Untersuchungen von kombinierten Dekontaminationsmethoden zur Reduktion von pathogenen Mikroorganismen und zur Verlängerung der Haltbarkeit von frischem Hähnchen- und Schweinefleisch

Untersuchungen von kombinierten

Dekontaminationsmethoden zur Reduktion von

pathogenen Mikroorganismen und zur Verlängerung der Haltbarkeit von frischem Hähnchen- und Schweinefleisch

INAUGURAL – DISSERTATION

Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -

(Dr. med. vet.)

Vorgelegt von Valerie Leona Koller

Tübingen

Hannover 2021

Wissenschaftliche Betreuung: PD Dr. Carsten Krischek

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Lebensmittelqualität und –sicherheit Prof. Dr. Corinna Kehrenberg, PhD

Justus-Liebig-Universität Gießen

Institut für Tierärztliche Nahrungsmittelkunde

1. Gutachter: gemeinsames Gutachten von:

PD Dr. Carsten Krischek

Prof. Dr. Corinna Kehrenberg, PhD

2. Gutachter: Prof. Dr. Hermann Seifert

Tag der mündlichen Prüfung: 04.05.2021

Das Projekt wurde durch die Fritz-Ahrberg-Stiftung Hannover finanziell gefördert.

Für Peter und Petra.

Und für Inna und Iris.

„Wir sind nicht nur verantwortlich für das, was wir tun, sondern auch für das, was wir nicht tun.“

(Molière)

„Impact of a Combination of UV-C Irradiation and Peracetic Acid Spray Treatment on Brochothrix thermosphacta and Yersinia enterocolitica Contaminated Pork“

DOI: https://doi.org/10.3390/foods10020204 Foods, 10 (2), 204

Teilergebnisse der Dissertation wurden außerdem im Rahmen nachfolgender Veranstaltungen präsentiert:

Koller, Valerie (2019):

„Untersuchungen von kombinierten Verfahrenstechniken zur Reduktion von pathogenen Mikroorganismen und zur Verbesserung des Hygienestatus von frischem Hähnchen- und Schweinefleisch - Material & Methoden“

Vortrag am 01.08.2019 im Rahmen des Doktorandenseminars am Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit, Tierärztliche Hochschule Hannover

Koller, Valerie (2021):

„Untersuchungen von kombinierten Verfahrenstechniken zur Reduktion von pathogenen Mikroorganismen und zur Verbesserung des Hygienestatus von frischem Hähnchen- und Schweinefleisch – Ergebnisse“

Vortrag am 12.01.2021 im Rahmen des Doktorandenseminars am Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit, Tierärztliche Hochschule Hannover

Abkürzungsverzeichnis ...

1. Einleitung ... 2

2. Literaturübersicht ... 4

2.1 Reduzierung der mikrobiellen Kontamination auf Fleisch ... 4

2.2 Verwendete Dekontaminationsmethoden ... 7

2.2.1 UV-Licht ... 7

2.2.1.1 Grundlagen und Bedeutung ... 7

2.2.1.2 Erzeugung von UV-C-Licht ... 8

2.2.1.3 Wirkmechanismus von UV-C-Licht ... 9

2.2.1.4 Abwehr- und Reparaturmechanismen ... 10

2.2.1.5 Anwendungsgebiete der UV-C-Bestrahlung ... 11

2.2.1.6 Rechtlicher Hintergrund zur Anwendung von UV-C-Licht ... 13

2.2.1.7 Anwendung von UV-C-Licht auf Fleisch ... 13

2.2.2 Peressigsäure ... 15

2.2.2.1 Grundlagen und Bedeutung ... 15

2.2.2.2 Erzeugung und Lagerung von PES... 15

2.2.2.3 Wirkmechanismus von PES ... 16

2.2.2.4 Bakterielle Abwehrmechanismen ... 17

2.2.2.5 Anwendungsgebiete der PES-Behandlung ... 17

2.2.2.6 Rechtlicher Hintergrund zur Anwendung von PES ... 18

2.2.2.7 Anwendung von PES auf Fleisch ... 19

2.2.3 Kombinierte Dekontaminationsverfahren ... 21

2.3 In den Untersuchungen verwendete Bakterienisolate ... 22

2.3.1 Pathogene Erreger ... 22

2.3.1.1 Yersinia enterocolitica ... 22

2.3.1.2 Campylobacter jejuni ... 25

2.3.2 Verderbniserreger ... 29

2.3.2.1 Brochothrix thermosphacta ... 29

2.4 Zielsetzung der Studie ... 30

3. Material und Methoden ... 31

3.1 In den Versuchen verwendete Bakterienisolate ... 31

3.2 Verwendetes Fleisch ... 31

3.3 Ausrüstung ... 32

3.3.1 Peressigsäure ... 32

3.3.2 UV-C-Bestrahlung ... 33

3.4 Mikrobiologische Untersuchungsmethoden ... 34

3.4.1 Inokulation der Proben ... 34

3.4.2 Lagerung der Proben in Schutzgasatmosphäre ... 34

3.4.3 Probenhomogenisierung zur Rückgewinnung der Bakterien ... 34

3.4.4 Bakterienrückgewinnung mittels Tupfermethode ... 35

3.4.5 Anlegen von Verdünnungsreihen und Inkubation der Platten ... 35

3.5 Eigene Untersuchungen ... 36

3.5.1 In-Vitro-Versuche ... 36

3.5.1.1 In-Vitro-Versuche mit UV-C ... 36

3.5.1.2 In-Vitro-Versuche mit PES ... 37

3.5.2 Einzelbehandlung auf Fleisch ... 39

3.5.2.1 Ermittlung geeigneter UV-C-Dosen auf Fleisch ... 39

3.5.2.2 Photoreaktivierung von C. jejuni auf Hähnchenfleisch ... 39

3.5.2.3 Ermittlung geeigneter PES-Konzentrationen und Sprühzeiten auf Fleisch ... 40

3.5.3 Lagerungsversuche ... 40

3.5.3.1 Verwendetes Fleisch und Probengewinnung ... 40

3.5.3.2 Inokulation und Behandlung der Proben ... 41

3.5.3.3 Lagerungsversuche mit reduzierter Bakterienkonzentration ... 41

3.5.3.4 Zusätzliche sensorische Versuche mit Schweinefleisch ... 42

3.5.3.5 Physikochemische Untersuchungen der Proben ... 43

3.5.3.6 Sensorische Untersuchungen der Fleischproben ... 46

3.6 Statistische Auswertung ... 47

4. Ergebnisse ... 48

4.1 In-Vitro-Versuche ... 48

4.1.1 Mikrobielle Effekte der UV-C-Einzelbehandlung in vitro ... 48

4.1.1.1 UV-C-Sensitivität der untersuchten Bakterienspezies ... 48

4.1.2 Mikrobielle Effekte der PES-Behandlung in vitro ... 50

4.2. Einzelbehandlungen von Fleisch ... 56

4.2.1 Mikrobielle Effekte der UV-C-Bestrahlung von Fleisch ... 56

4.2.1.1 Mikrobielle Effekte der UV-C-Bestrahlung auf B. thermosphacta ... 56

4.2.1.2 Mikrobielle Effekte der UV-C-Bestrahlung auf Y. enterocolitica ... 60

4.2.1.3 Mikrobielle Effekte der UV-C-Bestrahlung auf C. jejuni ... 61

4.2.1.4 Fähigkeit von C. jejuni zur Photoreaktivierung auf Fleisch ... 61

4.2.2 Mikrobielle Effekte der PES-Sprühbehandlung von Fleisch ... 62

4.2.2.1 Mikrobielle Effekte der PES-Behandlung auf B. thermosphacta ... 62

4.2.2.2 Mikrobielle Effekte der PES-Behandlung auf Y. enterocolitica ... 66

4.2.2.3 Mikrobielle Effekte der PES-Behandlung auf C. jejuni ... 67

4.3 Lagerungsversuche mit Schweinefleisch ... 68

4.3.1 Grundcharakterisierung des verwendeten Schweinefleisches... 68

4.3.2 Mikrobielle Effekte der Behandlungen im Verlauf der Lagerung ... 69

4.3.3 Einfluss einer reduzierten initialen Bakterienkonzentration ... 71

4.3.4 Physikochemische Auswirkungen der Behandlungen auf das Fleisch ... 73

4.3.4.1 Auswirkungen der Behandlungen auf die Fleischfarbe ... 73

4.3.4.2 Auswirkungen der Behandlungen auf die prozentualen Anteile der Myoglobin- Redox-Formen, den pH-Wert und die antioxidative Kapazität ... 77

4.3.5 Auswirkungen der Behandlungen auf die sensorischen Eigenschaften des Schweinefleisches ... 80

4.4 Lagerungsversuche mit Hähnchenfleisch... 82

4.4.1 Grundcharakterisierung des verwendeten Hähnchenfleisches ... 82

4.4.2 Mikrobielle Effekte der Behandlungen im Verlauf der Lagerung ... 83

4.4.3 Physikochemische Auswirkungen der Behandlungen auf das Fleisch ... 85

4.4.3.1 Auswirkungen der Behandlungen auf die Fleischfarbe ... 85

4.4.3.2 Auswirkungen der Behandlungen auf die prozentualen Anteile der Myoglobin- Redox-Formen, den pH-Wert und die antioxidative Kapazität ... 89

