Einflussfaktoren auf das Wachstum von Mikroorganismen - Teil II

Die Einflussfaktoren...

In der Praxis bedeutsame Faktoren

Substrat und Nährstoffangebot

Nicht alle Mikroorganismen wachsen auf allen Unterlagen. Wenn die Zusammensetzung bekannt ist, kann aufgrund der Erfahrung abgeschätzt werden, mit welchen Organismen zu rechnen ist. Anhand ihrer spezifischen Eigenschaften können dann über die anderen Einflussfaktoren entsprechende Massnahmen ergriffen werden. Auch wird durch diese substrattypischen Leitorganismen eine vereinfachte mikrobiologische Kontrolle möglich, da nicht mehr auf alle Organismen geprüft werden muss (=> Indkatororganismen).

Wasseraktivität

Die Mikroorganismen sind mehr oder weniger empfindlich auf eine veränderte Wasseraktivität (aw-Wert). Diese ist ein Mass dafür, wie viel Wasser in oder auf einem bestimmten Medium verfügbar ist. Die Wasseraktivität hängt normalerweise nicht von der effektiv vorhandenen Wassermenge ab. Auch ist zu beachten, dass innerhalb eines inhomogenen Mediums die Wasseraktivität lokal sehr starke Schwankungen aufweisen kann. Mikroben können sich so an einzelnen Stellen gut vermehren, obwohl die Wachstumsbedingungen insgesamt schlecht sind.

Die Wasseraktivität beträgt bei freier Verfügbarkeit des Wassers 1. Bereits eine Reduktion auf einen aw-Wert von 0.93 genügt normalerweise, um das Wachstum der meisten pathogenen Mikroben zu verhindern. Hefen und Schimmel können sich teilweise auch noch bei aw-Werten von unter 0.85 vermehren.

Am einfachsten kann die Wasseraktivität mittels Trocknung oder Zugabe von Salz beeinflusst werden.

pH-Wert

Eine Verschiebung des pH-Wertes (beispielsweise durch Ansäuerung) ist sehr effizient hinsichtlich der Beeinflussung des Mikrobenwachstums. Die einzelnen Mikroben können sich in der Regel nur in einem schmalen für sie charakteristischen pH-Bereich vermehren. Überleben können sie allerdings meist in einem etwas grösseren Bereich. Liegt der pH-Wert unter einem Wert von 4.5, lassen sich bereits mit einer geringen Erhitzung sehr stabile Produkte erzielen (saure Konserven). Die vegetativen Keime werden durch die Wärmebehandlung relativ rasch abgetötet und der tiefe pH-Wert verhindert ein erneutes Auskeimen von Bazillus- und Clostridien-Sporen. Saure Produkte müssen deshalb vergleichsweise viel weniger erhitzt werden, um ein stabiles Produkt zu erhalten, als Produkte mit einem neutralen pH-Wert. Speziell bei Fleisch- und Gemüseprodukten hat bereits eine sehr geringe Senkung des pH-Wertes unter das normale Mass (von pH 6.0 - 6.5 auf pH 5.0 - 5.2) eine sehr positive Wirkung auf die Haltbarkeit.

Konservierungsmittel

Als Konservierungsmittel bezeichnet man Substanzen, die durch direkte Einwirkung unerwünschte mikrobiologische Veränderungen in Lebensmitteln verzögern oder verhindern (=> Zusatzstoffe). Die erlaubten Substanzen sind für die Schweiz in der ZuV in Form einer Positivliste zusammengestellt. Im weiteren Sinne werden zu den Konservierungsmitteln auch Kochsalz und Pökelsalz gezählt, die über die Wasseraktivität Einfluss auf das Wachstum nehmen. Bereits eine Zugabe von 1 % Salz bewirkt eine signifikante Senkung der Wasserverfügbarkeit. Der Effekt ist stark von der Art des eingesetzten Salzes abhängig. Kochsalz hat eine stärkere Wirkung als andere Salze.

