üblichen Methoden mit OXFORD oder PALCAM-Agar, bereits nach 24 Stunden möglich (REISSBRODT 2004; GREENWOOD et al. 2005).
2.1.5 Listeriose
Die Listeriose ist eine Erkrankung, die durch Bakterien des Genus Listeria verursacht wird; Listeria monocytogenes ist dabei die Spezies mit der höchsten Pathogenität sowohl für Tiere als auch für den Menschen (McLAUCHLIN et al. 2004).
2.1.5.1 Epidemiologie der humanen Listeriose
Das Auftreten der humanen Listeriose kann sowohl epidemisch als auch sporadisch sein (MARGET u. SEELIGER 1988). Die Inzidenz der Erkrankung betrug im Jahr 2002 in Deutschland 0,3 Krankheitsfälle pro 100.000 Einwohner (RKI 2003). Die Erkrankungsrate wird häufig unterschätzt, weil eine Diagnose in vielen Fällen nicht gestellt werden kann, da häufig die Erreger entweder nicht vermutet werden oder ein
Literatur 23
Nachweis schwierig erscheint (z.B. sind bei Verlusten in der frühen Schwangerschaft die Föten nicht zugänglich) (McLAUCHLIN et al. 2004). Die klinische Listeriose hat eine durchschnittliche Mortalitätsrate von 20 bis 30 %, in der Risikogruppe (Alte, Neugeborene, Schwangere und Patienten mit herabgesetzter Immunabwehr) ist diese sogar mit 38 % bis 45 % angegeben (RKI 2003). Für die Jahre bis 2001 ist das Vorkommen von Listeriose-Erkrankungsfällen schwierig einzuschätzen, da in dieser Zeit aufgrund einer fehlenden generellen Meldepflicht nur die Neugeborenen- Listeriosen erfasst wurden. 30 bis 40 Fälle wurden dabei etwa im Jahr übermittelt (RKI 2003). Seit dem Jahre 2001 besteht nach §7(1) Infektionsschutzgesetz (IfSG 2001) eine Meldepflicht für alle Erkrankungen, die auf Listeria monocytogenes zurückzuführen sind. Nach Angaben des Robert-Koch-Institutes (RKI) sind die Zahlen der an Listeriose erkrankten Menschen von 217 Fällen im Jahr 2001 auf 489 Fälle im Jahr 2005 angestiegen. In Tabelle 3 sind tabellarisch die Listeriose- Erkrankungen in den Jahren 2001 bis 2005 aufgeführt und die Inzidenzen werden für Deutschland im jeweiligen Jahr angegeben (HARTUNG 2004; RKI 2006). Die orale Aufnahme von Listeria monocytogenes kann zu einer lokalen Besiedelung des Intestinaltraktes führen, symptomfreie Dauerausscheider spielen deshalb für die Epidemiologie der Erkrankung eine wichtige Rolle (FARBER u. PETERKIN 1991).
Tabelle 3: Anzahl der Listeriose-Erkrankungen und Inzidenzen für Deutschland in den Jahren 2001 bis 2005 (modifiziert nach HARTUNG 2004)
Jahr Listeriose-Erkrankungen Inzidenz für Deutschland
2001 217, davon 22 Neugeborene 0,3 Erkrankungen/100000 Einwohner 2002 239, davon 42 Neugeborene 0,3 Erkrankungen/100000 Einwohner 2003 255, davon 29 Neugeborene 0,3 Erkrankungen/100000 Einwohner 2004 295 0,4 Erkrankungen/100000 Einwohner 2005 489
24 Literatur
2.1.5.2 Pathogenese der humanen Listeriose
Die humane Listeriose hat verschiedene Übertragungswege, zum einen ist dies möglich durch den Kontakt zu Tieren oder durch eine direkte Übertragung von Erkrankten zu Gesunden (z.B. bei Neugeborenen in Krankenhäusern) und zum anderen sind Lebensmittel an der Übertragung beteiligt (HARRIS 2002). Der häufigste Infektionsweg ist die Erregeraufnahme durch den Verzehr kontaminierter Lebensmittel (MARGET u. SEELIGER 1988; McLAUCHLIN 1996; RKI 2003), Roh- fleischerzeugnisse, besonders aus Schweinefleisch, spielen dabei eine wichtige Rolle (AVID 1994). Listeria ssp. sind im landwirtschaftlichen Bereich weit verbreitet, häufig werden die Keime in Tierfutter, besonders in verdorbener Silage gefunden (RKI 2003) und dann durch Tiere oral aufgenommen. So können Tiere zu Ausscheidern von Listerien werden ohne selbst zu erkranken. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass laktierende Kühe bei bestehender Mastitis die Keime über die Milch ausscheiden, so dass Listeria monocytogenes im Produkt direkt vorhanden sein kann (HOF 2003). Listeria monocytogenes ist weiterhin in der Lage, auf Ober- flächen wie beispielsweise Messern oder sonstigen Verarbeitungsgegenständen zu haften und zu überleben (LIN et al. 2006), daher ist eine Kontamination während der weiteren Verarbeitungsprozesse von Fleisch und Fleischprodukten ebenfalls mög- lich. Aufgrund dieser Tatsachen können tierische Produkte sowohl fäkal, z.B.
aufgrund mangelnder Stallhygiene als auch über die Umwelt mit Listeria monocy- togenes kontaminiert werden (HOF 1999). Da die Listeriose als eine zur Genera- lisierung neigende Lokalinfektion zu bezeichnen ist, kann eine Inkubationszeit im herkömmlichen Sinne nicht angegeben werden. In Anlehnung an Lebensmittel- infektionen können Krankheitserscheinungen nach 3 bis 70 Tagen auftreten (RKI 2003). Bei einer Infektion mit Listerien wird zunächst der Magen-Darm-Trakt durch die Bakterien besiedelt (McLAUCHLIN et al. 2004), die weitere Ausbreitung im Körper zeigt verschiedenartige Ausprägungen in verschiedenen Organsystemen und hängt in erster Linie von der Immunitätslage der Infizierten ab.
