Mikrobiologie

In der Hygieneverordnung des EDI (Art. 5)
- Anhang 1 (Lebensmittelsicherheitskriterien, Grenzwerte): In den Handel gebrachte Produkte während der Haltbarkeitsdauer
- Anhang 2 (Lebensmittelsicherheitskriterien, Toleranzwerte (GHP=gute Herstellungspraxis): Liste A: Von Einzelhandelsbetrieben hergestellte, verarbeitete oder zubereitete Produkte während ihrer Haltbarkeitsdauer, Liste B: Trinkwasser, Mineralwasser, Quellwasser und Eis
- Anhang 3 (Prozesshygienekriterien, Toleranzwerte): Produkte am Ende des Herstellungsprozesses

Grenzwert: 
Anzahl Mikroorganismen, bei deren Überschreitung ein Produkt als gesundheitsgefährdend gilt.

Toleranzwert:
Anzahl Mikroorganismen, die erfahrungsgemäss unter Einhaltung der GHP nicht überschritten wird. Bei Toleranzwertüberschreitung gilt das Produkt als im Wert vermindert.

- Hier sind die mikrobiologischen Referenzmethoden für die Untersuchung festgehalten
- Ermöglicht Beurteilung der Akzeptabilität von Produkten und Prozessen
- Relevant für die Lebensmittel- und Prozesshygienesicherheit

Primär:
Stammen überwiegend von Verunreinigungen (Kontaminationen) der Lebensmittel aus der Umwelt: 
1. Biologische Faktoren (pathogene Mikroorganismen, Viren, Parasiten, Pflanzengifte...) 
2. Chemische Stoffe (Schwermetalle...) 
3. Rückstände (Antibiotika, Pestizide...) 
4. Nicht zugelassene Zusatzstoffe (z.B. Farbstoffe, Konservierungsmittel) 
- Keine Vermehrung der MO im LM
- Minimale Infektionsdosis kann Vergftung auslösen
--> z.B. pathogene MO (Campylobacter jejuni)

Sekundär:
- Erkrankungen werden durch lebensmitteltoxigene und lebensmitteltoxiinfektiöse Bakterien verursacht. 
- Die primäre Verunreinigung eines Lebensmittels mit diesen Bakterien ist für den gesunden Menschen i.d.R. harmlos. Gefährlich wird erst die sekundäre Vermehrung der Bakterien im Lebensmittel.
- Massive Vermehrung der MO im LM
- Infektion/Intoxikation findet erst bei hohen Keimzahlen statt
--> z.B. Toxigene Bakterien (Clostridium botulinum) 

Lebensmittel-toxigene Bakterien:
Verursachen Lebensmittel-Vergiftungen, indem sie während ihrer Vermehrung EXOTOXINE bilden und in das Lebensmittel ausscheiden. (Exotoxine bewirken Intoxikation)

Lebensmittel-infektiöse Bakterien:
Nach Aufnahme genügend grosser Zellmengen vermehren sich die LM-toxiinfektiösen Bakterien zunächst rasch im Darm, d.h. sie verursachen eine Infektion. Erst wenn ein Teil dieser Bakterien abstirbt und autolysiert, werden toxisch wirkende Zerfallsprodukte der Bakterien = ENDOTOXINE freigesetzt. (Zerfall der Zellen --> Endotoxine werden frei --> Endotoxine bewirken Toxiinfektion)

Lebensmittelintoxikation:
„Vergiftungen“ ausgelöst durch toxinbildende Mikroorganismen 
erforderliche Infektionsdosis: Infektionsdosis ist hoch (ca. 10⁶ Keime/g)
Fähigkeit zur Vermehrung in Lebensmitteln: Vermehrung im Lebensmittel häufig möglich 
2 typische Beispiele: Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus

Lebensmittelinfektion:
«Infektionskrankheiten», welche oral durch kontaminierte Lebensmittel übertragen werden 
erforderliche Infektionsdosis: Infektionsdosis ist i.d.R. klein, da Keime invasiv sind 
Fähigkeit zur Vermehrung in Lebensmitteln: Vermehrung im Lebensmittel häufig nicht möglich (Ausnahme Yersinia) 
2 typische Beispiele: Typhus/Paratyphus durch Salmonellen, Cholera durch Vibrio cholerae 