4.4.4 Auswirkungen der Behandlungen auf die sensorischen Eigenschaften des Hähnchenfleisches ... 92

5. Diskussion ... 94

5.1 UV-C Sensitivität der verwendeten Bakterienspezies ... 94

5.2 PES-Sensitivität der verwendeten Bakterienspezies ... 96

5.3 Einzelbehandlungen auf Fleisch ... 98

5.3.1 Diskussion der Versuchsdurchführung ... 99

5.3.2 Reduktion der Bakterienkonzentrationen durch UV-C-Einzelbehandlung auf Hähnchen- und Schweinefleisch ... 99

5.3.3 Reduktion der Bakterienkonzentrationen durch PES-Einzelbehandlung auf Hähnchen- und Schweinefleisch ... 103

5.4 Lagerungsversuche ... 105

5.4.1 Grundcharakterisierung der Fleischqualität des verwendeten Schweine- und Hähnchenfleisches ... 106

5.4.2 Mikrobiologische Grundcharakterisierung des verwendeten Schweine- und Hähnchenfleisches ... 106

5.4.3 Mikrobiologische Untersuchungen der behandelten Proben ... 108

5.4.3.1 Mikrobielle Effekte der UV-C-Bestrahlung auf B. thermosphacta, Y. enterocolitica und C. jejuni im Verlauf der Lagerung ... 108

5.4.3.2 Mikrobielle Effekte der PES-Behandlung auf B. thermosphacta, Y. enterocolitica und C. jejuni im Verlauf der Lagerung ... 109

5.4.3.3 Mikrobielle Effekte der UV-C/PES-Kombinationsbehandlung auf B. thermosphacta, Y. enterocolitica und C. jejuni im Verlauf der Lagerung ... 113

5.4.3.4 Versuche mit reduzierter initialer Bakterienkonzentration ... 116

5.4.3.5 Mikrobielle Effekte der Behandlungen auf die natürliche Keimflora des verwendeten Fleisches ... 120

5.4.4 Physikochemische Untersuchungen ... 121

5.4.4.1 Effekte der Behandlungen auf die Fleischfarbe und den pH-Wert ... 121

5.4.4.2 Effekte der Behandlungen auf die prozentualen Anteile der Myoglobin- Redoxformen ... 124

5.4.4.3 Effekte der Behandlungen auf die antioxidative Kapazität ... 125

5.4.5 Einfluss der Behandlungen auf die sensorischen Eigenschaften des Hähnchenfleisches im Verlauf der Lagerung ... 126

6. Schlussfolgerungen ... 129

7. Zusammenfassung ... 131

8. Summary ... 134

9. Literaturverzeichnis ... 137

9.1 Rechtliche Grundlagen ... 154

10. Anhang ... 157

10.1 Technische Daten der Deckelfolien ... 157

10.3 Abbildungsverzeichnis ... 159 10.4 Tabellenverzeichnis ... 161 11. Danksagung ... 164

Abkürzungsverzeichnis

°C Grad Celsius

6-4 PP Pyrimidin 6-4 Pyrimidon Photoprodukt a*-Wert Rotwert

Abb. Abbildung

ABTS 2,2‘-Azino-di(3-ethylbenzthiazolin-6-sulfonsäure) Art. Artikel

AVV Allgemeine Verwaltungsvorschrift aw-Wert Wasseraktivität eines Lebensmittels b*-Wert Gelbwert

B. Brochothrix

BfR Bundesinstitut für Risikobewertung BHI Brain Heart Infusion

BMEL Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft

BVL Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit

C. Campylobacter

CCDA Charcoal cefoperazone deoxycholate agar (Selektivagar) CIN Cefsulodin-Irgasan-Novobiocin (Selektivagar)

CLSI Clinical and Laboratory Standards Institute cm² Quadratzentimeter

CO2 Kohlenstoffdioxid DNA Desoxyribonukleinsäure DSM Deutsche Stammsammlung

E. Escherichia

EFSA European Food Safety Authority (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit)

EG Europäische Gemeinschaft EU Europäische Union

FLI Friedrich-Löffler-Institut

FI Feldisolat

g Gramm

GKZ Gesamtkeimzahl

GMP good manufacturing practice

HACCP Hazard Analysis Critical Control Point HEDP 1-Hydroxyethyliden-1,1-diphosphonsäure ISO International Organization for Standardization KbE Kolonie bildende Einheiten

L*-Wert Helligkeitswert

L. Listeria

LF elektrische Leitfähigkeit

LM Musculus longissmus thoracis et lumborum LMBestrV Lebensmittelbestrahlungsverordnung log10 Dekadischer Logarithmus

Mb Myoglobin

MBK minimale bakterizide Konzentration MHK minimale Hemmstoffkonzentration

mJ Millijoule

ml Milliliter

mW Milliwatt

n Anzahl

N2 Stickstoff

NaCl Natriumchlorid

nm Nanometer

O2 Sauerstoff

P. Pseudomonas

PAA peracetic acid (Peressigsäure) PES Peressigsäure

p.m. postmortem ppm parts per million RKI Robert Koch-Institut RNA Ribonukleinsäure

rpm rounds per minute

S. Salmonella

SA Standardabweichung

SIN Streptomycin-Inosit-Neutralrot (Selektivagar) spf. spezifisch pathogen frei

spp. Spezies

St. Staphylococcus

Tab. Tabelle

USA United States of America (Vereinigte Staaten von Amerika) UV Ultraviolett

VO Verordnung

Y. Yersinia

1

1. Einleitung

Die deutsche Bevölkerung altert und auch die mit dem Alter einhergehenden Erkrankungen nehmen zu. Dies führt dazu, dass die Zahl der YOPIs (Young, Old, Pregnant, Immunocompromised) in der Gesellschaft ansteigt. Diese Gruppen sind besonders gefährdet, einen schweren Krankheitsverlauf zu erleiden, sofern sie sich mit lebensmittelbedingten pathogenen Bakterien infizieren. Zwei bedeutende pathogene Bakterien stellen Yersinia (Y.) enterocolitica und Campylobacter (C.) jejuni dar. Bei beiden Spezies handelt es sich um lebensmittelbedingte Zoonoseerreger, die die Yersiniose (Y. enterocolitica) beziehungsweise Campylobacteriose (C. jejuni) beim Menschen auslösen können. Die Yersiniose war im Jahr 2018 mit 6.699 gemeldeten Krankheitsfällen die viert häufigste, die Campylobacteriose mit 246.571 gemeldeten Krankheitsfällen die häufigste gemeldete Zoonose innerhalb der EU (EFSA 2019). Die Krankheitsbilder beider Erkrankungen sind hauptsächlich von Magen-Darm-Symptomen geprägt. Insbesondere bei YOPIs können allerdings auch schwere Komplikationen auftreten. Dazu zählen im Falle von Y. enterocolitica das Reiter Syndrom, eine Form der reaktiven Arthritis und Erythema nodosum, eine Entzündung der Subkutis (EFSA 2007; SIMJEE 2007; RKI 2019). Komplikationen aufgrund einer Campylobacteriose stellen das Miller-Fisher- und das Guillain-Barré-Syndrom, beides Erkrankungen des Nervensystems, dar (ANG et al 2001; SEJVAR et al. 2011). Die Hauptinfektionsquellen stellen nicht durchgegartes Schweinefleisch (Y. enterocolitica) bzw.

nicht durchgegartes Hähnchenfleisch (C. jejuni) dar (EFSA 2019). Daher wurden für die Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit Y. enterocolitica auf Schweine- und C. jejuni auf Hähnchenfleisch gewählt. Dies geschah vor dem Hintergrund des international zunehmenden Fleischkonsums (GODFRAY et al. 2018), wobei Geflügel- und Schweinefleisch die beiden weltweit meistproduzierten Fleischarten darstellen (STATISTA 2020). Da Frischfleisch auch international vermarktet wird und zudem die Verbrauchererwartungen an die Qualität von Fleisch sehr hoch sind (BOLDER 1997), ist außerdem eine möglichst lange Haltbarkeit wichtig.

Auch, da die Lebensmittelentsorgung aufgrund kurzer Haltbarkeit und die resultierenden Folgen für Tierschutz, Klimaschutz und Welternährung zunehmend in den gesellschaftlichen Fokus rückt. Daher wurde zusätzlich Brochothrix (B.) thermosphacta sowohl auf Hähnchen- als auch Schweinefleisch untersucht. B. thermosphacta ist einer der dominierenden Verderbniserreger von Frischfleisch und kann sowohl auf aerob gelagertem wie auch vakuum-

Einleitung

2

oder unter Schutzgasatmosphäre verpackt gelagertem Fleisch nachgewiesen werden (BORCH et al. 1996; CASABURI et al. 2015; STANBOROUGH et al. 2017). Eine verbesserte Lebensmittelsicherheit und verlängerte Haltbarkeit von Fleisch kann durch die Reduktion der mikrobiellen Kontamination erreicht werden. Daher finden Dekontaminationsmaßnahmen von Schlachtkörpern oder Fleisch außerhalb Europas bereits Anwendung (21CFR 179.39; 21CFR 173.370). Eine physikalische Dekontaminationsmethode die nachgewiesenermaßen zu Reduktionen des mikrobiellen Gehalts von B. thermosphacta, Y. enterocolitica, C. jejuni, Listeria (L.) monocytogenes, Salmonella (S.) Typhimurium und Escherichia (E.) coli auf Fleisch führte, ist die UV-C-Bestrahlung (ISOHANNI u. LYHS 2009; HAUGHTON et al.

2011; MCLEOD et al. 2018; REICHEL et al. 2019). Bei Anwendung dieser Methode wird die bakterielle Desoxyribonukleinsäure (DNA) durch Photone geschädigt, was zur Schädigung und zum Tod der Bakterien führen kann. Es handelt sich dabei um ein oberflächliches Verfahren, das als sicher für den menschlichen Verzehr eingestuft wird. Allerdings wurden auch Qualitätsveränderungen durch UV-C-Bestrahlung von Fleisch und Tierkörpern nachgewiesen (STERMER et al. 1987; CHUN et al. 2010; PARK u. HA 2015). Eine chemische Dekontaminationsmöglichkeit hingegen stellt die Behandlung mit Peressigsäure (PES) dar.

