der Tierärztlichen Hochschule Hannover
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INAUGURAL-DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von aus Bremen
Entwicklung von mikroverkapselten Probiotika-Präparaten
zum Einsatz als Zusatzstoff in Fleischerzeugnissen
Julia Nina Jähne
1. Auflage 2007
© 2007 by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen Printed in Germany
ISBN 978-3-939902-35-5
Verlag: DVG Service GmbH Frankfurter Straße 89
35392 Gießen 0641/24466 geschaeftsstelle@dvg.net
www.dvg.net
Aus dem Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit des Zentrums für Lebensmittelwissenschaften
der Tierärztlichen Hochschule Hannover
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Entwicklung von mikroverkapselten Probiotika-Präparaten
zum Einsatz als Zusatzstoff in Fleischerzeugnissen
INAUGURAL-DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Julia Nina Jähne
aus Bremen
Hannover 2007
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. G. Klein
PD Dr. M. Kühne
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. G. Klein
PD Dr. M. Kühne
2. Gutachter: Prof. Dr. G. Breves
Tag der mündlichen Prüfung: 21. Mai 2007
Diese Arbeit wurde gefördert durch die Fritz-Ahrberg-Stiftung, Hannover.
Meiner Familie
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 15
2 Wissenschaftliches Schrifttum 17
2.1 Probiotika ... 17
2.1.1 Genus Lactobacillus... 22
2.1.1.1 L. acidophilus-Gruppe... 25
2.1.1.2 L. casei-Gruppe ... 27
2.1.1.3 L. reuteri/L. fermentum-Gruppe... 28
2.1.2 Probiotische Wirkungen ... 29
2.1.3 Sicherheit und gesundheitliche Unbedenklichkeit ... 35
2.2 Fleischerzeugnisse und Gewürze ... 42
2.2.1 Begriffsdefinitionen im Zusammenhang mit Fleischerzeugnissen... 42
2.2.2 Gewürze... 44
2.2.2.1 Antimikrobielle Wirkung von Gewürzen... 46
2.2.3 Einsatz von Probiotika in Fleischerzeugnissen ... 50
2.3 Technologische Verfahren zur Bakterienbearbeitung... 55
2.3.1 Fermentation ... 55
2.3.2 Lyophilisation ... 57
2.3.3 Mikroverkapselung ... 59
2.3.3.1 Aufbau und Materialien ... 59
2.3.3.2 Verfahren ... 62
2.3.3.3 Freisetzung des Kapselinhaltes ... 67
2.3.3.4 Ziele ... 67
2.4 Zusammenfassende Auswertung des wissenschaftlichen Schrifttums... 70
3 Eigene Untersuchungen 71 3.1 Material ... 71
3.1.1 Verwendete Bakterien... 71
3.1.1.1 Lyophilisate ... 72
3.1.1.2 Mikroverkapselte Bakterien... 72
3.1.2 Nährmedien... 74
3.1.2.1 Lösungen ... 76
3.1.3 Lagerungsmaterial ... 76
3.1.3.1 Gelatine... 77
3.1.3.2 Zusätze ... 77
3.2 Methoden ... 78
3.2.1 Isolierung, Kultivierung und Sicherung der Stämme ... 78
3.2.1.1 L. reuteri (S 24) und L. rhamnosus (S 25)... 79
3.2.1.2 L. paracasei (S 26)... 80
3.2.1.3 L. gasseri (S 28)... 82
3.2.2 Vorversuche ... 84
3.2.2.1 Einfluss Gewürze ... 85
3.2.2.2 Einfluss Kochsalzkonzentration ... 87
3.2.3 Lyophilisation ... 90
3.2.4 Mikroverkapselung ... 90
3.2.5 Einlagerung der Proben und Lagerungsbedingungen... 92
3.2.5.1 Befüllung der Probenröhrchen und Lagerungsbedingungen... 92
3.2.5.2 Probenschlüssel... 94
3.2.5.3 Mikrobiologische Untersuchung der Gewürze... 97
3.2.6 Untersuchung der Proben – Lagerungsversuch... 98
3.3 Auswertung ... 100
4 Ergebnisse 103 4.1 Vorversuche ... 103
4.1.1 Vergleich von Spatel- und Tropfplattenverfahren ... 104
4.1.2 Einfluss Gewürze und Kochsalzkonzentration ... 104
4.1.2.1 Einfluss Gewürze ... 105
4.1.2.2 Einfluss Kochsalzkonzentration ... 108
4.1.3 Mikrobiologische Untersuchung der Gewürze... 110
4.2 Untersuchung der Proben – Lagerungsversuch... 111
4.2.1 Lagerung der Lyophilisate... 111
4.2.2 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. reuteri (S 24)... 113
4.2.2.1 Ohne Zusätze ... 113
4.2.2.2 Zusatz NaCl ... 114
4.2.2.3 Zusatz Nelken ... 116
4.2.2.4 Zusatz Schwarzer Pfeffer... 116
4.2.3 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. rhamnosus (S 25) ... 117
4.2.3.1 Ohne Zusätze ... 118
4.2.3.2 Zusatz NaCl ... 119
4.2.3.3 Zusatz Nelken ... 121
4.2.3.4 Zusatz Schwarzer Pfeffer... 122
4.2.4 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. paracasei (S 26) ... 123
4.2.4.1 Ohne Zusätze ... 124
4.2.4.2 Zusatz NaCl ... 125
4.2.4.3 Zusatz Nelken ... 126
4.2.4.4 Zusatz Schwarzer Pfeffer... 126
4.2.5 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. gasseri (S 28) ... 127
4.2.5.1 Ohne Zusätze ... 128
4.2.5.2 Zusatz NaCl ... 129
4.2.5.3 Zusatz Nelken ... 130
4.2.5.4 Zusatz Schwarzer Pfeffer... 130
5 Diskussion 133 5.1 Verwendete Bakterien ... 133
5.2 Vorversuche ... 135
5.2.1 Vergleich von Spatel- und Tropfplattenverfahren ... 135
5.2.2 Einfluss Gewürze ... 136
5.2.3 Einfluss Kochsalzkonzentration... 138
5.3 Lyophilisation ... 138
5.4 Mikroverkapselung ... 139
5.5 Lagerungsversuch... 140
5.5.1 Mikrobiologische Untersuchung der Gewürze... 140
5.5.2 Einlagerung und Untersuchung der Proben ... 141
5.5.2.1 Lagerung der Lyophilisate... 143
5.5.2.2 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. reuteri (S 24) ... 144
5.5.2.3 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. rhamnosus (S 25) .. 146
5.5.2.4 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. paracasei (S 26) .... 147
5.5.2.5 Lagerung mikroverkapselter Proben von L. gasseri (S 28) ... 148
5.6 Zusammenfassende Diskussion und Ausblick ... 149
6 Schlussfolgerungen 153 7 Zusammenfassung 155 8 Summary 157 9 Schrifttumsverzeichnis 159 10 Anhang 189 10.1 Ergebnistabellen... 189
10.2 Nährmedien... 198
10.2.1 Nährmedien für Laktobazillen... 198
10.2.2 Weitere Nährmedien für die Untersuchung der Gewürze... 200
10.3 Technische Geräte und Verbrauchsmaterialien ... 202
10.4 Abbildungsverzeichnis... 206
10.5 Tabellenverzeichnis... 208
Teilergebnisse dieser Arbeit wurden in einem Posterbeitrag im Rahmen der 47.
Arbeitstagung des Arbeitsgebietes Lebensmittelhygiene der DVG e. V. vorgestellt (Garmisch-Partenkirchen, 26. bis 29. September 2006).
Abkürzungsverzeichnis
|∆ Kz| Betrag der Differenz der Keimzahlen
∆ Kz Differenz der Keimzahlen
® eingetragenes Warenzeichen
° C Grad Celsius
µg Mikrogramm µl Mikroliter µm Mikrometer
ABAS Ausschuss für Biologische Arbeitsstoffe Abb. Abbildung
ABl. Amtsblatt Aqua dest. Aqua destillata
ATCC American Type Culture Collection B. Bifidobacterium BAnz. Bundesanzeiger BArbBl. Bundesarbeitsblatt BfR Bundesinstitut für Risikobewertung BG Berufsgenossenschaft BGBl. Bundesgesetzblatt BuGBl. Bundesgesundheitsblatt BVL Bundesamt für Verbraucherschutz und
Lebensmittelsicherheit C. Candida comb. nov. combinatio nova
DG SANCO Directorate General for Health and Consumer Protection DSM Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen Ec. Enterococcus
EFSA The European Food Safety Authority
EG Europäische Gemeinschaft
EU Europäische Union
EWG Europäische Wirtschaftsgemeinschaft
FDA Food and Drug Administration g Gramm
GMBl. Gemeinsames Ministerialblatt
GRAS Generally Recognized as Safe h Stunde KbE Kolonie bildende Einheiten Kz Keimzahl l Liter L. Lactobacillus L. lateinisch Lc. Leuconostoc
LFGB Lebensmittel-, Bedarfsgegenstände- und Futtermittelgesetzbuch
lg Logarithmus zur Basis 10/Zehner-/dekadischer Logarithmus Merr. Merrill
Min. Minute ml Milliliter
NCDO National Collection of Dairy Organisms NCFB National Collection of Food Bacteria
NCIMB National Collection of Industrial and Marine Bacteria P. Pediococcus
pH negativer dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration
PRODEMO Program Demonstration of Nutritional Functionality of Probiotic Foods
QPS Qualified Presumption of Safety of Micro-organisms in Food and Feed
RL Richtlinie
S Stamm aus institutseigener Stammsammlung Sc. Streptococcus
sp. species sp. nov. species nova
subsp. subspecies Tab. Tabelle
TRBA Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe
™ eingetragenes Warenzeichen
VO Verordnung
1 Einleitung
Probiotika werden immer häufiger zur diätetischen Aufwertung von Lebensmitteln eingesetzt. Bei den Probiotika handelt es sich um Mono- und Mischkulturen lebender Mikroorganismen. Die Milchsäurebakterien sind mit weitem Abstand die wichtigsten Vertreter unter den probiotischen Mikroorganismen. In Lebensmitteln werden v. a.
