lektion 7-lm-mikrobiologie

-mikroorg.=essenziell für herst. vieler nahr.mittel->in hefen zur herstellung alkoholischer getränke und brot

-milchsäurebakterien=herst. sauergemüse, sauerteig, milchprodukte, fleischerzeugnisse

-schimmelpilze=herst. und veredlung best. käsesorten

->zentrale mikrobiologische aspekte: milchprodukte, fleischerzeugnisse,pflanzenprodukte, pathogene/phytopathogene mikrooorg.

• gärung

• fermentation

• milch/-produkte

• rohmilch

• behandlung von rohmilch

• joghurt

• käse

• herstellung

-erzeugnisse mithilfe von mikroorg.=allg. als fermentiert bezeichnet

-fermentierte erz.: kaffee,tee,tabak,techn. produkte wie bioethanol sowie medikamente wie antibiotika oder insulin, die durch stoffwechselumsätze der mikroorg. hergest. werden

-zählt zur fermentation=mikrobiellen abbau org. stoffe, um hierrüber energie zu gewinnen, ohne sauerstoff oder nitrat als terminalen ektronenakzeptor zu verwenden

-es handelt sich um anaeroben oder anoxischen stoffumsatz

-milchsäuregärung und alk. gärung=wichtig für herst. von lm

-milchsäureg.: geht auf den umsatz von pyruvat (glucose) zu lactat zurück

->es wird zwischen homo und heterofermentativen verfahren unterschieden

->homofermentation: glucose wird ausschl. zu lactat umgesetzt

->heterofermentation: bakterien produzieren neben lactat auch noch ethanol, essigsäure, kohlendioxid

-alk. gärung: durch hefepilze entsteht ethanol über acetaldehyd aus pyruvat (ebenfalls aus glucose)

->beide gärungen: dienen energieerzeugung ohne sauerstoff

-milch= das durch melken gewonnene erzeugnis der eutersekretion von kühen

-fett-in-wasser-emulsion->weiße farbe kommt durch die fett und proteinkolloide

• ca. 5% fett: haupts. öl, palmitin,stearin,myristinsäure (speisefett=buttersäure)-> fett liegt in 1-22 μm großen fetttröpfchen vor, die von phospholipiden und cholesterin, sowie ß carotin umgeben sind

• 3-4% proteine: bestehend aus vorw. caseinprotein und mengenm. weniger molkenprotein->casein ist über serin mit phosphorsäure verbunden->man unterscheidet 3 versch. caseinfraktionen->liegen im calcium komplexiert vor

• fast 5% laktose:milchzucker

• mineralstoffe wie calcium, kalium, natrium; vitamin a

-milch im euter der kuh i.d.r. keimfrei->im melkvorgang wird sie kontaminiert ->bei industriellen milchproduktion->unzureichend gereinigte oberfläche der melkmaschinen oder diverse leitungen (bei weiteren verarb.) ->infektionen am kuheuter aufgr. des melkvorgangs

-es bilden sich biofilme (können für menschen pathogene bakterienarten enthalten)

-diese mikroorg. (staphylokokken,streptokokken,corynebakterien)=können in rohmilch identifiz. werden

-einsatz geeign. desinfektionsmittel+sorgf. reinigung können ausbreitung hemmen

-bei direkter abgabe von rohmilch an verbraucher muss hinweis angegeben sein->”rohmilch, vor dem verzehr abkochen”

-abgabe muss am gleichen oder folgenden tag erfolgen

-zugelassene betriebe dürfen rohmilch in packungen als sogenannte vorzugsmilch vertreiben

-zur abtötung von keimen: verschiedene verfahren der hitzebehandlung

-je nach behandlung wird in sterilisierte,pasteurisierte,ultrahocherhitze milch unterschieden

-homogenisierung dient zum zerplatzen der fetttröpfchen

• sterilisieren: milch wird für 20-40 min auf 112-120°c erh.

• pasteurisieren: schonender, bei temp. zw. 62(30 min) und 85(4 sek.) °c ->99% der mikroorg. werden reduziert

• ultrahocherhitzung: 135-150°c (1 sek.)

  ->man unterscheidet:

  nicht standartisierte vollmilch (mind. 3 % fett), standartisierte vollmilch->wird auf bestimmten fettgehaltt eingestellt (mind. 3,5% fett), h milch (3,5% fett), teilentrahmte milch (1,5% fett), entrahmte milch (0,3%)

-zu milchprodukten zählen: u.a. butter, sahne, sauermilcherz., joghurterz., kefirerz., käse

-butter und sahne: unfermentierte emulsionen der milch

-joghurt: fermentierte (mit hilfe von mikroorg. hergest.) erz.

