Manchmal kann die Verarbeitung, die Lebensmittel sicher macht, Geschmack und Nährstoffe beeinträchtigen, aber die Lebensmittelwissenschaftlerin Jennifer Acuff sucht nach einer Möglichkeit, Lebensmittel sicher zu machen und Qualitätsverluste zu minimieren.
Lebensmittelverarbeiter nutzen häufig Hitze zur Pasteurisierung oder Sterilisation, um Lebensmittel durch die Abtötung von Krankheitserregern wie Salmonellen und Listerien sicher zu machen. Hohe Temperaturen können jedoch die Qualität der Lebensmittel beeinträchtigen. Um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten, verlässt sich die Industrie manchmal auf zu strenge Standards, die die Lebensmittelqualität unnötig beeinträchtigen, sagte Jennifer Acuff, Assistenzprofessorin für Lebensmittelmikrobiologie und -sicherheit an der Arkansas Agricultural Experiment Station, dem Forschungszweig der System Division of Agriculture der University of Arkansas.
Acuff und ihr Team konzentrierten sich auf Lebensmittelprodukte mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt wie Milchpulver und führten eine Studie durch, um nach einer Methode zu suchen, die Lebensmittelsicherheit garantiert und gleichzeitig je nach Lebensmittel die meisten Vitamine, Mineralien und den meisten Geschmack behält.
„Dieser kollaborative Ansatz umfasste Mikrobiologie, Technik und Statistik, um der Lebensmittelindustrie unserer Meinung nach ein Instrument zur Verbesserung der Sicherheit zu bieten, ohne die Qualität ihrer getrockneten Lebensmittelprodukte zu beeinträchtigen“, sagte Acuff.
Der Prozess sei nicht auf Lebensmittel mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt beschränkt und könne sich auch auf andere Lebensmittel und Prozesse erstrecken, fügte Acuff hinzu.
Unter Verwendung von Daten aus einer Studie über einen harmlosen „Ersatz“-Mikroorganismus und einer statistischen Technik namens „Bootstrapping“ entwickelten die Forscher einen Rahmen, um Lebensmittelverarbeitern Optionen gemäß den Richtlinien der US-amerikanischen Food and Drug Administration bereitzustellen.
„Wir haben eine Methodik vorgeschlagen, um auf der Grundlage von Risikotoleranzen einen Wert zwischen den liberalsten und konservativsten Ansätzen zur Lebensmittelverarbeitung auszuwählen“, sagte Jeyam Subbiah, Leiter der Abteilung für Lebensmittelwissenschaften. „Die Industrie kann diese Methodik nutzen, um einen Wert auszuwählen und bei der FDA eine Genehmigung zu beantragen.“
Obwohl es keine spezifische FDA-Vorschrift gibt, bittet die Regierung die Lebensmittelindustrie derzeit, einen Antrag auf eine Einzelfallprüfung zu stellen.
Die Studie „Bootstrapping for Estimating the Conservative Kill Ratio of the Surrogate to the Pathogen for Use in Thermal Process Validation at the Industrial Scale“ lautete: veröffentlicht online von der Zeitschrift für Lebensmittelproduktion März.
„Surrogate sind wie Dummies, die bei Crashtests verwendet werden, um die Sicherheit von Autos zu validieren“, sagte Subbiah. „Es handelt sich um apathogene Mikroorganismen, die eine ähnliche oder höhere Hitzeresistenz aufweisen sollten wie der eigentliche Erreger. Oft sind sie viel resistenter.“
Mithilfe einer „Log Cycle Reduction“, kurz LCR, berechnen Wissenschaftler, wie effektiv ein Prozess schädliche Mikroorganismen abtötet. „Log“ bezieht sich auf die Logarithmusskala, und 1-Log steht für eine 10-fache Reduzierung, was einer 90-prozentigen Reduzierung der Bakterien entspricht. Eine Reduzierung um 2 Logs wäre eine Reduzierung um 99 %, eine Reduzierung um 3 Logs wäre eine Reduzierung um 99,9 % und so weiter. Eine Reduzierung um 6 Logs entspricht einer Reduzierung von 99,9999 %.
Wenn Ersatzmikroorganismen für Herausforderungsstudien zur Lebensmittelsicherheit zur Sterilisation von Konserven verwendet werden, ist die Institut für Spezialisten für thermische Lebensmittelverarbeitung empfiehlt ein „einfaches mittleres“ oder durchschnittliches Abtötungsverhältnis, um die Lebensmittelsicherheit im industriellen Maßstab zu validieren. Subbiah sagte zum Beispiel, wenn die Sterilisation eine Reduzierung des Erregers um „12 log“ erfordern würde und das Ersatzprodukt doppelt so resistent sei, könne ein Verarbeiter eine Abtötung des Ersatzprodukts um „6 log“ nachweisen, und die FDA würde dies als gleichwertig akzeptieren .