Stämme der Gattungen Lactobacillus und Bifidobacterium eingesetzt.
Der Einsatz probiotischer Kulturen in Milcherzeugnissen ist weit verbreitet und technologisch unproblematisch.
Bei der Herstellung von Fleischerzeugnissen werden die Probiotika bisher nur als Starterkulturen für Rohwürste eingesetzt, wobei technologische Einflüsse während der Herstellung (z. B. Temperatur, Luftsauerstoff, Zusatzstoffe) die Überlebensfähigkeit der Probiotika negativ beeinflussen bzw. diese unmöglich machen.
Ein möglicher Ansatz könnte die Mikroverkapselung der probiotischen Mikroorganismen sein.
Ziel ist es, die technologischen und mikrobiologischen Grundlagen für den Einsatz mikroverkapselter Probiotika in Fleischerzeugnissen unterschiedlicher Technologien, in Fleischzubereitungen und in Convenience-Erzeugnissen zu erarbeiten.
Ausgewählte Laktobazillen mit probiotischer Wirkung werden verschiedenen Mikroverkapselungsverfahren unterzogen. In einem sich anschließenden Lagerungsversuch werden die mikroverkapselten Bakterien unterschiedlichen Lagerungsbedingungen ausgesetzt und der Einfluss verschiedener Zusatzstoffe, wie Kochsalz und Gewürze, getestet.
In einer Verlaufskontrolle, die sich über den Lagerungszeitraum erstreckt, wird die Lebensfähigkeit der mikroverkapselten Bakterien überprüft. Auf diese Weise wird untersucht, ob die mikroverkapselten Laktobazillen für einen Einsatz u. a. in Gewürzmischungen und essbaren Hüllen in den oben genannten Produkten geeignet sind.
2 Wissenschaftliches Schrifttum
Das wissenschaftliche Schrifttum gliedert sich im Wesentlichen in drei Abschnitte.
Der erste Teil befasst sich mit den Probiotika im Allgemeinen und speziell mit den Laktobazillen. Es werden Herkunft, Wirkungen, Taxonomie und physiologische Eigenschaften, sowie Sicherheit und gesundheitliche Unbedenklichkeit von Laktobazillen besprochen. Der zweite Teil beschäftigt sich mit Fleischerzeugnissen und Gewürzen. Ferner wird der Einsatz von probiotischen Bakterien in Fleischerzeugnissen dargestellt. Der dritte Abschnitt erläutert die verschiedenen Verfahren zur Bearbeitung von Bakterien mit dem Schwerpunkt der Mikroverkapselung.
2.1 Probiotika
Probiotika kommen traditionell schon lange in Lebensmitteln, Futtermitteln und Arzneimitteln (für Mensch und Tier) zum Einsatz. FULLER (1989) bezeichnete mit dem Begriff Probiotikum ein Futtersupplement in Form lebender Mikroorganismen, welches die Gesundheit des Wirtstieres günstig beeinflusst, indem es das Gleichgewicht der Intestinalflora verbessert. Die ARBEITSGRUPPE
„PROBIOTISCHE MIKROORGANISMENKULTUREN IN LEBENSMITTELN“ AM BUNDESINSTITUT FÜR GESUNDHEITLICHEN VERBRAUCHERSCHUTZ UND VETERINÄRMEDIZIN (jetzt: BfR) (2000) bestimmte Probiotika als definierte lebende Mikroorganismen, die in ausreichender Menge in aktiver Form in den Darm gelangen und hierbei positive gesundheitliche Effekte erzielen. Im Gegensatz dazu, sind Prebiotika spezifische unverdauliche Stoffe, die selektiv Mikroorganismen in ihrem Wachstum im Darm fördern und dadurch positive gesundheitliche Wirkungen erzielen. Synergistisch vereint werden die Vorteile von Pro- und Prebiotika in den sogenannten Synbiotika, bei denen es sich um eine Kombination aus beiden handelt.
In probiotischen Lebensmitteln sind Probiotika in einer Menge enthalten, mit der die probiotischen Wirkungen nach dem Verzehr eines derartigen Lebensmittels erzielt werden.
Die empfohlene täglich aufzunehmende, minimale therapeutische Dosis für probiotische Bakterien liegt bei 108 bis 109 KbE. Die Empfehlung für das probiotische Produkt am Ende des Mindesthaltbarkeitsdatums liegt bei 106 KbE pro ml (SHAH 2000, KAILASAPATHY u. CHIN 2000). Allerdings können 106 KbE/ml unter Umständen nicht ausreichend sein, wenn man berücksichtigt, dass nicht alle Bakterien den Darm lebend erreichen. Auf der Basis von In-vitro-Studien erscheint eine täglich aufzunehmende Dosis probiotischer Bakterien von 109 bis 1010 KbE notwendig, um probiotische Effekte zu erzielen (SANDERS u. HUIS IN’T VELD 1999).
Nach DE VRESE und SCHREZENMEIER (2000) sind im Produkt Probiotikakonzentrationen von 106 bis 109 KbE/g Lebensmittel technisch möglich, und bis zum Ablauf des Mindesthaltbarkeitsdatums kann eine Keimkonzentration von
≥ 106 KbE/g Produkt garantiert werden.
Probiotische Kulturen können sowohl als Bestandteil von Lebensmitteln des allgemeinen Verzehrs als auch in diätetischen Lebensmitteln in den Verkehr gebracht werden. In isolierter Angebotsform werden sie dagegen in Deutschland nicht als Lebensmittel angesehen und sind daher auch keine Nahrungsergänzungsmittel. Die meisten probiotischen Lebensmittel findet man unter den Milchprodukten, aber auch zunehmend in Nicht-Milchprodukten, wie z. B.
Getreideprodukten, Süßwaren und Rohwürsten (ARBEITSGRUPPE
„PROBIOTISCHE MIKROORGANISMENKULTUREN IN LEBENSMITTELN“ AM BUNDESINSTITUT FÜR GESUNDHEITLICHEN VERBRAUCHERSCHUTZ UND VETERINÄRMEDIZIN (jetzt: BfR) 2000). Probiotische Kulturen werden auch in Futtermitteln und Arzneimitteln (für Mensch und Tier) (REUTER 2001), z. B. als lyophilisierte oder suspendierte Kulturen zur oralen Einnahme, eingesetzt.
Mikroorganismen, die als Probiotika verwendet werden sollen, müssen besondere funktionelle und physiologische Eigenschaften aufweisen (HOLZAPFEL 2001).
Geeignete Stämme müssen die Magen-Passage lebend passieren und in der Lage sein, sich im Darm zu vermehren. Diese Eigenschaften sind unter den Milchsäurebakterien weit verbreitet (REUTER 2001). KALANTZOPOULOS (1997) wies zusätzlich darauf hin, dass gute probiotische Mikroorganismen lagerungsstabil sein sollen, bei niedrigen Magen-pH-Werten überleben sollen, in der Lage sein sollen das Magen-Darmepithel zu besiedeln, nicht pathogen sein dürfen, und imstande sein sollen einen inhibitorischen Effekt gegenüber dem Wachstum und der Toxinproduktion von pathogenen Keimen oder Verderbniserregern auszuüben.
SAXELIN (1999) zeigte, dass ausgewählte probiotische Stämme eine Lagerung bei niedrigen Temperaturen gut überleben können.
Probiotische Lebensmittel sind „Functional Food“ (funktionelle Lebensmittel). Die Bezeichnung Functional Food wurde als Marketing-Ausdruck Ende der 1980er-Jahre in Japan geschaffen, um mit gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen angereicherte Lebensmittel zu beschreiben. ERBERSDOBLER (2000) fasst unter Functional Food Lebensmittel und entsprechend neuentwickelte Produkte zusammen, denen aufgrund besonderer Inhaltsstoffe mehr als nur der reine Nähr- und Genusswert zukommt. Im Mittelpunkt stehen die aktive und positive Beeinflussung der Gesundheit und das Erzielen von spezifischen präventiven Wirkungen durch die Ernährung.
Probiotische Produkte, v. a. Milchprodukte mit den Spezies Lactobacillus und Bifidobacterium, machen einen großen Anteil von Functional Food aus (STANTON 2001).
Die Popularität und die Vermarktungserfolge von Probiotika führten dazu, dass Entwicklungen für probiotische Lebensmittel auch außerhalb des Molkereisektors vorangetrieben wurden. Voraussetzung ist, dass die probiotischen Stämme sich unter industriellen Bedingungen produzieren lassen, und anschließend als gefrorene oder gefriergetrocknete Kulturen überleben und ihre Funktionalität wieder erlangen.
Dasselbe gilt für die probiotischen Lebensmittel, in die die Stämme dann letztendlich verbracht werden. Wichtig ist auch, dass die Probiotika in dem jeweiligen Lebensmittel keine negativen Geruchs-, Geschmacks- oder Textureindrücke bewirken (MATTILA-SANDHOLM et al. 2002).
Milchsäurebakterien sind die wichtigsten Vertreter der probiotischen Mikroorganismen. Daneben werden aber auch Nicht-Milchsäurebakterien als Probiotika eingesetzt, wie z. B. Bacillus (KLEIN 2001).
