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Quantifizierung des Sauerstoffverbrauchs von fleischverderbenden Mikroorganismen unter 30 % CO2 / 70 % O2 Atmosph?re
Messungen in einer simulierten Fleischverpackungs-Umgebung mit optischen O2 Sensor Spots SP-PSt3
Sandra Kolbek
Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie, Technische Universit?t München, Deutschland
Um die rote Farbe von Fleischprodukten l?nger aufrecht zu erhalten, werden Rind- und Schweinefleisch unter modifizierter Atmosph?re verpackt. Dabei kommt vor allem eine Schutzatmosph?re bestehend aus 30 % CO2 und 70 % O2 zum Einsatz. Der hohe Sauerstoffanteil in der Schutzgasverpackung verhindert das Oxidieren des im Blut vorkommenden Farbstoffes Myoglobin zu dem br?unlichen Metmyoglobin.
In vorangegangenen Arbeiten an unserem Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie, wurde eine Abnahme des Sauerstoffgehalts in Schutzgas-verpacktem Rindfleisch über die Lagerzeit von mehrere Tagen, bei durchg?ngiger Kühlung, festgestellt. Dies hatte eine unerwünschte Farbver?nderung des Fleischproduktes zur Folge. Zudem ?nderte sich die vorherrschende Mikrobiota des Fleisches in Abh?ngigkeit des Sauerstoffgehalts in der Verpackung. Die sich daraus ergebende Fragestellung lautete: Welche fleischverderbenden Mikroorganismen sind in der Lage Sauerstoff zu verbrauchen und somit zur Abnahme des Sauerstoffgehalts in der Verpackung beizutragen? Und wie hoch ist der Beitrag dieser Mikroorganismen an der Sauerstoffzehrung in der Fleischverpackung?
Material & Methoden
Es wurde ein Modell System in 1 Liter Hochdruckflaschen entwickelt, welches die Bedingungen auf echtem Fleisch wiederspiegelt. Die Flaschen wurden zur H?lfte mit einem fleisch?hnlichen Medium befüllt und der Kopfraum der Flaschen wurde mit der Schutzgasatmosph?re von 30 % CO2 und 70 % O2 ersetzt. Durch einen Butyl-Stopfen konnten die Flaschen gasdicht verschlossen werden. Somit konnte das Fermentationsmedium mit echtem Fleisch und der Kopfraum der Flaschen mit dem Kopfraum in Fleischverpackungen gleichgesetzt werden. ?ber zwei Kanülen konnte sowohl der Kopfraum, als auch das Wachstum der Bakterien über die Zeit hinweg aufgezeichnet werden. Ein O2 Sensor Spot SP-PSt3 wurde auf der Innenseite der Glasflaschen auf H?he des Mediums angebracht. So konnte mit einem Fibox 3 LCD trace Sauerstoffmessger?t der gel?ste Sauerstoffgehalt im Medium nicht invasiv durch die Flaschenwand überwacht werden. Die Flaschen wurden mit den fünf fleischverderbenden Mikroorganismen Brochothrix thermosphacta, Carnobacterium divergens, Carnobacterium maltaromaticum, Leuconostoc gelidum subsp. gelidum und Leuconostoc gelidum subsp. gasicomitatum beimpft.
Ergebnisse & Auswertung
Alle Spezies waren in der Lage, den gel?sten Sauerstoff im Medium zu verwerten. Die maximale sowie durchschnittliche Sauerstoffaufnahmerate (Oxygen Uptake Rate = OUR) wurde für alle Spezies berechnet. Hierfür wurde zun?chst die Diffusionskonstante kLa für die drei Fermentationsmedien (12,5 g/l Fleischextrakt, 50 g/l Fleischextrakt und 100 g/l Fleischextrakt) über die Ausgasungsmethode berechnet.
Anschlie?end wurde die durchschnittliche sowie maximale Sauerstoffaufnahmerate (OUR) mit der Formel OUR = kLa ? ([O2]* - [O2]) - d[O2] / dt berechnet.
Es ergab sich folgender Zusammenhang von gel?stem Sauerstoff (dissolved oxygen = DO), OUR und Zellzahl (cell count CFU) im Medium:
Die berechneten maximalen sowie durchschnittlichen Werte der OUR für alle Spezies sind in nachfolgendem Diagramm dargestellt:
Es zeigte sich eine signifikant h?here Sauerstoffaufnahmerate pro Zelle für die Spezies B. thermosphacta im Vergleich zu den anderen vier Milchs?urebakterien.
Bei Betrachtung des Kopfraums der Flaschen konnte ebenfalls eine deutliche Abnahme des Sauerstoffgehalt für alle Spezies festgestellt werden.
Berechnungen zum Gesamtsauerstoffverbrauch im Kopfraum über den Zeitraum von 60 Stunden ergaben ebenfalls eine deutlich h?here Sauerstoffaufnahmerate pro Zelle der Spezies B. thermosphacta im Vergleich zu den anderen Milchs?urebakterien.
Zusammenfassung
Diese Ergebnisse beweisen, dass alle fünf untersuchten fleischverderbenden Mikroorganismen zur Abnahme des Sauerstoffgehalts in Fleischverpackungen beitragen. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass B. thermosphacter einen h?heren Beitrag an der Sauerstoffzehrung in Fleischverpackungen leistet, als die anderen untersuchten Spezies. Das nicht invasive, optische Messprinzip des SP-PSt3 Sensor Spots erwies sich als sehr vorteilhaft für diese Experimente, da es m?glich war den Sauerstoffgehalt des Mediums durch die Flaschenwand zu messen ohne das geschlossene, gasdichte System ver?ndern zu müssen.