Literatur 25
2.1.5.3 Klinische Symptomatik der humanen Listeriose
Die humane Listeriose manifestiert sich in vielen verschiedenartigen Formen mit den unterschiedlichsten Symptomen. Für die allgemeine Bevölkerung stellt die Listeriose selten eine große Gefahr dar (AURELI et al. 2000), denn bei guter Abwehrlage bleibt die Infektion meist symptomlos, eventuell kann leichtes Fieber verbunden mit grippeähnlichen Symptomen auftreten (HOF 1999; BÜRGER 2004). Für bestimmte Personengruppen aber ist die Erkrankung von größter Bedeutung, da eine Listeriose für diese Menschen lebensbedrohlich sein kann. Zu den gefährdeten Personen zählen Senioren, Neugeborene, Schwangere und chronisch erkrankte Menschen (DOGANAY 2003), da bei herabgesetzter Immunabwehr schwere Krankheits- symptome auftreten können (RKI 2003; BÜRGER 2004). Die klinische Symptomatik kann in fünf Gruppen eingeteilt werden, in die Gruppen Sepsis, lokale Infektionen, Meningoenzephalitiden, Schwangeren-Listeriose und die Gruppe der Neugeborenen- Listeriose (BAHK u. MARTH 2002). Die Patienten, die an Listeriose mit septikämischem Verlauf erkranken, leiden an Fieber, Übelkeit, Erbrechen und Unwohlsein. Eine Sepsis kann eine disseminierte intravasale Koagulopathie (DIC), akute respiratorische Symptome sowie diverse Fehlfunktionen in verschiedenen Organsystemen verursachen (DOGANAY 2003). Klinisch ist eine Listeriose-Sepsis nicht von einer Sepsis anderer Genese zu unterscheiden (RKI 2003). Lokale Infektionen wie die Haut- oder Augenlisteriose, die nach direktem Kontakt mit infizierten Tieren auftreten können, setzen sich manchmal auch in systemische Verläufe wie z. B. Peritonitis, Pleuritis fort oder können beispielsweise in Milzabszesse übergehen (DOGANAY 2003; McLAUCHLIN et al. 2004). Listeria monocytogenes hat eine besondere Affinität zum zentralen Nervensystem und zwar sowohl zum Gehirn als auch zu den Hirnhäuten. Meningitiden oder Meningoenzephalitiden mit oder ohne neurologische Ausfälle der Patienten sind die wichtigsten Ausprägungen dieser Form der Listeriose. Sollten neurologische Symptome auftreten, sind häufiger Krämpfe zu beobachten als bei Meningitiden anderer Ätiologie. Als häufigste Form einer nicht-meningitischen Form einer ZNS- Listeriose ist eine Rhombenzephalitis, die Hirnstamm-Enzephalitis, zu nennen
26 Literatur
(DOGANAY 2003). Die Schwangeren-Listeriose hat eine große Bedeutung, da hieraus in den meisten Fällen eine Neugeborenen-Listeriose resultiert. Eine Infektion ist zu allen Zeiten einer Schwangerschaft möglich (McLAUCHLIN et al. 2004). Die Schwangere selbst erkrankt häufig nur leicht mit grippeähnlichen Symptomen (RKI 2003). Da aber Listeria monocytogenes die Fähigkeit besitzt, die Plazentaschranke zu passieren und häufig die Abwehrmechanismen nicht greifen, kann es zum Übergang der Infektion auf das Ungeborene kommen (HARRIS 2002); mit der Gefahr, dass das Kind infiziert oder zu früh oder tot geboren wird. Eine Infektion von Neugeborenen erfolgt diaplazentar, während der Geburt beim Durchtritt durch den Geburtskanal oder postnatal durch Kontakt. Man unterscheidet zwischen einer Frühinfektion mit den Symptomen Sepsis, Atemnot oder Hautläsionen und einer Spätinfektion mit Ausprägung in einer Meningitis (RKI 2003). HOF (2003) berichtet von einer Epidemie bei Neugeborenen 1949 in Deutschland, die durch Listeria monocytogenes ausgelöst wurde. Die Erkrankung wurde damals als „Granulomatosis infantiseptica“ benannt, da Granulome aus verschiedenen Organen wie Leber, Milz, Gehirn, Lunge und Haut isoliert werden konnten. 22 % der perinatalen Infektionen mit Listeriose enden in Totgeburten oder im Tod kurz nach der Geburt des Kindes (DONAGAY 2003). In seltenen Fällen der humanen Listeriose kann auch der Gastrointestinaltrakt betroffen sein mit Symptomen wie Durchfall, Übelkeit, Erbrechen und abdominalen Krämpfen, meist mit Fieber einhergehend (AURELI et al. 2000).
2.1.5.4 Klinische Symptomatik beim Tier
Die Infektionskrankheit Listeriose kann sich ebenfalls im Tierreich manifestieren. Die Listeriose der Tiere wird ebenso wie die humane Listeriose durch Listeria monocy- togenes verursacht (BOERLIN u. PIFFARETTI 1991; WIEDMANN et al. 1994). In ihrer Studie konnten BOERLIN u. PIFFARETTI (1991) Listeria monocytogenes, Serovar 4b, aus verschiedenen Tieren isolieren. WIEDMANN et al. (1994) isolierten zusätzlich die Serovare 1/2a und 1/2b nach zwei Ausbrüchen von Enzephalitiden bei
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kleinen Wiederkäuern, ausgelöst durch Listeria monocytogenes. Bei einer Routine- Kotuntersuchung wurden bei verschiedenen Nutztieren ebenfalls die Serovare 1/2a, 1/2b, 4ab, und 4b identifiziert (BUROW et al. 1996). Möglich ist eine Infektion bei allen landwirtschaftlichen Nutz-, Heim-, Wild- und Zootieren (AVID 1994). Listerien wurden weiterhin nachgewiesen bei Fischen, Amphibien und Reptilien, ebenfalls bei einigen Arthropoden konnten die Keime isoliert werden, so dass eine Überträgerrolle dieser Tierart vermutet werden kann (SELBITZ 2002). Neben klinisch inapparenten Infektionen treten bei Tieren drei Hauptformen der Listeriose auf. Die zerebrale oder auch Gehirnlisteriose genannte Form tritt in der Regel bei Schaf und Ziege und zunehmend auch beim Rind auf, innerhalb dieser Tierarten aber eher bei Jungtieren.
Die Symptome sind hohes Fieber, Konjunktivitis, zerebralnervöse Störungen wie Opisthotonus, Fazialislähmung, unnatürliche Kopfhaltung oder Zähneknirschen (ANONYM 2005). Weiterhin gibt es einen septikämischen Verlauf, diese Form tritt besonders bei Wiederkäuern, vor allem bei lebensschwachen Neugeborenen auf. Als dritte Ausprägung bei Tieren ist der metrogene oder abortive Verlauf zu nennen.