Nach AXELSSON (2004) gehören zu den hauptsächlich in der Lebensmitteltechnologie eingesetzten Milchsäurebakterien die Gattungen Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus und Weissella, wobei insgesamt zu den Milchsäurebakterien mehr als zwanzig Gattungen zählen. Die Gattung Bifidobacterium wird nach AXELSSON (2004) häufig auch zu den echten Milchsäurebakterien gezählt, ist aber streng genommen mit diesen phylogenetisch nicht verwandt, auch wenn einige Charakteristika übereinstimmen.
Stämme, die in Europa als Probiotika Verwendung finden, gehören überwiegend den Genera Lactobacillus, Enterococcus und Bifidobacterium an (KLEIN 2001). Die nachfolgende Tabelle 1 gibt eine Übersicht über wichtige technologisch genutzte Genera und probiotisch eingesetzte Spezies der Milchsäurebakterien.
Tabelle 1: Wichtige technologisch genutzte Genera und probiotisch eingesetzte Spezies der Milchsäurebakterien (KLEIN 2001)
Anwendung1 Genus Spezies
P S M F TE H
Lactobacillus L. acidophilus-Gruppe (L. acidophilus, L. crispatus, L. gasseri, L. johnsonii)
● ● ● ● ●
L. casei-Gruppe (L. casei, L. paracasei, L. rhamnosus)
● ● ● ● ●
L. reuteri/L. fermentum ● ● ● ● ● ●
L. sakei/L. curvatus ●
Bifidobacterium B. longum, B. animalis, B. infantis, B. breve
● ● ● ● ●
Enterococcus Ec. faecium, Ec. faecalis ● ● ● ● ● Lactococcus L. lactis subsp. lactis ● ●
Pediococcus P. acidilactici, P. damnosus, P. pentosaceus
● ●
Leuconostoc Lc. mesenteroides, Lc. lactis ● ● Streptococcus Sc. salivarius subsp. thermophilus ● ●
Carnobacterium C. piscicola ● ●
1 hauptsächlicher Anwendungsbereich, P Probiotikum
S Starterkultur M Milchtechnologie F Fleischtechnologie TE Tierernährung H Humanmedizin
Milchsäurebakterien sind grampositive Kokken oder Stäbchen, die keine Sporen ausbilden und die aus Kohlenhydraten Milchsäure fermentieren. Die Einteilung der Milchsäurebakterien in die verschiedenen Genera erfolgt aufgrund der Morphologie, der Art der Glukosefermentation, des Wachstums bei verschiedenen Temperaturen,
der Konfiguration der produzierten Milchsäure, der Fähigkeit bei hohen Salzkonzentrationen zu wachsen und der Toleranz bezüglich des pH-Wertes.
Chemotaxonomische Marker wie die Zusammensetzung der Fettsäuren sowie die Bestandteile der Zellwände wurden ebenfalls zur Klassifikation herangezogen.
Zusätzlich werden in der gegenwärtigen Taxonomie phylogenetische Beziehungen mit berücksichtigt. In den meisten Fällen bilden die Gattungen eigene phylogenetische Gruppen. Es gibt jedoch auch Ausnahmen, bei denen die phylogenetischen Muster nicht mit den gegenwärtigen Klassifizierungen aufgrund der phänotypischen Eigenschaften übereinstimmen. Dies ist zum Beispiel der Fall für die Gattungen Lactobacillus und Pediococcus (AXELSSON 2004).
2.1.1 Genus Lactobacillus
Laktobazillen kommen in vielen verschiedenen Bereichen der Umwelt vor. Sie sind physiologische Bewohner der Mundhöhle, des Intestinaltraktes und der Vagina des Menschen. Außerdem kommen Laktobazillen auch in Pflanzen und Pflanzenmaterial vor. Ebenso sind sie Bestandteil von Erdboden, Wasser, Silage, Abwasser und Gülle. Ein großes Einsatzgebiet für Laktobazillen ist die Lebensmittelherstellung (z. B. Fermentationen). Hier werden Laktobazillen z. B. bei der Herstellung von Milcherzeugnissen, aber auch als Starterkulturen bei der Rohwurstherstellung verwendet. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet sind die Probiotika. Andererseits können Laktobazillen aber auch für den Verderb von Lebensmitteln, wie z. B. Milch und Milcherzeugnissen, Fleisch und Fleischerzeugnissen, Fischmarinaden oder Bier, verantwortlich sein (STILES u. HOLZAPFEL 1997).
Die Gattung Lactobacillus umfasst derzeit 135 anerkannte Spezies und 27 Subspezies (EUZÉBY 2006). Vertreter der Gattung Lactobacillus sind grampositive, kurze bis lange, z. T. auch kokkoide Stäbchen. Einige Stämme und Spezies bilden in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Zusammensetzung des Mediums Ketten.
Kokkoide Formen kommen unter den obligat heterofermentativen Laktobazillen und
bei L. sakei vor. Laktobazillen sind mikroaerophil oder anaerob. Das Oberflächenwachstum wird bei reduzierter Sauerstoffspannung und einem CO2- Gehalt von 5 - 10 % gefördert. Einige Stämme bilden bipolare Körper und Granula, die bei der Gram- und Methylenblaufärbung erkennbar sind. Der Stoffwechsel der Laktobazillen ist fermentativ. Sie sind obligat saccharolytisch und meist Katalase- negativ. Laktobazillen können sich bei Temperaturen zwischen 2 °C und 55 °C vermehren, wobei das Optimum je nach Gruppe bei 30 °C bis 40 °C liegt. Der optimale pH-Wert-Bereich für das Wachstum liegt bei 5,5 bis 6,2 (BAUMGART u.
BECKER 2003). Laktobazillen bilden keine Sporen und sind nicht beweglich (HAMMES u. VOGEL 1995).
Die Einteilung in verschiedene Spezies erfolgt sowohl nach klassischen phänotypischen Eigenschaften, als auch mit weitergehenden molekularbiologischen Methoden. Eine Kombination der Methoden ist sinnvoll. Die klassische Einteilung der Gattung Lactobacillus in die drei Subgenera „Thermobacterium“, „Betabacterium“
und „Streptobacterium“ geht zurück auf ORLA-JENSEN (1919) und wurde auch von KANDLER und WEISS (1986) beschrieben. Grundlage für diese Einteilung waren die biochemischen und physiologischen Eigenschaften, vor allem Fermentationswege und Wachstumstemperaturen. Es wird zwischen einem homofermentativen und einem heterofermentativen Fermentationsweg unterschieden. Bei der homofermentativen Fermentation entsteht beim Abbau von Glukose kein Gas. Im Gegensatz dazu kommt es beim heterofermentativen Fermentationsweg zur Gasbildung bei der Verwertung von Glukose. SCHLEIFER und LUDWIG (1995) konnten durch den Einsatz neuerer phylogenetischer und molekularbiologischer Methoden zeigen, dass es Überschneidungen zwischen den genannten Subgenera gibt. Die aktuelle Einteilung unterscheidet zwischen fakultativ und obligat heterofermentativen Organismen (Tab. 2).
Tabelle 2: Einteilung des Genus Lactobacillus in Subgenera (nicht mehr gültig) bzw. in phänotypische/molekularbiologische Untergruppen (KLEIN 2001)
Einteilung Fermentationsweg Wachstums- temperatur
Typische biotechnologisch genutzte Vertreter Subgenera1
„Thermobacterium“ homofermentativ2 15 °C neg., 45 °C pos.
L. acidophilus-Gruppe
„Streptobacterium“ homofermentativ2 15 °C pos., 45 °C neg.
L. casei-Gruppe4, L. sakei/L. curvatus
„Betabacterium“ heterofermentativ2 uneinheitlich L. reuteri/L. fermentum phänotypisch/molekularbiologische Untergruppe3
Gruppe A obligat
homofermentativ, Pentosen werden nicht fermentiert
entfällt L. acidophilus-Gruppe
Gruppe B fakultativ heterofermentativ (Gas von Pentosen)
entfällt L. casei-Gruppe, L. sakei/L. curvatus
Gruppe C obligat
heterofermentativ (Gas aus Glukose und Pentosen)
entfällt L. reuteri/L. fermentum
1 nach KANDLER und WEISS (1986)
2 bei Verwertung von Glukose (homofermentativ: keine Gasbildung; heterofermentativ: Gasbildung)
3 zusammengefasst von HAMMES und VOGEL (1995)
4 Vertreter der L. casei-Gruppen sind in der Lage, bei 45 °C zu wachsen
Obligat homofermentative Laktobazillen fermentieren Hexosen zu Milchsäure, Pentosen werden hingegen nicht fermentiert. Fakultativ heterofermentative Laktobazillen fermentieren Hexosen entweder zu Milchsäure oder zu Milchsäure,
Essigsäure, Ethanol und Ameisensäure. Pentosen werden zu Milchsäure und Essigsäure fermentiert, und aus Glucose wird kein CO2 gebildet. Obligat heterofermentative Laktobazillen fermentieren Hexosen zu Milchsäure, Essigsäure, Ethanol und CO2, Pentosen hingegen zu Milchsäure und Essigsäure (BAUMGART u.
BECKER 2003).
Ebenso wie die Fermentation sind auch weitere Eigenschaften der Laktobazillen abhängig von der Spezies. Dazu gehören zum Beispiel das Wachstumsverhalten unterhalb von 10 °C und oberhalb von 45 °C, sowie das Wachstum in Gegenwart von 6,5 % NaCl und bei pH 4,4. Für alle Lactobacillus-Spezies gilt hingegen, dass bei 18 % NaCl bzw. einem pH-Wert größer als 9,6 kein Wachstum mehr stattfindet.