- hitzeresistente Lipopolysaccharide (Bestandteile der Zellwand gramnegativer Bakterien) 
- werden beim Absterben der Zellen freigesetzt 
- bewirken bereits in geringen Konzentrationen Durchfall, Fieber, Blutdruckabfall 

- Proteine, die bereits im Lebensmittel oder erst im Menschen gebildet werden 
- meist hitzelabil (Ausnahmen z.B. Enterotoxine von Staphylococcus aureus und Escherichia coli) 
Einteilung in:
- Enterotoxine (Angriff auf Darm)
- Neurotoxine (Wirkung auf Nervensystem) 
- Mykotoxine (Schimmelpilzgifte) 

Pathogenität:
- Fähigkeit eines Parasiten, eine Krankheit zu verursachen 

Invasivität:
- Fähigkeit zur Ausbreitung im Gewebe (wie gut er sich ausbreiten kann = andocken und vermehren)

Toxizität:
- toxische Wirkung eines Stoffes auf ein Lebewesen (wie stark krankmachend der Erreger ist)

Virulenz:
- wird durch die 2 Faktoren Invasivität (wie gut kann er sich ausbreiten) und Toxizität (wie stark macht er krank) bestimmt --> stammspezifische Kraft zur Auslösung der Erkrankung, relative Pathogenität

- Eigenschaften der MO (um Lebensmittelvergiftung zu verursachen): Fähigkeit im Lebensmittel infektiös zu bleiben bzw. sich zu vermehren, Virulenz (Anwesenheit spezifischer Pathogenitätsfaktoren)
- Infektionsdosis
- momentane Abwehrkraft des infizierten Menschen
 

Ursachen:
- Verwendung kontaminierter Zutaten 
- ungenügende Kühlung 
- Übertragung von Krankheitserregern durch das Personal 
- ungenügendes Kochen bzw. Regenerieren 
- Verwendung kontaminierter Gerätschaften 
- mangelhafte Heisshaltung 

vorbeugende Massnahmen:
- Vermeidung primärer Kontaminationen durch die Aufzucht von erregerfreien Schlachttieren
- Vermeidung von sekundären Kontaminationen bei der Herstellung, Zubereitung und beim Transport von Lebensmitteln 
- Abtötung der Erreger durch Erhitzung (Kochen, Braten, Pasteurisieren, Sterilisieren etc.) 
- Lagerung/Aufbewahrung der Lebensmittel unter Bedingungen, die eine Vermehrung der Erreger ausschliessen (Kühlen, Tiefgefrieren, Heisshalten über 65°C etc.) 

Mensch - Lebensmittel --> Haare, Wunden, Schleimhäute (Staphylococcus aureus
Mensch - Lebensmittel --> Fäkalien (unhygienische Körperpflege), Escherichia coli
Tier - Lebensmittel (Campylobacter)
Erdboden - Lebensmitel (Bacillus cereus)

- Gesundheitsschutz
- hygienischer Umgang mit LM
- Schutz vor Täuschung

- Betriebsbeschreibung
- Gefahrenanalyse
- Arbeitsanweisungen für die einzelnen Bereiche
- Massnahmen bei Abweichungen
- Dokumentation der Tätikeiten

Vorkommen: Darmtrakt von Mensch und warmblütigen Tieren
Gefährdete LM allgemein: Rohes Fleisch, Rohmilch, Rohmilchprodukte, Sandwiches, Badewasser
EHEC: Verschiedene Erkrankungen --> Rohes Fleisch, Rohmilch, Badewasser
ETEC: Travellers Diarrhoe --> Fäkal kontaminierte LM, Trinkwasser
EIEC: Entzündung innerer Organe --> Fäkal kontaminierte LM, Trinkwasser

Vorkommen: Eiternde Wunden, Haare,Nase, Haut, Stuhl
Übertragungswege: Niessen, Husten, Händekontakt, Geräte, Geschirr --> Vermehrung im LM mit Toxinbildung
Gefährdete Lebensmittel: Manuell verarbeitete Hitzebehandelte LM, Fleisch, Suppen, Patisserie

Vorkommen: Erdboden, Staub
Übertragungswege: Erdboden, Staub, Abwasser --> Vermehrung im LM mit Toxinbildung
Bedeutung im Verpflegungsbereich: Massenvergiftungen bei zu lange warmgehaltenen Speisen