Dabei handelt es sich ebenfalls um ein Oberflächenverfahren, welches durch die starke oxidierende Eigenschaft der PES insbesondere die Zellwände und -membranen der Bakterien schädigt und auch zu deren Tod führen kann. Einige Studien erzielten bereits durch PES- Anwendung eine erfolgreiche Reduzierung des bakteriellen Gehalts von C. jejuni, S. Typhimurium oder E. coli auf Hähnchen- und Putenhaut sowie auf Rindfleisch (ELLEBRACHT et al. 2005; NAGEL et al. 2013; BERTRAM et al. 2019a; BERTRAM et al. 2019b). Jedoch führte auch die PES in manchen Untersuchungen zu Qualitätseinbußen des Fleisches, wie beispielsweise Farbveränderungen (FU et al. 1994; QUILO et al. 2009a; QUILO et al. 2009b). Da kombinierte Dekontaminationsmaßnahmen einen überadditiven Effekt auf die Bakterienreduktion aufweisen können (OH et al. 2014), könnten dadurch möglicherweise geringere Dosen bzw. Konzentrationen für eine Reduktion der Bakteriengehalte ausreichen und damit Qualitätseinbußen reduziert werden. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit, Erkenntnisse zur Wirksamkeit einer Kombinationsbehandlung von UV-C- und PES- Behandlung zu gewinnen und mit dem Effekt von Einzelbehandlungen zu vergleichen. Es interessierten sowohl die Auswirkungen der Behandlung auf den mikrobiellen Gehalt von

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B. thermosphacta und Y. enterocolitica auf Schweinefleisch und den Gehalt von B. thermosphacta und C. jejuni auf Hähnchenfleisch als auch auf die bereits vorhandene Keimflora im Verlauf einer 14-tägigen Lagerung des Fleisches in Schutzgasatmosphäre. Zudem wurden die Auswirkungen der Behandlungen auf die Fleischqualität untersucht und sensorische Untersuchungen durchgeführt, um die Verbraucherakzeptanz zu evaluieren.

Literaturübersicht

4

2. Literaturübersicht

2.1 Reduzierung der mikrobiellen Kontamination auf Fleisch

Um möglichst hygienisches Fleisch mit geringem Risiko für die menschliche Gesundheit zu produzieren, greifen innerhalb der Europäischen Union zahlreiche Maßnahmen „from farm to fork“, also von der Primärerzeugung bis zum Verzehr des Fleisches. Bereits auf landwirtschaftlicher Ebene werden häufig Maßnahmen zur Verhinderung oder wenigstens Reduzierung des Erregereintrags durch strenge Biosicherheitsmaßnahmen wie beispielsweise kontrolliertem und beschränktem Personal-, Futter- und Materialverkehr, Schadnager- bekämpfung und Ein- und Ausstallungen im Rein-Raus-Verfahren durchgeführt. Zusätzlich gibt es umfangreiche Monitoringprogramme für Zoonoseerreger. Die Allgemeine Verwaltungsvorschrift über die Erfassung, Auswertung und Veröffentlichung von Daten über das Auftreten von Zoonosen und Zoonoseerregern entlang der Lebensmittelkette (AVV Zoonosen Lebensmittelkette) dient einem bundeseinheitlichen Zoonosemonitoring. Im Fokus stehen insbesondere die Erreger, die ein hohes Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen. Hierzu werden Proben entnommen, die durch einen jährlich durch das Bundesamt für Risikobewertung (BfR) erarbeiteten Stichprobenplan festgelegt werden (BVL 2019). Die Probennahmen erfolgen sowohl in Ställen und Schlachthöfen als auch im Einzelhandel, um die Verbreitung dieser Erreger sowie die Effektivität eingeleiteter Maßnahmen zu verfolgen. Doch trotz aller Maßnahmen liegt die Prävalenz beispielsweise von Campylobacter spp. oder Salmonella. spp. auf Hähnchenkarkassen seit Jahren auf einem hohen Niveau (BVL 2019;

BVL 2020). Die Maßnahmen zur Reduzierung des Erregereintrags, insbesondere auf Schlachthofebene wo es zu Kreuzkontaminationen zahlreicher Tierkörper und Chargen kommen kann, wobei die Erregerlast über die weitere Lebensmittelkette fortbestehen kann, scheinen demnach nicht auszureichen. Daher sollte der Einsatz weiterer Maßnahmen, wie das Anwenden von Dekontaminationsmethoden, in Betracht gezogen werden. Zwar wird gemäß AVV Lebensmittelhygiene, Anlage 3 die Sauberkeit der Tiere überprüft, um einen mikrobiellen Eintrag in die Schlachtanlage zu minimieren. Außerdem wird versucht, durch ausreichend ausgenüchterte Tiere das Risiko eines Kotaustritts bei der späteren Eviszeration zu reduzieren.

Nichtdestotrotz kann es –insbesondere in Schlachthöfen– zu Kreuzkontaminationen zwischen Schlachtkörpern kommen. Ursachen dafür könnten zum einen die großen Tierzahlen, die zudem

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aus unterschiedlichen Beständen stammen und unterschiedliche Erreger und Verschmutzungsgrade aufweisen, sein. Als weitere Ursache kommen die steigenden Schlachtkapazitäten in Frage, die eine gewisse Schlachtgeschwindigkeit mit sich bringen. Auch wenn Maßnahmen wie beispielsweise das Brühen der Karkassen zunächst eine Reduktion des mikrobiellen Keimgehalts erzielen kann, so hebt sich dieser Effekt meist im weiteren Schlachtprozess wieder auf und es kann zudem zur Kontamination mit weiteren Bakterien kommen (GILL u. BRYANT 1992). Die Kontamination findet aber nicht nur zwischen Karkassen oder durch Berührung mit kontaminierten Gegenständen statt, sondern kann auch durch das Personal erfolgen. Da sich an verschiedenen Stellen im Schlacht-, Zerlege-, und Weiterverarbeitungsbetrieb aus technologischen Gründen Kontaminationsmöglichkeiten ergeben, ist es sinnvoll, zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Produktion unterschiedliche Maßnahmen zur Reduktion der Bakterienkonzentration durchzuführen. Ein wiederholter Einsatz derselben Dekontaminationsmethode in kurzem Zeitabstand scheint hingegen keine zusätzlichen Keimreduktionen zu erzielen (BERRANG et al. 2000). Außerdem bewirkt der Einsatz mehrerer Dekontaminationsmaßnahmen eine stärkere Reduktion der mikrobiellen Bakterienkonzentration als die Anwendung einer optimalen Maßnahme (HUGAS et al. 2000).

Durch verschiedene Dekontaminationsmethoden an unterschiedlichen Stellen in der Produktion könnten auftretende Kontaminationen zwischen den Maßnahmen reduziert werden. Außerdem könnte die Anheftungszeit der Bakterien reduziert werden und damit die Bildung eines schützenden Biofilms. Die Dekontaminationsmaßnahmen wären zudem nicht nur zu Beginn des Schlachtprozesses, sondern auch nach der Kühlung und insbesondere während des Verarbeitungsprozesseses, v.a. vor Abpacken des Fleisches, vorteilhaft.

Haltbarmachungs- und Dekontaminationsmaßnahmen lassen sich in chemische, physikalische und biologische Methoden unterteilen. Es sollte dabei beachtet werden, dass für frisches Fleisch z.B. der Zusatz von Salz und Nitrit/Nitrat als eine chemische Behandlungsmöglichkeit, Erhitzen oder Trocknen als physikalische Maßnahme oder der Zusatz von Starter- und Schutzkulturen, eine biologische Maßnahme, um das Wachstum unerwünschter Bakterien zu hemmen, nicht angewendet werden können. Die Begründung liegt darin, dass es sich danach per Definition nicht mehr um frisches Fleisch handeln würde (VO (EG) Nr. 853/2004). Daher werden im Folgenden nur die bei frischem Fleisch anwendbaren Methoden zur Haltbarmachung dargestellt. Da nach den Vermarktungsnormen für Geflügelfleisch (VO (EG) Nr. 543/2008)

Literaturübersicht

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frisches Geflügelfleisch keine Anzeichen früheren Einfrierens aufweisen darf, wird im Folgenden auch nicht auf diese physikalische Methode eingegangen. Erlaubt und eingesetzt ist für Oberflächenverunreinigungen von Erzeugnissen tierischen Ursprungs in der EU bislang grundsätzlich nur das Behandeln mit Trinkwasser (VO (EG) Nr. 853/2004). Bei Geflügelschlachtkörpern findet dies beispielsweise in den Innen- und Außenwäschern routinemäßig Anwendung. Zusätzlich ist mittlerweile auch eine Behandlung von Rinderkarkassen mit Milchsäure erlaubt (VO (EU) Nr. 101/2013). In anderen Ländern werden Schlachttierkörper dagegen routinemäßig mit Chlor oder Peressigsäure behandelt (MUHANDIRAMLAGE et al. 2020). Dekontaminationen mit Milchsäure, wie auch andere organische Säuren, beispielsweise Zitronen- oder Essigsäure, die zu den chemischen Dekontaminationsmaßnahmen gehören, sind gut untersucht (HUGAS u. TSIGARIDA 2008).

Ihre keimreduzierenden Effekte sind vorwiegend durch eine pH-Wert-Reduktion bedingt.

Weitere chemische Dekontaminationsverfahren, die auf Fleisch angewendet werden könnten, sind saures Calciumphosphat oder aktiviertes Laktoferrin, das Zellmembranen schädigt und Eisen bindet. Außerdem sind Chlor, Ozon und Peroxysäuren starke Oxidationsmittel, die auch zu Zellwandschäden führen (SOHAIB et al. 2016). Mögliche biologische Haltbarmachungs- verfahren, die bereits auf Fleisch untersucht wurden, stellen Bakteriophagen und Bakteriozine wie beispielsweise Nisin dar (SOHAIB et al. 2016). Physikalische Haltbarmachungsverfahren wie das Kühlen, das die Bakterienwachstumsrate hemmt oder Gamma-, Röntgen- oder Elektronenstrahlung, die durch die Energie der Strahlung die DNA schädigen, freie Radikale bilden und damit die Mikroorganismen insgesamt schädigen (SINELL 1992; SOHAIB et al.

