Mikrobiologie (Fach) / Lebensmittelmikrobiologie (Lektion)

 Was versteht man unter dem Begriff „Hygiene“?  Welche mikrobiellen Kontaminationsquellen für Lebens- und Futtermittel kennen sie?  Mikrobielle Belastungen von Körperoberflächen.  Welche Personalhygienemaßnahmen sind ihnen bekannt? 7  Welche Keimzahlreduktion können sie durch Händewaschen und Händedesinfektion erreichen (Was muss beachtet werden)?  Beschreiben sie Charakteristika von Lebensmittelinfektionserregern.  Lebensmittelassoziierte Infektionsquellen des Menschen.  Welche wichtigen lebensmittelassoziierten Infektionserreger kennen sie?  Wie können Lebensmittelinfektionen verhindert werden?  Beschreiben sie Charakteristika von Lebensmittelintoxikationserregern.  Welche wichtigen lebensmittelassoziierten Intoxikationserreger kennen sie?  Wie können Lebensmittelintoxikationen verhindert werden?  Beschreiben sie den mikrobiellen Abbau von Lebensmittelinhaltsstoffen am Beispiel der Kohlenhydrate (Beispiele, beteiligte Mikroorganismen).  Beschreiben sie den mikrobiellen Abbau von Lebensmittelinhaltsstoffen am Beispiel der Proteine (Beispiele, beteiligte Mikroorganismen).  Beschreiben sie den mikrobiellen Abbau von Lebensmittelinhaltsstoffen am Beispiel der Fette (Beispiele, beteiligte Mikroorganismen).  Welche mikrobiellen Veränderungen an Lebensmitteln sind erwünscht? Beschreiben sie auch deren Herbeiführung.  Was sind fermentierte Lebensmittel? Nennen sie Beispiele und beschreiben sie die Veränderungen und die beteiligten Mikroorganismen.  Was versteht man unter mikrobiellem Verderb von Lebensmitteln (Ablauf, Folgen, Beispiele)?  Einflüsse auf das Mikroorganismenwachstum in Lebens- und Futtermitteln?  Welche Methoden zur Haltbarmachung durch Keimzahlstabilisierung kennen sie?  Zählen sie physikalische Konservierungsverfahren auf.  Beschreiben sie die Keimzahlreduktion durch Hitzebehandlung (Skizze). Was sagt der „D-Wert“ aus?  Beschreiben sie das „Pasteurisieren“.  Beschreiben sie das „Sterilisieren“.  Beschreiben sie die Anwendung von „Strahlung“ zur Keimzahlreduktion.  Welchen Parameter des MO-Wachstums wird durch Tiefkühlen, Trocknen, Salzen und Zuckern beeinflusst?  Beschreiben sie das „Kühlen“ zur Keimzahlstabilisierung.  Beschreiben sie chemische Konservierungsmethoden.  Beschreiben sie das Hürdenkonzept der Haltbarmachung.  Beschreiben sie die (chemische) Desinfektion (Wirkstoffe, Anwendung)  Nennen sie typische Verderbsorganismen bei Grundnahrungsmitteln.

