Schutzmassnahmen zur Verhinderung von Fadenziehen aktueller Forschungsstand

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1 57. Tagung für BäckereiTechnologie in Detmold November 2006 Schutzmassnahmen zur Verhinderung von Fadenziehen aktueller Forschungsstand Prof. Dr. Corinne GantenbeinDemarchi, HSW

2 Übersicht Ausgangslage und Zielsetzungen der Forschungsarbeiten Das Schadbild Fadenziehen und die Ursachen Die Gattung Bacillus und Bacillus subtilis Übersicht Untersuchungen Wichtigste Ergebnisse Schlussfolgerungen und Ausblick 2

3 Ausgangslage CH 2002/03: Bei Weizenbrot wird verschiedentlich das Verderbsbild Fadenziehen beobachtet. Es ist nicht klar erkennbar, welche Zusammenhänge zu diesem Auftreten von Fadenziehen geführt haben. Es sind dringend Lösungen für die Praxis gefordert, mit denen ein Verderb von Brot durch Fadenzieher verhindert werden kann. Die Hochschule Wädenswil wird beauftragt, sich mit der Problemstellung auseinanderzusetzen und Vorschläge zur Lösung des Problems zu erarbeiten. 3

4 Zielsetzungen 1. Erfassung der Problematik Fadenziehen. 2. Evaluation der Einflussgrössen, die das Fadenziehen verursachen und beeinflussen. 3. Evaluation von Schutzmassnahmen, mit denen das Fadenziehen verhindert werden kann. Forschungsarbeiten an der HSW Egli, Markus:(2003): Untersuchung zur gegenwärtigen Situation Fadenziehen in Backwaren und Ausarbeitung von Schutzmassnahmen. Semesterarbeit Hochschule Wädenswil, unveröffentlicht. Sutter, Miriam (2004): Evaluation von Schutzmassnahmen zur Verhinderung von Fadenziehen in Backwaren. Semesterarbeit Hochschule Wädenswil, unveröffentlicht. Wüthrich, Edith (2005): Schutzmassnahmen zur Verhinderung von Fadenziehen in Backwaren: Optimierung der Massnahmen und Implementierung in der Bäckerei. Semesterarbeit Hochschule Wädenswil, unveröffentlicht. Capatt, Maja (2006): Verifikation von Schutzmassnahmen zur Verhinderung des Verderbsbild Fadenziehen in Backwaren und Evaluation von Schnellmethoden zur Früherkennung des Schadbild. Semesterarbeit Hochschule Wädenswil, unveröffentlicht. 4

5 Das Schadbild Fadenziehen Hauptsächlich betroffene Brotsorten Weizenbrot, Weizenmischbrot oder Hefegebäck Verderbsbild Süsslicher, obstartiger Geruch Bitterer Geschmack Brotkrume verfärbt sich Brot wird schmierig und pappig Fadenbildung Verderbserreger Bacillus subtilis u.a. BacillusArten Einflussfaktoren: Kontamination: Mehl, Rework, Klimabedingungen Ernte, Keimbelastung Mehl Backzeit und Auskühlbedingungen Lagerbedingungen 5

6 Mikrobiologische Belastung von Weizen und Mehl: Untersuchungen Australien, 2003 Organismus % Positive Proben Weizen Air cond. Erster Bruch End Behand. Mehl Kleie Weizenkeime Coliforme E.coli Bacillus spp B.cereus Mes.aerobe Sporen Aerobe Thermophile Hefen Schimmelpilz Berghofer et al. (2003): Microbiology of wheat and flour milling in Australia. Int. J. Food Microbiol. 85, S

7 Verursacher von Fadenziehen Bacillus subtilis und andere BacillusArten Bakterielle Sporenbildner mit hitzeresistenten Sporen Vorkommen: Erde, Staub, Pflanzen, Keine Inaktivierung beim Backprozess Fakultativ anaerob, mesophil Amylase und ProteaseAktivität Verderbs und teilweise Vergiftungserscheinungen BacillusArten Fadenzieher Bacillus subtilis B.amyloliquefaciens B.circulans B.stearothermophilus B.pumilus B.licheniformis B.megaterium B.polymyxa B.macerans B.cereus (inkl.b.mycoides) Unakzeptierbares Profil wichtigste Verursacher von Fadenziehen Thomson et al. (1993): Spoilage of bread by Bacillus. Int.Biodeterior.Biodegrad.32, S

