Lebensmittelwissenschaftler entwickeln Rahmenbedingungen, um die Lebensmittelqualität zu verbessern und gleichzeitig Krankheitserreger abzutöten

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 Mikrobiologie und Lebensmittelsicherheit an der Arkansas Agricultural Experiment Station, dem Forschungszweig der System Division of Agriculture der University of Arkansas .

Acuff und sein Team konzentrierten sich auf Lebensmittelprodukte mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt wie Milchpulver und führten eine Studie durch, um nach einer Methode zu suchen, um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten und gleichzeitig je nach Lebensmittel die meisten Vitamine, Mineralien und Aromen zu erhalten.

„Dieser kollaborative Ansatz umfasste Mikrobiologie, Technik und Statistik, um der Lebensmittelindustrie unserer Meinung nach ein Instrument zur Verbesserung der Sicherheit bereitzustellen, ohne die Qualität ihrer getrockneten Lebensmittelprodukte zu beeinträchtigen“, sagte Acuff.

Der Prozess ist nicht auf Lebensmittel mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt beschränkt und kann auf andere Lebensmittel und Prozesse ausgedehnt werden, fügte Acuff hinzu.

Mithilfe von Daten aus einer Studie über einen harmlosen „Ersatz“-Mikroorganismus und einer statistischen Technik namens „Bootstrapping“ entwickelten Forscher einen Rahmen, um Lebensmittelverarbeitern Optionen im Rahmen der Lebensmittel- und Arzneimittelrichtlinien bereitzustellen.

„Wir haben eine Methodik vorgeschlagen, um basierend auf der Risikotoleranz 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 die FDA-Zulassung zu beantragen.“

Obwohl es keine spezifische FDA-Vorschrift gibt, verlangt die Regierung derzeit von der Lebensmittelindustrie, von Fall zu Fall einen Antrag auf Überprüfung einzureichen.

Die Studie mit dem Titel „Bootstrapping for Estimation of Conservative Kill Rate of Pathogen Surrogate for Use in Validation of Industrial-Scale Thermal Processes“ wurde online von der veröffentlicht Zeitschrift für Lebensmittelproduktion März.

„Surrogate sind wie Dummies, die bei Crashtests verwendet werden, um die Sicherheit von Autos zu überprüfen“, sagte Subbiah. „Dabei handelt es sich um apathogene Mikroorganismen, die eine ähnliche oder größere Hitzeresistenz aufweisen sollten wie der eigentliche Erreger. Oftmals sind sie deutlich resistenter.“

Wissenschaftler verwenden „Log Cycle Reduction“ oder LCR, um zu berechnen, wie effektiv ein Prozess schädliche Mikroorganismen abtötet. „Log“ bezieht sich auf die logarithmische Skala und 1-log steht für eine 10-fache Reduzierung, was einer 90-prozentigen Reduzierung der Bakterien entspricht. Eine Reduzierung um 2 Log würde einer Reduzierung um 99 % entsprechen, eine Reduzierung um 3 Log würde einer Reduzierung um 99,9 % entsprechen und so weiter. Eine Reduzierung um 6 Logs entspricht einer Reduzierung von 99,9999 %.

Wenn Ersatzmikroorganismen für Lebensmittelsicherheitsstudien zur Sterilisation von Konserven verwendet werden, empfiehlt das Institute of Food Thermal Processing Specialists einen „einfachen Durchschnitt“ oder eine durchschnittliche Sterblichkeitsrate, um die Sicherheit von Lebensmitteln im industriellen Maßstab zu validieren. Subbiah sagte beispielsweise, dass, wenn die Sterilisation eine Reduzierung des Erregers um „12 log“ erfordern würde und das Ersatzprodukt doppelt so resistent wäre, ein Verarbeiter eine Abtötung des Ersatzprodukts um „6 log“ nachweisen könnte und die FDA dies als gleichwertig akzeptieren würde. .

Der Nachteil dieser Methode bestehe jedoch darin, dass sie die Variabilität sowohl pathogener als auch surrogater Mikroorganismen nicht berücksichtige, bemerkte Subbiah.

Obwohl sie weniger anfällig für durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger sind als frisches Fleisch und Milchprodukte, sind Lebensmittel mit niedrigem Wassergehalt 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 in Studien zu den Herausforderungen der Lebensmittelsicherheit „in einen konservativen Modus übergegangen“, sagte Subbiah und forderte das gleiche Maß an logarithmischer Reduzierung des Ersatzstoffes.

Wenn zum Beispiel die Sterilisation von Gewürzen eine Reduzierung der Salmonellen um 12 Logarithmen erfordert, würde die Industrie eine Reduzierung um 12 Logarithmen bei den Ersatzstoffen verzeichnen, auch wenn diese möglicherweise doppelt so resistent sind wie der Erreger. Dies gewährleistet zwar ein hohes Maß an Lebensmittelsicherheit, Nährstoffe können jedoch durch die starke Hitzebehandlung abgebaut werden, erklärte Subbiah.

Berechnen Sie das Risiko

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 Erhaltung der thermischen Verarbeitungsqualität zu entwickeln. Sie wandte die Bootstrapping-Technik an, um die Verteilung der Sterblichkeitsrate in Milchpulvern abzuschätzen, anstatt den „einfachen Durchschnitt“ oder die durchschnittliche Sterblichkeitsrate zu berechnen.

Mithilfe von Bootstrapping können Wissenschaftler die Unsicherheit in experimentellen Daten bewältigen, indem sie viele Stichproben generieren, anstatt eine bestimmte Verteilung anzunehmen. Die Technik erfordert zufällig ausgewählte Datenpunkte aus den Originaldaten, um Forschern eine gute Vorstellung davon zu geben, wie stark die Ergebnisse aufgrund von Zufall 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 Sterblichkeitsratenverteilung könne die endgültige Sterblichkeitsrate auf einer gleitenden Risikoskala berechnet werden, bemerkte Subbiah. In einem hypothetischen Beispiel würde ein Verarbeiter für ein Risikoniveau von 1 % möglicherweise eine Reduzierung des Ersatzwerts um 9 Logarithmen wünschen, 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 Ersatzstoffes um 6,5 log erfordern, was einer Reduzierung des Erregers um 12 log entspricht. Eine Reduzierung um 12 log wird im Allgemeinen als Sterilisation bezeichnet und eine Reduzierung um 4 bis 5 log wird als Pasteurisierung bezeichnet.

Diese Methode schaffe ein Gleichgewicht zwischen der Abtötung schädlicher Bakterien und der Erhaltung der Qualität, sagte Subbiah.