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• Begriff Hygiene Hygiene ist die vorbeugende Arbeit für die Gesunderhaltung des Menschen und seiner Umwelt  
• Mikrobielle Kontaminationsquellen für Lebens- und Futtermittel mangelnde Hygiene bei der Verarbeitung ungenügende Kühlung / Unterbrechung von Kühlketten ungenügende Erhitzung falsche Bearbeitung der LM/FM schlechte Transportbedingungen u.v.m. - tierärztl. Kontrollen nach dem LMSVG - Meldung von anzeigepflichtigen Krankheiten - Impfprophylaxen - Vorsicht bei unkontrollierten, rohen Lebensmitteln! - Beachtung der Küchenhygiene! - lebensmitteltechnologische Verfahren zur Keimzahlreduktion und Sterilisation von Produkten - analytische Kontrolle der Lebensmittelhygiene
• Mikrobielle Belastungen von Körperoberflächen Ohrenschmalz: 10^9 Keime/g Nasensekret: 10^3 - 10^4 Keime/ml Kopfhaut: 10^6 Keime/cm2 Speichel: 10^9 - 10^10 Keime/ml Achselhöhle: 10^6 - 10^7 Keime/cm2 Unterarm: 10^2 - 10^3 Keime/cm2 Handflächen: 10^2 - 10^3 Keime/cm2 Stuhl: 10^11 Keime/g
• Personalhygienemaßnahmen Gesundheitskontrolle Allgmeine Sauberkeit / Körperhygiene Händereinigung und -desinfektion Handschuhe und Schutzkleidung Haarschutz Schmuckverbot Problematik von Kosmetika Sanitäranlagen Speisebereich, Sozialbereich Personalschulung und Weiterbildung Mitarbeitermotivation
• Welche Keimzahlreduktion kann durch Händewaschen und -desinfizieren erreicht werden? Was muss beachtet werden? 1. Seifenwäsche (min. 1 Minute): - 2 log-Einheiten (-99%) 2. Trocknen!!! 3. Desinfektion mit alkoholischem Desinfektionsmittel: - weitere 2 log-Einheiten (-99,99%)
• Charakteristika von Lebensmittelinfektionserregern oft nur wenige MO für Infektion nötig MO oft anspruchsvoll (Ausnahmen: Listerien, Staphylokokken, pathogene Enterobakterien) Lebensmittel meist nur Vektor (selten Vermehrung im LM) MO meistens thermolabil (fast alle aber kryostabil) Infektionsquellen:           - Tier: Zoonosen          - Mensch: Kontaktkonatminationen (Ausscheidungen, Abwasser) Individueller Immunstatus: YOPIS sind besonders gefährdet
• YOPIS young old pregnant immunosuppressed
• Lebensmittelassoziierte Infektionserreger Prionen Encephalopathie (BSE, Kreutzfeldt-Jacob) Viren Rotaviren, Hepatitis A Bakterien Enteritis: Salmonella enteritis, Enteropathogene E.coli und Vibrionen Milzbrand: Bacillus anthracis Diphterie: Corynebacterium diphteriae Kinderlähmung: Picornaviren Tyhus: Salmonella typhi Ruhr: Shigella dysenteriae LM-Infektion = Entzündung LM-Intoxikation = Vergiftung
• Charakteristika von Lebensmittelintoxikationserregern relativ hohe Keimzahlen sind zur Anreicherung genügend großer Mengen an Toxin erforderlich Anreicherung erfolgt meist im Lebensmittel ideale Wachstumsbedingungen sind nicht immer mit jenen der Toxinanreicherung identisch Toxinbildner bevorzugen mesophile Temperaturen Individuelle Konstitution beeinflußt die akute Phase der Vergiftung trotz negativer Befunde für Toxinbildner können Toxine im LM enthalten sein  
• Wichtige Lebensmittelintoxikationserreger Botulismus: Neurotoxine Clostridium botulinum Enteritis/Erbrechen: Enterotoxine, Erbrechenstoxine Staphylococcus aureus Bacillus cereus Clostridium perfringens Mykotoxikosen: Mykotoxine Aspergillus flavus -> Aflatoxin (Leber) Aspergillus ochraceus -> Ochratoxin (Nieren) Fusarium sp. -> Zearalenon (Östrogen-Analog) Claviceps purpurea -> Ergotin (Nervengift) Unspezifische LM-Vergiftungen: biogene Amine (Histamin, Tyramin,...) Pseudomonaden, Enterokokken,...