8 In Weizen und Weizenmehlen nachgewiesene Vertreter der Gattung Bacillus BacillusArten Weizen Weizenmehl n % n % B. brevis B. cereus B. circulans B. coagulans B. insolitus B. licheniformis B. megaterium B. pumilus B. subtilis Röcken, W., Spicher, G. (1993): Fadenziehende Bakterien Vorkommen, Bedeutung und Gegenmassnahmen. Getreide, Mehl und Brot 47, S

9 Bacillus subtilis als LMVergifter? (diverse Literaturquellen) Betroffene Lebensmittel Anzahl Fälle (Gesamte Fälle 175) % Fleischpasteten, Fleischrouladen Indische Reisgerichte Chinesische Reisgerichte Brot, Kuchen Geflügelpasteten Fleisch / PatéSandwich Pizza Griechische Reisgerichte Verschiedene Gerichte Unbekannt je 2 10 Symptome: Erbrechen, Durchfall, Magenkrämpfe, Brechreiz, Kopfschmerzen, Schweissausbrüche Infektionsdosis: ab 10 5 bis 10 6 KBE / g Fadenziehen: ab 10 7 bis 10 8 KBE / g (KBE = Kolonie bildende Einheiten) 9

10 Ablauf der Untersuchungen an der Hochschule Wädenswil Phase 1 Isolation und Analyse BacillusStämme Isolate aus verdorbenem Brot DSMStämme Phase 2 Standardisierte Bedingungen, die zum Fadenziehen führen Einfluss der Sporenkonzentration Optimale Fadenbildner Einfluss Temperaturund Zeit Phase 3 Evaluation Messmethodik zur Erfassung des Fadenziehens Mikrobiologische Untersuchungen Visuelle Untersuchungen Sensorische Untersuchungen Phase 4 Evaluation von Massnahmen zur Verhinderung des Fadenziehens Sauerteigzusatz: Evaluation optimale Konzentration Einfluss auf das Wachstum von Bacillus subtilis Einfluss auf die Entwicklung des Schadbilds Fadenbildung Milchsäure und EssigsäureKonz., phwerte 10

11 Phase 1 und 2: Standardisierte Methode Fadenziehen Mit zwei Isolaten B. subtilis aus verdorbenem Brot kann in ungesäuertem Weissbrot Fadenziehen verursacht werden Geprüfte Sporenkonzentrationen B. subtilis in Teig: 10 1 bis 10 8 /g In 1 Tag vermehrt sich Bacillus subtilis unabhängig von der anfänglichen Sporenkonzentration auf 10 7 bis 10 9 KBE/g Brot (KBE = Kolonie bildende Einheiten) Das Schadbild Fadenziehen wird innerhalb von 1 Tag hervorgerufen DSMZStämme B. subtilis: verursachen kein Fadenziehen (DSM = Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) Impfmaterial A 1.00E+09 log KBE/g 1.00E E E E E E E+02 V1 V2 V3 V4 V5 angeimpft nach 1 Tag Bacillus Konzentration in den Broten bei 37 C 11

12 Phase 3/4: Übersicht Versuche mit Vorteig Probenmaterial: Fadenziehendes Brot Impfkonzentration B. subtilissporen: 5x10 1 /g Teig Lagerung bei 37 o C Sauerteigzugabe von 0 bis 12% zum Teig (Einsatz von Sauerteig aus einem schweizerischen Backwarenbetrieb) Mehl 1250 g Wasser 750 g Hefe 62.5 g Salz 18.8 g Impfkonzentration 5*10^1 Sporen/ g Vorteigkonzentration 3%, 6%, 9%,12% Teig herstellen Chemischphysikalische Analysen Backen 30 Min / 230 C Untersuchungen auf: B. subtilis phwert Milch und Essigsäure Fadenziehen (optisch und Geruch) Lagern 24 h / 37 C Lagern bis Fadenziehen / 37 C Sensorische, Mikorbiologische und chemischphysikalische Analysen Sensorische, Mikorbiologische und chemischphysikalische Analysen Sensorische, Mikorbiologische und chemischphysikalische Analysen 12

13 B. subtilis und Fadenziehen bei verschiedenen Sauerteigkonzentrationen Tage Vorteigkonzentration [%] 1.E+09 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 1.E+00 KBE/g Erst ab Sauerteigzugabe von 12 % kann ein stärkeres Wachstum von Bacillus subtilis ( ) sowie ein Fadenziehen verhindert werden ). 13

