Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Jane Maren Beyer

Einfluss einer Nanosilberbeschichtung oder der Sauerstoffpermeabilität von Verpackungsmaterialien auf die Hygiene und Beschaffenheit von verpacktem Käse

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-110331

title (eng.)

Influence of nanosilver coating, or the oxygen permeability of packaging materials on the hygiene and quality of packaged cheese

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/beyerjm_ws17.pdf

abstract (deutsch)

Lebensmittel für den Verbraucher sollen sicher sein, dabei soll die Haltbarkeit der Produkte möglichst lang sein. Eine Möglichkeit dies zu erreichen ist der Einsatz von Nanosilber in der Lebensmittelverpackung, die in den USA und Asien bereits Anwendung findet. Das Nanosilber hemmt die Mikroorganismen und soll zu einer erhöhten Lebensmittelsicherheit führen. Käse ist ein sehr beliebtes Milchprodukt, von dem im Jahr 2016 ca. 24 kg pro Kopf verzehrt wurden. Verschiedene Mikroorganismen spielen bei der Reifung dieses Produktes eine Rolle. Bei mangelnder Herstellungshygiene kommt es des Öfteren zu Nachweisen von Pathogenen, wie L. monocytogenes. Deshalb kann auch bei Käse der Einsatz von Nanosilber sinnvoll sein.

Sauerstoff kann die Mikroorganismen im Käse beeinflussen. Zum Beispiel können Hefen in ihrem Wachstum gefördert werden, dies kann sinnvoll sein, wenn es sich um wichtige Reifungsflora handelt, die zur Aromabildung beiträgt. Deshalb werden verschiedene Verpackungsmaterialien verwendet, die eine unterschiedliche Gasdurchlässigkeit aufweisen. Zudem werden während der Reifung bei verschiedenen Käsesorten Gase frei, die aus der Verpackung entweichen müssen.

Ziel dieser Studie war es den Einfluss von Nanosilber-Folie auf die Hygiene und Beschaffenheit von verpacktem Käse und auf verschiedene Mikroorganismen (L. innocua, E. coli, P. fluorescens) zu ermitteln. Ebenso sollte mit Hilfe verschiedener gasdurchlässiger Verpackungen der Einfluss von Sauerstoff auf die mikrobiologischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften des Käses und verschiedene Mikroorganismen (S. carnosus, Hefen) eruiert werden.

Hierzu wurden die drei verschiedenen Käsesorten Edamer, Gouda und Mozzarella (Pizzamozzarella) in Blöcken bezogen und aufgeschnitten. Die Scheiben wurden handelsüblich übereinandergestapelt und in jeweils 4 Verpackungsvarianten verpackt. Ein Käsestapel wurde mit Nanosilber-Folie, der andere mit unbeschichteter Folie umhüllt. Anschließend erfolgte die Verpackung jeder Variante unter Schutzatmosphäre (40 %CO2/60 %N2) in zwei unterschiedlich gasdurchlässigen Siegelrandbeuteln (HAH 100 = gasdurchlässig; XVE 130 = gas“undurchlässig“). Nach einer Lagerung von 28, 56 und 84 Tagen wurden die Käse auf ihre mikrobiologischen (aerobe mesophile Gesamtkeimzahl, Laktobazillen, Enterobacteriaceae und Hefen) und physikalisch-chemischen Parameter (Gaszusammensetzung in den Verpackungen, Farbe, pH-Wert, aw-Wert, biogene Amine, Vollanalyse) untersucht. Bei den meisten Parametern konnte kein Effekt der Nanosilberbeschichtung oder der verschiedenen Siegelrandbeutel festgestellt werden. In Bezug auf die Siegelrandbeutel zeigten sich Unterschiede in den Gaszusammensetzungen. Der CO2-Gehalt war an den Tagen 28, 56 und 84 in den XVE 130-Verpackungen signifikant (p < 0,05) höher und der errechnete N2-Gehalt an diesen Tagen signifikant (p < 0,05) niedriger, im Vergleich zu den HAH 100-Verpackungen. Lediglich die Käsesorte hatte einen Einfluss auf alle physikalisch-chemischen Parameter, was offensichtlich aufgrund der unterschiedlichen Herstellungspraxis hervorgerufen wurde. Da die Ergebnisse nicht erwartungsgemäß ausfielen, wurden zwei Inokulationsversuche angeschlossen.