Dieser ist gekennzeichnet durch Aborte, Frühgeburten oder angeborene Lebens- schwäche und tritt vor allem bei Rind, Schaf und Schwein auf (AVID 1994).
2.1.5.5 Prophylaxe
Die humane Listeriose ist eine der bedeutendsten lebensmittelbedingten Infektionen, die zwar eine niedrige Morbidität, aber eine sehr hohe Letalität in der Risikogruppe hat. Daher ist eine Kontrolle auf der Stufe der Rohstoffe nötig, da eine Kontamination der Produkte auf allen Stufen der Gewinnung und Verarbeitung stattfinden kann (HOF 1999). Insbesondere bei Produkten tierischer Herkunft, wie kurzgereifter Rohwurst, kann es während der Gewinnung, z.B. beim Schlachtvorgang, zu Kontaminationen kommen. Schlachtfrische Tierkörper weisen dabei aber meist geringere Kontaminationsgrade auf, wohingegen nach bzw. während der weiteren Verarbeitungsschritte zu einem Endprodukt wie „Frischer Mettwurst“ eine deutliche Zunahme des Listeriengehaltes aufzuzeigen ist (HARTUNG 2004). Listeria
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monocytogenes besitzt zusätzlich die Fähigkeit, auf glatten Oberflächen haften und dort überleben zu können, so dass auch von den Gegenständen, die mit dem Fleisch in Berührung kommen, wie beispielsweise Arbeitsfläche, Fleischwolf oder Messer, eine potentielle Gefahr der Kontamination ausgehen kann (LIN et al. 2006). Zur Eindämmung der Listeriose-Gefahr sind demnach präventive Maßnahmen notwendig, die eine Vermehrung von Listeria monocytogenes in Lebensmitteln verhindern bzw. eine sichere Keimabtötung bewirken. Dazu ist eine Überwachung mittels des Hazard Analysis Critical Control Point-Konzeptes (HACCP) nötig (MENGONI u. APRAIZ 2003). Aus einer Studie von SALVAT und FRAVALO im Jahre 2004 geht hervor, dass eine Endproduktkontrolle und eine Überwachung mit einem HACCP-Konzept die einzige Möglichkeit für die Kontrolle von Listeria monocytogenes in Lebensmitteln ist. Da eine vollständige Freiheit aller Lebensmittel von Listerien aufgrund ihres ubiquitären Vorkommens unmöglich ist, kommt der Einhaltung festgesetzter Grenzwerte eine große Bedeutung zu (SELBITZ 2002).
2.1.6 Lebensmittelhygiene
Da von Listeria monocytogenes eine potentielle Gefahr für den Verbraucher ausgeht, kommt der Hygiene im Bereich der Produktion von Lebensmitteln, besonders der tierischen Ursprungs, eine große Bedeutung zu.
2.1.6.1 Vorkommen von Listeria monocytogenes in Lebensmitteln
Listeria monocytogenes ist ein anspruchsloses Bakterium mit ubiquitären Vor- kommen in der Umwelt (THÉVENOT et al. 2006). Daher können auch diverse Lebensmittel mit diesen Keimen kontaminiert sein. Man findet Listerien in allen Rohprodukten, wie Salat, Obst oder Gemüse, aber auch in allen tierischen Pro- dukten, wie beispielsweise Milch oder Joghurt (Hof 1999), und auch Fleisch sowie Fleischprodukte (s. Kapitel 2.1.6.2.) sind als Vektoren anzusehen (RKI 2003). Listeria
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monocytogenes konnte aus diversen Lebensmitteln wie Milch, Käse, Wurst, Fisch und Meeresfrüchten sowie aus verschiedenen Gemüsen isoliert werden (BOERLIN u. PIFFARETTI 1991). Bei unbehandelten Lebensmitteln wie z. B. rohem Gemüse ist das Risiko eher als gering einzustufen, da diese Lebensmittel vor dem Verzehr in der Regel noch gewaschen werden (HOF 1999). Viele Ausbrüche von Listeriosen sind auf den Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln zurückzuführen. Weichkäse beispielsweise war 1985 für einen großen Ausbruch in Kalifornien das ursächliche Substrat. 40 Personen starben an den Folgen der Listeriose (BAHK u. MARTH 1990). DALTON et al. (1997) berichten von einer Häufung von Gastroenteritiden und Fieber in Illinois im Jahre 1994, die durch den Verzehr von kontaminierter Milchschokolade aufgetreten ist. Weitere Ausbrüche, verursacht durch kontaminier- tes Getreide im Jahr 1997 in Italien (AURELI et al. 2000), den Verzehr von Butter (1998-1999, Finnland) oder nicht pasteurisierter Milch im Jahre 2000 in den USA (McLAUCHLIN et al. 2004) sind in der Literatur zu finden. Weiterhin ist auch ein gehäuftes Vorkommen von Listeria monocytogenes in vakuumverpacktem kalt- geräuchertem Fisch zu verzeichnen (BECKER et al. 2002). Der Verzehr von kaltgeräucherter Regenbogenforelle bedingte 1994-1995 in Schweden diverse Krankheitsfälle. Auch Muscheln gehören zu den Lebensmitteln, durch die diverse Erkrankungsfälle von Listeriose verursacht wurden, z. B. ein Ausbruch in Neuseeland 1992 durch geräucherte Muscheln (McLAUCHLIN et al. 2004).