14 phwert und Fadenziehen bei verschiedenen Sauerteigkonzentrationen Tage ph nach 24 h Vorteigkonzentration [%] Erst ab Vorteigzugabe von 12 % sinkt der phwert im Brot unter 5.5 ( ), Fadenziehen wird verhindert ( ) 14

15 Milch und Essigsäure bei verschiedenen Sauerteigkonzentrationen Milchsäure, Essigsäure [mg/l] ph Teig Vorteigkonzentration [%] Milchsäure Essigsäure ph Teig 4.5 Eine erhöhte Vorteigkonzentration korreliert mit erhöhten Milchund Essigsäurekonzentrationen und einem erniedrigten phwert. 15

16 Zusammenfassung Ergebnisse Sauerteigzugabe ph im Brot Fadenziehen 6.50 phwerte im Brot während der Lagerung bei 37 C; Impfmenge B. subtilis 5*10 2 Sporen/g Teig ph % 3 % 6 % 0% 3% 6% % Zeit [h] 0% Sauerteig: nach 48 h Fadenziehen ph: (5.75) 3% Sauerteig: nach 72 h Fadenziehen ph: (5.78) 6% Sauerteig: nach 96 h Fadenziehen ph: (5.65) 12% Sauerteig: kein Fadenziehen nach 5 Tagen ph: Weitere Untersuchungen zeigen: 9% Vorteig: nach 5 Tagen Fadenziehen ph: (5.60) 16

17 Brot mit 9% Sauerteig Entwicklung von Milch / Essigsäure im Verlauf Vorteigkonzentration 9% 140 Milchsäure, Essigsäure [mg/l] Fadenziehen Milchsäure Essigsäure Lagerdauer [d] Bei 9% Sauerteigzugabe tritt Fadenziehen nach 5 Tagen auf Eine Abnahme der Milchsäurekonzentration ist im Verlauf der Lagerung feststellbar phwert steigt von 5.1 (nach 24 h) auf 5.6 (nach 5 Tagen) an 17

18 Überblick: phwerte in Brot und Fadenziehen Sauerteigzugabe Teig Stichsonde Brot 24 h Stichsonde Brot bei Fadenziehen (Schadbild nach) 0 % (2 d) ph Sauerteig: % (3 d) 5 6 % (4 d) 9 12 % ( 5 d) 24 % (> 5 d) SollpHBereiche: Teig Brot 24 h Krit. phbereiche: Teig > 5.3 Brot 24 h >

19 Schlussfolgerungen Anfangskeimgehalt an B. subtilis Auch bei sehr tiefer Belastung an BacillusSporen (Kontamination Mehl, Rework ) muss unter ungünstigen Bedingungen mit Fadenziehen gerechnet werden Eine Kontamination lässt sich nur schwer zu verhindern (natürliche Rohstoffe!) B. subtilishaltige Pflanzenspritzmittel ein neues Problem? Fadenziehen unterliegt komplexen Faktoren Wichtigste Hürde: Ansäuerung! Einflussgrössen: phwert, Milch und Essigsäure Genaue Einhaltung und Kontrolle der Parameter (phwert) 19

20 Ausblick: weitere Untersuchungen/Fragestellungen Laufende Untersuchungen: B. subtilishaltige Spritzmittel (Partner: Fachschule Richemont Luzern) Können die in den Spritzmittel enthaltenen Keime das Schadbild Fadenziehen verursachen? Besteht die Gefahr einer erhöhten Kontamination von Getreide durch die Anwendung von B. subtilishaltigen Pflanzenspritzmittel? Offene Fragestellungen: Welches sind die entscheidenden Einflussgrössen (phwert, Milchoder Essigsäure, andere?) zur Verhinderung des Schadbilds Fadenziehen? Schnelltest zur Früherkennung des Schadbilds: genügt die Erfassung des phwerts während des Prozesses, oder gibt es aussagekräftigere und schnellere, bessere Möglichkeiten? 20

21 Dank An die Absolventinnen und Absolventen der HSW Markus Egli Miriam Sutter Edith Wüthrich Maja Capatt An die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Lebensmittelmikrobiologie und der Backwarentechnologie der HSW An die Fachschule Richemont, Luzern und verschiedene Schweizer Backwarenbetriebe und vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 21