Bedeutung der Redoxpotentialmessung für die Beurteilung und ...

Scheuer, R. (2008) Mitteilungsblatt der Fleischforschung Kulmbach 47, Nr. 180, 113-116Bedeutung der Redoxpotentialmessung für die Beurteilung undDifferenzierung mikrobiologischer Prozesse –Untersuchung der Keim hemmenden Wirkung von Natriumacetat (E 262i)Significance of the measurement of the redox potential for the evaluation and differentiationof microbiological processes –Investigation of the preservative effect of sodium acetate (E 262i)R. SCHEUERZusammenfasssungGegenstand der Untersuchung war ein Vergleich der mikrobiologischen Wirksamkeit vonNatriumacetat und Natriumchlorid im unteren Konzentrationsbereich. Während Keimzahlmessungenhier aufgrund statistischer Schwankungen nur unzureichende Ergebnisse liefern,kann die Redoxpotentialmessung auch unter diesen Bedingungen klare Zusammenhängeoffenlegen. Die Redoxpotentialmessung hat im Hinblick auf die genaue Differenzierung mikrobiologischerAktivitäten eindeutige Vorteile gegenüber anderen Verfahren.SummarySubject of this investigation was to draw a comparison between the microbiological activity ofsodium chloride and sodium acetate at low concentration levels. Due to a statistical variationthe determination of the bacteria count only provides insufficient reliable results. On the otherhand the measurement of the redox potential delivers clear and reproducible correlations betweenthe added salt concentration and the duration of the ‘electrochemical lag-phase‘. Thuswith respect to a precise differentiation of microbiological activities the measurement of theredox potential has an obvious advantage compared to other methods.SchlüsselwörterKey WordsRedoxpotential – Mikrobiologische Wirksamkeit – Natriumacetat –Listeria innocuaredox potential – microbiological activity – sodium acetate –Listeria innocuaEinleitungDie Redoxpotenialmessung ermöglicht dieunmittelbare und kontinuierliche Beobachtungmikrobiologischer Vorgänge überphysikalisch-chemische Änderungen desumgebenden Milieus. Wir haben über dieVorteile des Verfahrens bereits mehrfachberichtet (RÖDEL und SCHEUER, 2007).Bisher führt dieses Verfahren in der Praxismikrobiologischer Anwendungen noch einSchattendasein, trotz erheblicher Vorteilegegenüber herkömmlichen mikrobiologischenUntersuchungsverfahren.Aufgrund der Simplizität der Methode unddes geringen experimentellen Aufwandesfür auch größere Versuchsreihen sindmultifaktorielle mikrobiologische Erhebungenerst möglich, die einen Einstieg in einekünftige voraussagende Mikrobiologieliefern und das Verständnis mikrobiologischerProzesse erweitern könnten. Ein erheblicherVorteil des Redoxpotential-Verfahrensliegt daneben in einer besserenDifferenzierbarkeit der Ergebnisse und soauch in einer erweiterten Möglichkeit zurAbsicherung klassischer Untersuchungsverfahren.Dieser besondere Aspekt sollanhand des Nachweises der konservierendenWirkung von Natriumacetat näherbestimmt werden.Natriumacetat (E 262i) wird verschiedenenLebensmitteln – auch Fleischerzeugnissen– als Konservierungsstoff und Säureregu-113