• Wie können LM-Intoxikationen verhindert werden? Allgemeine Hygieneaspekte Betrachtung der gesamten LM-Kette ("farm to fork") Verhinderung der Vermehrung in Lagerphasen -> Konserven Toxine oft hitzestabil (Staph. aureus, Mykotoxine), Ausnahme Botuliusmustoxine (hitzelabil) Entsorgung verschimmelter Lebens- und Futtermittel (Verhinderung von carry-over in andere LM)
• Mikrobieller Abbau von Lebensmittel-Inhaltsstoffen Beispiel: Kohlenhydrate Polysaccharide: Abbau durch enzymatische Hydrolyse zu Oligo-, Di-, Monosacchariden Monosaccharide: Metabolisierung über Glykolyse, Pentosephosphatweg Endprodukte des aeroben Zuckerabbaus: CO2, H2O Endprodukte des anaeroben Zuckerabbaus: Alkohole, Säuren, CO2, H2, CH4 Milchsäuregärung (MSB, Bifidobakterien), Alkoholische Gärung (Hefen, Zymomonas sp.), Propionsäuregärung, Buttersäuregärung (Clostridien), Ameisensäuregärung (Enterobakterien) Veränderungen der Substrate: feste und viskose Stoffe werden dünnflüssig (zB Stärke), Säurebildung (pH-Wert sinkt ab), mitunter starke Gasbildung die meisten MO verwerten niedermolekularen Zucker (zB. Einfachzucker - Glucose) spezielle Monosaccharide (Glucose, Mannose) und Polysaccharide (Stärke, Inulin, Zellulose, Chitin) können nur von bestimmten MO genutzt werden
• Mikrobieller Abbau von Lebensmittel-Inhaltsstoffen Beispiel: Proteine Abbau von Polypeptiden (Proteine) durch Proteasen/Peptidasen in Peptide und letztendlich in Aminosäuren Aminosäuren werden direkt wieder verwendet oder weiter abgebaut (Desaminierung, Decarboxylierung) Verflüssigung von festen oder viskosen Substraten (Gelantine) gelöstes Protein kann gerinnen (zB. Caseinfällung) Neutralisierung/Alkalisierung des Substrates durch NH3 fauliger Geruch/Geschmack Anreicherung toxischer Produkte die meisten MO können Proteine abbauen (v.a. Enterokokken, Pseudomonaden, Brevibakterien,....)
• Mikrobieller Abbau von Lebensmittel-Inhaltsstoffen Beispiel: Fette Hydrolyse in Glycerin und Fettsäuren (FS) FS werden von aeroben MO zu kurzkettigen FS und letztendlich zu Acetyl-CoA abgebaut -> Energie, CO2, H2O hydrophober Charakter nimmt ab ranziger/seifiger Geruch/Geschmack Lipolytische MO: Schimmelpilze, Pseudomonaden, Corynebakterien
• Welche mikrobiellen Veränderungen in LM sind erwünscht? Beschreiben Sie auch ihre Herbeiführung. Spontane Fermentation (Gärung):ausgehend von den natürlich im/am Produkt enthaltenen MO (Bier-, Wein-, Sauermilch-, Sauerteig-, Silageproduktion) Gesteuerte Prozesse (Fermentation):mit zugesetzten Reinkulturen (Ein- oder Mehrstammkulturen) Ziel:Veränderung der Produktzusammensetzung (KH, Protein, Fett) und der damit verbundenen sensorischen Eigenschaften (Geruch, Geschmack, Textur, Aussehen), sowie weiterer Eigenschaften (Haltbarkeit, Bekömmlichkeit,...) und Produktsicherheit (LM, FM)
• Was sind fermentierte LM? Beispiele + beteiligte MO + Veränderungen Sauermilchprodukte: Milchsäurebakterien (Lactococcen, Lactobacillen, Leuconostoc sp.) - Textur, Aroma, Säure Käse: Milchsäurebakterien, Propionsäurebakterien, Brevibakterien, Penicillium sp. - Protein- und Fettabbau, Säurebildung aus Lactose Sauerteig: Lactobacillen, Saccharomyces sp. - Milchsäure, CO2, Ethanol Rohwurst: Mikrokokken, Milchsäurebakterien, Enterokokken, Penicillium sp., Hefen - Proteolyse, Lipolyse - Säure, Aroma, Umrötung im Rahmen des Pökelprozesses Wein: Saccharomyces sp.: Ethanol und CO2 Botrytis sp.: Edelfäule Oenococcus oeni und Pediococcus sp.: biologischer Säureabbau Sauerkraut und Sauergemüse: diverse Milchsäurebakterien - Säure, Aroma, Textur Kakaobohnen: Milchsäurebakterien, Hefen, Essigsäurebakterien - Säuren, Aroma, Farbe Kaffeebohnen: z.B. Erwinia dissolvens - Pektinasebildner (zersetzen Fruchtfleisch) Sojasauce, Zitronensäure, Bier,.....
