Mikroorganismen in Lebensmitteln

 

Dr. Heribert Keweloh

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 Mikrobiologisches Glossar

 

Aflatoxine
Agarplatten
Bakteriophagen 
Biofilme
Botulismus
Clostridien
Coliforme Keime
Dauerausscheider
E.coli EHEC
Endosporen
Endotoxine
Enterotoxine
Kontamination
Listerien
Milchsäurebakterien
Myzel
Pasteurisierung
Probiotische Kulturen
Psychrotrophe Keime
Salmonellen
Schimmelpilze
Staphylokokken
Sterilisation

 

Aflatoxine sind extrem toxische Substanzen, die von einigen Schimmelpilzen (z.B. Gattung Aspergillus) gebildet werden. Aflatoxine können durch verschimmelte Rohstoffe wie Getreideprodukte, Nüsse, Ölsamen und Futtermittel übertragen werden. Sie sind sehr hitzestabil und werden erst bei Temperaturen über 100 °C z. B. beim Rösten inaktiviert. Aflatoxine wurden als Lebergifte mit hohem krebserregenden Potenzial erkannt.

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Agarplatten sind runde Glas- oder Plastikschälchen, in denen sich Nährböden befinden, die die zum Wachstum von Mikroorganismen notwendigen Substanzen enthalten. Auf der Oberfläche der Nährböden, die durch das Geliermittel Agar verfestigt sind, bilden sich vermehrende Mikroben mit dem Auge sichtbare Zellhaufen (Kolonien). 

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Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien infizieren und sich in ihnen vermehren.

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Biofilme sind biologisch gebildete Beläge auf Grenz- und Oberflächen. Sie entstehen dadurch, dass sich Bakterien an festen Strukturen anheften, sich vermehren und Substanzen zur Einbettung der Zellen ausscheiden. In der Natur sind diese mikrobiellen Beläge auf Flächen, die regelmäßigem Kontakt mit Wasser haben, weit verbreitet. Auch bei Geräten mit Oberflächen, die von Lösungen mit für Mikroben geeigneten Nährstoffe begrenzt werden, besteht eine hohe Gefahr der Biofilmbildung. Diese Mikroorganismen haben besondere Eigenschaften, die erst unzureichend bekannt sind. Man weiß aber, dass Biofilmkeime gegenüber keimabtötenden Substanzen wie Desinfektionsmitteln viel weniger empfindlich sind.

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Botulismus ist eine äußerst schwerwiegende, heutzutage selten auftretende Lebensmittelvergiftung. Verursacht wird sie durch das Clostridium botulinum, ein weit verbreitetes Boden- und Wasserbakterium, das sich in nicht genügend sterilisierten Fleischwaren und Konserven, aber auch in vakuumverpacktem Räucherfisch entwickeln kann. Eine Gefährdung stellen auch hausgemachte Lebensmittel dar. Vom Auftreten in der Wurst (botulus = Wurst) hat das Bakterium seinen Namen. Es bildet ein Toxin, das nach Genuss des Lebensmittels zur Nervenlähmung und durch Atemlähmung zum Tod führt. Das ausgeschiedene Botulismus Toxin A ist ein hitzelabiles Protein, d.h. dass das Toxin durch Kochen (15 min) rasch zerstört wird. Dieses Neurotoxin gehört zu den für den Menschen tödlichsten Gifte überhaupt.

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Clostridien sind eine Gruppe von Bakterien, die die hitze- und austrocknungsresistente Endosporen bilden können. Alle Clostridien gehören zu den strikt anaeroben Bakterien, d.h. dass sie nur in völliger Abwesenheit von Luftsauerstoff (z.B. in einer Konservendose) leben und wachsen können. Zu den Clostridien gehören einige wichtige Verursacher von Lebensmittelvergiftungen wie Clostridium botulinum (Botulismus) und C. perfringens. Letzteres Bakterium kann Enterotoxine bilden, die bei Erhitzung ihre Wirksamkeit verlieren. 