2.1.6.2 Vorkommen von Listeria monocytogenes in Fleisch und Fleisch- erzeugnissen
Listeria monocytogenes scheint die Fähigkeit zu besitzen, in Fleisch und Fleisch- erzeugnissen trotz Einsatz technologischer Hürden wie Temperatur oder pH-Wert überleben zu können (FARBER u. PETERKIN 1991). Ausreichend erhitzte Speisen zeigen normalerweise Listerien-Freiheit, aber die Möglichkeit der Rekontamination der Produkte spielt eine wichtige Rolle, ebenso wie die Art des Fleisches bzw. des Fleischproduktes. Auf Geflügelfleisch überleben und vermehren sich die Keime
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besser als auf anderem Fleisch wie z. B. Roastbeef oder Sommerwurst (ANONYM 1999). Bestimmte Lebensmittel (z. B. Salami) können bis zu 80 % kontaminiert sein (HOF 1994). TRÜSSEL (1989) fand heraus, dass Listeria monocytogenes die gesamte Reifungsdauer von Salami überdauerte. Frische streichfähige Schinken- zwiebelmettwurst ist ein Rohprodukt und daher anfällig für mikrobiologische Keime (BIRZELE et al. 2005). In einer Studie zum Vorkommen von Listerien bei der Produktion von Bündnerfleisch, Salami und Mettwurst von TRÜSSEL aus dem Jahre 1989 wurde in der Mettwurst die höchste Kontaminationsrate an Listerien gefunden, allerdings waren ausschließlich Listeria innocua zu identifizieren. Listeriose- Ausbrüche durch kontaminiertes Fleisch bzw. Fleischprodukte konnten in den Jahren 1993 durch Schweinezunge in Aspik in Frankreich, 1998-1999 in den USA durch Hot Dogs oder im Jahr 2000 durch kontaminiertes Truthahnfleisch, ebenfalls in den USA, verzeichnet werden (McLAUCHLIN et al. 2004).
2.1.6.3 Produktbeispiel „Frische Mettwurst“
2.1.6.3.1 Rechtliche Grundlagen
Durch das neu eingeführte EU-Lebensmittelrecht werden die Vorschriften des Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetzes (LMBG), des Fleischhygiene- gesetzes (FlHG) und der Fleischhygieneverordnung (FlHV) weitgehend überlagert, so dass diese größtenteils ungültig sind. National ist das Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuch (LFGB) an die Stelle des LMBG getreten.
Laut der Verordnung über Hackfleisch, Schabefleisch und anderes zerkleinertes rohes Fleisch vom 10.Mai 1976, zuletzt geändert am 18.05.2005, gelten Erzeug- nisse, die ein abgeschlossenes Pökelungsverfahren mit Umrötung durchlaufen haben, als nicht mehr roh im Sinne dieser Verordnung. Dies gilt auch in Verbindung
Literatur 31
mit Trocknung oder Räucherung, bei Rohwursterzeugnissen mit Fermentation (Reifung).
Gemäß der Verordnung EG Nr. 853/2004 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 29.April 2004 mit spezifischen Hygienevorschriften für Lebensmittel tierischen Ursprungs, Anhang 1 Begriffsbestimmungen Nr. 7.1, werden Fleischerzeugnisse wie folgt definiert: „Fleischerzeugnisse“ sind verarbeitete Erzeugnisse, die aus der Verarbeitung von Fleisch oder der Weiterverarbeitung solcher verarbeiteter Erzeugnisse so gewonnen wurden, dass bei einem Schnitt durch den Kern die Schnittfläche die Feststellung erlaubt, dass die Merkmale von frischem Fleisch nicht mehr vorhanden sind.
§ 15 Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuch (LFGB) beinhaltet das Deutsche Lebensmittelbuch, eine Sammlung von Leitsätzen, in denen die Regelungen über Herstellung, Beschaffenheit und sonstige Merkmale, die für die Verkehrsfähigkeit wichtig sind, enthalten sind. „Frische Mettwurst“ wird demnach in die Kategorie der kurzgereiften Rohwürste eingeordnet. Kurzgereifte Rohwürste sind laut Punkt 2.21 der Leitsätze für Fleisch und Fleischerzeugnisse (1994) wie folgt definiert:
„Rohwürste“ sind umgerötete, ungekühlt (über 10 °C) lagerungsfähige, in der Regel roh zum Verzehr gelangende Wurstwaren, die streichfähig oder nach einer mit Austrocknung verbundenen Reifung schnittfest geworden sind. Zucker werden in einer Menge von nicht mehr als 2 % zugesetzt.“ Gemäß Punkt 2.212 sind die besonderen Merkmale streichfähiger Rohwurst, dass sie sortenabhängig gereift, umgerötet, aber nur gering abgetrocknet und zum baldigen Verzehr bestimmt sind.
„Frische Mettwurst“ ist grobkörnig und als Ausgangsmaterial wird hier beschrieben:
grob entfettetes Schweinefleisch, fettgewebsreiches Schweinefleisch und Fettge- webe, bei einigen Sorten wird zusätzlich grob entsehntes Rindfleisch zugefügt.
Für die Unterscheidung zwischen „Rohwurst“ und „Hackfleischzubereitungen“, Roh- wurst-Halbfabrikaten“ oder „rohwurstartigen Erzeugnissen“ ist das wichtigste Kriterium eine abgeschlossene Pökelung mit Umrötung und Reifung. Hackfleischzu-
32 Literatur
bereitungen“, „Rohwurst-Halbfabrikate“ oder „rohwurstartige Erzeugnisse“ unter- liegen dabei als Produkte, die nicht vollständig gereift in den Verkehr gelangen, den Bestimmungen der Hackfleischverordnung (HFLV).
Kurzgereifte Mettwürste als Vertreter der Lebensmittel, die nicht wärmebehandelt und nicht anderweitig stabilisiert sind, werden laut BgVV in die Lebensmittelkategorie II eingeordnet. Diese Kategorie II beinhaltet verzehrsfertige Lebensmittel, die mit Listeria monocytogenes kontaminiert sein können und eine Vermehrung dieser Keimart in dem Lebensmittel zulassen (BgVV 2000).