-für herst. von sauermilchprodukten wie joghurt werden bakterienkulturen (starterkulturen) benötigt->können industriell hergestellt werden

-starterkulturen müssen frei von kontaminationen sein und erfüllen wichtige aufgabe->säuerung der milch

-käse:auch milcherz., welches haupts. durch enzymatische prozesse (labenzym) hergestellt wird

-sauerrahmmilchprodukt

-bei zugabe von milchsäurebakterien (s. thermophilus)->wird milch dickgelegt

-milchsäurebakterien setzten lactose zu lactat (milchsäure) um, was den ph wert herabsetzt ->führt zur proteindenauturierung ->milchprodukt wird bekömmlicher und gleichzeitig trägt das dicklegen bzw. das absinken des ph werts zur haltbarmachung bei

-bei joghurtprodukten erhitzt man i.d.r. die milch für 1 min bei 90°c

-starterkultur wird nach abkühlung hinzugefügt

-milch wird bez. des fettgehalts eingestellt, und milcheiweiß bzw milchpulver oder molkenpulver können zugesetzt werden

-erzeugn. aus ickgelegter käsereimilch, die in versch. reifegraden verzehert werden

-herstellung, beschaffenheit, bezeichnung der käsestandarts=gesetzlich geregelt

-hartkäse, schnittkäse, halbfesten schnittkäse, weichkäse, frischkäse, sauermilchkäse

-dicklegung der milch: entweder durch säurefällung oder labfällung err. werden

->säurefällung: durch milchsäurebildende bakterien (lactobacillus lactis, l. casei oder s. thermophilus)= innerhalb eines tages so viel milchsäure erzeugt, dass das säurecasein ausfällt

-reine sauermilchkäse sehr selten, häufiger werden zur caseinfällung die labenzyme wie chymosin eingesetzt->diese potease spaltet k-casein zu para-k-casein, wodurch der caseinkomplex ausfällt->labpräparate stammen entw. aus mägen saugender kälber oder es handelt sich um ersatzpräparate due gentechnisch aus e.coli herg. werden (chymosin)

-propionsäuregärung

-das entst. gas kohlendioxid ist für löcher verantwortlich

-besonderer mikroorg. kommt bei produktion von schimmelkäse zum einsatz

->penicillium roqueforti-> es bilden sich nach mehrwöchiger lagerung myzellen mit bloaugrünen konidien

-man bez. diesen käse als roquefortkäse (blauschimmelkäse)

-beim weißschimmeln kommt penicillium camamberti zum einsatz-> käse (camembert, brie)

• getreide

• brot

• sauerteig

• alkoholische gärprodukte (bier und wein)

• obst

• gemüse

• sauergemüse

-muss qualitätsparameter hinsichtlich der anwesenheit von mikroorg. erfüllen

-bakterien, v.a. gamnegative enterobacteriaceae->in getreide und sind leitflora (charakter. mikrobielle besiedlung) bei frischem getreide

-richtige lagerung entscheidend, um überm. wachstum dieser mikroorg. zu verhindern->bei richtiger lagerung dominieren die pilze aspergillus und penicillium

-man strebt geringe mikrobielle belastung bei lagerung an

-gesamtkeimzahl wird kontrolliert: im zuge der qualitätssicherung

-quantifizierung von endosporen, pilze (bei falscher lagerung besteht gefahr der entstehung von mykotoxinen) und fäkale indikatorkeime

-sekundäre stoffwechselprodukte, die für den menschen toxisch sind

-festzustellen, dass mikrobiologische belastung in etwa der des gelagerten getreide entspricht ->geringfügige reduktion ist zu erreichen

-feuchtigkeit bei der ernte des getreides, standzeit vor trocknung und herst. des mehls=wichtig->großen einfl. auf anz. der mikroorg. und menge der vorh. toxine

-besonders wichtig, dass das getreide von mutterkorn befreit werden muss ->geeig. sind dafür rundkorntrieure(reinigung von weizen->bruchtsücke vom mutterkorn werden ausgelesen)

-im prinzip verbleiben die meisten mutterkörner durch die auslese am boden der trommel des trieurs

-bereits beim ackerbau ist aber auf geeign. schutzmaßnahme zu achten

-bei teigfertigung hefen wichtig

-bei gärung entstehen kohlendioxid, das eine lockerung des teigs bewirkt

-backpulver setzt ebenfalls kohlendioxid frei

-ethanol entst. durch vergärung der monosaccharide im teig und trägt zur lockerung bei