Speziesabhängig ist auch, ob D- oder L-Milchsäure, bzw. beide produziert werden (AXELSSON 2004).
Typische Vertreter der drei aufgrund des Fermentationsverhaltens eingeteilten Gruppen A (L. acidophilus-Gruppe), B (L. casei-Gruppe) und C (L. reuteri/L. fermentum-Gruppe) (siehe Tab. 2) sollen im Folgenden näher besprochen werden.
2.1.1.1 L. acidophilus-Gruppe
JOHNSON et al. (1980) führten umfassende Studien zur Taxonomie der L. acidophilus-Gruppe durch. Untersucht wurden u. a. die physiologischen Eigenschaften, die Art der Milchsäureproduktion, die Zuckerzusammensetzung der Zellwände und die DNA-Strukturen. Aufgrund der Ergebnisse kam es zur taxonomischen Neuordnung der L. acidophilus-Gruppe. Neben L. acidophilus gehören fünf weitere Spezies zur L. acidophilus-Gruppe: L. crispatus, L. amylovorus, L. gallinarum, L. gasseri und L. johnsonii. Vertreter der L. acidophilus-Gruppe fermentieren obligat homofermentativ.
Die Tabelle 3 gibt einen Überblick über Referenzen zu der jeweiligen Spezies, sowie über die nach EUZÉBY (2006) u. a. verwendeten Stammbezeichnungen für die
Typstämme durch die ATCC und die DSM. In Probiotika kommen aus der L. acidophilus-Gruppe lediglich L. gasseri, L. johnsonii und zum Teil auch L. acidophilus und L. crispatus zum Einsatz (KLEIN 1998).
Tabelle 3: L. acidophilus-Gruppe, Referenzen und Typstämme
Spezies Referenzen Typstämme
L. acidophilus MORO (1900);
HANSEN u. MOCQUOT (1970);
JOHNSON et al. (1980)
ATCC 4356T, DSM 20079T
L. crispatus BRYGOO u. ALADAME (1953);
CATO et al. (1983)
ATCC 33820T, DSM 20584T
L. amylovorus NAKAMURA (1981) ATCC 33620T, DSM 20531T L. gallinarum FUJISAWA et al. (1992) ATCC 33199T, DSM 10532T L. gasseri LAUER u. KANDLER (1980) ATCC 33323T, DSM 20243T L. johnsonii FUJISAWA et al. (1992) ATCC 33200T, DSM 10533T L. = Lactobacillus
ATCC = American Type Culture Collection
DSM = Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen
T = Typstamm
Ein wichtiger Vertreter der L. acidophilus-Gruppe ist L. gasseri. L. gasseri wurde benannt nach F. Gasser, der bahnbrechende Studien über die Laktat- Dehydrogenasen von Lactobacillus-Spezies durchführte. L. gasseri stellt sich mikroskopisch als Stäbchen mit abgerundeten Enden dar, mit einer Größe von 0,6 - 0,8 µm x 3,0 - 5,0 µm und kommt einzeln oder in Ketten vor. Makroskopisch sind die Kolonien rau und flach. Das Wachstum wird unter anaeroben Bedingungen und bei 5 % CO2 gefördert. Stämme wurden aus der Mundhöhle, dem Darm, Kot und der Vagina des Menschen isoliert (LAUER u. KANDLER 1980; HAMMES u. VOGEL 1995).
2.1.1.2 L. casei-Gruppe
Die L. casei-Gruppe, deren Vertreter fakultativ heterofermentativ sind, umfasst vier Spezies: L. casei, L. paracasei, L. rhamnosus und L. zeae. Die drei erst genannten Spezies werden als Probiotika eingesetzt (KLEIN et al.1998). Historisch bestand die L. casei-Gruppe zunächst nur aus einer Spezies mit fünf Subspezies. COLLINS et al.
(1989) schlugen die Reklassifizierung vor. Die Tabelle 4 stellt Referenzen, sowie Typstämme der Spezies dar (EUZÉBY 2006).
Tabelle 4: L. casei-Gruppe, Referenzen und Typstämme
Spezies Referenzen Typstämme
L. casei ORLA-JENSEN (1916);
HANSEN u. LESSEL (1971)
ATCC 393T, DSM 20011T, NCIMB 11970T (= NCDO 161T) L. paracasei COLLINS et al. (1989) ATCC 25302T, DSM 5622T,
NCIMB 700151T (= NCDO 151T) L. rhamnosus HANSEN (1968);
COLLINS et al. (1989)
ATCC 7469T, DSM 20021T, NCIMB 6375T (= NCDO 243T) L. zeae DICKS et al. (1996) ATCC 15820T, DSM 20178T,
NCIMB 9537T L. = Lactobacillus
ATCC = American Type Culture Collection
DSM = Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen NCIMB = National Collection of Industrial and Marine Bacteria NCDO = National Collection of Dairy Organisms
T = Typstamm
Zwei technologisch bedeutsame Vertreter der L. casei-Gruppe sind L. paracasei und L. rhamnosus (HAMMES u. VOGEL 1995).
L. paracasei trägt den Namen aufgrund der Ähnlichkeit zu L. casei. Mikroskopisch erscheint L. paracasei stäbchenförmig, 0,8 - 1,0 µm x 2,0 - 4,0 µm groß, häufig mit breiten Enden, einzeln oder in Ketten, nicht beweglich.
L. paracasei wächst bei 10 °C bis 40 °C, einige Stämme auch zwischen 5 °C und 45 °C. Es gibt zwei anerkannte Subspezies: L. paracasei subsp. paracasei (ATCC 25302 T, DSM 5622 T, NCIMB 700151 T bzw. früher NCDO 151 T) und L. paracasei subsp. tolerans (ATCC 25599 T, DSM 20258 T, NCIMB 9709 T bzw.
früher NCFB 2774 T).
Stämme von L. paracasei subsp. paracasei wachsen bei 10 °C bis 40 °C, einige auch bei 5 °C bis 45 °C. Isoliert wurden die Stämme aus Molkereiprodukten (z. B.
Käse, pasteurisierte Milch), Abwasser, Silage, sowie aus Mundhöhle, Speichel und Karies von Menschen.
Die Bezeichnung L. paracasei subsp. tolerans steht dafür, dass diese Subspezies sehr tolerant gegenüber bestimmten Umgebungsbedingungen ist, d. h. es wird z. B.
die Pasteurisierung der Milch überstanden. Wachstum findet zwischen 10 °C und 37 °C statt, nicht mehr bei 40 °C. Hingegen wird ein Erhitzen auf 72 °C für 40 s von diesen Keimen überlebt. Isoliert wurden die Stämme aus Molkereiprodukten (z. B.
Käse, Sauermilch), aber auch aus menschlichem Blut und Lungenabzessen (COLLINS et al. 1989; HAMMES u. VOGEL 1995)
L. rhamnosus bezieht sich auf die Rhamnose, ein 6-Desoxy-Monosaccharid.
Mikroskopisch ist L. rhamnosus ebenfalls stäbchenförmig, 0,8 - 1,0 µm x 2,0 - 4,0 µm groß, häufig mit breiten Enden, einzeln oder in Ketten, nicht beweglich. Wachstum erfolgt zwischen 15 °C und 45 °C, die meisten Stämme wachsen auch noch bei 10 °C und einige Stämme ebenfalls bei 48 °C. Die Stämme wurden aus Molkereiprodukten, Abwasser, menschlichem Speichel, sowie bei klinischen Fällen aus Lymphknoten und Endocard isoliert (HANSEN 1968; COLLINS et al. 1989;
HAMMES u. VOGEL 1995).
2.1.1.3 L. reuteri/L. fermentum-Gruppe
Zu der Untergruppe obligat heterofermentativer Laktobazillen gehören die Spezies L. reuteri und L. fermentum (KLEIN et al. 1998). Der Tabelle 5 können Referenzen
und Typstämme zu den Spezies dieser Gruppe entnommen werden. Nach KLEIN (2001) werden beide Spezies auch als Probiotika eingesetzt.
Tabelle 5: L. reuteri/L. fermentum-Gruppe, Referenzen und Typstämme
Spezies Referenzen Typstämme
L. reuteri KANDLER et al. (1980) ATCC 23272T, DSM 20016T L. fermentum BEIJERINCK (1901);
DELLAGLIO (2004)
ATCC 14931T, DSM 20052T
L. = Lactobacillus
ATCC = American Type Culture Collection
DSM = Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen
T = Typstamm
Lactobacillus reuteri, als ein Vertreter dieser Gruppe, wurde nach dem deutschen Bakteriologen G. Reuter benannt. Mikroskopisch stellt sich L. reuteri ein wenig irregulär als gekrümmtes Stäbchen, 0,7 - 1,0 µm x 2,0 - 5,0 µm groß, mit abgerundeten Enden, einzeln, in Paaren oder kleinen Gruppen, dar. Die Stämme wurden aus menschlichem und tierischem Kot, aus Fleischprodukten und Sauerteig isoliert (KANDLER et al. 1980; HAMMES u. VOGEL 1995).
2.1.2 Probiotische Wirkungen
Gesundheitswirkungen müssen durch randomisierte, doppelblinde und placebokontrollierte klinische Studien und mit klar definierten Studienzielen an Menschen belegt werden. Ergebnisse sollten von unabhängigen Forschergruppen bestätigt und in kritischen wissenschaftlichen Zeitschriften publiziert oder nach GCP- Vorschrift („good clinical practice“) dokumentiert sein. In-vitro- und tierexperimentelle Untersuchungen liefern lediglich Hinweise auf mögliche gesundheitsrelevante Wirkungen, können evtl. Wirkmechanismen entschlüsseln oder bei der Suche nach neuen Probiotika helfen. Beweise für gesundheitliche Effekte gelten nur für genau die
probiotischen Lebensmittel, die Probiotika, die Keimkonzentrationen und die Verzehrsmenge und -dauer, mit denen die jeweiligen Studien durchgeführt worden sind. Auch nah verwandte Bakterienstämme der gleichen Spezies können unterschiedliche physiologische Wirkungen haben, die also stammspezifisch sind.