2.1.6.3.2 Definition und Herstellung
Die Definition von „Frischer Mettwurst“ hat sich im Laufe der Jahre mehrfach gewandelt. ROEMMELE und VAN DER WALL definierten im Jahre 1964 „Frische Mettwurst“ als gewürztes Mettgut, das aus roher Skelettmuskulatur vom Schwein oder Rind mit Speck oder Fett in unterschiedlicher Zerkleinerung in einem Darm verpackt wird. Bereits SINELL und LEVETZOW (1966) waren der Meinung, dass
„Frische Mettwurst“ im Sinne der Hackfleischverordnung (HFlV) sicher von Hackfleisch abzugrenzen sei aufgrund von Umrötung, Bindung, Aromatisierung und Säuerung, was der Reifung der Rohwurst entspricht. Zur Geschmacksgebung, für die Haltbarkeit und für eine stabile Farbe können bei der Herstellung von Rohwürsten außer Salz und Gewürzen, Zucker und Starterkulturen auch folgende Zusatzstoffe verwendet werden: Nitritpökelsalz oder Salpeter als Pökelstoffe, Ascorbinsäure und Natriumascorbat als Pökelhilfsstoffe und Natriumglutamat als Geschmacksverstärker (CORETTI 1974). Lebensmittelrechtlich ist aus heutiger Sicht „Frische Mettwurst“ als Fleischerzeugnis einzustufen, das durch Pökelung und Reifung stabilisiert, aber nur begrenzt lagerfähig ist. „Frische Mettwurst“ lässt sich gegenüber anderen schnittfesten Rohwürsten durch eine kurze Reifedauer abgrenzen; d.h. sie ist fermentiert und umgerötet. Weiterhin ist „Frische Mettwurst“ weder abgetrocknet noch geräuchert (JÖCKEL u. KLARE 2000). Traditionell wird dieses Produkt zu den
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frischen, streichfähigen Rohwürsten gezählt und gilt als typische deutsche Spezialität. Die Reifung der Rohwurst ist laut der Hackfleischverordnung (HFlV) das ausschlaggebende Kriterium zur Unterscheidung von Hackfleisch. Nach Unter- suchungsergebnissen des Niedersächsischen Landesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES), die im Jahresbericht 2003 veröffentlich wurden, mussten von 110 untersuchten frischen Zwiebelmettwürsten 21 als Rohwurst- Halbfabrikate beurteilt werden, da sie gar nicht oder nicht ausreichend gereift waren und somit eher Hackfleischcharakter aufwiesen.
„Frische Mettwurst“ besteht aus einem leicht verderblichen Gemenge von zerkleinerter Skelettmuskulatur und Fettgewebe mit Umrötemitteln, Salz und Gewürzen (BUCKENHÜSKES u. GEHRING 2000). Daher muss bei der Herstellung von „Frischer Mettwurst“ besonders auf eine Auswahl von einwandfreien Rohstoffen geachtet werden. Der Keimgehalt des Rohmaterials sollte dabei nicht über Werten von 106 KbE/g liegen, der pH-Wert des Fleisches etwa im Bereich von 5,4 bis 5,8 (CORETTI 1974). Die Beschaffenheit des Fettgewebes ist von ebenso großer Bedeutung, da der Speck den Trocknungsprozess beeinflusst und für die Streichfähigkeit bzw. die Festigkeit und den Geschmack der Rohwurst eine entscheidende Rolle spielt. Daher wird in erster Linie kerniger, fester Rückenspeck verarbeitet (CORETTI 1974).
2.1.6.3.3 Merkmale kurz gereifter Rohwürste
Die Anforderungen an „Frische Mettwurst“ lassen sich größtenteils aus den Definitionen in Kapitel 2.1.6.3.2 ableiten. Laut Hackfleischverordnung (HFLV) muss bei Produkten wie „Frischer Mettwurst“ eine Reifung und ein Pökelungsverfahren mit abgeschlossener Umrötung stattgefunden haben. Reifung bedeutet demnach:
Umrötung, Aromatisierung, Bindung und Konservierung und ist je nach Reife- temperatur nach drei bis sieben Tagen abgeschlossen. Umrötung, Aromatisierung und Bindung können dabei als die äußeren Zeichen der Reifungsvorgänge
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angesehen werden (STANISLAWSKI 2000). Eine stabile Umrötung lässt sich sensorisch, genauer jedoch durch den chemischen Nachweis nach Möhler (1966), bestimmen. Nach dieser Methode hat die „Frische Mettwurst“ die typische stabile Rotfärbung erreicht und ist damit als Fleischerzeugnis zu bewerten, wenn ≥ 50 % des Produktes umgerötet sind. Die Haltbarmachung von streichfähiger Rohwurst beruht nicht ausschließlich auf Wasserentzug, also Abtrocknung und Räucherung wie bei schnittfester Rohwurst, sondern lediglich auf der Wirkung des Salzes und auf der Absenkung des pH-Wertes (CORETTI 1974). Bei „Frischer Mettwurst“ handelt es sich um ein Extrem in der Rohwurstherstellung, da sich die Herstellungszeit durch die kurze Reifedauer auf drei bis vier Tage beschränkt.
2.1.6.3.4 Mikrobiologie der „Frischen Mettwurst“
Es muss im Sinne des Verbraucherschutzes bestimmte mikrobiologische Normen geben, da von einigen mikrobiologischen Keimen eine potentielle Gefahr für den Verbraucher ausgehen kann. Die mikrobiologischen Kriterien betreffen Mikro- organismen und sollten deshalb in erster Linie auf die Abwesenheit oder die quantitative Eingrenzung von pathogenen Mikroorganismen abzielen, da deren pathogenes Potential häufig von der Dosis abhängt (SINELL 1985). Aufgrund des hohen Risikos einer Kontamination mit eben diesen pathogenen Bakterien steht das Produkt „Frische Mettwurst“ immer wieder im Mittelpunkt vieler Diskussionen. Bei einer Untersuchung von elf Zwiebelmettwurstproben aus Betrieben des Lebensmittel- einzelhandels von KARCHES und TEUFEL (1988) wurden bei der Hälfte der untersuchten Proben Listerien isoliert, in einer Probe konnte sogar Listeria monocytogenes nachgewiesen werden. SCHMIDT et al. (1988) ermittelten weit höhere Belastungen mit Listerien. Sie konnten bei frischen Mettwürsten in 59 % der untersuchten Proben Listeria monocytogenes isolieren. Im gleichen Jahr unter- suchten BREUER und PRÄNDL ebenfalls frische Mettwürste aus dem Handel und ermittelten aus 67 % der Proben Listerien, davon waren in 23 % der untersuchten Proben Listeria monocytogenes nachzuweisen. 1997 veröffentlichte das BgVV die
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Ergebnisse einer umfangreichen Studie, die bundesweit durchgeführt wurde. Dabei wurde festgestellt, dass die Beschaffenheit frischer, streichfähiger Mettwürste häufig mangelhaft war. Die Kontaminationsrate mit Salmonella ssp. beispielsweise lag bei dem Produkt „Zwiebelmettwurst“ bei 3,8 %. Weiterhin konnten hohe Keimgehalte anderer Bakterien wie Pseudomonaden, Enterobacteriacaea und Staphylokokken nachgewiesen werden, was auf mangelnde Hygiene bei der Herstellung bzw. nicht einwandfreies Rohmaterial hindeutet. EL ALAMI (1997) konnte koagulase-positive Staphylokokken aus Rohwürsten aus dem Handel isolieren. Dabei konnte Staph.