2016), kommen auch für frisches Fleisch in Frage. Die Bestrahlung von Lebensmitteln ist in der Lebensmittelbestrahlungsverordnung (LMBestrV) geregelt. Es gelten dabei spezifische Vorschriften wie beispielsweise die Maximaldosis, die Kenntlichmachung, Zulassung und Kontrollen der Anlagen und das Verbot einer zusätzlichen chemischen Behandlung mit demselben Zweck. Ein generelles Bestrahlen von Lebensmitteln ist in der EU allerdings nicht erlaubt. Es gelten aber Ausnahmen für Mitgliedstaaten, die zuvor schon Lebensmittel bestrahlt haben. Daher ist es beispielsweise in Frankreich und Tschechien erlaubt, Hähnchenfleisch und Geflügel mit ionisierender Strahlung zu behandeln (2009/C/283/02). Eine weitere Maßnahme zur Reduktion der Bakterienkonzentration auf Fleisch stellt, wie bereits beschrieben, der Einsatz von Trinkwasser oder sauberem Wasser dar, deren Verwendung gemäß

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VO (EG) Nr. 853/2004 zum Entfernen von Oberflächenverunreinigungen erlaubt ist. Weitere bereits auf Fleisch untersuchte physikalische Methoden stellen beispielsweise die Dekontamination mittels Ultraschalles oder gepulstem elektrischen Feld dar, die beide zu Membranschäden von Bakterien führen können. Ultraschall führt zusätzlich auch zu DNA- Schäden bei Bakterien (SOHAIB et al. 2016) und Plasma hat einen schädigenden Effekt auf Mikroorganismen durch seine vielen Radikale, angeregten Moleküle und Photone (NIEDŹWIEDŹ et al. 2019).

2.2 Verwendete Dekontaminationsmethoden 2.2.1 UV-Licht

2.2.1.1 Grundlagen und Bedeutung

Die Behandlung mit ultravioletter (UV) Strahlung ist ein physikalisches Haltbarmachungs- verfahren zur Dekontamination von Fleisch. UV-Strahlen gehören zur elektromagnetischen Strahlung und weisen eine Wellenlänge von 100 - 400 nm auf (BINTSIS et al. 2000). UV- Strahlung ist außerdem eine nicht ionisierende Strahlung und kann in Vakuum-UV-, UV-C-, UV-B und UV-A-Strahlung untergliedert werden. Die UV-A-Strahlung erstreckt sich in einem Wellenlängenbereich von 315 - 400 nm. Die UV-B-Strahlung liegt in einem Wellenbereich von 280 - 315 nm und die kurzwellige UV-C-Strahlung von 200 - 280 nm. UV-C-Strahlung kommt natürlicherweise nicht auf der Erdoberfläche vor, da die solare UV-C-Strahlung vollständig in den oberen und mittleren Schichten der Erdatmosphäre von Sauerstoff und Ozon absorbiert wird (BINTSIS et al. 2000). Für die Vakuum-UV-Strahlung, die im Wellenlängenbereich von 100 - 200 nm liegt, ist ein Vakuum nötig, damit sie sich ausbreiten kann. Sonst wird sie von fast allen Stoffen –auch dem Luftsauerstoff– absorbiert (BINTSIS et al. 2000; KOUTCHMA 2009; KOWALSKI 2009; RASTOGI et al. 2010). UV-C-Strahlung gilt innerhalb der UV- Strahlung als die am effektivsten germizid wirkende Strahlung (KOUTCHMA 2009). Sie besitzt zudem ein breites Wirkungsspektrum (Bakterien, Viren, Protozoen, Hefen, Algen und Pilze) (BINTSIS et al. 2000). Die Wellenlänge zwischen 250 und 270 nm ist der Bereich, in dem die UV-C-Strahlung ihre maximalen antimikrobiellen Effekte erreicht (GUERRERO- BELTRÁN u. BARBOSA-CÁNOVAS 2004; KOWALSKI 2009).

Literaturübersicht

8 2.2.1.2 Erzeugung von UV-C-Licht

Um Lebensmittel mit UV-C-Strahlung zu behandeln, werden insbesondere Niedrig-, aber auch Mitteldruck-Quecksilberdampflampen eingesetzt (KOUTCHMA 2009). Mit den Niedrigdruck- Quecksilberdampflampen wird durch die Ionisation und Verdampfung von Quecksilber UV-C- Strahlung erzeugt (KOUTCHMA 2019b). Allgemein wird Licht emittiert, wenn Atome und Ionen von einem höheren in einen niedrigeren Energiestatus wechseln. Dies geschieht, wenn ihre Elektronen aus einem weiter außen liegenden Orbital in ein dem Nucleus näher gelegenes Orbital springen und dabei Energie in Form von Photonen frei wird. Das Energieniveau ist dabei für das Atom oder Ion spezifisch und von der Anzahl der enthaltenen Neutronen, Protonen und Elektronen und deren Wechselwirkungen abhängig. Daher emittiert jedes Element Licht einer spezifischen Wellenlänge (KOUTCHMA 2019a).

Quecksilberdampflampen bestehen aus einer Röhre aus UV-durchlässigem Quarzglas, welches für alle UV-Wellenlängen durchlässig ist (KOUTCHMA 2019a; KOUTCHMA 2019b). Der elektrische Aufbau der Quecksilberdampflampen entspricht im Großen und Ganzen dem von Leuchtstoffröhren, mit dem Unterschied der Leuchtstoffbeschichtung (BINTSIS et al. 2000).

An jedem Ende der Röhre, in der sich etwas Quecksilber und ein Inertgas (üblicherweise Argon) befindet, sitzt jeweils eine Elektrode (KOUTCHMA 2009). Das Argon erleichtert den Start der Lampe, Quecksilber wird eingesetzt, da es bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Wird eine ausreichend hohe Spannung angelegt, beginnt die Verdampfung und Ionisierung des in der Röhre vorhandenen Quecksilbers. Dies geschieht, indem zunächst an der Startelektrode eine Glimmentladung stattfindet, bevor eine ausreichende Elektrodentemperatur erreicht ist um zwischen den beiden Elektroden (Katode und Anode) an jedem Ende der Röhre ein elektrisches Feld entstehen zu lassen. Es kommt zu einem Emittieren von Elektronen an den Elektroden. Durch das elektrische Feld werden im Gas befindliche Ionen und freie Elektronen beschleunigt und es findet eine Ionisierung statt. Durch Kollisionen der freien Elektronen mit Atomen kommt es zu einer Energieübertragung und die Atome werden angeregt. Elektronen in den Atomen können durch die so gewonnene Energie in ein äußeres Orbital springen. Wechseln sie dann wieder in ein niedrigeres Energieniveau, indem sie in ein dem Nucleus näheren Orbital springen, wird dabei diese Energie in Form von Photonen wieder frei. Im Rahmen der Kollision zweier Atome kann erneut ein Elektron herausgelöst werden, sodass ein Kation und ein freies Elektron zurückbleiben (Ionisation). Niedrigdruck-Quecksilberdampflampen, die fast

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ausschließlich monochromatisches Licht erzeugen, emittieren etwa 85 % ihrer Energie in einer Wellenlänge von 253,7 nm, was dem Bereich entspricht, bei dem DNA und Proteine ihren Absorptionspeak aufweisen. Sie erreichen dabei eine Oberflächentemperatur der Leuchtstoffröhre von 40 °C. Demgegenüber stehen die Mitteldruck-Quecksilberdampflampen, die polychromatisches Licht (200 - 300 nm) erzeugen, Strahlung mit einer wesentlich höheren UV-Intensität emittieren und dabei allerdings auch Temperaturen von 400 - 800 °C an der Lampenoberfläche erreichen (KOUTCHMA 2009).

Die UV-Dosis, die auf die Mikroorganismen einwirkt, errechnet sich aus dem Produkt von Zeit (s) und Intensität (W/m²) und wird in J/m² angegeben (BINTSIS et al. 2000). Dieselbe Dosis kann entweder durch hohe Intensitäten für eine kurze Behandlungsdauer oder durch eine lange Behandlungsdauer mit geringer Intensität erreicht werden. KOWALSKI (2019) berichtet, dass bei einer Wellenlänge von 253,7 nm insgesamt 1,3 x 10¹⁸ Photone/Joule emittiert werden und demzufolge bei einer Dosis von 10 J/m² eine Anzahl von 1,3 x 10¹⁹ Photone/m² emittiert werden. Aber auch wenn eine große Anzahl von Photonen die Bakterien erreicht, werden nicht zwangsläufig alle Photonen absorbiert (KOWALSKI 2009).

2.2.1.3 Wirkmechanismus von UV-C-Licht

UV-C-Strahlung bewirkt photochemische Effekte (KOWALSKI 2009). Ihre Absorption durch Moleküle führt zu deren Anregung, wenn ein orbitales Elektron vom Grundzustand in einen angeregten Zustand wechselt und ist abhängig von ihrer elektronischen Konfiguration und dem Energiestatus (KOUTCHMA 2009; KOWALSKI 2009). UV-C-Strahlung wird insbesondere von Proteinen, DNA und RNA absorbiert (KOWALSKI 2009). Das Absorptionsmaximum von Aminosäuren und Proteinen liegt bei einer Wellenlänge von 280 nm. Bei Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 200 nm entstehen Schäden vor allem im Phosphat-Desoxyribose-Rückgrat der DNA. Wird eine Wellenlänge von 265 nm verwendet, findet die Absorption insbesondere durch die Nukleotidbasen statt (KOWALSKI 2009). Durch die UV-Strahlung kommt es zur Spaltung von DNA-Bindungen (BINTSIS et al. 2000; GUERRERO-BELTRÁN u.