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Coliforme Keime werden als Indikatoren für eine fäkale Verunreinigung in mikrobiologischen Untersuchungen benutzt. Bei Verunreinigungen mit menschlichen oder tierischen Fäkalien können immer auch gefährliche Krankheitserreger wie Salmonellen freigesetzt werden. Zu den Coliformen gehört das normalerweise ungefährliche Darmbakterium E. (=Escherichia) coli und einige eng verwandte Keime. Der Nachweis von Coliformen im Labor gelingt relativ einfach und eindeutig, hingegen würde die Untersuchung auf die pathogenen Salmonellen eine ernste Gefährdung auch für das Laborpersonal bedeuten. Der Nachweis von Coliformen ist kein eindeutiger Beweis einer Fäkalverschmutzung, da einige coliforme Keime auch im Boden beheimatet sind, sondern ein Hinweis, dem weiter nachgegangen werden sollte.

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Dauerausscheider sind Personen, die auch ohne Auftreten von Krankheitssymptomen krankheitserregende Keime, häufig Salmonellen, über den Stuhl oder Urin ausscheiden.

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E.coli EHEC Bakterien sind besonders gefährliche pathogene Stämme des an und für sich harmlosen Darmbakteriums Escherichia (E.) coli ( = Colibakterium). Diese Keime traten 1982 zum ersten Mal in Erscheinung und stellen heutzutage ein ernst zunehmendes Problem dar. Sie rufen schwere Durchfallerkrankungen hervor und können vor allem bei Kindern und älteren Personen eine lebensbedrohliche Nierenschädigung verursachen (das sogenannte hämolytisch-urämische Syndrom). EHEC Bakterien sind oft in den Fäkalien von Rindern nachzuweisen und können durch unbehandelte Lebensmittel wie Rohmilch oder verunreinigte Fleisch- und Pflanzenprodukte auf den Menschen übertragen werden.

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Endosporen sind Überdauerungsformen, die bestimmte Bakterien bei widrigen Umständen bilden können. Dazu sind die Clostridien und die eigentlichen Bazillen in der Lage. Letztere sind eine Verwandtschaftsgruppe stäbchenförmiger Bakterien, zu der auch Bacillus cereus (verantwortlich für Lebensmittelvergiftungen) zählt. Da diese Sporen im Inneren der Bakterienzelle entstehen, nennt man sie Endosporen. Endosporen sind auch der Grund, warum bei der Sterilisation so drastisch vorgegangen werden muss, denn sie können oft sogar einen mehrstündigen Kochvorgang überleben.

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Endotoxine sind für den Menschen toxisch wirkende Substanzen, die beim Absterben und Auflösen vieler Bakterien z.B. von Salmonella-Keimen freigesetzt werden. Sie sind wichtige natürliche Komponenten der Zellhülle und bestehen aus einem Lipid- und einem Polysaccharidanteil. Bereits in sehr niedrigen Konzentrationen führen sie im menschlichen Körper zu Blutdruckabfall, Fieber und Diarrhöen. Als Bestandteil der Bakterienzelle bilden sie die Grenze zur Umwelt der Mikroben. Der äußerster Teil der Endotoxine, die sogenannten O-Antigene können deswegen von den Antikörpern der Immunabwehr des Menschen erkannt werden, und damit kann die Bekämpfung eingedrungener Keime gestartet werden. Darauf reagieren die Bakterien, indem sie diese Endteile der Endotoxine häufig variieren, so dass neue Stämme oder Serotypen mit äußerlich geänderten Strukturen entstehen.

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Enterotoxine nennt man die toxischen Substanzen, die von Bakterien gebildet werden und deren Angriffsort der Darm (griechisch: enteron) ist. Im Gegensatz zu Endotoxinen sind dies Proteine (Eiweißstoffe), die von lebenden Mikroben ausgeschieden werden. Dazu sind viele pathogene Bakterien wie Cholerabakterien, Salmonellen oder E.coli EHEC in der Lage. Andere Toxine von Bakterien wirken nicht im Darm sondern z.B. auf das Nervensystem wie das Neurotoxin von Clostridium botulinum.

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Kontamination nennt man jede unabsichtliche Übertragung von Keimen von einer Kontaminationsquelle z.B. auf ein Nahrungsmittel oder ein Gerät/Werkzeug. Wenn hier nun diese Art von Keim vorher nicht vorhanden war, hat sie eventuell eine neue Nahrungsquelle erschlossen und kann sich vermehren oder zumindest weiter übertragen werden. Häufige Kontaminationsquellen sind Fäkalien von Mensch und Tier, die menschliche Haut, besonders Schleimhäute und Absonderungen, Wunden, aber auch der Erdboden und Staubpartikel der Luft.