aureus überwiegend mit geringen Keimgehalten zwischen 101 und 104/g nach- gewiesen werden. Auch SIEMS und SINELL konnten bereits 1974 koagulase- positive Staphylokokken in 37,5 % der untersuchten Proben von „Frischer Mettwurst“
nachweisen. Laut Untersuchungsergebnissen von KUSCHFELDT (1980) lag die aerobe Gesamtkeimzahl bei Werten von 103 KbE/g bis 109 KbE/g. Diese Beobach- tungen überschneiden sich mit denen von EL ALAMI im Jahre 1997; in ihren Untersuchungen konnte die Autorin aerobe Gesamtkeimzahlen bei frischen Mettwürsten aus dem Handel zwischen 3,5 x 104 KbE/g und 1,1 x 109 KbE/g nach- weisen. STANISLAWSKI (2000) berichtete bei industriell hergestellten frischen Zwiebelmettwürsten ebenfalls von aeroben Gesamtkeimzahlen in Konzentrationen von 6,0 x 107 KbE/g bis 3,9 x 108 KbE/g. All diese Untersuchungen bestätigen, dass
„Frische Mettwurst“ hohe Gesamtkeimzahlen aufweisen kann und eine Kontamination mit pathogenen Keimen, wenn auch meist in geringen Mengen häufig auftritt.
2.1.6.3.5 Hürdeneffekte
Für die Haltbarkeit von rohen Fleischerzeugnissen sind eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Temperatur, pH- und aw-Wert, Natriumchlorid (NaCl), Nitritpökelsalz (NPS) und Starterkulturen beispielsweise haben verschiedenartige Auswirkungen auf die Stabilität von Rohwurst. Die Haltbarkeit der Rohprodukte wird dabei bedingt
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durch die Effekte auf das Wachstumsverhalten der vorhandenen Mikroorganismen und die Kombination der einzelnen Hürden.
2.1.6.3.5.1 Einfluss der Temperatur
Für die Vermehrung bevorzugen die verschiedenen Bakterien-Spezies bestimmte Temperaturbereiche. Man unterscheidet ganz allgemein psychrophile, mesophile und thermophile Mikroorganismen (MO). Die psychrophilen MO vermehren sich bei Tem- peraturen von 0 °C - 30 °C, optimal sind dabei Temperaturen von 5 °C – 20 °C.
Thermophile MO dagegen wachsen zwischen 30 °C und 80 °C mit einem Optimum von 40 °C bis 60°C und die mesophilen Keime bevorzugen Temperaturen zwischen 5 °C und 45 °C, optimal sind dabei 15 °C bis 40 °C. Die meisten potentiell krank- machenden Keime gehören in die Gruppe der mesophilen Bakterien. Somit hat die Lagerungstemperatur eine große Bedeutung für die Haltbarkeit von rohen Produkten wie „Frischer Mettwurst“. Nach einer Studie von SINELL und LEVETZOW (1966) konnten die Autoren einen verzögerten Keimanstieg (besonders der Laktobazillen) bei einer Lagertemperatur von 4 °C feststellen. ALBERT et al. (2002) stellten eine Reduktion der Keimzahlen von Listeria monocytogenes bei Reife- bzw. Lagerungs- temperaturen von 26 °C fest.
2.1.6.3.5.2 Auswirkungen von pH- und aw-Wert
Der pH-Wert des Fleisches wird als die Konzentration von Ionen der flüssigen Phase des Fleisches im Gleichgewicht mit der festen Phase definiert. Der aw-Wert ist definiert als der Dampfdruck der betreffenden Probe zum Dampfdruck des reinen Lösungsmittels Wasser. „Frische Mettwurst“ hat eine Herstellungszeit von lediglich 3- 4 Tagen und wird häufig in wasserundurchlässigen Hüllen gereift, so dass bei diesem Produkt eine Stabilisierung im mikrobiologischen Sinne allein über den pH- Wert bzw. die aw-Wert-Absenkung zu erreichen wäre (LEISTNER 1985). Für die
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Herstellung von Rohwurst wird Fleisch mit pH-Werten von 5,4 bis 5,8 verwendet. Da
„Frische Mettwurst“ aber während der Reifung nur eine geringe Abtrocknung erfährt, kann der aw-Wert lediglich durch die Zugabe von Salz oder Speck beeinflusst werden (ALBERT et al. 2002). Der hieraus resultierende höhere aw-Wert bedingt zusammen mit einem geringen Säuregrad und dem vergleichsweise hohen pH-Wert den frischen Charakter der frischen, streichfähigen Mettwurst. Die Absenkung des pH-Wertes ist demnach eine wichtige Hürde, mit der eine bessere Haltbarkeit der Produkte zu erreichen ist (BUCKENHÜSKES u. GEHRING 2000). Diese Absenkung des pH- Wertes wird normalerweise durch die enzymatische Aktivität der Milchsäurebakterien bei gleichzeitiger Anwesenheit von Kohlehydrahten bewirkt (WEBER 1996). Nach den von MANTEL und BECK (1975) veröffentlichten Ergebnissen ihrer Studie zur Beurteilung von „Frischer Mettwurst“ unter besonderer Berücksichtigung des mikro- biologischen Status konnten die Autoren bei pH-Werten von 5,1 und 6,1 keine Korrelationen zum Wachstum der aeroben Gesamtkeimzahl feststellen. KARCHES und TEUFEL (1988) wiesen nach, das das Wachstum von Listeria monocytogenes bei einem pH-Wert von 5,3 keine wesentliche Reduktion aufwies.