BARBOSA-CÁNOVAS 2004) und es bilden sich stattdessen neue, fehlerhafte Bindungen. Die Pyrimidinbasen (Thymin und Cytosin), die nur einen Ring besitzen, absorbieren die UV- Strahlung bis zu zehnmal stärker als Purinbasen (Guanin und Adenin), die aus einem Doppelring bestehen (KOWALSKI 2009). Da zudem Adenin und Thymin nur durch zwei, statt

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wie Guanin und Cytosin durch drei Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind und Wasserstoffbrückenbindungen zudem lediglich etwa 5 % der Bindungsstärke von kovalenten Bindungen aufweisen, ist Thymin am häufigsten von photochemischen Reaktionen betroffen.

Es bilden sich als Folge v.a. Thymindimere zwischen benachbarten Thyminbasen desselben DNA-Strangs, aber auch zwischen verschiedenen DNA-Strängen (KOWALSKI 2009).

Daneben kann es aber auch zu Interaktionen zwischen einem DNA-Strang und einem benachbarten Protein in der Zellwand oder im Zytoplasma kommen (HARM 1970;

KOWALSKI 2009). Das Ausmaß der Schäden (v.a. „Cross links“) ist proportional zur UV- Dosis (GUERRERO-BELTRÁN u. BARBOSA-CÁNOVAS 2004). Zu den wichtigsten Schädigungen bei einer verwendeten Wellenlänge von 253,7 nm gehören neben Doppel- und Einzelstrangbrüchen, die zum Verlust von genetischem Material führen können, die Bildung von (cis-syn) Cyclobutan-Pyrimidin-Dimeren (CPD) und wesentlich seltener die Bildung von Pyrimidin 6-4 Pyrimidonen (6-4PPs) (KOUTCHMA 2009; KOWALSKI 2009). Aber auch weitere Schäden wie Photohydratation (wobei Uracil und Cytosin mit Wassermolekülen Bindungen eingehen), Basenfehlpaarung („Mismatches“) oder in geringerem Ausmaß Radikalbildung mit folgendem oxidativem Stress sind möglich (OGUMA et al. 2001;

KOWALSKI 2009; RASTOGI et al. 2010). Durch die Fehlbindungen kommt es zu Veränderungen der DNA-Struktur sowie möglicherweise zu Mutationen und als Folge sind die DNA-Replikation und RNA-Transkription in der Bakterienzelle beeinträchtigt oder unterbrochen. Dieses führt zur Beeinträchtigung der Zellreproduktion oder sogar zum Zelltod (KOWALSKI 2009).

2.2.1.4 Abwehr- und Reparaturmechanismen

Bakterien und andere Mikroorganismen versuchen, sich durch verschiedene Abwehr- und Reparaturmechanismen vor UV-Photonen zu schützen. Einen Schutzmechanismus bilden Pigmente wie beispielsweise Melanin, das die UV-Strahlung absorbiert (KOWALSKI 2009).

Außerdem spielen Enzyme wie Katalase, Superoxid-Dismutase und Peroxidase, die entstandene oxidative Stoffwechselprodukte abbauen, eine wichtige Rolle (WESCHE et al. 2008; RASTOGI et al. 2010). Ein effizienter und wichtiger Reparaturmechanismus, der große Schäden sehr schnell reparieren kann, ist die Photoreaktivierung (OGUMA et al. 2001).

Durch das Enzym Photolyase, das von blauem Licht mit einer Wellenlänge

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von 310/330 - 480 nm aktiviert wird, werden die entstandenen Cyclobutanpyrimidindimere und 6-4 Photoprodukte wieder gespalten. Dies kann sowohl während der Schädigung durch UV-Strahlung als auch in einem Zeitfenster von 2 - 3 Stunden danach geschehen (SANCAR 1990; LILTVED u. LANDFALD 2000; OGUMA et al. 2001; KOWALSKI 2009).

Dabei bindet das Enzym Photolyase in einem lichtunabhängigen Vorgang spezifisch an Pyrimidindimere und bildet mit diesem einen stabilen Komplex (SANCAR 1990). In einem weiteren, lichtabhängigen Schritt nutzt die Photolyase die Energie des sichtbaren Lichts, das von einem Chromophor des Enzyms absorbiert und auf ein Flavinchromophor übertragen wird.

Dieses überträgt das Elektron wiederum auf das Pyrimidin-Dimer, wodurch es zur Radikalbildung (Pyrimidin-Dimer-Anion) kommt, welches zur Spaltung der Pyrimidindimere führt (Monomerisierung). Durch die daraus entstandene Konformationsänderung löst sich die Photolyase wieder (SANCAR 1990; KOWALSKI 2009; RASTOGI et al. 2010). Andere Photoprodukte können nicht durch die Photolyase repariert werden (KOWALSKI 2009). Des Weiteren existieren Reparaturmechanismen, die ohne Anwesenheit von Licht stattfinden und daher „Dunkelreparatur“ genannt werden (OGUMA et al. 2001). Diese Mechanismen erfolgen allerdings in weitaus geringerem Umfang (SANZ et al. 2007). Dazu gehören beispielsweise die SOS-Antwort, Exzisionsreparatur und Mismatchreparatur (RASTOGI et al. 2010). Dabei werden jeweils die fehlerhaften DNA-Sequenzen von bestimmten Enzymen erkannt und durch spezifische Enzyme repariert. Die SOS-Antwort ist ein spezifischer Vorgang bei größeren DNA-Schäden. Bei der Exzisionsreparatur wird das fehlerhafte Segment der DNA zunächst durch bestimmte Enzyme entfernt und danach die korrekte Sequenz eingefügt. Die Fähigkeit zur Photoreaktivierung und Dunkelreparatur ist für jede mikrobielle Spezies individuell (OGUMA et al. 2001). Sofern der hervorgerufene Schaden jedoch zu groß ist, kann dieser nicht repariert werden, was zum Zelltod führen kann (RASTOGI et al. 2010).

2.2.1.5 Anwendungsgebiete der UV-C-Bestrahlung

Bei der UV-C-Behandlung handelt es sich um ein leicht anzuwendendes (BINTSIS et al. 2000), nicht thermisches, kostengünstiges Haltbarmachungsverfahren (KOUTCHMA 2009). Es ist für die Lebensmittelindustrie außerdem interessant, da es inhaltsstoffschonend ist und keine chemischen Rückstände auf dem Lebensmittel hinterlässt, die gesundheitsgefährdend sein könnten (WONG et al. 1998). Deshalb wird die UV-C-Behandlung bereits seit Jahren zur Dekontamination von Luft, Flüssigkeiten und Oberflächen eingesetzt (BINTSIS et al. 2000).

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Sie wird nicht nur seit den 1930er Jahren zur Entkeimung der Luft in Operationssälen genutzt (BINTSIS et al. 2000), sondern findet auch vielfältige Anwendung in Hotels, Schulen, Fischbrütereien und Laboren. Zudem werden Trinkwasser, Abwasser und Teiche mit UV-C- Strahlung behandelt. In der Lebensmittelindustrie wird sie unter anderem in Brauereien, bei der Verpackung von Lebensmitteln und in der Abfüllindustrie eingesetzt (GUERRERO- BELTRÁN u. BARBOSA-CÁNOVAS 2004). In der Milchindustrie wird sie außerdem beispielsweise zur Reduktion des mikrobiellen Keimgehalts auf Joghurtbechern unmittelbar vor deren Befüllung angewendet. Sie findet Anwendung bei der Lagerung von frischem Obst und Gemüse (BINTSIS et al. 2000; GUERRERO-BELTRÁN u. BARBOSA-CÁNOVAS 2004) und in der Fleischindustrie wird sie beispielsweise zur Bestrahlung von Lebensmittelkontaktmaterialien verwendet.

Es sollte beachtet werden, dass es sich bei der UV-C-Strahlung um ein Oberflächenbehandlungsverfahren handelt (GUERRERO-BELTRÁN u. BARBOSA- CÁNOVAS 2004; LÁZARO et al. 2014; MCLEOD et al. 2018). Grund hierfür ist, dass die UV-C-Strahlung mit dem Material, auf das sie trifft, interagiert. Insbesondere die Absorption spielt eine entscheidende Rolle, aber UV-C-Strahlung kann auch gestreut, reflektiert oder gebrochen werden. Daher sind die Form und Oberflächenstruktur der behandelnden Matrix von großer Bedeutung (WALLNER-PENDLETON et al. 1994; SUMNER et al. 1996;

KOUTCHMA 2009). Bakterien, die sich innerhalb eines Lebensmittels befinden, können von den Partikeln darüber abgeschirmt und damit geschützt werden (KOUTCHMA 2009;

LÁZARO et al. 2014). Daher hängt ihre Eindringtiefe von absorbierenden Stoffen ab und sie wirkt effektiver in klaren Flüssigkeiten (GUERRERO-BELTRÁN u. BARBOSA- CÁNOVAS 2004). In destilliertem Wasser ist in 40 cm Tiefe ein Verlust der Intensität von bis zu 30 % zu beobachten, wohingegen dieser Verlust in Meerwasser schon nach 10 cm erreicht wird (BINTSIS et al. 2000). Deshalb ist bei der UV-C-Behandlung von Flüssigkeiten, beispielsweise von Säften, in denen sich Schwebstoffe befinden, eine ständige Umwälzung zur Behandlung des gesamten Volumens und eine möglichst geringe Volumentiefe an den UV-C- Quellen für eine optimale und effektive Wirkung wichtig. Temperaturen zwischen 5 und 37 °C beeinflussen die Wirkung der UV-C-Strahlung dagegen nicht oder nur kaum (BINTSIS et al.

2000).