Allerdings sind Studienergebnisse auf ähnliche Lebensmittel übertragbar, bei denen nach dem Stand des Wissens keine unterschiedlichen Matrixeffekte zu erwarten sind. Wichtig für eindeutige Studienergebnisse ist, dass die verwendeten Bakterienstämme gut charakterisiert und eindeutig identifiziert sind. Erforderlich sind nicht nur Untersuchungen zu Dosis-Wirkungsbeziehungen, sondern auch Langzeitstudien zur Dauer der Wirkung (DE VRESE u. SCHREZENMEIR 2000).
Aufgrund der Tatsache, dass jeder Mensch eine individuelle, äußerst komplexe Darmflora besitzt, die taxonomisch nicht ausreichend charakterisiert ist, ergeben sich durchaus Schwierigkeiten beim Nachweis von Gesundheitseffekten. Für den einzelnen Verbraucher lässt sich eine Gesundheitswirkung von Probiotika also nicht individuell vorhersagen (TEUBER 1998).
Die Tabelle 6 gibt eine Übersicht über die nach DE VRESE und SCHREZENMEIR (2000) gesicherten und möglichen Gesundheitseffekte von Pro- und Prebiotika.
Tabelle 6: Gesicherte und mögliche Gesundheitseffekte von Pro- und Prebiotika (DE VRESE u. SCHREZENMEIR 2000)
Gesicherte Effekte Mögliche Effekte
• Geringere Häufigkeit und Dauer verschiedener
Durchfallerkrankungen
• Förderung oder Erhalt einer optimalen Darmflora,
Motilitätsregulierung bei Obstipation
• Einsetzbar bei Vaginitis
• Senkung der Konzentration gesundheitsschädlicher Stoffwechselprodukte und krebspromovierender Enzyme im Dickdarm
• Verhinderung von Krebs
• Immunmodulation • Stärkung des Immunsystems, Verhinderung von
Infektionskrankheiten, Reduktion von Allergien und
Autoimmunerkrankungen, Einsatzmöglichkeiten als Adjuvans
• Senkung des Cholesterolspiegels, Beeinflussung des
Lipidstoffwechsels
• Förderung der Laktoseverdauung bei Laktosemalabsorbern
• Steigerung der Mineralstoffresorption, Osteoporoseprävention
Die in klinischen Studien als probiotisch wirksam eingestuften Bakterien gehören hauptsächlich zu den Gattungen Lactobacillus und Bifidobacterium, welche auch natürlicherweise im menschlichen Intestinaltrakt gefunden werden (VAUGHAN 1999).
Das Konzept, die Darmflora zu stabilisieren und positive gesundheitliche Wirkungen von Milchsäurebakterien auszunutzen, besteht bereits seit langer Zeit (HAWLEY et al. 1959, SANDERS 1993; STEER et al. 2000; KOPP-HOOLIHAN 2001;
MCNAUGHT u. MACFIE 2001). Die Darmflora kann durch die Zufuhr von lebenden Mikroorganismen zumindest kurzfristig modifiziert werden (DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ERNÄHRUNG 2004). Klinische Studien belegen, dass zahlreiche Mikroorganismen die Fähigkeit besitzen, Schwere und Dauer bestimmter Durchfallerkrankungen günstig zu beeinflussen (MARTEAU et al. 2001).
In einer doppelblinden, placebokontrollierten, randomisierten, klinischen Studie konnten KOEBNICK et al. (2001) nachweisen, dass die regelmäßige Aufnahme eines fermentierten Getränks (Yakult®) mit dem Stamm Lactobacillus casei Shirota (LcS) bei obstipierten und ansonsten gesunden Personen gastrointestinale Parameter, insbesondere die Stuhlabsatzfrequenz und -konsistenz, verbesserte.
Eine Verbesserung gastrointestinaler Symptome nach Zufuhr von LcS weist auf Veränderungen der Darmflora und des intestinalen Milieus hin. Zusätzlich wurde auch das allgemeine Wohlbefinden gesteigert.
Nach KRAMMER et al. (2005) und SPILLER und CAMPBELL (2006) gehören Probiotika nach ersten Studienergebnissen zu den neuen hoffnungsvollen Therapieansätzen bei postinfektiösem Reizdarm. Außerdem zeigen einige probiotische Stämme Erfolg bei der Unterstützung der medikamentösen Therapie von Colitis ulcerosa und Pouchitis.
Zu den Wirkungen von Probiotika bei der Therapie von Morbus Crohn liegen widersprüchliche Beobachtungen vor (GIONCHETTI 2005).
Erste Ergebnisse von ISHIKAWA (2005) sprechen dafür, dass dem Wiederauftreten von colorectalen Tumoren durch Probiotika vorgebeugt werden kann.
Mehrere Studien belegen, dass Probiotika geeignet sind, Antibiotika assoziierte Diarrhoen zu verhindern oder zumindest zu verkürzen. Ebenfalls können probiotische Stämme bei Säuglingen und Kleinkindern mit Rotavirus-Enteritiden die Durchfalldauer verkürzen (MARTEAU et al. 2001).
Es gibt zahlreiche Beweise dafür, dass Milchsäurebakterien bei Laktosemalabsorbern Durchfälle und andere Intoleranzsymptome nach Laktoseverzehr verhindern, indem sie die Laktoseverdauung fördern, wobei es sich jedoch nicht um eine spezifisch probiotische Wirkung handelt. Probiotische Bakterien haben zum Teil eine niedrigere ß-Galaktosidaseaktivität und fördern die Laktoseverdauung weniger als andere Joghurtkulturen (SUHR et al. 1995).
Weiterhin konnte in mehreren Studien gezeigt werden, dass bestimmte probiotische Stämme, wenn diese in ausreichender Menge verzehrt werden, in der Lage sind, die angeborene und erworbene Immunantwort zu beeinflussen. Überexprimierte Immunantworten werden reguliert und andere gefördert (GILL u. GUARNER 2004).
Die Modulation einzelner immunologischer Parameter ist nicht automatisch mit einer Stärkung der Immunabwehr gleichzusetzen. Vielmehr müssen Wirkmechanismen untersucht, sowie positive Gesundheitseffekte durch kontrollierte klinische Studien nachgewiesen werden, d. h. eine Verhinderung, Verkürzung oder Linderung von Infektionskrankheiten oder positive Wirkungen bei Immunstörungen. Die Tabelle 7 fasst die immunmodulatorischen Effekte von Probiotika zusammen (DE VRESE u.
SCHREZENMEIR 2000).
Tabelle 7: Immunmodulatorische Effekte von Probiotika (DE VRESE u.
SCHREZENMEIR 2000)
Beeinflussung von Parametern der spezifischen und unspezifischen Immunabwehr:
• Anregung der Zellteilung in Organen des Lymphsystems
• Steigerung der Aktivität von Phagozyten/Makrophagen, Lymphozyten, natürl.
Killerzellen
• Anregung der Produktion unspezifischer und spezifischer Antikörper
• Freisetzung von nicht pro-inflammatorischen Zytokinen, Interleukinen, Interferonen, TNF-α
Beeinflussung von Immunantworten auf verschiedene Antigene:
• Anregung der Produktion spez. Antikörper (IgA, IgG) gegen mitverabreichte Viren, Bakterien und Bakterientoxine
• Erhöhte Widerstandskraft und – im Tierversuch – längeres Überleben bei viralen und bakteriellen Infektionen
• Möglicher Einsatz als Adjuvans bei Impfungen
• Förderung der Entwicklung von oraler Toleranz; Abschwächung allergischer Reaktionen
Wirkungen bei verschiedenen Erkrankungen:
• Weniger Dickdarmentzündungen und gesteigerte Immunität bei Älteren
• Geringere Anfälligkeit gegen Candida-Infektionen bei chemotherapierten Leukämiekranken
• Weniger und spätere Rückfälle bei operativ entferntem Gallenblasenkrebs
• Bei Atopikern keine Verschlechterung immunologischer Reaktionen durch Joghurtverzehr
• Weniger klinische Symptome und erniedrigtes TNF-α bei Kindern mit atopischer Dermatitis
• Weniger klinische Symptome bei nasaler Allergie
Nach SIEBER und DIETZ (1998) gibt es Hinweise dafür, dass Laktobazillen bei lokalem und oralem Einsatz durch Stabilisierung des Biofilms, Hemmung der Anheftung und Invasion von Pathogenen und Erleichterung des Eindringens von Antibiotika zu einer Verbesserung von Prophylaxe und Therapie urogenitaler Infekte (z. B. Vaginitis) beitragen.
2.1.3 Sicherheit und gesundheitliche Unbedenklichkeit
Die Biostoffverordnung (ANONYM 1999) regelt gemeinsam mit den Technischen Regeln für Biologische Arbeitsstoffe (TRBA) (ANONYM 2006) den Umgang mit Mikroorganismen. Die Biostoffverordnung wurde aufgrund der Umsetzung der EG- Richtlinie 90/679/EWG (ANONYM 1990) erlassen, die inzwischen von der Richtlinie 2000/54/EG (ANONYM 2000) abgelöst wurde. In dieser Richtlinie wird das Genus Lactobacillus generell in die Risikogruppe 1 eingestuft und es erfolgt keine weitergehende Unterscheidung. Nach § 3 der Biostoffverordnung werden vier Risikogruppen für biologische Arbeitsstoffe unterschieden (Tab. 8).
