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

Schweine- und Geflügelfleisch sind seit Jahren die zwei weltweit meistproduzierten Fleischarten. Zwei Lebensmittelinfektionserreger, die durch Kreuzkontamination oder unzureichende Erhitzung dieser Fleischarten auf den Menschen übertragen werden können, stellen Y. enterocolitica und C. jejuni dar. Beide Spezies zählen zu den Zoonoseerregern und können neben Magen-Darm-Symptomen auch zu schweren Krankheitsverläufen mit Komplikationen führen. Trotz umfangreicher Maßnahmen auf allen Ebenen der Fleischproduktion, um die Gefahr einer humanen Infektion mit diesen Lebensmittelinfektionserregern zu reduzieren, sind die Infektionszahlen seit Jahren hoch. Zusätzlich sind durch die Globalisierung der Warenströme die Transportstrecken und -dauern für einige Lebensmittel lang, was eine verlängerte Haltbarkeit der Produkte erfordert. Ein häufiger Verderbniserreger für frisches Fleisch ist B. thermosphacta. Ziel dieser Arbeit war, zwei Dekontaminationsmethoden, die Bestrahlung mit UV-C-Strahlung und die Peressigsäure (PES)-Sprühbehandlung einzeln und in Kombination auf ihre Eignung zur Dekontamination von Fleisch zu untersuchen. In diese Studie wurde Schweine- und Hähnchenfleisch einbezogen, mit B. thermosphacta, Y. enterocolitica und C. jejuni inokuliert und die mikrobiologischen Effekte der Behandlungen sowohl ohne Lagerung wie auch im Verlauf einer 14-tägigen Lagerzeit ermittelt. Zudem wurden in den Lagerungsversuchen die Auswirkungen der Behandlungen auf die Fleischqualität untersucht. Sensorische Untersuchungen dienten der Einschätzung der Verbraucherakzeptanz nach Anwendung der Verfahren. Zunächst wurde die Sensitivität von C. jejuni DSM 4688 gegenüber UV-C-Strahlung evaluiert. Die Spezies wurde dazu in vitro mit verschiedenen UV-C-Dosen (3,5; 7; 14; 21 oder 28 mJ/cm²) bestrahlt. Dabei zeigte sich eine dosisabhängige Inaktivierung dieser Spezies. Bei einer Bestrahlungsdosis von 28 mJ/cm² war kein Bakterienwachstum mehr nachweisbar. Die für eine 3,0 log10-Reduktion notwendige Dosis lag bei 8,15 mJ/cm². Bei den Einzelbehandlungen mit UV-C-Strahlung wurden Dosen von 2040 – 6120 mJ/cm² auf Schweine- und von 2040 mJ/cm² auf Hähnchenfleisch angewendet. Es wurden signifikante Reduktionen von bis zu 1,53 log10 KbE/cm² auf Hähnchenfleisch und um bis zu 1,34 log10 KbE/cm² auf Schweinefleisch erzielt. Weiter wurde das Vermögen von C. jejuni auf Photoreaktivierung nach UV-C-Bestrahlung (2040 mJ/cm²) von Hähnchenfleisch untersucht. Dazu wurde das Fleisch nach der Bestrahlung direkt beprobt, bei Licht oder im Dunkeln gelagert. Eine Photoreaktivierung konnte aber nicht festgestellt werden. Zur Ermittlung der Sensitivität der untersuchten Bakterien gegenüber PES wurden die Minimalen Hemmkonzentrationswerte (MHK-Werte) und die Minimalen Bakteriziden Konzentrationen (MBKs) für B. thermosphacta und Y. enterocolitica bestimmt. Hierbei kamen das Bouillon-Mikrodilutionsverfahren und -Makrodilutionsverfahren zum Einsatz. Die in der Mikrodilution ermittelten MHK-Werte lagen für B. thermosphacta DSM 20171 bei 32 ppm PES und für das Y. enterocolitica DSM 11503-Isolat bei 16 ppm PES. Die in der Makrodilution ermittelten MHK-Werte lagen für alle drei untersuchten Isolate (B. thermosphacta DSM 20171, Y. enterocolitica Feldisolat M 52+2 und Y. enterocolitica DSM 11503) bei 32 ppm PES. Die in der Makrodilution ermittelten MBK-Werte lagen für alle untersuchten Isolate eine Verdünnungsstufe höher (64 ppm PES). In den Einzelbehandlungen von Schweine- und Hähnchenfleisch mit PES wurden Sprühzeiten von 30 bis 60 Sekunden und Konzentrationen von bis zu 2000 ppm PES eingesetzt. Auf Schweinefleisch führte keine der