• Was versteht man unter mikrobiellem Verderb von LM? Ablauf - Folgen - Beispiele Ablauf: Produkttypische VerderbsMO (abhängig von LM-Zusammensetzung, pH-Wert, aw-Wert, Gasatmosphäre, Kontamination, Temperatur, Anwesenheit der typ. Produktflora) Folgen: unerwünschte biochemische Veränderungen der LM KH-, Protein-, Fettabbau: entstehen von unerwünschten Produkten (meist geruchs- und geschmacksintensiv, optisch nicht ansprechend) Produkt verdirbt (wird für den menschl. Verzehr inakzeptabel) große wirtschaftl. Verluste Beispiele: Obst - Hefen, Schimmelpilze, Bakterien (verfaulen, gären, verschimmeln) Brot - Schimmelpilze Fisch, Fleisch, Ei - Pseudomonaden, Hefen (faulig, verfärbt), Mikrokokken, Brochotrix (schleimig, sauer), Enterobakterien Milch - Milchsäurebakterien, Bacillen, Enterobacillen, Enterokokken, Pseudomonaden (Süß- oder Sauergerinnung) Käse - Coliforme, Clostridien (Fehllochung und Fehlgeruch, unerwünschter Schimmel) Fetthaltige Speisen - Schimmelpilz, Corynebakterien (ranzig)
• Einflüsse auf das MO-Wachstum in LM und FM Zusammensetzung des Substrates Wassergehalt, osmotischer Wert (aw-Wert) pH-Wert Temperatur Zusammensetzung der Atmosphäre Konkurrenz-MO Hemmende Substanzen
• Methoden der Haltbarmachung durch Keimzahlstabilisierung Kühlen Trocknen - Konzentrierung Veränderung der Gasatmosphäre Zuckern Salzen Säuern Ethanol-Zugabe Pökeln Räuchern Schutzkulturen Konservierungsmittel Konservierungsmethoden sollen Vermehrung/Auskeimung verhindern, oft in Kombination mit Pasteurisieren angewandt, je größer die Ausgangspopulation, desto höher ist die Überlebensflora
• Physikalische Konservierungsverfahren Wasserentzug (Trocknen, Pökeln,...) Pasteurisieren Sterilisieren
• Keimzahlreduktion durch Hitzebehandlung (Skizze) Was sagt der D-Wert aus? y-Achse: 0,1 - 1 - 10 - 100 (logarithmischer Maßstab) - überlebender Anteil x-Achse: 0 - 10 - 20 - 30 - 40 - 50  -  Zeit in min. 70°C - 100 / 10 min. 60°C - 100 / 40 min. 50°C - 100 / ..... D-Wert: Dezimale Reduktionszeit: Zeit in Sekunden oder Minuten bei bestimmter Temperatur, in der 90% der MO inaktiviert werden.z.B. D120°C = 2 min.