Tabelle 8: Risikogruppen für biologische Arbeitsstoffe nach § 3 Biostoffverordnung (ANONYM 1999)
Risikogruppe Beschreibung 1 – kein Risiko Biologische Arbeitsstoffe, bei denen es unwahrscheinlich
ist, dass sie beim Menschen eine Krankheit verursachen.
2 – geringes Risiko Biologische Arbeitsstoffe, die eine Krankheit beim Menschen hervorrufen können und eine Gefahr für Beschäftigte darstellen können; eine Verbreitung des Stoffes in der Bevölkerung ist unwahrscheinlich; eine wirksame Vorbeugung oder Behandlung ist normalerweise möglich.
Risikogruppe Beschreibung 3 – mäßiges Risiko Biologische Arbeitsstoffe, die eine schwere Krankheit beim
Menschen hervorrufen können und eine ernste Gefahr für Beschäftigte darstellen können; die Gefahr einer Verbreitung in der Bevölkerung kann bestehen, doch ist normalerweise eine wirksame Vorbeugung oder Behandlung möglich.
4 – hohes Risiko Biologische Arbeitsstoffe, die eine schwere Krankheit beim Menschen hervorrufen und eine ernste Gefahr für Beschäftigte darstellen; die Gefahr einer Verbreitung in der Bevölkerung ist unter Umständen groß; normalerweise ist eine Vorbeugung oder Behandlung nicht möglich.
Der Ausschuss für Biologische Arbeitsstoffe (ABAS) stellt die Technischen Regeln für Biologische Arbeitstoffe (TRBA), die den Stand der sicherheitstechnischen, arbeitsmedizinischen, hygienischen sowie arbeitswissenschaftlichen Anforderungen bei Tätigkeiten mit biologischen Arbeitstoffen wiedergeben, auf. Der Fachausschuss Chemie hat die BG-Information BGI 633 „Sichere Biotechnologie – Einstufung biologischer Arbeitsstoffe: Prokaryonten (Bacteria und Archaea)“ erarbeitet. Der ABAS hat in Anwendung des Kooperationsmodells (BArbBl. 5/2001, S. 61) die Einstufungsliste der Bakterien und Archaebakterien aus dieser BG-Information in sein technisches Regelwerk als TRBA 466 (ANONYM 2006) übernommen. Darin enthalten ist eine Liste der Einstufung von Bakterien und Archaebakterien. Die meisten Vertreter des Genus Lactobacillus werden in die Risikogruppe 1 eingeordnet, wobei einige von ihnen mit einem Zusatz versehen sind, dass sie in Einzelfällen, überwiegend bei erheblich abwehrgeminderten Menschen, als Krankheitserreger nachgewiesen oder vermutet wurden. Einige wenige Spezies des Genus Lactobacillus werden hingegen auch in die Risikogruppe 2 eingeordnet. Von diesen Vertretern der Risikogruppe 2 wiederum sind einige mit dem Zusatz versehen, dass z. T. Stämme langjährig sicher in der technischen Anwendung gehandhabt wurden, und daher als bewährte Stämme in die Risikogruppe 1 fallen
können. Die nachfolgende Tabelle 9 zeigt die Zuordnung einiger Lactobacillus- Spezies zu Risikogruppen nach TRBA 466 (ANONYM 2006).
Tabelle 9: Risikogruppen der in Tab. 3 - 5 genannten Laktobazillen nach TRBA 466 (ANONYM 2006)
Spezies Risikogruppe nach TRBA 466 (2006)
L. acidophilus 1+
L. amylovorus 1
L. casei 1
L. crispatus 1+
L. fermentum 1
L. gallinarum 1
L. gasseri 1+
L. johnsonii 1+
L. paracasei 1
L. reuteri 1
L. rhamnosus 2TA
L. zeae 1
TRBA Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe
1 kein Risiko
2 geringes Risiko
+ in Einzelfällen als Krankheitserreger nachgewiesen oder vermutet, überwiegend bei erheblich abwehrgeminderten Menschen; Identifizierung der Art oft nicht zuverlässig
TA Arten, von denen Stämme bekannt sind, die langjährig sicher in der technischen Anwendung gehandhabt wurden; diese bewährten Stämme können daher nach den Einstufungskriterien in die Risikogruppe 1 fallen
Zu berücksichtigen ist, dass sich die Eingruppierung in Risikogruppen auf Sicherungsmaßnahmen und Gesundheitsschutz bei Tätigkeiten mit diesen Mikroorganismen am Arbeitsplatz bezieht. Es wird durch die genannten Risikogruppen nicht das potentielle Risiko für den Verbraucher, zum Beispiel durch den Verzehr von probiotischen Lebensmitteln, ausgedrückt.
Nach DE VRESE und SCHREZENMEIER (2000) haben Mikroorganismen der Risikogruppe 1, die seit langer Zeit ohne Gesundheitsrisiken eingesetzt werden, den sog. GRAS-Status („Generally Recognized as Safe“).
„Generally Recognized as Safe“ ist eine Bezeichnung der amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) für jede Substanz, die Lebensmitteln zugesetzt werden kann, und von Experten als sicher eingestuft wurde (FDA 2004).
Das sog. QPS-Konzept der EFSA (European Food Safety Authority) ist in Konzeption und Zweck ähnlich der in den USA verwendeten GRAS-Definition. QPS steht für
„Qualified Presumption of Safety of Micro-organisms in Food and Feed“. Das QPS- Konzept ist speziell an die in Europa geltenden Rechtsnormen angepasst.
Um festzustellen, welche Möglichkeiten es gibt, ein System einzuführen, das mit dem Konzept und der Zielsetzung der in den USA verwendeten GRAS-Definition vergleichbar wäre, hatten die früheren wissenschaftlichen Ausschüsse der DG SANCO (Directorate General for Health and Consumer Protection, European Commission) für Lebensmittel, Futtermittel und Pflanzen 2003 gemeinsam ein Arbeitspapier zur öffentlichen Beratung ausgearbeitet. Das Dokument zeigte einen möglichen Weg auf, wie die Ansätze für die Sicherheitsbewertung von Mikroorganismen in der Lebensmittel- und Futtermittelproduktion harmonisiert werden könnten. Im Rahmen des zweiten wissenschaftlichen Kolloquiums der EFSA im Dezember 2004 wurde über die wissenschaftlichen Grundsätze, die der „Qualified Presumption of Safety“ zugrunde liegen, offen diskutiert.
Das QPS-Konzept stellt einen möglichen Weg dar, die Einschätzungen der Sicherheit von Mikroorganismen, die in Lebensmitteln und Futtermitteln Verwendung finden, über die Ausschüsse der EFSA hinaus zu harmonisieren. QPS erlaubt es, die für eine adäquate Sicherheitsbewertung von Lebensmitteln und Futtermitteln erforderlichen Elemente zu identifizieren. Auf diese Weise sollen Ressourcen besser genutzt werden, indem sich auf solche Organismen konzentriert werden kann, die die größten Risiken oder Unsicherheiten darstellen (EFSA 2005).
Laktobazillen werden gelegentlich mit klinischen Erkrankungen in Zusammenhang gebracht. Es handelt sich bei ihnen aber um opportunistische Erreger, die nur bei Patienten mit schweren Grunderkrankungen klinisch in Erscheinung treten. Sie können selbst nicht die Barrieren des Gastrointestinaltraktes oder anderer Schleimhäute überwinden, d. h. sie sind nicht obligat pathogen (KLEIN et al. 1992, AGUIRRE u. COLLINS 1993, GASSER 1994).
Trotz des GRAS-Status konnte vereinzelt bei Milchsäurebakterien ein Zusammenhang mit verschiedenen Krankheitsbildern beobachtet werden (GASSER 1994). Nach KLEIN et al. (1992) und AGUIRRE und COLLINS (1993) ist das allgemeine Infektionsrisiko bei Milchsäurebakterien aber als sehr niedrig einzustufen.
Klinische Infektionen, die durch Milchsäurebakterien verursacht wurden, konnten nicht bei gesunden Personen beobachtet werden. In allen Fällen lagen prädisponierende Faktoren für eine Infektion vor (ADAMS u. MARTEAU 1995).
Bei alten und immunsupprimierten Patienten, vor allem bei solchen, die Breitspektrumantibiotika therapeutisch einnahmen, konnten z. B. durch Laktobazillen bedingte infektiöse Endokarditiden, Septikämien, rheumatische Gefäßerkrankungen sowie Zahnfäule diagnostiziert werden (HARTY et al. 1994). Speziell für die infektiöse Endokarditis prädisponieren auch abnorme Herzklappenbefunde (ADAMS u. MARTEAU 1995). Aus klinischen Proben von Patienten wurden als Laktobazillen vor allem die Spezies L. paracasei und L. rhamnosus nachgewiesen (GASSER 1994). Nach KIRJAVAINEN et al. (1999) gelten die Fähigkeit zur Blutplättchenaggregation und die Produktion bestimmter Endopeptidasen und Glykosidasen durch Laktobazillen als Risikofaktoren. HARTY et al. (1994) und KORPELA et al. (1997) zeigten, dass probiotisch genutzte Bakterien Eigenschaften, wie z. B. Blutplättchenaggregation als spezifischen Pathogenitätsfaktor, nicht besitzen.