-backhefen (saccharomyces cerevisiae) werden teigen zur herstellung von feinbackwaren, kuchen, weißbrot beigefügt (hefeteig)

-man achtet beim einsatz dieser hefe insb. auf deren eigenschaften zur gäraktivität sowie deren gasbildungsvermögen

-als richtwert bei herstellung von brötchen mit direkter hefeführung=gehalt von 2-4% an hefe im teig genannt werden

-hefe wird mit wasser, salz, mehl vermischt und zu einem teig verarbeitet

-menge der eingesetzten hefe varriiert je nach brot bzw kleingebäck und herst.art

-trad. herst.: wird für notwendige teiglockerung auf biologische gärung zurückgegriffen (rein chem. treibmittel=backpulver, aus dem natron entw. sich kohlenstoffdioxid)

-bei weizenbrot: durch speziell gezüchtete backhefen, bei roggenbrot durch milchsäurebakterien

-weizen und roggen untersch. sich in ihren inhaltsstoffen und eigenschaften

-bei weizenbrotherst. werden hefen verwendet, deren gärprodukte alkohol und kohlenstoffdioxid sind ->bläschen aus kohlenstoffdioxid werden durch die klebeeig. des weizens festgehalten, und der teig quillt gut auf ->alk wird beim backen ausgetrieben

-roggen besitzt wenig klebeeig. und nur eine geringe quellfähigkeit, die gärgase entweichen aus dem teig->stattdessen besitzt roggen polysacc. wie schleimstoffe, die wasser im saurem milleu gut binden können->saure milleu wird durch milchsäuregärung hergestellt

-lässt sich auch spontan und ohne zugabe von starterkulturen herstellen->backbetr. greifen auf kommerzielle starterkulturen zurück

-definierten gemische bestehen dann aus homo und heterofermentativen milchsäurebakterien und säuretoleranten hefen

-säuerung bewirkt hemmung der stärkeabbauenden amylasen, die ohne ph absenkung einen witgeh. abbau der stärke-damit verbundenen verlust der backfähigkeit- bewirken

-spez. aroma des sauerteigs->durch milchsäure und essigsäure, ihr verhältnis zueinander und durch den enzymatischen proteinabbau bewirkt, wobei aus den freiges. as beim backen durch die maillard reaktion aroma und geschmacksstoffe gebildet werden

-ähnelt weizenbrotherstellung->bierhefen setzen ebenfalls die zucker um zu alkohol und kohlendioxid

-zuckerbausteine der stärke müssen erstmal freigesetzt werden

-alk. gärprodukte werden durch zuhilfename von saccaromyces-arten hergestellt

-hefe kann aerob wachsen (sauerstoff der luft wird benötigt) oder unter aneroben bed. mittels gärung energie bereitst.

-im zuge der gärung bildet hefe als stoffw.produkt ethanol und kohlendioxid->dabei entst. nebenprodukte wie methanol (in pektinreichen gärpr.) und anderen höherwert. alkohole wie propyl/-butyalk. können unerw. (in hoher konz.-toxisch) nebenwirk. sein

-herstellung bier: hefe, gerste, weizen, zucker, hopfen, wasser

-effiziente fermentation: stärke des getreides muss zunächst aufgeschlossen werden->stärke wird zu glucose, maltose, maltodextrinen abgebaut ->erfolgt durch amylasen

-anschl. können die entst., ferment. monosacch. von der hefe umgesetzt werden

-aus lebensmittelmikrobiologischer sicht=relevant, dass nicht ausschl. hefe bei herst. spez. biersorten eingesetzt werden

-neben hefe werden auch milchsäurebakterien zugesetzt, um best. weißbiersorten (berliner weissbier) herzustellen

-die einges., oft firmeninternen hefestämme werden der saccharomyces cerevisiae zugeordnet

-hauptuntersch.merkmal=obergärige,untergärige hefe

->untergärige biere (lager)=saccharomylces cerevisiae subsp. carlsbergensis zugesetzt-> diese hefen setzen sich am ende des gärprozesses am boden ab->arbeiten noch effizient bei 5-10°c

->obergäriger biere(ale)==saccharomyces-cerevisiae-stämme zum einsatz->fermentieren am effiz. bei 15-25°c

-bierschädl. mikroorg.(wachsen meist durch kontaminanten an)=andere hefen (pasteurianus, milchsäurebakterien)->gilt nicht für weißbiersorten, bei denen milchsäurebakterien zur produktion eingesetzt werden

-hefekontaminanten im bier können den geschmack/geruch des getränks negativ beeinfl->untergärige biere sind durch niedr. temp. weniger anfällig für mikrobielle kontaminanten