Einflussnahme durch eine bewusst eingesetzte Konkurrenzflora

Es ist bekannt, dass viele pathogene Organismen im Lebensmittelbereich sensibel auf Konkurrenzorganismen reagieren. Dies beruht oft darauf, dass die Konkurrenzorganismen den pH-Wert ihrer Umgebung senken (z.B. Milchsäurebakterien) und so den pathogenen Mikroben die Lebensgrundlage entziehen.

Einflussnahme durch die Atmosphärenzusammensetzung

Mikroorganismen lassen sich grundsätzlich in zwei Klassen einteilen: Aerobier und Anaerobier. Aerobe Mikroorganismen benötigen für Ihre Vermehrung Sauerstoff, während anaerobe Mikroorganismen unter Ausschluss von Sauerstoff überleben können resp. vom Sauerstoff sogar abgetötet werden. In beiden Welten bewegen sich die fakultativ aeroben Mikroorganismen. In der Regel ist die Anwesenheit von Sauerstoff für die anaeroben Organismen giftig. Trotzdem können diese oft aber auch Zeiten mit Sauerstoffexposition überleben, indem sie Sporen bilden. Auch darf nicht vergessen werden, dass unter normalen Atmosphärenbedingungen im mikroskopischen Bereich oft ein Sauerstoffmanko herrscht. Dieses kann beispielsweise durch aerobe Organismen selbst oder chemische Reaktionen innerhalb einer Packung verursacht werden.

In der Praxis ist dies insofern von Bedeutung, weil es ein Fehlschluss ist, dass eine Vakuumverpackung alleine ein genügender Schutz ist. Gerade der Sauerstoffausschluss kann unter bestimmten Bedingungen zur Bildung von tödlichen Toxinen führen (Cl. botulinum).

Redoxpotential

Das Redoxpotential ist ein quantitatives Mass für die Tendenz von Verbindungen oder Elementen Elektronen abzugeben. Diese Tendenz wird relativ zu der des molekularen Wasserstoffs gemessen. Jeder Umgebung kann in der Folge ein Redoxpotential zugeordnet werden. Dieses nimmt direkten Einfluss auf die Zellatmung und so auf die Zusammensetzung der Mikroorganismenflora.

Einflussnahme über die Temperatur

Mikroorganismen haben einen Temperaturbereich, in dem sie sich optimal vermehren können (Temperaturoptimum). Überleben können sie aber immer in einem grösseren Bereich (Temperaturbereich). Je nach den bevorzugten Temperaturen lassen sich die Arten in verschiedene Gruppen einteilen:

Der Einfluss der Temperatur auf auf das Wachstum von Mikroorganismen ist hier zusammengestellt.

Einflussnahme über die Expositionsdauer

Die Zeit während der Mikroorganismen einer für sie unvorteilhaften Umgebung ausgesetzt sind, hat einen grossen Einfluss auf ihre Anzahl. Je länger beispielsweise eine Erhitzung dauert, um so stärker ist der Abtötungseffekt. Keine Behandlung darf aber als absolut tödlich betrachtet werden. Viele Mikroorganismen haben raffinierte Überlebensstrategien entwickelt (Sporenbildung). Die Abtötungsmechanismen, respektive deren Beschreibung beruhen auf statistischen Zusammenhängen. Das heisst, es wird pro Zeit immer nur ein bestimmter Anteil an Mikroben abgetötet. Ist die Ausgangskeimzahl hoch, so ist das Risiko bei gleicher Behandlung entsprechend höher. Diesem Umstand wird im Rahmen der Sterilisationstheorie mit dem 12D-Konzept Rechnung getragen. Sterilität wird nicht als absolute Grösse definiert, sondern als relativer Abtötungseffekt der die Sporenzahl des kritischen Leitorganismus Clostridium botulinum um 12 Zehnerpotenzen senkt.

Konsequenterweise ist im Interesse einer Risikominimierung die Ausgangskeimzahl der Rohprodukte immer so gering als möglich zu halten.