Auch wenn Probiotika als „Generally Recognized as Safe“ angesehen werden, können unter bestimmten Bedingungen Risiken für den Menschen auftreten. Aus diesem Grund wurde 1996 das sog. PRODEMO-Projekt von der Europäischen Union
gefördert. PRODEMO CT96-1028 (Program Demonstration of Nutritional Functionality of Probiotic Foods) wurde mit dem Ziel initiiert, für die Wirkungen von probiotischen Produkten wissenschaftliche Beweise zu liefern bzw. diese zu überprüfen. Außerdem wurde eine Liste mit Sicherheitskriterien für probiotische Lebensmittel festgelegt (DONOHUE 2004).
Die ARBEITSGRUPPE „PROBIOTISCHE MIKROORGANISMENKULTUREN IN LEBENSMITTELN“ AM BUNDESINSTITUT FÜR GESUNDHEITLICHEN VERBRAUCHERSCHUTZ UND VETERINÄRMEDIZIN (jetzt: BfR) (2000) sieht die gesundheitliche Unbedenklichkeit bei den traditionell in Lebensmitteln eingesetzten Milchsäurebakterien als ausreichend belegt an. Eine Unterscheidung in „sicher“ und
„nicht sicher“ muss demnach stammspezifisch und nicht speziesspezifisch getroffen werden. Infektionen mit Milchsäurebakterien durch den Verzehr von probiotischen Lebensmitteln konnten laut dieser Arbeitsgruppe nicht nachgewiesen werden. Seit Jahrzehnten eingesetzte Mikroorganismen sind als sicher anzusehen. Neu eingeführte Stämme müssen geprüft werden. Speziell sind die in Tabelle 10 aufgeführten Kriterien zu überprüfen.
Tabelle 10: Physiologische Kriterien von probiotischen Mikroorganismen, die einer Unbedenklichkeitsprüfung bedürfen (ARBEITSGRUPPE
„PROBIOTISCHE MIKROORGANISMENKULTUREN IN LEBENSMITTELN“ AM BUNDESINSTITUT FÜR GESUNDHEITLICHEN VERBRAUCHERSCHUTZ UND VETERINÄRMEDIZIN (jetzt: BfR) 2000)
Kriterien
• Bildung von biogenen Aminen (insbes. Tyramin, Histamin, Phenylethylamin)
• Aktivierung von Prokanzerogenen (mit Hilfe von Azoreduktase, Nitroreduktase, ß-Glucuronidase)
• Induktion bzw. Abbau von Thromben mit Hilfe spezifischer Hydrolasen
• Aktivierung der Thrombozytenaggregation
• Bindung an Fibrinogen und Fibronektin
• Mucinabbau (wurde in bestimmten Bifidobakterien nachgewiesen und kann als Voraussetzung für eine Invasionstätigkeit der Mikroorganismen gewertet werden)
• Hämolytische Aktivität
• Übertragbare Antibiotikaresistenzen
2.2 Fleischerzeugnisse und Gewürze
Es gibt eine Vielzahl von Fleischzubereitungen und Fleischerzeugnissen, denen die unterschiedlichsten Gewürze zugesetzt werden. Im Folgenden sollen die verschiedenen Begriffsdefinitionen in diesem Zusammenhang geklärt werden und auf Gewürze, speziell deren antimikrobielle Wirkung, näher eingegangen werden.
Abschließend wird der Einsatz von Probiotika in Fleischerzeugnissen dargestellt.
2.2.1 Begriffsdefinitionen im Zusammenhang mit Fleischerzeugnissen
Die Begriffsbestimmungen, die im Zusammenhang mit Fleischerzeugnissen festzulegen sind, sind in der Verordnung (EG) Nr. 853/2004 über spezifische Hygienevorschriften für Lebensmittel tierischen Ursprungs (ANONYM 2004) im Anhang I enthalten.
Nach dieser Verordnung sind „Fleisch“ (VO (EG) Nr. 853/2004, Anhang I, Nr. 1.1) alle genießbaren Teile einschließlich des Blutes von „Huftieren“, „Geflügel“,
„Hasentieren“, „frei lebendem Wild“, „Farmwild“, „Kleinwild“ und „Großwild“. „Frisches Fleisch“ (VO (EG) Nr. 853/2004, Anhang I, Nr. 1.10) wurde zur Haltbarmachung ausschließlich gekühlt, gefroren oder schnellgefroren, kann vakuumverpackt oder in kontrollierter Atmosphäre umhüllt sein.
„Fleischzubereitungen“ (VO (EG) Nr. 853/2004, Anhang I, Nr. 1.15): Frisches Fleisch, einschließlich Fleisch, das zerkleinert wurde, dem Lebensmittel, Würzstoffe oder Zusatzstoffe zugegeben wurden oder das einem Bearbeitungsverfahren unterzogen wurde, das nicht ausreicht, die innere Muskelfaserstruktur des Fleisches zu verändern und so die Merkmale des frischen Fleisches zu beseitigen.
„Fleischerzeugnisse“ (VO (EG) Nr. 853/2004, Anhang I, Nr. 7.1) sind verarbeitete Erzeugnisse, die aus der Verarbeitung von Fleisch oder der Weiterverarbeitung solcher verarbeiteter Erzeugnisse so gewonnen werden, dass bei einem Schnitt
durch den Kern die Schnittfläche die Feststellung erlaubt, dass die Merkmale von frischem Fleisch nicht mehr vorhanden sind.
„Gelatine“ (VO (EG) Nr. 853/2004, Anhang I, Nr. 7.7) ist ein natürliches, lösliches Protein, gelierend oder nichtgelierend, das durch die teilweise Hydrolyse von Kollagen aus Knochen, Häuten und Fellen, Sehnen und Bändern von Tieren gewonnen wird.
Nach § 2 Abs. 3 des Lebensmittel-, Bedarfsgegenstände- und Futtermittelgesetzbuches (ANONYM 2005) sind Lebensmittel-Zusatzstoffe Stoffe mit oder ohne Nährwert, die in der Regel weder selbst als Lebensmittel verzehrt noch als charakteristische Zutat eines Lebensmittels verwendet werden, und die einem Lebensmittel aus technologischen Gründen beim Herstellen oder Behandeln zugesetzt werden, wodurch sie selbst oder ihre Abbau- oder Reaktionsprodukte mittelbar oder unmittelbar zu einem Bestandteil des Lebensmittels werden oder werden können. Den Lebensmittel-Zusatzstoffen stehen gleich
1. Stoffe mit oder ohne Nährwert, die üblicherweise weder selbst als Lebensmittel verzehrt noch als charakteristische Zutat eines Lebensmittels verwendet werden und die einem Lebensmittel aus anderen als technologischen Gründen beim Herstellen oder Behandeln zugesetzt werden, wodurch sie selbst oder ihre Abbau- oder Reaktionsprodukte mittelbar oder unmittelbar zu einem Bestandteil des Lebensmittels werden oder werden können; ausgenommen sind Stoffe, die natürlicher Herkunft oder den natürlichen chemisch gleich sind und nach allgemeiner Verkehrsauffassung überwiegend wegen ihres Nähr-, Geruchs- oder Geschmackswertes oder als Genussmittel verwendet werden,
2. Mineralstoffe und Spurenelemente sowie deren Verbindungen außer Kochsalz, 3. Aminosäuren und deren Derivate und
4. Vitamine A und D sowie deren Derivate.
2.2.2 Gewürze
Die Leitsätze für Gewürze und andere würzende Zutaten (ANONYM 1998) werden nach § 15 LFGB (ANONYM 2005) von der Deutschen Lebensmittelbuch-Kommission beschlossen und in das Deutsche Lebensmittelbuch aufgenommen. Die Leitsätze beschreiben die Herstellung, Beschaffenheit oder sonstigen Merkmale von Lebensmitteln, die für die Verkehrsfähigkeit der Lebensmittel von Bedeutung sind.
Die Leitsätze für Gewürze und andere würzende Zutaten (ANONYM 1998) definieren Gewürze und Kräuter als Pflanzenteile, die wegen ihres Gehaltes an natürlichen Inhaltsstoffen als geschmacks- und/oder geruchsgebende Zutaten zu Lebensmitteln bestimmt sind.
Gewürze sind Blüten, Früchte, Knospen, Samen, Rinden, Wurzeln, Wurzelstöcke, Zwiebeln oder Teile davon, meist in getrockneter Form.
Kräuter sind frische oder getrocknete Blätter, Blüten, Sprosse oder Teile davon.
Gewürzmischungen sind ausschließlich aus Gewürzen bestehende Mischungen.
Man bezeichnet Gewürze nach ihrer Art. Sofern der Zerkleinerungsgrad von Bedeutung ist, wird dieser zusätzlich angegeben.
Nach den Leitsätzen für Gewürze und andere würzende Zutaten (ANONYM 1998) werden bei Gewürzen die Verkehrsbezeichnungen kursiv geschrieben.
Bei Nelken/Gewürznelken handelt es sich z. B. um die kurz vor dem Aufblühen gesammelten, getrockneten Blütenknospen von Syzygium aromaticum (L.) Merr. et Perry aus der Familie der Myrtengewächse (Myrtaceae).
Schwarzer Pfeffer bezeichnet die noch nicht völlig reif geernteten, getrockneten Früchte von Piper nigrum (L.) aus der Familie der Pfeffergewächse (Piperaceae). Sie riechen kräftig aromatisch und scharf.
Wertbestimmende Inhaltsstoffe von Gewürzen, welche Geruch, Geschmack und Farbe wesentlich bestimmen, sind neben ätherischen Ölen, Scharfstoffe (z. B.
Senföle), Bitterstoffe und Farbstoffe (TEUSCHER 2003).