Der Nachteil dieser Methode bestehe jedoch darin, dass sie die Variabilität der Mikroorganismen, sowohl des Erregers als auch des Ersatzorganismus, nicht berücksichtige, bemerkte Subbiah.
Obwohl sie weniger anfällig für durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger sind als frisches Fleisch und Milchprodukte, sind Lebensmittel mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt nicht immun. Verschiedene Arten von Salmonellen waren in den letzten 20 Jahren an 15 Todesfällen, Tausenden von Krankheiten und Hunderten von Krankenhausaufenthalten beteiligt, die auf infizierte Lebensmittel mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt wie getrocknetes Obst und Gemüse, Nüsse, Kräuter, Mehl und Gewürze zurückzuführen waren.
Nach diesen Ausbrüchen im Bereich der Lebensmittelsicherheit sei die Lebensmittelindustrie bei Studien zur Lebensmittelsicherheit „auf den konservativen Modus umgestiegen“, sagte Subbiah, indem sie das gleiche Maß an logarithmischer Reduzierung des Ersatzes forderte.
Wenn zum Beispiel die Sterilisation von Gewürzen eine Reduzierung der Salmonellen um 12 Logarithmen erfordert, würde die Industrie eine Reduzierung um 12 Logarithmen des Ersatzstoffes verzeichnen, obwohl dieser doppelt so resistent sein kann wie der Erreger. Dies gewährleistet zwar ein hohes Maß an Lebensmittelsicherheit, Nährstoffe können jedoch durch die starke thermische Verarbeitung abgebaut werden, erklärte Subbiah.
Das Risiko berechnen
Als Doktorand der Lebensmittelwissenschaften am Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences nutzte Arshpreet Khattra zuvor veröffentlichte Daten aus Subbiahs Labor zum Ersatz-Enterococcus faecium, um eine Lösung zur Qualitätssicherung bei der thermischen Verarbeitung zu entwickeln. Sie wandte die Bootstrapping-Technik an, um die Verteilung der Abtötungsrate in Milchpulvern abzuschätzen, anstatt die „einfache mittlere“ oder durchschnittliche Abtötungsrate zu berechnen.
Mit Bootstrapping können Wissenschaftler mit der Unsicherheit experimenteller Daten umgehen, indem sie viele Stichproben generieren, anstatt eine bestimmte Verteilung anzunehmen. Die Technik erfordert zufällig ausgewählte Datenpunkte aus den Originaldaten, um den Forschern eine gute Vorstellung davon zu geben, wie stark die Ergebnisse zufällig variieren können. Es wurde in verschiedenen Studien zur Verbesserung der Lebensmittelverarbeitungsmethoden und zur Bewertung der Lebensmittelsicherheitsrisiken verschiedener Mikroben in verschiedenen Lebensmitteln eingesetzt.
Aus der Schätzung der Tötungsratenverteilung könne die endgültige Tötungsrate auf einer gleitenden Risikoskala berechnet werden, bemerkte Subbiah. In einem hypothetischen Beispiel möchte ein Prozessor für ein Risikoniveau von 1 % möglicherweise eine Reduzierung des Ersatzwerts um 9 Logarithmen, was einer Reduzierung von 99,9999999 % entspricht. Ein Risikoniveau von 5 % würde eine Reduzierung um 8 log erfordern, und ein Risiko von 10 % würde eine Reduzierung des Surrogats um 6,5 log erfordern, was einer Reduzierung des Erregers um 12 log entspricht. Eine Reduktion um 12 log wird üblicherweise als Sterilisation bezeichnet, eine Reduktion um 4 bis 5 log gilt als Pasteurisierung.
Diese Methode schaffe ein Gleichgewicht zwischen der Abtötung schädlicher Bakterien und der Erhaltung der Qualität, sagte Subbiah.
Mehr Informationen:
Arshpreet Kaur Khattra et al., Bootstrapping zur Schätzung des konservativen Abtötungsverhältnisses des Ersatzstoffes zum Krankheitserreger zur Verwendung bei der thermischen Prozessvalidierung im industriellen Maßstab, Zeitschrift für Lebensmittelschutz (2024). DOI: 10.1016/j.jfp.2024.100264
Bereitgestellt von der University of Arkansas System Division of Agriculture