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2.2.1.6 Rechtlicher Hintergrund zur Anwendung von UV-C-Licht

Eine Behandlung von Lebensmitteln mit UV-Strahlung ist in Deutschland durch die Lebensmittelbestrahlungsverordnung (LMBestrV) geregelt. Diese erlaubt in § 1 eine direkte Behandlung von Trinkwasser, der Oberfläche von Obst- und Gemüseerzeugnissen und von Hartkäse während der Lagerung und außerdem die indirekte UV-C-Behandlung durch Entkeimung von Umgebungsluft in der sich die Lebensmittel befinden. Eine direkte UV-C- Behandlung von Fleisch ist in Deutschland nicht erlaubt.

Auf EU-Ebene greift die VO (EU) 2019/627, in der geregelt ist, dass frisches Fleisch, das unzulässigerweise mit UV-Strahlung behandelt wurde dadurch vom amtlichen Tierarzt als genussuntauglich zu deklarieren ist (Art. 45 Abs. l). Würde eine UV-Behandlung von Fleisch zugelassen werden, würde es als „neuartiges“ Lebensmittel im Sinne der Novel Food- Verordnung (VO (EU) 2015/2283) gelten. Diese regelt das Inverkehrbringen innerhalb der EU.

Als neuartig gelten Lebensmittel u.a., sofern sie vor dem 15.05.1997 nur in geringem Umfang in der EU für den menschlichen Verzehr verwendet wurden und weitere Eigenschaften zutreffen, wie die Herstellung mittels eines nicht üblichen Verfahrens, das bedeutende Veränderungen des Nährwerts, der Lebensmittelzusammensetzung, -struktur oder der Verstoffwechslung oder des Gehalts an unerwünschten Stoffen beeinflusst (Art. 3, Abs. 2).

Diese Lebensmittel können in die sogenannte „Unionsliste“ aufgenommen werden, die in der Durchführungs-VO (EU) 2017/2470 aufgeführt ist, um in den Mitgliedstaaten in Verkehr gebracht werden zu dürfen. Beispielsweise ist eine UV-Behandlung von pasteurisierter Vollmilch bzw. teilentrahmter Milch zugelassen und muss mit „UV-behandelt“ und ggf.

zusätzlich „enthält durch UV-Behandlung erzeugtes Vitamin D“ bzw. „Milch mit durch UV- Behandlung erzeugtem Vitamin D“ deklariert werden.

Auch in Drittländern finden sich gesetzliche Regelungen zur UV-Behandlung von Lebensmitteln. Beispielsweise dürfen in den USA Lebensmittel UV-C bestrahlt werden sofern spezifische Vorschriften wie die spezifischen Regelungen bezüglich der Ozonbildung eingehalten werden (21CFR 179.39).

2.2.1.7 Anwendung von UV-C-Licht auf Fleisch

Die mikrobielle Reduktion wie auch die Auswirkungen auf Sensorik und Fleischqualität durch UV-C-Bestrahlung wurde bislang insbesondere auf Hähnchen-, Schweine- und Rindfleisch

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untersucht. Bei der Bestrahlung von Hähnchenfleisch erzielten beispielsweise CHUN et al. (2010) mit einer Dosis von 500 mJ/cm² Reduktionen für C. jejuni-, L. monocytogenes- und S. Typhimurium um bis zu 1,29 log10 KbE/g. Auch HAUGHTON et al. (2011) erzielten mit Dosen von bis zu 0,192 J/cm² Reduktionen für C. jejuni und E. coli um bis zu 0,98 log10 KbE/g und LAZARO et al. (2014) mit ähnlichen Dosen von bis zu 234 mJ/cm² für Salmonella spp.

geringere Reduktionen um bis zu 0,57 log10 KbE/g. Auf Schweinefleisch erzielten REICHEL et al. (2019a) mit Dosen von bis zu 2040 mJ/cm² Reduktionen für B. thermosphacta und Y. enterocolitica um bis zu 1,20 log10 KbE/cm² und WONG et al. (1998) mit einer Dosis von 192 mJ/cm² Reduktionen für E. coli um bis zu 2,0 log10 KbE/g. Farbveränderungen durch UV- C-Behandlung von Fleisch traten nur vereinzelt auf. HAUGHTON et al. (2011) fanden nach UV-C-Bestrahlung von Hähnchenfleisch bei einer Dosis einen signifikant reduzierten a*-Wert.

STERMER et al. (1987) maßen dagegen nach UV-C-Behandlung von Rindfleisch (bis zu 500 mJ/cm²) signifikant höhere a*-Werte. LAZARO et al. (2014) konnten nach UV-C- Behandlung von Hähnchenfleisch vereinzelt Farbunterschiede feststellen, allerdings waren keine dosisabhängigen Zusammenhänge erkennbar und die Unterschiede so gering, dass sie mutmaßlich nicht zu einer beeinträchtigten Verbraucherakzeptanz führen würden. Dagegen konnten LYON et al. (2007) wie auch ISOHANNI u. LYHS (2009) nach UV-C-Bestrahlung von Hähnchenfleisch (300 mJ/cm² bzw. 32,9 mJ/cm²) ebenso wie REICHEL et al. (2019) nach UV-C-Bestrahlung von Schweinefleisch keine signifikanten Farbunterschiede feststellen.

Sensorische Untersuchungen wurden seltener durchgeführt und Veränderungen scheinen dosisabhängig zu sein. STERMER et al. (1987) fanden nach UV-C-Behandlung von Rindfleisch und ISOHANNI u. LYHS (2009) bei Hähnchenfleisch keine signifikanten Unterschiede der sensorischen Eigenschaften. PARK u. HA (2015) fanden dagegen eine dosisabhängige Verschlechterung der Sensorik von Hähnchenfleisch nach UV-C-Bestrahlung (bis zu 3600 mJ/cm²). Außerdem konnte eine Geruchsabweichung festgestellt werden. Auch MCLEOD et al. (2018) stellten bei höheren Dosen (3000 mJ/cm²) Geruchsabweichungen von bestrahltem Hähnchenfleisch fest.

Auch Unterschiede des pH-Werts scheinen dosisabhängig zu sein. CHUN et al. (2010) fanden im Verlauf der Lagerung von Hähnchenfleisch einen dosisabhängigen signifikanten Unterschied des pH-Werts, der bei höherer UV-C-Dosis weniger angestiegen war (an Lagerungstag 6 bei 50 mJ/cm² pH-Wert von 6,85; bei 500 mJ/cm² pH-Wert von 6,61). An den

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beiden letzten Lagerungstagen 4 und 6 waren die pH-Werte nach UV-C-Bestrahlung mit Dosen von 50, 100, 300 und 500 mJ/cm² signifikant geringer als bei den unbehandelten Kontrollen.

Nach Behandlung mit UV-C-Dosen von 300 und 500 mJ/cm² waren die pH-Werte zudem signifikant geringer verglichen mit den Proben die mit 100 mJ/cm² und an Tag 4 zusätzlich mit den Proben, die mit 50 mJ/cm² bestrahlt wurden. LAZARO et al. (2014) konnten nach UV-C- Behandlung von Hähnchenfleisch mit etwa halb so hoher Dosis (bis zu 234 mJ/cm²), verglichen mit der von CHUN et al. (2010) verwendeten, nur bei einzelnen Proben Unterschiede zwischen den pH-Werten der verschiedenen Behandlungen feststellen. Nach UV-C-Behandlungen von Schweinefleisch konnten dagegen keine signifikanten Unterschiede des pH-Werts wie auch der prozentualen Anteile der Myoglobin-Redox-Formen oder der antioxidativen Kapazität nachgewiesen werden (REICHEL et al. 2019).

2.2.2 Peressigsäure

2.2.2.1 Grundlagen und Bedeutung

Peressigsäure (PES) oder auch Peroxyessigsäure genannt, ist eine organische Säure, die stark oxidierend wirkt. Sie ist klar und farblos und weist in konzentrierter Form einen stechenden Geruch auf. Sie ist einfach und kostengünstig herzustellen (MÜCKE 1970) und ersetzt in den USA zunehmend die chemische Dekontamination mit Chlor im Lebensmittelbereich. Sie gilt in geringen Konzentrationen als gesundheitlich unbedenklich, da PES in Essigsäure und Wasserstoffperoxid zerfällt, wobei letzteres selbst wiederum in Wasser und Sauerstoff zerfällt (KITIS 2004; EFSA 2014; YEH et al. 2018). PES weist bereits bei niedrigen Konzentrationen ein breites Wirkungsspektrum auf und wirkt nicht nur bakterizid, viruzid, fungizid und sporizid, sondern ist auch gegen Parasiten und Bakteriophagen einsetzbar (BALDRY et al. 1991; KITIS et al. 2004; GONZÁLEZ-AGUILAR et al. 2012). Zudem kann sie –im Gegensatz zu Chlor– in einem breiten Temperatur- (0 - 40 °C) und einem breiten pH-Bereich (3 - 7,5) eingesetzt werden (CHEN et al. 2012), wobei sie im sauren Bereich effektiver wirkt (LIBERTI u.

NOTARNICOLA 1999; BIERING 2004). Bereits kurze Kontaktzeiten reichen zur Erregerabtötung aus (KITIS 2004).