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Listerien, genauer gesagt Bakterien der Art Listeria monocytogenes, verursachen die sogenannte Listeriose. Dies ist eine Krankheit, von der in jüngster Vergangenheit häufiger in den Medien berichtet wurde. Listerien sind an und für sich weit verbreitete Bakterien, die z.B. beim Melken und Schlachten in die Nahrungskette tierischer Lebensmittel gelangen können. Verschiedene Lebensmittel insbesondere Rohmilchkäse, aber auch Fleisch- und Fischerzeugnisse sowie vorgeschnittener Salat können Listerien enthalten. Die Keime vermehren sich selbst bei Kühlschranktemperaturen in den Lebensmitteln und sie können besonders bei älteren Menschen, bei Kleinkindern und Schwangeren verschiedene akute und chronische Erkrankungen hervorrufen. Nach Überwindung des Magen-Darm-Traktes können die Krankheitskeime in bestimmte Blutzellen eindringen, wo sie dann vor dem Angriff von Antikörpern und vor der Behandlung mit Antibiotika weitgehend geschützt sind.

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Milchsäurebakterien sind eine Gruppe unbeweglicher Mikroben, die Zuckerstoffe nicht vollständig abbauen können, sondern sie zu Milchsäure vergären. Diese scheiden sie dann in ihre Umgebung aus, die dadurch angesäuert wird. Nur wenige Milchsäurebakterien (z.B. einige Streptococcen) rufen Krankheiten hervor, die überwiegende Anzahl der Milchsäurebakterien ist für den Menschen sehr nützlich. Aufgrund ihres natürlichen Vorkommens in der Milch und auf pflanzlichen Materialien sind sie an folgenden Prozessen beteiligt: Gewinnung von Buttermilch, Joghurt, Kefir, Sauerkraut und Sauergemüse, Sauerteiggärung, Rohwurstreifung und Herstellung von Silage. Oft werden bestimmte Kulturen von Milchsäurebakterien diesen Prozessen als Starterkulturen hinzugefügt.

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Myzel ist ein von Pilzen gebildetes dichtes Geflecht fädiger Zellen, das nur im Mikroskop sichtbar ist. Damit durchdringen diese Organismen das Erdreich und erschließen sich neue Nahrungsquellen. Ein Myzel wird bei Wachstum von allen Pilzen, also von Schimmelpilzen und den höheren Pilzen, mit Ausnahme der Hefen gebildet. Die höheren Pilze bilden zusätzlich zum unterirdischen Myzel zur Vermehrung die uns bekannten Fruchtkörper, die aber eigentlich auch aus dicht gepackten Myzelfäden bestehen.

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Pasteurisierung (benannt nach dem französischen Pionier der Mikrobiologie Louis Pasteur) ist eine Teilentkeimung, wie sie z.B. bei der Milch durchgeführt wird. Durch eine Wärmebehandlung für eine bestimmte Zeitdauer (z.B. 30 sec bei 75 °C) wird ein Großteil der vorhandenen Milchkeime (ca. 99 %), vor allem auch die mit der Milch übertragbaren Krankheitserreger inaktiviert. Im Gegensatz zur Sterilisation werden aber nicht alle Keime abgetötet; die sogenannten Endosporen überleben in der Regel. Pasteurisierte Milch verdirbt nach einigen Tagen aufgrund des Wachstums von psychrotrophen Keimen.

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Probiotische Kulturen werden Lebensmitteln zugesetzt, um ihnen eine gesundheitsfördernde Eigenschaft zu verleihen. Dabei handelt es sich um lebende Mikroorganismen, die sich im Darm ansiedeln können und dort Positives ausrichten sollen. Eingesetzt werden verschiedene Stämme von Milchsäurebakterien. Nach den Aussagen der Hersteller bewirken probiotische Lebensmittel eine ,,positive Beeinflussung der Darmflora" oder eine ,,Anregung der Stoffwechselfunktionen". Es gibt Hinweise, dass probiotische Kulturen folgende Effekte hervorrufen: Probiotika sollen den Cholesterinspiegel senken, Pilzinfektionen der Scheide vorbeugen, Verstopfungen beheben, Dickdarmkrebs vorbeugen, das Immunsystem stimulieren und das Wachstum unerwünschter Mikroorganismen im Darm hemmen. Wissenschaftlich eindeutig bewiesen sind diese Wirkungen bislang noch nicht.