Scheuer, R. (2008) Mitteilungsblatt der Fleischforschung Kulmbach 47, Nr. 180lator zugesetzt. Natriumacetat gilt als gesundheitlichunbedenklich, es wird im Körperzu Kohlendioxid verstoffwechselt oderals Baustein benutzt. Zur quantitativenÜberprüfung der konservierenden Wirkungvon Natriumacetat wurden äquimolareMengen Natriumchlorid und Natriumacetatmit der Redoxpotentialmessung und überdie Messung der Keimzahlen hinsichtlichihrer Keim hemmenden Wirkung untersucht.Material und MethodenEs wurden sowohl physikalisch-chemischeMessungen als auch mikrobiologischeMessungen durchgeführt.MessanordnungDas System zur kontinuierlichen Messungder Redoxpotentiale besteht aus Einstabmessketten(Fa. Schott, Typ Sa Pt 6140),einem Datenlogger (Fa. Ahlborn, ALMEMO2590-9 V5 ® ) zur Aufnahme der Messsignaleund einer Datenerfassungsanlage(Laptop) zur Speicherung und Verarbeitungder Daten (Software: Fa. akrobit ®software, AMR WinControl). Die Messelektrodenstecken in passgenauen Messröhrchen,die über eine temperierte Messbox(Eigenanfertigung) einer festgelegtenTemperatur von 20 °C ausgesetzt wurden.Alle Messungen waren als Doppelmessungenangelegt. Eine eingehende Beschreibungder Methodik zur Redoxpotential-Messungwurde von uns bereits publiziert(RÖDEL und SCHEUER, 1998 und2003). Der Wasseraktivitätswert und pH-Wert wurden am Beginn der jeweiligenMessreihe mit einem a W -Kryometer AWK-10 ® (Fa. NAGY; RÖDEL et al., 1989) undeinem pH-Meter (WTW) – über Doppelmessung– ermittelt.Mikrobiologische MethodenAlle Untersuchungen wurden in einemFlüssig-Nährmedium (Merck, Fraser-Listerien-Selektivnährbouillon)durchgeführt.Durch Zugabe von Kochsalz oder Natriumacetatin Mengen von 0, 30, 100 und200 mmol/l ergaben sich in der BouillonWasseraktivitätswerte von circa 0,984(reine Bouillon), 0,980, 0,975 und 0,972.Die einzelnen Chargen wurden mit Listeriainnocua (Stamm Li 13 der Stammsammlungdes MRI; Standort Kulmbach) beimpft.Die Inokulationsraten betrugen etwa5-10 x 10 3 KbE/ml (KBE: Koloniebildende-Einheiten pro Milliliter).Zur Keimzählung von Listeria innocuawurde jeweils 1 ml der Nährbouillon entnommenund mit 9 ml physiologischerKochsalzlösung gut vermischt. Nach Anlegenvon Verdünnungsreihen wurden jeweils0,1 ml der entsprechenden Verdünnungsstufenauf Standard-I-Agar (Merck)zur Bestimmung der Keimzahlen aufgetragenund anschließend bei 37 °C über 24Stunden bebrütet.Ergebnisse und DiskussionDer Zusatz von Natriumchlorid und Natriumacetatin den untersuchten Mengen vonbis zu 200 mmol/l hatte keinen merklichenEinfluss auf den Ausgangs pH-Wert desNährmediums von ca. 7,1. Fraser-Bouillonist ein pH-gepuffertes Medium. Der Wasseraktivitätswertsank durch die Zugabeäquimolarer Mengen an Natriumchloridund Natriumacetat in etwa gleichem Maßeab von 0,984 (Ausgangsbouillon) zu Wertenvon 0,980 (30 mmol/l), 0,975 (100mmol/l) und 0,972 (200 mmol/l). Die Redoxpotentialverläufewurden kontinuierlichüber den gesamten Versuchszeitraum von3 Tagen gemessen und die Keimzahlentäglich vom Versuchsbeginn bis zum drittenVersuchstag. Bei Salzzugaben von 30und 100 mmol/l zeigten die Keimzahlenkeine eindeutigen Zusammenhänge zwischendem Keimwachstum und den zugegebenenSalzkonzentrationen. Erst beiKonzentrationen von 200 mmol/l zeigte dieEntwicklung der Keimzahl eine eindeutigeTendenz (s. Abb. 1). Die Auswertung derRedoxpotential-Messungen lieferte überden gesamten Messbereich eindeutigeErgebnisse. In Abbildung 2 sind die Redoxpotential-Verläufebei Zugabe von 100mmol/l Natriumchlorid und Natriumacetatgegen eine Kontrollprobe dargestellt. DiePotentialwerte in der Graphik sind Relativwerte,d. h. der Messwert wurde nacheiner Einstellzeit von ca. 10 Minutenin Nullstellung gebracht. Der direkte Vergleicherfolgt über die entsprechende114

Scheuer, R. (2008) Mitteilungsblatt der Fleischforschung Kulmbach 47, Nr. 180Abb. 1: Vergleich der Keimzahlverläufevon Listeria innocua (Li 13) inFraser-Selektivnährbouillon beiZugabe von äquimolarenMengen Natriumacetat undNatriumchloridAbb. 2: Vergleich der Redoxpotentialverläufein Fraser-Selektivnährmediuminokuliert mit Listeriainnocua (Li 13) beiZugabe äquimolarer Mengenan Natriumacetat und NatriumchloridAbb. 3: Vergleich der mikrobiologischenWirksamkeit von Natriumacetatund Natriumchlorid gegenListeria innocua auf Basis derRedoxpotentialmessungKontrollprobe. Die Länge der „elektronischenLag-Phase“, also die Zeitdauer bises zu einem exponentiellen Abfall des Redoxwerteskommt, ist ein Maß für die Stärkedes Keim hemmenden Effektes deszugegebenen Substrates. In diesem Beispielist zu erkennen, dass bei einer Konzentrationvon 100 mmol/l Natriumchloridim Vergleich zur Kontrollprobe (blaue Linie)die „Lag-Phase“ der Probe mit Zugabevon Natriumchlorid (rote Linie) eindeutignach rechts verschoben ist, währendbei Zugabe von 100 mmol/l Natriumacetat(grüne Linie) die Potentialkurve bereits115

Scheuer, R. (2008) Mitteilungsblatt der Fleischforschung Kulmbach 47, Nr. 180früher abfällt als die Kontrollprobe. Natriumchloridhat also bei dieser Konzentrationeinen schwach Keim hemmenden Effektauf Listeria innocua, Natriumacetathingegen einen begünstigenden Effekt aufdas Keimwachstum. Die Abhängigkeit zwischenden Konzentrationen der Salze undder relativen Länge der „Lag-Phase“ (gemessengegen die Kontrollprobe) sind inAbbildung 3 dargestellt. Danach hat Natriumchloridmit steigender Konzentrationdurch die Absenkung des Wasseraktivitätswerteseinen stetig ansteigendenhemmenden Effekt auf das Wachstum vonListeria innocua, während Natriumacetatbei geringen Konzentrationen das Keimwachstumbegünstigt und erst bei höherenKonzentrationen das Keimwachstum vonListeria innocua abschwächt. Die Ergebnissedeuten also darauf hin, dass Acetatin geringen Konzentrationen im Stoffwechselvon Listeria innocua verwertetwerden könnte, während in hohen Konzentrationender „Wasseraktivitäts-Effekt“zum Tragen kommt.LiteraturRödel, W. und R. Scheuer (1998): Das Redoxpotentialbei Fleisch und Fleischerzeugnissen.1. Bedeutung, Messung und Berechnung desRedoxpotentialwertes. Fleischwirtschaft 78,975-981Rödel, W. und R. Scheuer (2003): Zur Beziehungvon Redoxpotential und Keimwachstum.(Teil 1): Fleischwirtschaft 83, 98-101(Teil 2): Fleischwirtschaft 83, 127-131Rödel, W. und R. Scheuer (2007): Neue Erkenntnissezur Hürdentechnologie – Erfassungvon kombinierten Hürden. Fleischwirtschaft 87,111-115116