2.2.2.2 Erzeugung und Lagerung von PES

PES kann durch Zugabe eines Aktivsauerstoffträgers (z.B. Wasserstoffperoxid) mit einer Substanz, aus der Acetylgruppen abgespaltet werden können hergestellt werden

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(BIERING 2004). Da der Zerfall der PES temperaturabhängig ist, sollte sie kühl gelagert werden (BÜTZER 2012). Außerdem wirkt sie korrosiv. Aus diesem Grund wird sie meist mit einem Stabilisator oder mit einem Korrosionsschutz versehen und kommerziell fast ausschließlich als Lösung in Konzentrationen bis 40 % vertrieben (BIERING 2004;

BÜTZER 2012). Wird sie in konzentrierter und reiner Form ohne Anwesenheit von Schwermetallionen und mit beigesetzten Stabilisatoren in Flaschen aus reinem Polyethylen kühl gelagert, ist sie lange lagerstabil (MÜCKE 1970). Meist wird eine Lagerstabilität von 12 bis 24 Monaten angegeben (BIERING 2004). Im Gegensatz dazu zerfallen die verdünnten Lösungen schneller (MÜCKE 1970; BÜTZER 2012). KITIS (2004) zeigte, dass eine 1 % ige PES-Lösung innerhalb von 6 Tagen die Hälfte ihrer Effektivität verliert. Da PES in Lösung immer in einem Gleichgewicht vorliegt (BÜTZER 2012), wird entweder Wasserstoffperoxid oder Essigsäure im Überschuss zugesetzt, um das Gleichgewicht in Richtung PES-Bildung zu verschieben und damit eine maximale Konzentration an PES in der Lösung zu erhalten. Da sie eine schwächere Säure als Essigsäure ist, wird in Lösungen, die Essigsäure im Überschuss enthalten, der pH-Wert maßgeblich durch die Essigsäure bestimmt. Außerdem ist zu beachten, dass PES in destilliertem Wasser etwas saurer wirkt als in Leitungswasser, weshalb man bei Verdünnungen damit –im Gegensatz zu Leitungswasser– nie einen Neutralpunkt erreicht, da im destillierten Wasser puffernde Substanzen fehlen (MÜCKE 1970).

2.2.2.3 Wirkmechanismus von PES

Die PES besitzt einen vielseitigen Wirkungsmechanismus. Neben der Säurewirkung ist insbesondere die Eigenschaften eines starken Oxidationsmittels von entscheidender Bedeutung.

Dies wird durch die Sauerstoff-Sauerstoff-Verbindung ihres Peroxids hervorgerufen (BÜTZER 2012). Durch die homolytische Spaltung dieser Bindung kommt es zur Freisetzung eines Aktivsauerstoffs, der wiederum zur Oxidation der äußeren bakteriellen Zellmembran führt (BÜTZER 2012). Die C-C-Doppelbindungen, Sulfhydryl- (-SH) und Schwefelbindungen (-SS) in der Zellwand, in Proteinen und in Enzymen werden gespalten und reagieren wiederum mit anderen Metaboliten. Dies führt einerseits zu einer Störung des Membrantransports, andererseits zur Beeinträchtigung des Membranpotentials, was wiederum zur Beeinträchtigung des Zellstoffwechsels und möglicherweise zur Zelllyse führt (WESSELS u. INGMER 2013).

Außerdem kann die PES auch in Bakterien diffundieren (ZHANG et al. 2020) und intrazellulär

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oxidierend wirken und zudem zu einem Säureschock oder zur Ansäuerung des Zytoplasmas führen (WESCHE et al. 2008). Weiterhin entstehen durch Reaktionen des Peroxids eine große Anzahl freier Radikale. Da Radikale sehr reaktionsfreudig sind, reagieren sie mit weiteren Zellbestandteilen und schädigen diese (WESSELS u. INGMER 2013). Auch die Zerfalls- produkte Wasserstoffperoxid und Essigsäure, die selbst wiederum durch niedrigen pH-Wert bzw. im Falle von Wasserstoffperoxid durch seine oxidierenden Eigenschaften auf die Bakterien wirken, schädigen die Zellen zusätzlich.

2.2.2.4 Bakterielle Abwehrmechanismen

Um Schädigungen, ausgelöst durch oxidativen Stress, so gering wie möglich zu halten, finden in der Regel Enzyme wie die Superoxid-Dismutase, Peroxidase, Katalase oder Exonukleasen in den Bakterienzellen Einsatz (WESCHE et al. 2008). Allerdings ist für die PES bekannt, dass sie weder von Katalase noch Peroxidase deaktiviert wird (GONZÁLEZ-AGUILAR et al. 2012).

Auch die Wahrscheinlichkeit einer Resistenzbildung wird aufgrund des unspezifischen Wirkungsmechanismus als gering eingestuft (BIERING 2004; WESSELS u. INGMER 2013;

EFSA 2014).

2.2.2.5 Anwendungsgebiete der PES-Behandlung

Aufgrund ihrer positiven Eigenschaften wird die PES bereits in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Im Gesundheitswesen wird sie beispielsweise zur Desinfektion von chirurgischen und thermolabilen Instrumenten sowie Hämodialyseanlagen eingesetzt.

Außerdem findet sie Anwendung beim Waschen von Textilien in Krankenhäusern (BIERING 2004). In der Landwirtschaft wird PES beispielsweise zur Desinfektion von Ställen verwendet und ist zudem in Klauenbädern für Rinder sowie zur Desinfektion nach dem Auftreten von anzeigepflichtigen Tierseuchen zugelassen. In der Lebensmittelindustrie findet sie beispielsweise in der Milchindustrie und im Brauwesen Anwendung zur Desinfektion von Lebensmittelkontaktflächen, von Kühl- und Prozesswasser sowie von Ionenaustauscher-Säulen bei der Wasseraufbereitung (BIERING 2004).

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2.2.2.6 Rechtlicher Hintergrund zur Anwendung von PES

In Drittstaaten wird die PES bereits zur Dekontamination von Karkassen eingesetzt. In den USA ist beispielsweise nicht nur die Behandlung von Schlachttierkörpern und Teilen davon, sondern auch die Behandlung von Organen erlaubt, sofern spezifische Anforderungen eingehalten werden. Beispielsweise darf eine Höchstkonzentration von 220 ppm PES nicht überschritten werden (21CFR 173.370).

Eine andere Regelung findet sich in der EU-Gesetzgebung. Wie bereits beschrieben, darf gemäß VO (EG) Nr. 853/2004 zum Entfernen von Oberflächenkontaminationen auf Erzeugnissen tierischen Ursprungs grundsätzlich nur Trinkwasser eingesetzt werden, es sei denn, die Verwendung eines anderen Stoffes wurde von der Kommission genehmigt (VO (EG) Nr. 853/2004). Bei Anwendung einer nicht zugelassenen Dekontaminationsmethode muss das Erzeugnis tierischen Ursprungs gemäß VO (EU) 2019/627, Art. 45 vom amtlichen Tierarzt für genussuntauglich erklärt werden. Daher wurde die PES von der EFSA bezüglich ihrer Wirksamkeit, den mikrobiellen Pathogengehalt auf Geflügelkarkassen und Fleisch zu reduzieren sowie ihrer Sicherheit in Bezug auf die menschliche Gesundheit, Resistenzbildung und Umweltverträglichkeit geprüft. Die durch den Antragsteller beantragte Anwendung der PES beinhaltete den Einsatz von 400 - 700 ppm (10 Sek. Sprühbehandlung) und bis zu 2000 ppm (3 min Tauchbehandlung) auf warmen Karkassen. Außerdem die Behandlung von Tierkörpern in Kühltanks (1 - 2 Stunden, bis 230 ppm) (EFSA 2014). Dabei kam die EFSA in ihrem Gutachten zu dem Ergebnis, dass die Anwendung von PES in Kühltanks in Konzentrationen bis zu 230 ppm für die Anwendungsdauer von bis zu 3 Minuten und als Sprühbehandlung mit einer PES-Konzentration von bis zu 2000 ppm als unbedenklich für die menschliche Gesundheit einzustufen ist (EFSA 2014). Allerdings ist die Anwendung von PES zur Dekontamination auf Fleisch bzw. Tierkörpern –im Gegensatz zur Anwendung von Milchsäure beim Rind (VO (EU) Nr. 101/2013) – innerhalb der EU bislang nicht erlaubt. Dies liegt einerseits daran, dass die Wirksamkeit der PES aufgrund der unzureichenden und inhomogenen Studienlage und zudem widersprüchlicher Ergebnisse nicht ausreichend gesichert ist. Außerdem konnten Umweltbedenken, die durch die 1-Hydroxyethyliden-1,1- diphosphonsäure (HEDP) ausgelöst wurden, nicht ausgeräumt werden. HEDP wird der PES- Lösung gemäß Zulassungsantrag zugesetzt, um den Wirkungsverlust sowohl von Wasserstoffperoxid als auch PES durch Chelatbildung mit Metall zu verhindern (EFSA 2014).

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Zudem fordert die EFSA in ihrem Bericht weitere Maßnahmen zur Untersuchung von Resistenzbildung und außerdem zur Überwachung im Rahmen von HACCP-Konzepten (EFSA 2014).

2.2.2.7 Anwendung von PES auf Fleisch

Um die Effektivität einer PES-Behandlung auf den mikrobiellen Keimgehalt und zusätzlich möglicherweise auftretende Qualitätsveränderungen des Fleischs zu untersuchen, wurden bereits einige Studien dazu durchgeführt. Allerdings sind die Untersuchungen mitunter schwierig zu vergleichen. Dies liegt sowohl an den unterschiedlichen Applikationsarten (Sprüh- und Tauchbehandlung) mit verschiedensten Methoden (Tüten und Becken unterschiedlichen Fassungsvolumens für Dipbehandlungen bzw. Drücken bei der Sprühbehandlung). Außerdem wurden unterschiedlich lange Behandlungsdauern, -temperaturen, verschiedene PES- Konzentrationen auf unterschiedlichen Matrizes (verschiedene Fleischarten, mit und ohne Haut) angewendet. Zusätzlich gibt es weitere Unterschiede wie die Untersuchung verschiedener Bakterienspezies. Sowohl natürlich vorkommende Bakterien als auch inokulierte Bakterienspezies wurden untersucht. Außerdem wurde nur bei einem Teil der Studien die Proben anschließend gelagert (verschiedener Dauern und Bedingungen).