Gewürze können auf verschiedene Art und Weise Verunreinigungen aufweisen, wie z. B. Mikroorganismen sowie deren toxische Stoffwechselprodukte, Schwermetalle, Pflanzenschutzmittel, Herbizide, Düngemittel, radioaktive Substanzen, Umweltgifte, Insekten, Sand, Erde, Staub und fremde Pflanzenteile (TEUSCHER 2003). Die Keimzahl von Kräutern und Gewürzen ist mit bis 107 KbE/g vergleichsweise hoch (BECKMANN et al. 1996). Die kontaminierenden Mikroorganismen sind häufig aerobe Sporenbildner und Schimmelpilze. Trotz relativ hoher Keimbelastungen sind die Infektionsgefahren für den Menschen als gering einzuschätzen, da Mikroorganismen in der Regel während der Herstellungs- und Kochprozesse abgetötet werden (TEUSCHER 2003).
Während der Lagerung getrockneter Gewürze können Qualitätsminderungen wie z. B. Verdunsten von flüchtigen Inhaltsstoffen, Abbau von Farbstoffen, Anreicherung von Mikroorganismen und deren Toxinen auftreten (TEUSCHER 2003).
Gewürze können eine Vielzahl verschiedener pharmakologischer Wirkungen haben:
• appetitanregende und verdauungsfördernde (PLATEL u. SRINIVASAN 1996, 2000),
• antimikrobielle (YOUSEF u. TAWIL 1980, KNOBLOCH et al. 1986, KNOBLOCH et al. 1989, TABAK et al. 1996, DORMAN u. DEANS 2000, NIELSEN u. RIOS 2000, INOUYE et al. 2001),
• karminative (SCHILCHER 1986),
• antioxidative und radikalfangende (ZITTERMANN 1994, ASAI et al. 1999, ÖZCAN 2003, MORENO et al. 2006, YANISHLIEVA et al. 2006),
• antikarzinogene und antitumorale (FIALA et al. 1985, HECHT et al. 1995, CAI et al. 1997, SUAEYUN et al. 1997, MARTÍNEZ et al. 1998, CHUANG et al. 2000),
• hepatoprotektive (YOUDIM u. DEANS 1999),
• antihypercholesterolämische und antiarteriosklerotische (TEUSCHER 2003),
• östrogene und gestagene (ZAVA et al. 1998),
• sowie zahlreiche sonstige Wirkungen (TEUSCHER 2003).
Unter Umständen können Gewürze auch toxische Wirkungen haben oder sogar kanzerogen und hepatotoxisch sein, wobei in den zum Würzen üblichen Dosen normalerweise keine Gefahr besteht (LAKE 1999). Allergische Reaktionen, die durch Gewürze ausgelöst werden, können auch bei geringen Mengen vorkommen (WÜTHRICH u. HOFER 1984, STAGER et al. 1991, WÜTHRICH u. ETESAMIFAR 1998, WÜTHRICH u. BLÖTZER 2004).
Gewürze dienen nicht nur der Verbesserung von Geruch, Geschmack und Aussehen von Speisen, sondern können auch aufgrund der antioxidativen und antimikrobiellen Wirkungen zur Verbesserung der Haltbarkeit der Lebensmittel führen (TSAI et al.
1999, TEUSCHER 2003).
2.2.2.1 Antimikrobielle Wirkung von Gewürzen
Alle Gewürze mit ätherischen Ölen und isolierte ätherische Öle wirken mehr oder weniger stark antimikrobiell. Die Komponenten ätherischer Öle lagern sich aufgrund ihrer Lipophilität in die Zellmembranen der Mikroorganismen ein und hemmen u. a.
den membrangebundenen Elektronenfluss bei der oxidativen Phosphorylierung und damit den Energiestoffwechsel. Hohe Konzentrationen an ätherischen Ölen führen auch zur Lyse der Zellmembranen und zur Denaturierung der Cytoplasmaproteine.
Viele ätherische Öle oder ihre Komponenten haben eine mit der von Phenol vergleichbare oder diese sogar übertreffende Desinfektionswirkung. Der sog.
Phenolkoeffizient beschreibt die abtötende Wirkung auf ein bestimmtes Testbakterium im Vergleich zu Phenol (Phenol = 1) (TEUSCHER 2003).
Die antimikrobiell wirksamen Inhaltsstoffe von Gewürzen werden als Phytonzide bezeichnet. Phytonzide sind pflanzliche Stoffwechselprodukte (GERHARDT 1990).
Bei zahlreichen Gewürzen sind die ätherischen Öle Träger der antimikrobiellen Wirksamkeit (NARAHIMSARAO u. NIGAM 1970).
Ätherische Öle sind sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, leicht flüchtig, und stellen meist komplizierte Gemische verschiedener, oft nahe verwandter Stoffe dar, die auch in sehr großen Verdünnungen durch Geruch und Geschmack zu erkennen sind. Der Gehalt an ätherischen Ölen in verschiedenen Gewürzen variiert. Ätherische Öle lassen sich durch organische Lösungsmittel, wie Alkohol, aus der Pflanze extrahieren. Unter Luft- und Lichteinwirkung unterliegen die ätherischen Öle leicht der Autoxidation, sie „verharzen“ und nehmen artfremden Geruch an; verschiedene Inhaltsstoffe können auch polymerisieren. Ätherische Öle sind aus den Grundelementen Kohlenstoff, Wasserstoff, eventuell noch aus Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel aufgebaut. Man unterscheidet aliphatische, aromatische und alicyclische Stoffgruppen (GERHARDT 1990).
In der Gewürzbranche werden die ätherischen Öle auch als Gewürzöle bezeichnet (TEUSCHER 2003). Die Zusammensetzung des ätherischen Öls einer Pflanze ist sehr komplex. Der Dampfdruck eines flüchtigen Stoffes bei Zimmer- oder Körpertemperatur bestimmt wie stark dieser zum Aroma eines Gewürzes beiträgt.
Durch AEDA (aroma extract dilution analysis) werden die FD-Faktoren (flavour dilution-Faktoren) bestimmt, die angeben, bei welcher Verdünnung der abgetrennte Stoff noch geruchlich wahrgenommen werden kann (GROSCH 1993, 1994).
Gewürznelken enthalten 15 bis 21 % ätherisches Öl. Die Hauptkomponenten, die etwa 99 % ausmachen, sind Eugenol (70 bis 90 %), Acetyleugenol/Eugenylacetat (bis 17 %) und ß-Caryophyllen (5 bis 12 %). In sehr geringen Mengen kommen zahlreiche weitere Komponenten vor, davon sind Heptan-2-on (Methylamylketon) und Octan-2-on (Methylheptylketon) maßgeblich am Geruch beteiligt (WALTER 1972, KOLLER 1981, GOPALAKRISHNAN et al. 1990, TEUSCHER 2003). Längere Lagerung hat zur Folge, dass bedingt durch die Bildung von Methylacetat aus der Seitenkette des Acetyleugenols, unerwünschte Aromaveränderungen auftreten (KOLLER 1979). Extrakte aus Gewürznelken und Nelkenöl besitzen gute antimikrobielle Wirkung (HITOKOTO et al. 1980, BRIOZZO et al. 1989, BEUCHAT 1994, DORMAN u. DEANS 2000). Auch das Wachstum von Helicobacter pylori wird
gehemmt, dessen Urease-Aktivität jedoch nicht beeinflusst (BAE et al. 1998). An der gegen pathogene Mundbakterien gerichteten antibakteriellen Wirkung sind auch die Flavone Kämpferol und Myricetin beteiligt (CAI u. WU 1996). Das Wachstum mycotoxigener Pilze und deren Mycotoxinbildung wird bereits durch 0,1 % Nelkenpulver im Substrat völlig unterdrückt (MABROUK u. EL-SHAYEP 1980).
Im Schwarzen Pfeffer liegt der Gehalt an ätherischen Ölen zwischen 1,2 und 3,9 %.
Hauptkomponenten können ß-Caryophyllen (12 bis 47 %), α-Pinen (2 bis 25 %), Sabinen (0 bis 25 %), (+)-Limonen (9 bis 23 %), ∆3-Caren (0,1 bis 20 %), ß-Pinen (2 bis 15 %), α-Phellandren (0,1 bis 10%) und Myrcen (0 bis 8%) sein (DEBRAUWERE u. VERZELE 1976, SUMATHYKUTTY et al. 1999, TEWTRAKUL et al. 2000, TEUSCHER 2003). Ethanolische Pfefferextrakte oder ätherisches Pfefferöl wirken antibakteriell (HUHTANEN 1980, MABROUK u. EL-SHAYEP 1980, ISMAIEL u. PIERSON 1990, PEREZ u. ANESINI 1994, DORMAN u. DEANS 2000). Das Wachstum mycotoxigener Schimmelpilze wird aber offenbar nicht beeinflusst, da Pfeffer hohe Konzentrationen an Aflatoxinen enthalten kann (ROY et al. 1988, EL-KADY et al. 1995).
COVENTRY und HICKEY (1993) beschrieben, dass Gewürze die Entwicklung bestimmter Mikroorganismen fördernd oder hemmend beeinflussen können.
Demnach kann eine angemessene Konzentration von Mangan-Ionen im Gewürz die Fermentationsprozesse verstärken; im Gegensatz dazu werden fermentationshemmende Effekte auf das Wirken von in Gewürzextrakten vorhandenen antimikrobiellen Verbindungen zurückgeführt.
ÖZCAN und ERKMEN (2001) untersuchten die Wirkung der ätherischen Öle verschiedener Gewürze auf unterschiedliche Testbakterien. Die ätherischen Öle variierten in ihrer antimikrobiellen Aktivität. Einzelne oder Kombinationen von ätherischen Ölen könnten effizient für die Inaktivierung von pathogenen Mikroorganismen und Verderbniserregern sein, um so eine ausreichende Lagerfähigkeit von Lebensmitteln zu erreichen.