-auf natürliche flora der traube, sowie im frisch gepressten most=fremdhefen wie apiculatushefen sowie essigsäurebakterien vorhanden->können fermentation stören, da sie unter anderem essigsäure bilden

-auch schimmelpilze wie aspergillus oder penicillium arten können auf trauben vorkommen->diese beeren sind beschätigt und mindern qualität

-im zuge der vorbehandlung mit schwefliger säure oder schwefeloxid bei mostbehandlung->werden apiculatushefen, kahmhefen, essigsäurebakterien und schimmelpilze in ihrem wachstum gehemmt

-ebenso hemmt die reaktion von schwefeldioxid mit sauerstoff in weiterer folge andere verderbniskeime unter anaeroben bedingungen

-das infolge der zugabe von schwefliger säure entstehende glycerin wird für den körper des weins, also die vollmundigkeit, verantw. gemacht

-wenn ein mikrobiell sehr stark belasteter most vorliegt

-plattenerhitzer können einige sekunden bis wenige minuten hohe temp. von 87°c erzeugen

-durch diesen prozess werden auch diverse im most enth. enzyme inaktiviert

-wird diese vorbehandlung durchgeführt, ist eine gärung, die ausschl. mit mosteigener flora durchgeführt werden soll, nicht mehr möglich

-meist werden bei gärung neben mosteigener flora auch weinhefen als starterkulturen zugesetzt

-weinhefen werden bei produktion von alkoholischen getränken wie apfelmost, met, obstwein eingesetzt ->sind als reinzuchthefen kommerziell erhältlich und weisen unterschiedliche eigenschaften bez. der von ihnen geförderten aromen, der alk.toleranz und des temp.optimismus auf

-relevant: farberhaltung bei rotweinen->resultiert in einer kontrollierten fermentation

-in 1. gärphase können bakterien stärker anwachsen und die eigene apiculatatushefen sich ausbreiten ->bei höheren alk.konz. über 4% dominiert das wachstum der weinhefe, welche nach der hauptgärung bei 20-22°c langsam sedimentiert

-bei der nachgärung wird noch in geringen mengen ethanol gebildet

-der wein wird nach 6-8 wochen von der hefe abgezogen-> wein wird nochmals zum abbinden von acetaldehyd und zum abstoppen einer weiteren gärung unterzogen und kann zur verhinderung mikrobiellen verderbs geschwefelt werden

-nachgärung= wachstum von milchsäurebakterien->können durch höhere konz. von schwefeloxid gehemmt werden

-wachsen diese zu stark->negative auswirkungen auf geschmack und einen milchsäurestich erz.

-ebenfalls: degradation der apfelsäure kann einsetzen, was bei säurearmen weinen erwünscht ist

-es entst. unter beteiligung des malo lactat enzyms milchsäure aus apfelsäure ->prozess=bei säuerreichen weinen angestrebt->säure wird biologisch abgebaut ->es gibt auch chem. verfahren zur entsäuerung

-milchsäurebakterien=essenziell für ausbildung typischer bukettstoffe für best. weine

-gefahr durch mikrobiellen verderb->durch bildung antimikrobieller substanzen in obst/gemüse kann mikrobiell bedingter verderb verzögert werden->apfelsäure, zitronensäure, andere organische säuren, die dne ph wert reduzieren->erschwert wachstum der mikroorg.

-auch substanzen mit direkter antimikrobieller wirkung werden synthetisiert (benzoensäure, salicylsäure (weintraube), ätherische öle (zitrusfrüchte) und gerbstoffe (unreife früchte)

-knoblauch=hohe antimikrobielle wirkung, da er viele phytonzide enthält

->phytonzide=bez. substanzen aus pflanzen, die eine antibiotische wirkung besitzen

-begünstigen wachstum der verderbkeime

-fäulnis=abbau von biotischen stoffen durch mikroorganismen->bei dem fäulniserreger von obst handelt es sich um pilze

• botrytisfäule bzw graufäule: wird durch botrytis cinerea hervorgerufen->insbes. weintrauben und erdbeeren sind gefährdet->es kommt zur ausbildung eines grauen pilzmycels

• gloeosporiumfäule bzw bitterfäule: entsteht durch gleosporium album->v.a. in kernobst ist gefährdet->bitterer geschmack entsteht (äpfel)

• sclerotiniafäule: durch sclerotinia arten hervorgerufen->steinobst häufig infiziert

• penicilliumfäule bzw grün oder blaufäule:entsteht durch penicillium-arten, kernobst und zitrusfrüchte sind häufig betroffen

• lagerschor:durch venturia arten verursacht->steinobst,äpfel,birnen