Als Sprühbehandlung konnten beispielsweise KALCHAYANAND et al. (2012) mit einer 15- sekündigen PES-Behandlung von Rindfleischflanken (200 ppm) Reduktionen von Escherichia (E.) coli verschiedener Serogruppen um bis zu 1,8 log10 KbE/cm² nach 48-stündiger kühler Lagerung, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle, erzielen. KING et al. (2005) erzielten mit einer PES-Sprühbehandlungen (200 ppm PES) sogar signifikante Reduktionen der E. coli- Konzentration um 2,6 log10 KbE/cm² und der S. Typhimurium- Konzentration um 2 log10 KbE/cm², verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Im Vergleich mit einer Wasserbehandlung (Kontrolle) konnte in der Studie eine signifikante Reduktion um jeweils 0,7 log10 KbE/cm² ermittelt werden. BERTRAM et al. (2019a) erzielten mit einer 30- sekündigen PES-Sprühbehandlung (1200 ppm) von Hähnchenschenkeln (mit Haut) und anschließender kühler Lagerung in Schutzgasatmosphäre signifikante Reduktionen der C. jejuni- Konzentration um bis zu 1,14 log10 KbE/g, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Im Vergleich zur Wasserkontrolle betrug die maximale Bakterienreduktion 0,55 log10 KbE/g.

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Außerdem finden sich Untersuchungen zur PES-Tauchbehandlung in der Literatur. So konnten CHANTARAPANONT et al. (2004) mit einer Konzentration von 100 ppm PES nach 15 Minuten die C. jejuni- Konzentration auf Hähnchenhaut signifikant um 1 log10 KbE/cm² reduzieren, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle, wohingegen 40 ppm für 2 Minuten keine signifikante Reduktion der C. jejuni- Konzentration zur Folge hatte. SCOTT et al. (2015) reduzierten die Salmonella-Konzentrationen auf Hähnchenflügeln (mit Haut) durch eine 20- sekündige Tauchbehandlung mit 700 ppm PES signifikant um 1,5 log10 KbE/ml im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. KUMAR et al. (2020) reduzierten durch eine 30-sekündige Tauchbehandlung (1000 ppm) von Hähnchenbrust die Salmonella- Konzentration um 1,92 log10 KbE/ml und die Campylobacter- Konzentration um 1,87 log10 KbE/ml signifikant. Und PARK und HA (2017) erzielten mit einer 16-sekündigen Tauchbehandlung (1200 ppm) auf Hähnchenhaut signifikante Reduktionen während aller Lagerungstage (Tag 0 - 9). Die C. coli-Konzentration wurde um etwa 2,5 log10 KbE/g und die S. Typhimurium- Konzentration um über 2 log10 KbE/g, jeweils verglichen mit der unbehandelten Kontrolle, und um knapp 2 bzw. 1,3 log10 KbE/g, verglichen mit der Wasserbehandlung, reduziert.

Die meisten Studien befassen sich mit den mikrobiellen Auswirkungen der PES. Nur wenige untersuchten bislang die Auswirkungen auf die Qualitätsparameter des Fleisches. BERTRAM et al. (2019a; 2019b) konnten nach PES-Sprühbehandlung mit 1200 ppm weder auf Puten- noch auf Hähnchenfleisch signifikante Farbveränderungen feststellen. Lediglich auf Putenhaut konnte an Tag 1 nach PES-Behandlung eine signifikante Reduktion des a*-Werts, verglichen mit der Wasserbehandlung, festgestellt werden. Auf Rindfleisch konnten QUILO et al. (2009a) nach PES-Behandlung mit 200 ppm dagegen einen signifikant höheren L*-Wert und in einer weiteren Untersuchung (QUILO et al. 2009b) mit derselben Konzentration auf Rindfleisch an den Lagerungstagen 0 bis 3 und 7 signifikant höhere a*-Werte, jeweils verglichen mit den unbehandelten Kontrollen, nachweisen. Bei den Untersuchungen durch BERTRAM et al.

(2019a; 2019b) konnten zudem weder auf Hähnchen- noch auf Putenfleisch Unterschiede im pH-Wert oder im Anteil an Myoglobin-Redox-Formen, verglichen mit der Wasserkontrolle, gefunden werden. Außerdem konnte auch kein signifikanter Unterschied in der antioxidativen Kapazität zwischen der PES- und der Wasserbehandlung von Hähnchenfleisch gefunden werden (BERTRAM et al. 2019a). Auch QUILO et al. (2009a) fanden nach PES-Behandlung von Rindfleisch keine signifikanten Unterschiede des pH-Werts.

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2.2.3 Kombinierte Dekontaminationsverfahren

Kombinationsbehandlungen können –verglichen mit den Einzelbehandlungen– einen synergistischen Effekt bezüglich ihrer Effektivität, die bakteriellen Konzentrationen auf Fleisch zu reduzieren, aufweisen. Dabei können, wie bereits beschrieben, zwei oder mehrere Maßnahmen die jeweils nur eine geringe Reduktion der Bakterienkonzentration bewirken in Kombination angewendet einen überadditiven Effekt erzielen (HUGAS u. TSIGARIDA 2008).

Verschiedene Studien untersuchten daher unterschiedlichste kombinierte Dekontaminations- behandlungen auf Fleisch. YEH et al. (2018) behandelten beispielsweise Rindfleisch einzeln mit UV-C und PES (400 ppm) und ebenfalls in Kombination. Dabei erzielten sie (im Gegensatz zur PES-Einzelbehandlung) lediglich nach UV-C-Einzelbehandlung (24 mJ/cm²) eine signifikante Reduktion der Salmonella-Konzentration um 1,15 log10 KbE/g. Die Kombinationsbehandlung erzielte, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle, eine signifikante Bakterienreduktion um nur 1,32 log10 KbE/g und war damit insgesamt nicht effektiver als die Einzelbehandlungen. HAWKINS et al. (2016) behandelten Hähnchenfleisch für 30 Sekunden als Sprühbehandlung mit 5 % Laurylarginat (LAE) und 0,8 %iger Essiglösung und erzielten dabei an Tag 0 signifikante Reduktionen der S. Typhimurium-Konzentration um bis zu 1,61 log10 KbE/g. OH et al. (2014) konnten dagegen einen synergistischen Effekt nachweisen. In ihrer Untersuchung reduzierten OH et al. (2014) die L. monocytogenes- Konzentration auf Hähnchenfleisch im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle sowohl mit einer UV-C-Einzelbehandlung (300 mJ/cm²) um 0,22 log10 KbE/g als auch mit einer Chlor- Einzelbehandlung (200 mg/kg) um 0,27 log10 KbE/g signifikant. Die Kombinationsbehandlung beider Methoden (200 mg/kg Chlor; 300 mJ/cm² UV-C) erzielte eine größere signifikante Reduktion der L. monocytogenes-Konzentration um 0,80 log10 KbE/g, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Verglichen mit den Einzelbehandlungen konnte die Kombinationsbehandlung jeweils eine signifikante Reduktion um 0,58 log10 KbE/g (verglichen mit der Chlor-Einzelbehandlung) beziehungsweise um 0,53 log10 KbE/g (verglichen mit der UV-C-Einzelbehandlung) erzielen.

Literaturübersicht

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2.3 In den Untersuchungen verwendete Bakterienisolate 2.3.1 Pathogene Erreger

2.3.1.1 Yersinia enterocolitica

2.3.1.1.1 Taxonomie und Eigenschaften

Y. enterocolitica, ein gramnegatives, fakultativ anaerobes, nicht Sporen bildendes, 0,5 - 0,8 x 1 - 3 µm großes Stäbchenbakterium (SIMJEE 2007) gehört zur Gattung Yersinia aus der Familie der Enterobacteriaceae. Da die Spezies zu Pleomorphismus neigt, können die Bakterien auch ein kokkoides Erscheinungsbild aufweisen (BOTTONE 1999). Je nach Temperatur ist das einzelne Bakterium begeißelt (25 °C) oder ohne Flagelle ausgestattet (37 °C) (BOTONNE 1999; SIMJEE 2007). Es zeigt zwischen 0 und 43 °C Wachstum, wobei sein Temperaturoptimum bei 28 °C liegt (BFR 2013). Die Gattung Yersinia wird in 19 Spezies unterteilt; die vorwiegend humanpathogenen Spezies sind dabei Y. pestis, Y. enterocolitica und Y. pseudotuberculosis (SAVIN et al 2019). Die beiden letztgenannten sind lebensmittelassoziiert und können die humane Yersiniose auslösen (EFSA 2007; RKI 2019).

Y.enterocolitica wiederum wird in 6 Biovare und über 70 Serovare unterteilt, die als Bioserovar zusammengefasst werden (SYCZYŁO et al. 2019). Die Biovare unterscheiden sich anhand ihrer biochemischen Eigenschaften und gliedern sich in 1A, 1B, 2, 3, 4 und 5, wobei die Biovare 1B bis 5 aufgrund des Vorkommens von Virulenzfaktoren und einem Virulenzplasmid als obligat humanpathogen gelten (SIMJEE 2007; SYCZYŁO et al. 2019). Die Serovare werden anhand ihrer Struktur des somatischen Antigens unterschieden (SYCZYŁO et al. 2019).

2.3.1.1.2 Bedeutung für die menschliche Gesundheit

Mit 6699 gemeldeten Fällen war die Yersiniose 2018 die viert häufigste gemeldete Zoonose innerhalb der EU mit einem stabilen Niveau von 2014 - 2018 (EFSA 2019). In Deutschland wird sie in 90 % der Fälle durch Y. enterocolitica hervorgerufen, fast immer vom Bioserovar 4/O:3, welches auch in Europa das häufigste Bioserovar darstellt, gefolgt vom Bioserovar 2/O:9 in ca. 7 % der Fälle und 3/O:5,27 in ca. 3 % der Fälle (RKI 2019). Selten kann dagegen das Bioserovar 1B/O:8 nachgewiesen werden. Dieses in Nordamerika endemische Bioserovar verursacht besonders schwere Krankheitsverläufe und wird in Deutschland meist im Kontext mit nach Reisen aufgetretenen Erkrankungen durch Yersinia nachgewiesen (RKI 2019).

Infektionen mit Yersinien werden meist durch kontaminiertes Schweinefleisch hervorgerufen