Zum einen wurden mit L. innocua, E. coli und P. fluorescens inokulierte Edamer und Mozzarellascheiben mit je einer unbeschichteten und einer nanosilberbeschichteten Folie abgedeckt und vakuumverpackt. Nach einer Lagerung von 28, 56 und 84 (nur L. innocua) Tagen wurden die Scheiben quantitativ auf die entsprechenden Keime untersucht. Es konnten nur minimale Effekte der Folien festgestellt werden. Bei den Edamerscheiben zeigte sich der gleiche Effekt an Tag 56 im Inokulationsversuch mit E. coli und P. fluorescens. Bei Mozzarella zeigte er sich am letzten Untersuchungstag bei den Pseudomonaden (Tag 56) und den Listerien (Tag 84). Der Effekt äußerte sich stets in signifikant (p ≤ 0,05) niedrigeren Keimzahlen bei Anwendung der Nanosilber-Folie. Da die Unterschiede jedoch nur sehr gering ausfielen, können sie vernachlässigt werden.

Zum anderen wurden in einem weiteren Versuch Edamer- und Mozzarellascheiben mit Hefen oder S. carnosus inokuliert und anschließend unter Schutzgas (40 %CO2/60 %N2) in den verschiedenen Siegelrandbeuteln (HAH 100; XVE 130) verpackt. Nach einer Lagerung von 84, 112 und 140 Tagen wurden die Verpackungen auf ihre Gaszusammensetzung und quantitativ auf die entsprechenden Keimzahlen untersucht.

Die Entwicklung der Gaszusammensetzung verhielt sich im Prinzip bei beiden Inokulationsmikroorganismen gleich. Im XVE 130 veränderte sich die Gaszusammensetzung während der Lagerung geringfügig. Im HAH 100, der ca. 10-mal höhere Gasdurchlässigkeiten aufwies, kam es zu größeren Veränderungen. Der CO2-Gehalt nahm ab, während der N2-Gehalt zunahm. Der Sauerstoffgehalt veränderte sich wenig und erreichte zum Ende der Lagerung knapp 1 Vol.% (inokuliert mit Hefen) bzw. 0,03 Vol.% (inokuliert mit S. carnosus). Trotz dessen kam es an den Tagen 84 und 112 zu einem Effekt der Verpackung bei den Käsescheiben inokuliert mit S. carnosus. Die O2-Gehalte im HAH 100 waren signifikant (p < 0,05) höher als im XVE 130. Die CO2-Gehalte, bei den mit S. carnosus inokulierten Käsescheiben, waren an den Tagen 84 bis 140 signifikant (p < 0,05) niedriger im HAH 100 als im XVE 130. Ebenso verhielt es sich in den Verpackungen mit den mit Hefen inokulierten Käsescheiben. Auf den Edamerscheiben zeigten sich an Tag 84 signifikant (p ≤ 0,05) niedrigere Keimzahlen von S. carnosus bei Anwendung des HAH 100 im Vergleich zum XVE 130. Auf den Mozzarellascheiben zeigte sich bei S. carnosus kein signifikanter Unterschied der Keimzahlen zwischen den Verpackungsarten (p > 0,05). Die Hefen-Keimzahlen schwankten auf den Edamerscheiben. Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den Verpackungsarten ermittelt werden. Auf den Mozzarellascheiben konnte kein signifikanter Unterschied der Hefenkeimzahl ermittelt werden.

Es wurden nur geringe Effekte der Nanosilber-Folie oder der verschieden gasdurchlässigen Siegelrandbeutel bestimmt, deshalb ist der Einsatz bei den Käsesorten Edamer, Gouda und (Pizza-)Mozzarella nicht notwendig. Es könnten jedoch noch weitere Studien mit Nanosilber-Folie unterschiedlicher Nanosilberkonzentrationen durchgeführt werden, um einen Effekt zu eruieren. Zudem könnten Studien mit Beuteln höherer Gasdurchlässigkeiten durchgeführt werden.

abstract (englisch)

For the consumer food should be safe and the shelf life of the products should be as long as possible. One way of achieving a longer shelf life, is the use of nanosilver in food packaging, as it is already used in the USA and Asia. The nanosilver inhibits the microorganisms and should lead to an increase in food safety. Cheese is a very popular dairy product; the per capita consumption in 2016 was about 24 kg. Various microorganisms play a role in the maturation of this product. In the case of a lack of manufacturing hygiene, pathogens such as Listeria (L.) monocytogenes are frequently detected. Therefore, the use of nanosilver can also be useful for cheese.