verwendeten PES-Konzentrationen zu einer signifikanten Reduktion der Bakteriengehalte, verglichen mit der Wasserkontrolle. Auf Hähnchenfleisch führte eine 30-sekündige PES-Behandlung (1200 ppm) nur für C. jejuni zu einer signifikanten Reduktion der Bakterienkonzentration verglichen mit der Wasser-Behandlung. Bei den Lagerungsversuchen variierten die Ergebnisse in Abhängigkeit von der zuvor durchgeführten Behandlung und abhängig von der Bakterienspezies. Signifikant niedrigere Keimgehalte im Vergleich zu den Kontrollen konnten für UV-C-Bestrahlung für alle untersuchten Spezies an Tag 1 und 7 und zusätzlich für C. jejuni an Tag 14 erreicht werden. Für die PES-Behandlung an Tag 1 und 7 für B. thermosphacta auf Schweinefleisch und an Tag 14 für C. jejuni. Die Kombinationsbehandlungen führten im Vergleich zu allen Kontrollbehandlungen insgesamt zu keinen zusätzlichen signifikanten Bakterienreduktionen. Auf die bereits vorhandene Keimflora hatten die Behandlungen kaum Auswirkungen. Die einzige signifikante Reduktion konnte durch die PES-Behandlung auf Schweinefleisch an Tag 14 erzielt werden (signifikant zur unbehandelten Kontrolle und Wasserkontrolle). Insgesamt wurden kaum Farbabweichungen des behandelten Fleisches nachgewiesen. Lediglich für PES- und UV-C/PES-behandeltes Fleisch konnten vereinzelt signifikante Zunahmen der L*-Werte oder Abnahmen der a*-Werte, im Vergleich zu unbehandeltem Fleisch, nachgewiesen werden. Unterschiede in der Fleischqualität traten lediglich an Tag 7 nach PES-Behandlung für Schweinefleisch auf. Dabei kam es zu einer signifikanten Abnahme der antioxidativen Kapazität, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Ansonsten waren weder der pH-Wert noch die antioxidative Kapazität oder die Myoglobin-Redoxformen für beide Fleischsorten signifikant verändert. In sensorischen Prüfungen wurden allerdings große Abweichungen bei den behandelten Fleischproben festgestellt. Diese lassen eine deutlich verminderte Verbraucherakzeptanz erwarten. Insbesondere bei Anwendung von PES war anschließend ein spezifischer stechender Geruch wahrnehmbar sowie ein aufgehellter Rand erkennbar und die UV-C-Bestrahlung führte zu einem typischen „verbrannten“ Geruch. Weitere Untersuchungen zur Umgehung dieser sensorischen Beeinträchtigungen sind daher zu empfehlen. Zur Ermittlung des Einflusses der Bakterienkonzentration wurden zusätzlich für B. thermosphacta und Y. enterocolitica auf Schweinefleisch die Behandlungen mit anschließender Verpackung aber ohne Lagerung mit einer Bakterienkonzentration von etwa 106 KbE/ml anstatt etwa 108 KbE/ml Inokulumsuspension durchgeführt. Die Ergebnisse der reduzierten initialen Bakterienkonzentration zeigten insbesondere eine Auswirkung auf die Effektivität der UV-C-Behandlung. Bei reduzierter initialer Bakterienkonzentration wurden mehr Bakterien abgetötet: 1,53 log10 KbE/cm² (B. thermosphacta) und 1,52 log10 KbE/cm² (Y. enterocolitica) als bei hoher initialer Bakterienkonzentration: 1,14 log10 KbE/cm² (B. thermosphacta) und 1,36 log10 KbE/cm² (Y. enterocolitica). Insgesamt scheinen die UV-C-Behandlung wie auch die PES-Sprühbehandlung geeignet, signifikante Reduktionen der Bakteriengehalte auf Fleisch zu erzielen. Die UV-C/PES-Kombinationsbehandlung führte insgesamt zu keiner überadditiven Bakterienreduktion, auch wenn sie verglichen mit der UV-C-Einzelbehandlung für B. thermosphacta auf Schweinefleisch einen zusätzlichen keimreduzierenden Effekt erzielte. Wenngleich die Fleischqualität und Farbe durch die Kombinationsbehandlung kaum beeinträchtigt wurden, so ist aufgrund der sehr schlechten sensorischen Bewertungen die Verbraucherakzeptanz ohne Aufklärung als eher gering anzusehen.