Vorkommen: Erdboden, Sedimente v. Seen, Tümpel, Flüsse, Küstennahe Gewässer
Übertragungswege: Erdboden, Staub, Gewässersedimente --> Vermehrung im LM mit Toxinbildung
Gefährdete Lebensmittel: Alle schwach sauren bis neutralen LM pH > 4.5, Technologisch vorbehandelt, ungekühlt, In anaeroben Verpackungen
Präventionsmassnahmen: Rohe von gekochten LM trennen, LM säuern, Salzen/Pökeln, Tiefe Lagertemp. < 5°C, vor Verzehr aufkochen, bombierte Dosen entsorgen
Lebensmitteltechnologie: Kochtemp. töten Sporen nicht ab, eine der giftigsten bekannten Substanzen, Abtötung durch Sterilisation

Vorkommen: Erdboden, Darmtrakt von Mensch und Tier
Übertragungswege: Fäkalien, Erdboden, Staub, Abwasser --> Vermehrung im LM, --> Toxinbildung im Darm des Menschen
Verpflegungsbereich: Ungenügend erhitzte oder abgekühlte Fleischgerichte, Warmhaltung

Vorkommen: Darm von Mensch und Tier, fäkale Aussch. => Lebens- Futtermittel
Übertragungswege: Abwasser, Tiermehle, Schlachtung, Hände, Geschirr
Übertragungsursachen: Primäre Übertragung: Fäkalkontamination häufigste Ursache, Sekundäre Übertragung: Kreuzkontamination
Gefährdete Lebensmittel: Alle verarbeiteten LM, Vorallem Geflügel, Eier, Rohmilch, Fleisch
Dauerausscheider: Scheiden Salmonellen aus ohne Krankheitssymptome zu haben, grosse Gefahr für Kontaminationen in LM-Betrieben

Vermehrung erfolgt durch binäre Zellteilung, Wachstum erfolgt exponentiell (N_t = N₀ x 2ⁿ)

Generationszeit = Zeit, die eine Zelle für eine Teilung benötigt (Prokaryoten 15-60', E-coli 20', Hefen 90-120')

unerwünschte MO im LM müssen möglichst lange in der lag-Phase gehalten werden, da sie mit Eintritt in die log-Phase das Lebensmittel sehr schnell verderben würden
--> Beeinflussung der Wachstumsbedingungen z.B. durch Kühlung

Bei Lebensmittelfermentationen wird ein schneller verzögerungsfreier Übergang der Starterkulturen in die log-Phase und damit eine möglichst schnelle Ansäuerung des Substrats angestrebt
--> Beeinflussung der Wachstumsbedingungen z.B. durch optimale Temperaturführung

Nährstoffe

- Wasser
- Kohlenstoffquellen
- Stickstoffquellen
- Mineralstoffe
- Mikro- und Spurenelemente
- Wachstumsfaktoren (Vitamine)

MO brauchen diese Nährstoffe. Lebensmittel mit einem hohen Anteil dieser Nährstoffe sind schneller verderblich, da niedermulekulare Substanzen direkt von den MO aufgenommen werden können. Hochmolekulare Substanzen (Kohlenhydrate, Proteine) müssen zuerst aufgespalten werden.

a_w-Wert (frei verfügbares Wasser)

- MO brauchn für alle Stoffwechselaktivitäten frei verfügbares Wasser
- Gebundenes Wasser (durch die Inhaltsstoffe) steht den MO nicht mehr zur Verfügung
- Je kleiner der a_w-Wert, desto weniger verderblich das LM

Temperatur

- MO bevorzugen unterschiedliche Temperaturen
- Psychotrophe: Optimum 25-30°C, Minimum -5-5°C, Maximum 30-35°C
- Mesophil: Optimum 30-40°C, Minimum 5-15°C, Maximum 35-47°C (z.B. E-coli)

pH-Wert

- MO bevorzugen unterschiedliche pH-Werte
- Pathogene Bakterien befinden sich oft im schwach sauren Bereich (der grösste Teil der LM hat einen schwach sauren pH-Wert)

Sauerstoff

- Bedarf von Sauerstoff ist je nach MO unterschiedlich:

• Aerobier (MO und Schimmelpilze): Wachstum nur in Gegenwart von Sauerstoff, Energiegewinnung durch Atmung, Stoffwechselprodukte Kohlendioxid und Wasser
• Anaerobier (z.B. Clostridium): Wachstum unter Ausschluss von Sauerstoff, Energiegewinnung durch Gärung oder anaerobe Atmung
• Fakultative Anaerobier: Leben unter aeroben und anaeroben Bedingungen. Typ 1: Hefen und Enterobakterien, Veratmung von Sauerstoff, bei Sauerstoffmangel Umschaltung auf Gärung. Typ 2: Lactobazillen, Energiegewinnung aus Gärung, Nutzen Sauerstoff nicht aber tolerieren ihn.

Redoxpotential

Mass für die Fähigkeit, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben

Wird beeinflusst durch:

• chemische Zusammensetzung und den Sauerstoffpartialdruck
• Zusatz von reduzierenden Substanzen
• Wachstum von MO
• spezielle Verpackungen

- aerobe MO --> positive Eh-Werte
- anaerobe MO --> negative Eh-Werte

- Beim Hürdenkonzept sind die üblicherweise im Lebensmittel zu erwartenden Mikroorganismenarten und die Anfangskeimzahl zu berücksichtigen 

- Die Hürdenarten sind so zu wählen und festzulegen, dass sie von den zu erwartenden Mikroorganismen nicht überwunden werden können 

- In der Praxis können die Hürden – in der Grafik als Abfolge dargestellt – auch gleichzeitig und/oder synergistisch ablaufen 

- Wasser

- Kohlenstoff- und Energiequellen (v.a. Glucose)

- Stickstoff- und Schwefelquellen (Ammoniumsalze, Sulfat) 

- Mineralstoffe (Ammonium, Nitrat, Sulfat, Phosphat, Metallionen ..) 

- Wachstumsfaktoren (Vitamine, Aminosäuren, Purine)

- Verfestigungsmittel (v.a. Agar-Agar) 

MO wachsen am besten wenn die für sie spezifischen Wachstumsfaktoren optimal erfüllt sind.

Eine selektionierende Kultivierung wird durch das Begünstigen einer spezifischen MO-Kultur wie folgt erreicht werden:

- Zusammensetzung des Nährmediums

- Bebrütungsbedingungen

- Sauerstoffangebot

- Das Innere ist in der Regel steril (bei unverletzten und gesunden Pflanzen, ausgenommen die Samen und Früchte)

- Aussen werden sie massiv mit MO kontaminiert

- Können auch fäkal kontaminiert sein (durch Insekten, Vögel, Abwässer, Kompost)

- Autochthone (natürliche Bakterien auf einem Produkt)  Mikroflora der Pflanzenoberfläch besteht vorwiegend aus Milchsäurebakterien, Hefen und Pilzsporen

- Qualitätsverlust durch Wasserabgabe, Atmung und Abbau von Reservestoffen: Schrumpfen, Welken, Vitamin-C-Verlust, Gewichtsverlust, Veränderung von Aussehen und Geschmack

- Durch Atmungsvorgänge kann sich Lagergut erwärmen (--> Beschleunigung der Reifung)

20-25% aller geernteten Gemüse und Obst gehen durch mikrobiellen Verderb durch Bakterien, Schimmelpilze und Hefen verloren

Wesentliche Faktoren:

- Vorhandene, leicht verfügbare Nährstoffe (z.B. Glucose) durch die Zusammensetzung pflanzlicher Lebensmittel

- Hohes Redoxpotential (genügend Sauerstoff für die Entwicklung von aeroben bis fakultativ anaeroben MO)

- pH-Wert

- Gemüse: schwach Sauer bis neutral --> Bakterien + Pilze

- Obst: schwach sauer bis sauer --> Pilze

- Zahlreiche natürliche Schutzfaktoren schützen vor mikrobiellem Verderb

- Bildung von Abschlussgweben und antimikrobiellen Substanzen erschweren Infektionen wesentlich

- Mechanischer Schutz gegen das Eindringen von MO durch Epidermis, Kutikula und Wachsschichten der Pflanzen

- Bildung von antimikrobiellen Substanzen:

• Fruchtsäuren --> pH-Wert-Absenkung
• Benzolsäure in Heidelbeeren, Pflaumen
• Ätherische Öle in Citrusfrüchten
• Allizin in Knoblauch
• Senföl in Rettich, Zwiebeln

Relevante MO:

- Verderb wird v.a. durch Hefen und Schimmelpilze verursacht (Bakterien sind nur in geringem Masse beteiligt)

Ursachen:

- Beeinflussung der Haltbarkeit durch unsachgemässe Behandlung
- Verderb geht i.d.R. von der Oberfläche aus
- Hefen bauen Zucker zu Alkohol ab, welcher von den Pilzen als Kohlenstoff-Quelle genutzt wird 
- Sichtbarer Gewebezerfall erst beim Abbau höhermolekularer Stoffe durch die Pilze nach dem Verbrauch des Alkohols

- Boden
- Obstbäume
- Abgestorbene Pflanzenteile
- Pflückbehälter
- Sortiermaschine
- Verpackungsmaterial (Primärverpackung sollte sehr hygienisch gelagert werden)
- Lagerräume
- Infizierte Früchte oder Fruchtmumien

Bakterielle Weich- oder Nassfäule:
- Erwinia-Arten (Bakterien) --> nur bei Birnen
- Rhizopus nigricans (Pilz) --> andere Früchte
- Penicillium italicum (Pilz) --> Citrusfrüchte

Trockenfäule
- Gloeosporium-Arten --> Kernobst, viele andere Früchte
- Alternaria-Arten --> Kernobst, viele andere Früchte

Bitterfäule
- Gloesporium-Arten --> Kirschen, Kernobst
- Trichothecum roseum --> Kirschen, Kernobst

Graufäule
- Botrytis cinerea --> reife und unreife Früchte befallen, grosse Schäden bei Erdbeeren, viele andere Früchte

- Bakterien als Oberflächenflora spielen wesentlich grössere Rolle als beim Obst (aufgrund relativ hoher pH-Werte)
- Milchsäurebakterien gehören zur natürlichen Flora
- Kontamination mit Pilen und Bakterien des Bodens (aufgrund der Bodennähe)
- Mikotoxin bildende Pilze und bakterielle Sporenbildner (als Lebensmittelvergifter von Bedeutung)
- Hohe Kontamination mit MO nach Trockenperioden (Staubbelastung und Verunreinigungen mit Schlamm)
- Schnell wachsende phytopathogene Bakterien (bei hoher Luftfeuchtigkeit und höheren Raumtemperaturen)
- Pilzliche Erreger (bei Kühllagerung)
- Hauptverderb erfogt durch bakterielle Nassfäule

Nassfäule (bakteriell und pilzlich)
- bakteriell: Erwinia carotovora (Enterobacteriaceae) --> Haupterverderbniserreger von Gemüse, v.a. Karotten, Sellerie, Kartoffeln

Rhizopus-Nassfäule
- Rhizopus stolonifer und andere Rhizopus-Arten --> viele Gemüsearten, v.a. Gurken und Tomaten

Kraut- und Knollenfäule
- Phytophthora infestans --> Kartoffeln

- Süsslich riechendes Gas (C₂H₄), das von vielen Fruchtarten zusammen mit CO₂ abgegeben wird 
- Beschleunigt als Phytohormon die Reifung, die Anfälligkeit für mikrobielle Infektionen steigt
- Kann auch als Stresshormon wirken und die Bildung von Phytoalexinen (antimikrobiell wirksame Abwehrstoffe) anregen

- Hohe Luftfeuchtigkeit: Verhindert die Austrocknung, förtdert den mikrobiellen Verderb
- Temperaturabsenkung: Hemmt den mikrobiellen Verderb, bei Unterschreitung einer bestimmten Schwelle erfolgt eine Schädigung des Gewebes vieler Gemüse und Früchte

- Wesentlicher Qualitätserhalt und Qualitätsverlängerung im Vergleich zur Normalkühllagerung durch Erhöhung des CO₂-Gehaltes bei gleichzeitiger Verminderung des O₂-Anteils
- Reifungshemmung (Verzögerung des Abbaus von Reservestoffen) und Hemmung des mikrobiell bedingten Verderbs durch Temperaturabsenkung und veränderte Gasatmosphäre