2.1.6.3.5.3 Einfluss von Natriumchlorid (NaCl) und Nitritpökelsalz (NPS)
Kochsalz (NaCl) verbessert in erster Linie den Geschmack, aber es entzieht dem Fleisch zusätzlich Wasser und die darin gelösten Eiweißstoffe, was für die Bindung und Verfestigung der Wurstmasse wichtig ist (CORETTI 1974). Dass beispielsweise Laktobazillen, welche in der Ausgangsmasse nur in geringer Zahl vorhanden sind, sich in einer Rohwurst fast immer gegenüber den anderen Keimen durchsetzen können, ist auf den Zusatz von NaCl zurückzuführen (LEISTNER 1985). Aber auch der Zusatz von Zucker unterstützt das Wachstum dieser Keime. Dem Nitrit wurde zusätzlich eine keimhemmende Wirkung nachgewiesen. LEISTNER (1985) fand heraus, dass durch Zusatz von 125 ppm Natriumnitrit eine Vermehrung von Salmonella ssp. verhindert werden kann. Der Zusatz von Nitrit bei der Herstellung von Rohwurst ist nur in Form von Nitritpökelsalz (NPS) zulässig (Zusatzstoffzu-
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lassungsverordnung (ZzulV)). NPS ist nach § 2 und Anlage 1 der Zusatzstoff- verkehrsverordnung (ZverkV) den Zusatzstoffen gleichgestellt. Bei der Rohwurst- herstellung ist der Nitritgehalt besonders zu Beginn der Reifung von Bedeutung (HECHELMANN 1985; WEBER 1996). NPS wird hierbei zur Stabilisierung der Fleischfarbe, also für die Umrötung eingesetzt, aber es hat auch günstige Auswirkungen auf die Aromabildung sowie die Fettstabilisierung. Ohne Pökelstoffe bekommt die Wurst nicht die erwünschte pökelrote Farbe (CORETTI 1974).
Nitritpökelsalz hat weiterhin Einfluss auf den Geschmack und dient zusätzlich als Antioxidans (BIRZELE et al. 2005). Diesen technologisch erwünschten Reaktionen stehen Diskussionen um eine mögliche krebserregende Wirkung des Nitrits kontrovers gegenüber. Gemäß einer epidemiologischen Studie von WILD im Jahre 2003 können aber bezüglich eines potentiell höheren Magenkrebsrisikos durch einen vermehrten Verzehr von nitritgepökelten Fleischerzeugnissen keine Aussagen getroffen werden. Für die Verwendung von Nitritpökelsalz gibt es gesetzliche Regelungen. Die Zugabemenge von Nitritpökelsalz ist gemäß Anlage 4 B der ZzulV für nicht hitzebehandelte gepökelte Fleischerzeugnisse wie z.B. Rohwurst auf 150 mg Kaliumnitrit und Natriumnitrit, einzeln oder vermischt, pro Kilogramm Fleisch- und Fettmenge begrenzt.
2.1.6.3.5.4 Einfluss von Starterkulturen
Den Milchsäurebakterien kommt eine besondere Bedeutung bei der Rohwurstreifung zu. Sie bilden im Verlauf der Reifung D(-)-Milchsäure und tragen so durch Säuerung des Produktes zur Haltbarmachung der Rohwurst bei. Durch diese bakterielle Produktion von Milchsäure bei Anwesenheit von Kohlehydrahten wird die Wurst stabilisiert und der pH-Wert abgesenkt. Die Stabilisation beruht dabei auf der Tatsache, dass durch diese so genannte Fermentationsflora die unerwünschte Begleitflora (pathogene Keime, Verderbnisflora) gehemmt wird (JÖCKEL u. KLARE 2000). Die L(+)-Milchsäure wird durch das Rohmaterial Fleisch in das Produkt eingebracht, daher wird der Gehalt an D(-)-Milchsäure als zuverlässiges Zeichen der
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bakteriellen Produktion und damit für einen mikrobiellen Reifungsprozess angesehen (BUCKENHÜSKES u. FISCHER 2001).
2.1.6.3.6 Fleischfarbe
Die Farbe von frischem Fleisch ist das für den Verbraucher beim Kauf offensicht- lichste Kriterium für die Bewertung der Qualität (MØLLER et al. 2002). Die Muskelfar- be hängt ganz allgemein von der Konzentration des Sauerstoffs in der umgebenden Atmosphäre ab, der Oxidationszustand des Muskelfarbstoffs Myoglobin (Mb) ist da- bei ein wesentlicher Faktor. Myoglobin liegt normalerweise in Postrigor-Fleisch in nicht oxidiertem Zustand (Deoxymyoglobin, Fe2+) in der Muskulatur vor. Während der Weiterverarbeitung wird das Deoxymyoglobin durch den Umgebungssauerstoff zu Oxymyoglobin (Fe2+) oxigeniert und das Fleisch erhält so seine satte rote Farbe.
Konzentrationen von mehr als 5 % Sauerstoff bei der Verpackung von frischem Fleisch bedingen diese Rotfärbung, während geringere Konzentrationen zur Braunfärbung des Fleisches führen (THIPPAREDDI u. PHEBUS 2003). Die Braunfärbung des Fleisches beruht chemisch auf einer Oxidation des Myoglobins zu Metmyoglobin (Fe3+). Bei der Herstellung von Rohwurst findet ein zusätzlicher chemischer Prozess, die Umrötung statt. Dabei wird bei Produkten wie „Frischer Mettwurst“ Nitritpökelsalz (NPS) als Pökelstoff eingesetzt. Nitrit (NO2) kann ebenfalls durch bakterielle Reduktion aus Nitrat (NO3) gebildet werden. Bei der durch das Nitrit bedingten Umrötung der „Frischen Mettwurst“ wird chemisch zuerst das Deoxy- myoglobin (Fe2+) durch das Nitrit zu Metmyoglobin (Fe3+) oxidiert, das Wurstbrät verfärbt sich ins Braune. Bei dieser Reaktion entsteht weiterhin Stickoxid (NO).
Dieses geht dann mit dem Myoglobin eine stabile Bindung ein, d. h. das Stickoxid bindet sich irreversibel an das Eisenatom des Myoglobins. Es entsteht Nitroso- myoglobin (Fe2+), das stabile Pökelrot. Die Farbe ist als hellrot bis pink (LAWRIE 1979) zu beschreiben. Diese Verbindung ist sehr licht- und sauerstoffstabil und auch durch Wärmebehandlung wenig beeinflussbar. Abbildung 1 zeigt schematisch die
40 Literatur
Beziehung zwischen dem Oxidationszustand des Muskelfarbstoffs Myoglobin (Mb) und der Farbe des frischen Fleisches bzw. der umgeröteten Rohwurst.