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Psychrotrophe oder Kälte-tolerierende Keime sind Mikroorganismen, die  sich sowohl bei Kühlschranktemperaturen als auch bei Temperaturen über 20° C vermehren können. Die Fähigkeit, bei tiefen Temperaturen zu wachsen, findet man bei vielen Bakterien aus verschiedenen Gattungen. Darüber hinaus treten seit den 80er Jahren - sicherlich auch bedingt durch die Verbreitung neuer Produktions- und Hygieneverfahren in der Lebensmittelindustrie - in vermehrtem Maße pathogene Keime auf, die Lebensmittelvergiftungen hervorrufen und psychrotrophe Eigenschaften besitzen. Dazu gehören Aeromonas hydrophila, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes und Yersinia enterocolitica. So sind z.B. gekühlte Flüssigei-Chargen ein idealer Nährboden für Aeromonas- Arten, die beim Menschen neben Gastroenteritis auch Hautinfektionen und Meningitis hervorrufen können.

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Salmonellen sind mit E. coli eng verwandte Bakterien, die beide die Fähigkeit haben, alternativ zu atmen oder - bei Fehlen von Luftsauerstoff - zu gären. Man unterscheidet mehr als 2000 Serotypen, die durch den Besitz unterschiedlicher O-Antigene charakterisiert sind. Salmonellen sind pathogene Keime, die die wichtigsten Verursacher von Lebensmittelinfektionen (Salmonellosen) darstellen. Viele Infektionen verlaufen bei Erwachsenen mit guter Abwehrlage und bei niedriger Infektionsdosis ohne Symptome. Im Krankheitsfall kommt es nach einer Inkubationszeit von einigen Stunden oder auch Tagen zu einer Gastroenteritis mit Durchfall, Erbrechen und Fieber. Bestimmte Salmonellen sind auch für schwere Allgemeinerkrankungen wie Typhus und Paratyphus verantwortlich, die allerdings heutzutage von geringerer Bedeutung sind. Als Quellen für eine Kontamination mit Salmonellen kommen Geflügel und Eier, Nutz- und Wildtiere, Fische und Muscheln, aber auch pflanzliche Lebensmittel wie Gewürze in Frage.

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Schimmelpilze sind mit den bekannten Speisepilzen verwandte Mikroorganismen. Sie bilden auf und in Lebensmitteln ein dichtes, mit dem bloßen Auge nicht sichtbares Geflecht fädiger Zellen, das Myzel genannt wird. Sie vermehren sich über den Luftweg durch die Bildung von Überdauerungsformen, den Sporen, die gegen Austrocknung und hohe Temperaturen sehr widerstandsfähig sind. Einige Schimmelpilze können für den Menschen sehr giftige Substanzen wie die Aflatoxine bilden.

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Staphylokokken sind in Haufen oder Trauben angeordnete kugelförmige Bakterien. Sie sind häufig auf der menschlichen Haut und auf Schleimhäuten (Nase, Rachen, Ohr) anzutreffen. Als typische Eiterbakterien verursachen sie Abszesse und infizieren Hautverletzungen und Wunden. Auf diesem Wege kontaminieren sie auch Lebensmittel, in denen sie sich unter guten Bedingugen massiv vermehren und hitzestabile Toxine bilden. Besonders diese führen schon nach kurzer Zeit (einige Stunden) zu Diarrhöen und Erbrechen. 

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Sterilisation ist die vollständige Abtötung aller Mikroorganismen, d.h. von lebenden Zellen, Schimmelpilzsporen und Endosporen. Eine vollständige Entkeimung kann durch feuchte Hitze bei 120 °C für mindestens 15 Minuten in einem Druckbehälter (Autoklav) oder durch trockene Hitze, also in Abwesenheit von Wasserdampf, bei noch höheren Temperaturen erreicht werden. Eine Sterilisation kann auch durch andere Methoden wie Bestrahlung, Filtration oder Behandlung durch toxische Chemikalien durchgeführt werden. Sterilisationsmethoden, die bei der Herstellung von Konserven und von H-Milch zum Einsatz kommen, haben im Vergleich zur Pasteurisierung einen weitaus negativeren Einfluss auf die Qualität der behandelten Lebensmitteln (z.B. Inaktivierung von Vitaminen bei hohen Temperaturen). In der Praxis mikrobiologischer Untersuchungen ist Sterilität eine wichtige Voraussetzung für das Arbeiten mit definierten Reinkulturen von Mikroorganismen.

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