• Pasteurisieren Kurzes Erhitzen des LM unter 100°C - durch die kurze Zeit werden Geschmack und Konsistenz des LM nur unwesentlich verändert, die LM-Verderber und krankheitserregenden Bakterien aber trotzdem zuverlässig abgetötet partielle Reduktion der Keimzahl Ausschaltung unerwünschter MO-Gruppen Haltbarkeitsverlängerung Inaktivieren von gesundheitsgefährdenden MO (außer Sporen!) Inaktivieren von Enzymen (zB. Phenoloxidasen)
• Sterilisieren Vollständige Abtötung/Abtrennung von Bakterien in bestimmten Gewichts- bzw. Volumseinheiten von LM Inaktivierung von gesundheitsgefährdenden MO inkl. Sporenbildner! Schutz vor mikrobiellem Verderb (auch bei Zimmertemperatur) Inaktivierung von Enzymen Schutz vor Rekontamination nötig!! Methoden: Autoklavieren (121°C, 15 min. in Sattdampf) Ultrahocherhitzen (Durchflusssterilisation - 150°C, 1 min.) Fraktionierte Sterilisation: mehrmaliges Erhitzen auf 100°C mit zwischenzeitlicher Abkühlung auf Raumtemperatur (Sporen keimen aus, werden im "vegetativen" Stadium inaktiviert)
• Anwendung von "Strahlung" zur Keimzahlreduktion Sterilisationseffekte infolge massiver letaler Mutationen durch energiereiche Strahlung, sowie strahleninduzierte Oxidationen (in Gegenwart von O2) Strahlenempfindlichkeit ist sehr unterschiedlich UV-Strahlen: bei vielen LM Geschmacksveränderung -> nicht geeignet gut geeignet für Verpackungsentkeimung und Wasseraufbereitung Gamma-Strahlen: für LM derzeit begrenzt einsetzbar
• Welcher Parameter wird durch Tiefkühlen, Trocknen, Salzen und Zuckern beeinflußt? Absenkung des aw-Wert - für MO verfügbares Wasser Tiefkühlen - gefrorenes Wasser ist nicht für MO verfügbar Trocknen - Entzug von H2O Salzen - Hemmwirkung der Chlorid-Ionen Zuckern - Absenkung durch gut lösliche Zucker
• Beschreiben Sie das Kühlen zur Keimzahlstabilisierung Unterschreitung des Temperaturminimums von VerderbsMO Stoffwechsel des Produkts wird ebenfalls verlangsamt verschiedene Kühlintensitäten (entsprechend LM, Vorbehandlung, Hygienevorschriften) Achtung: zT. negative Produktänderungen bei falscher Temperaturwahl!! -  kühl lagern (unter 20°C/ unter Raumtemperatur) - gekühlt lagern (0-9°C): 9°C hemmen  kältetolerante MO nur bedingt 4-5°C: Vermehrung/Toxinbildung meist ausgeschlossen 0-2°C: hochverderbliche Produkte (Fisch, Krustentiere) - tiefkühlen (-18°C) - Verderb bei Unterbrechen der Kühlkette schnelle Absenkung der Temp. (sonst Gefrierschäden) Hygienemängel beim Auftauen aw-Wert-Absenkung - gefrorenes Wasser nicht MO-verfügbar
• Chemische Konservierungsmethoden hemmen MO insgesamt oder spez. Gruppen Einsatzbereich, Reinheit, Konzentration, Etikettierung streng geregelt!!! Benzoesäure (+Salze) - E 210 Sorbinsäure (+Salze) - E 200 Propionsäure (+Salze) - E 280 Pimarizin (Natamycin) - E 235 schweflige Säure / SO2 - E 220 Nitrat/Nitrit - E 250 Zuckern, Salzen, Säuern, Ethanol-Zugabe, Pökeln, Räuchern
• Hürdenkonzept der Haltbarmachung Temperatur (klein) aw-Wert (groß) pH (mittel) Eh - Redoxpot. (klein) >>> Konservierungsmittel (groß)
• Chemische Desinfektion (Wirkstoffe, Anwendung) Einwirkung mikrobizider Chemikalien (bakteriozid, sporizid, virozid): Ethylenoxid, Wasserstoffperoxid, Chlor, Silber, Quecksilberverbindungen, Phenole, Formalin, Alkohole höhere Temperaturen verstärken die Wirkung (müssen aber nicht sein) für LM ungeeignet (Ausnahme: Chlorierung von Wasser) Flächen-, Anlagendesinfektion, Viren meist gut erfasst Rückstandsproblematik: Giftigkeit, Reaktionsprodukte, Rückstände
• Typische Verderbsorganismen bei Grundnahrungsmitteln Hefen, Schimmelpilze: Obst und -produkte (gären, verschimmeln) Schimmelpilze (Bakterien): Brot, Getreide (verschimmeln) Pseudomonaden, Hefen, Mikrokokken, Brochotrix, Enterobakterien: Fisch, Fleisch, Ei (faulig, verfärbt, schleimig, sauer) MS-Bakterien, Enterobakterien und -kokken, Pseudomonaden, Bazillen: Milch (Sauer- oder Süßgerinnung, schleimig)

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