Myoglobin Fe2+
(lila-rot)
Oxymyoglobin Fe2+
(satt-rot)
Metmyoglobin Fe3+
(braun) -e-
+e- + O2
-e- +e- - O2
- O2
+ O2
+ O2
+NO
Nitrosomyoglobin Fe2+
(hellrot)
Abb. 1: Zusammenhang zwischen Oxidationszustand des Eisens im Myoglobin- molekül (Mb) und der Farbe des Produkts
2.2 Modified Atmosphere Packaging (MAP)
2.2.1 Allgemeines
Für die Qualitätserhaltung von Lebensmitteln ist neben der Kühlung die Verpackung ein wichtiges Kriterium. Bei Lebensmitteln steht dabei in erster Linie der Schutz vor atmosphärischen Einflüssen im Vordergrund (PAULUS 1996), aber auch der Schutz vor direkter Berührung durch das Personal oder die Kundschaft. Daher werden viele Lebensmittel heutzutage unter Schutzatmosphäre verpackt. Diese Verpackungs- technologie wird auch Modified atmosphere packaging (MAP) genannt. In den letzten zwei Jahrzehnten ist diese Art der Verpackung immer mehr in den Vordergrund gerückt, als „neue“ Technologie kann man sie aber dennoch nicht bezeichnen. Die ersten Berichte reichen bis in die dreißiger Jahre zurück; damals wurde erstmals frisches Rindfleisch unter CO2 verpackt mit dem Schiff von Australien nach Neuseeland versendet (FARBER 1990). Modified atmosphere packaging (MAP) wird
Literatur 41
beschrieben als „der Einschluss von Lebensmitteln in Gas undurchlässigem Material, in welchem die Atmosphärenzusammensetzung verändert wurde“ (YOUNG et al.
1988). Weiterhin wird diese Technologie beschrieben als die optimale Gasat- mosphäre für das jeweilige Produkt in einer spezifischen Verpackung. Diese optimale Atmosphäre ist abhängig von bestimmten intrinsischen Faktoren wie pH-Wert, aw-Wert, Fettgehalt und Art des Fettes des Produktes (DEVLIEGHERE et al. 2004).
Durch die veränderte Schutzatmosphäre sollen Verderbniserreger gehemmt werden und somit die Qualität verbessert und die Haltbarkeitsdauer des Lebensmittels verlängert werden. Es existieren zwei unterschiedliche Formen der Verpackung mit modifizierten Atmosphären: die Vakuumverpackung und die Verpackung unter Schutzatmosphäre. Bei der Vakuumverpackung wird das Lebensmittel in einem Material mit geringer Sauerstoffdurchlässigkeit unter vollständigem Entzug der vorhandenen Atmosphäre verpackt. Die Verpackung unter Schutzatmosphäre unterscheidet sich von der Vakuumverpackung dadurch, dass nach Entzug der vorhandenen Atmosphäre eine definierte „neue“ Atmosphäre in die Verpackung eingebracht wird (SMITH et al. 1990). Bei der Wahl der Verpackungstechnologie ist es sinnvoll, oxidativ gefährdete Lebensmittel (z. B. Aufschnittware von Mortadella, Salami) entweder unter Vakuum oder unter Atmosphären, die Stickstoff enthalten, zu verpacken. Essentiell dabei ist es, Sauerstoff als Schutzgas für diese Produkte auszuschließen (DEVLIEGHERE et al. 2004). Bei mikrobiologisch gefährdeten Lebensmitteln dagegen findet vorwiegend Kohlendioxid (CO2) als Schutzgas Verwendung, da dem Kohlendioxid eine bakteriostatische Wirkung nachgesagt wird (PAULUS 1996). Generell werden für die MAP-Technologie drei Gase in verschiedenen Zusammensetzungen als Schutzgase verwendet: Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2) und Kohlendioxid (CO2) (FARBER 1990, CHURCH u. PARSONS 1995, NOWAK et al. 2005). In den letzten Jahren finden vermehrt auch Spuren der Gase Kohlenmonoxid (CO), Argon (Ar) und Helium (He) Verwendung als Schutzgase (THIPPAREDDI u. PHEBUS 2003). Es gibt viele Vorteile von modified atmosphere packaging, aber es gibt auch einige nennenswerte Probleme. Als Vorteile sind eine verlängerte Haltbarkeit und weniger wirtschaftliche Verluste zu nennen. Außerdem sind unter Schutzatmosphäre verpackte Produkte von hoher Qualität. Nachteilig
42 Literatur
allerdings sind die deutlich höheren Kosten für die Verpackung und das Equipment, da beispielsweise für verschiedene Produkte verschiedene Zusammensetzungen der unterschiedlichen Gase benötig werden. Weiterhin muss das Personal geschult werden und eine Temperaturkontrolle der verpackten Produkte ist unerlässlich. Ein ganz wesentlich nachteiliger Punkt ist die mikrobiologische Sicherheit der Waren, da sich durch die längere Haltbarkeit auch unerwünschte Keime vermehren können, besonders die psychrotrophen Bakterien wie Listeria monocytogenes, die in der Lage sind, unter Kühltemperaturen zu wachsen (FARBER 1990). Tabelle 4 bietet eine Übersicht über die Vor- und Nachteile der MAP-Technologie.
Tabelle 4: Vor- und Nachteile der MAP-Technologie (FARBER 1990)
Vorteile Nachteile
Verlängerung der Haltbarkeit höhere Kosten für Verpackung und Equipment geringere wirtschaftliche Verluste Temperaturkontrolle ist unerlässlich
Hohe Qualität des Produktes mikrobiologische Sicherheit ist herabgesetzt niedrigere Versandkosten Personal muss geschult werden
2.2.2 Allgemeine Wirkung verschiedener Schutzgase
2.2.2.1 Kohlendioxid (CO2)
Kohlendioxid (CO2) kann aufgrund seiner antimikrobiellen und fungistatischen Wirkung als wichtigstes Schutzgas bei der Verpackung von Frischfleisch und Erzeugnissen daraus angesehen werden. Eine Hemmung des Wachstums der aeroben Mikroflora findet bei Verwendung von höheren Dosen CO2 als Schutzgas statt (CARLIN et al. 1996). Bei Konzentrationen von 30 Vol. % und 50 Vol. % CO2 in der Atmosphäre konnten die Autoren eine signifikante Verzögerung der Wachstums- rate der aeroben Keime beobachten. Auch ARASHISAR et al. (2004) zeigten in ihren