Residual oxygen can affect the microorganisms in cheese. For example, yeasts can grow better, which can be useful if an important ripening flora that contributes to flavor formation is involved. Therefore, various packaging materials with different gas permeability are used. In addition, gases are released during the maturation process depending on the type of cheese. These gases must escape from the packaging.

The aim of this study was to determine the influence of nanosilver film on the hygiene and quality of packaged cheese and on different microorganisms (L. innocua, E. coli, P. fluorescens). The influence of oxygen on the microbiological and physico-chemical quality of cheese and various microorganisms (S. carnosus, yeasts) should also be determined by the use of various gas-permeable packages.

In three independent trials, cheeses (edam, gouda and (pizza-)mozzarella) were obtained as blocks and sliced. The slices were piled up and the piles were individually wrapped aseptically with a nanosilver coated film or with an uncoated film. One wrapped pile of cheese was placed in a tray. These trays were transferred into two different gas-permeable bags (HAH 100 = gas permeable, XVE 130= gas impermeable) and packed under modified atmosphere (40% CO2/60% N2). On days 14, 28, 56 and 84, the cheeses were analyzed for their microbiological (aerobic mesophilic total viable count, lactobacilli, enterobacteriaceae and yeasts) and physicochemical parameters (gas composition in the packages, colour, ph value, aw value, biogenic amines, chemical analyses of raw nutrients). For most parameters no effect of the nanosilver-coated film or the different gas permeable bags could be determined. Regarding the bags, differences in the gas compositions were found. On days 28, 56 and 84 the CO2 content was significantly (p ≤ 0.05) higher in the XVE 130 packages, and the calculated N2 content on these days was significantly (p ≤ 0.05) lower compared to the HAH 100 packages. Only the type of cheese had an influence on all physicochemical parameters, which was obviously caused by the different manufacturing practices.

Furthermore, edam and mozzarella slices were inoculated with L. innocua, E. coli and P. fluorescens. Each inoculated cheese slice was covered with an uncoated or a nanosilver-coated film, and vacuum-packed. After storage for 28, 56 and 84 days (only L. innocua), the cheese slices were quantitatively examined for the corresponding microorganisms. Only minimal effects of the films could be determined. In edam slices, an effect was observed on day 56 for E. coli and P. fluorescens. In mozzarella slices an effect was observed for pseudomonads (day 56) and listeria (day 84), this was respectively the last day of the study. The named effect always expressed occurred in significantly (p ≤ 0.05) lower values in the use of the nanosilver-coated film. However, since the differences were very small, they can be neglected.

In a further experiment, edam and mozzarella slices were inoculated with yeasts or S. carnosus and then packaged under modified atmosphere in the various bags (HAH 100; XVE 130). After storage for 84, 112 and 140 days, the packagings were tested for their gas composition and quantitatively examined for the corresponding microorganisms.

The development of the gas composition was in principle the same for both inoculated microorganisms. In the XVE 130, the gas composition changed slightly during storage. In the HAH 100, which had about 10 times higher gas permeability, major changes occurred. The CO2 content decreased, while the N2 content increased. The oxygen content changed little, reaching 1 vol.% (inoculated with yeasts) and 0.03 vol.% (inoculated with S. carnosus) at the end of storage.

On days 84 and 112, an effect of packaging on the cheese slices inoculated with S. carnosus was observed. The O2 levels in the HAH 100 were significantly (p ≤ 0.05) higher than in the XVE 130. On days 84 to 140, the CO2 contents, which were inoculated with S. carnosus, were significantly (p ≤ 0.05) lower in the HAH 100 than in the XVE 130. This was also observed in the cheese inoculated with yeasts. In the edam slices significantly (p ≤ 0.05) lower S. carnosus counts were observed for slices that were packaged in the XVE 130. In the mozzarella slices no significantly effect was observed. The yeast counts on the mozzarella slices showed no significant differences between the types of packaging.

Only slight effects of the nanosilver-coating or the different gas-permeable bags have been determined, so their application in the case of the cheese types edam, gouda and (pizza-) mozzarella is not necessary. However, further studies with nanosilver films with different nanosilver concentrations could be realized to elute an effect. In addition, studies with bags of higher gas permeabilities could be realized.

keywords

Käse, Nanosilber, Sauerstoff ; cheese, nanosilver, oxygen

kb

1.936