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Damit Milch, Käse, Joghurt und Quark auch „gentechnikfrei“ sein kann

Bakteriophagen schleusen ihre DNA in das Bakterium ein, vermehren sich dort rasend schnell und zerstören am Ende den Wirtsorganismus. In der Natur sind Phagen überall. Manche von ihnen können für den Menschen gefährlich sein. In der Produktion fermentierter Lebensmittel stellen Phagen ein großes Kontaminationsrisiko dar. Kanadische Forscher (Lévesque et al. 2005) schätzen, dass sie rund zehn Prozent der Produktionsausfälle in der Milchverarbeitung verursachen. Sie befallen dort Bakterien wie Lactococcus lactis oder Streptococcus thermophilus, die als sogenannte Starterkulturen der Milch zugesetzt werden, um daraus Käse, Joghurt, Quark und andere Milchprodukte herzustellen.

Reproduktionszyklus von Phagen, die die Wirtszelle zerstören © Forchheim, 2009

In Deutschland (Atamer et al. 2009) wurden in einer industrierepräsentativen Studie, an der sich 17 Molkereibetriebe und 2 Starterkulturenhersteller beteiligten, aus Produktionsproben von 12 Molkereien eine Vielzahl unterschiedlicher Phagen isoliert. Dabei stellte sich u.a. heraus, dass die phagenbelasteten Proben vor allem aus kleineren Betrieben stammten. Fachleute erklären dies damit, dass diese Betriebe in der Regel weder das Know how noch das entsprechende Personal im Betrieb haben, um eine fortgeschrittene Analytik im Produktionsprozess anzuwenden. Diese Betriebe verlassen sich auf ihre Erfahrung, auf klassische Analysemethoden und auf die üblichen thermischen Verfahren der Inaktivierung von Phagen. Die gute Nachricht der Studien, die vom Transfer-Zentrum-Milch der Universität Hohenheim/LAZBW Wangen vorgestellt wurden, ist allerdings, dass die Phagenkontamination nicht auf mangelnde Hygiene in den Molkereien zurückzuführen ist. Waren Molke- und Salzbadproben in der Untersuchung fast immer mit Phagen belastet, wurden diese in Reinigungslösungen nicht gefunden. Das Problem sind Phagen, die schon in der Rohmilch zu finden sind, die in der Molkerei angeliefert wird.

Die drei Hauptarten von Lactococcus-Phagen © Moineau, 1999: 378

Zwar ist es gelungen, aufgrund strenger Hygienemaßnahmen, die schon im Stall beim Melken beginnen, die Phagenkontamination hierzulande auf eine geringe Konzentration (typisch 103 pfu - plaque-forming units) zu senken, doch kann die niedrige Ausgangskonzentration trotz Pasteurisierung am Anfang in den nachfolgenden Prozessschritten der Milchverarbeitung in kurzer Zeit auf 108 bis 1010 pfu anwachsen, insbesondere nach Konzentrierungsprozessen. Doch wenn die Bakteriophagen auch mit steigender Temperatur abgetötet werden, so gehen doch dabei immer positive Eigenschaften der Rohmilch verloren. Dies ist denn auch eine der Herausforderungen bei der Milchverarbeitung: Möglichst geringe Hitzebehandlung der Milch ohne dadurch die Sicherheit von Produktion und Produkt zu gefährden.

Das Dilemma der thermischen Behandlung von Milch

Zusammensetzung der Milch unterschiedlicher Tierarten: Monitoring der Milchpasteurisierung durch milcheigene Enzyme am Beispiel der Alkalischen Phosphatase © Egger C., Berger T, 2008
Wie „gesund" die Milchprodukte, wie groß deren „Genußqualität" für die Konsumenten ist, darüber entscheidet neben der Fütterung die Verarbeitung der Rohmilch wesentlich mit. Will man keine Geschmacksverstärker (etwa künstliche Aromakonzentrate etc.) zusetzen, dann geht es darum, durch minimale Hitzebehandlung die positiven Eigenschaften der qualitativ hochwertigen Rohmilch zu erhalten. Das Aroma fermentierter Milchprodukte wird dabei entscheidend von den Starter- und Aromakulturen beeinflusst. Durch die Genomforschung (Bolotin et al. 2004; Fortier et al. 2006) kennt man inzwischen viele Gene, die an der Produktion der aromabildenden Substanzen im Stoffwechsel von Milchsäurebakterien (z.B. Lactobacillus casei) beteiligt sind (Bogicevic 2010). Ueli Bütikofer, Programmleiter des schweizerischen Forschungsprogramms Nutriscope, entwickelt an Agroscope Bern-Liebefeld solche Kulturen für hochwertige Milchprodukte. Eine der großen Herausforderungen ist es dabei, sagt Bütikofer Stämme zu finden, die unter Praxisbedingungen zu den gewünschten Aromaqualitäten führen.
Aromabildende Substanzen können durch Genomforschung ausfindig gemacht werden © Ueli Bütikofer, Nutriscope 12.2010

Die Pasteurisierung ist das klassische Verfahren zur Inaktivierung von Keimen. Für die Milchverarbeitung sind gesetzlich vorgeschrieben (vgl. EG 2074/2005) die Kurzzeiterhitzung (min. 72 °C für 15 Sekunden) oder alternativ die Dauererhitzung (min. 63 °C für 30 Minuten). Die sog. Ultrahocherhitzung darf nicht weniger als 135 °C bei geeigneter Heißhaltezeit betragen. Da sich jedoch die thermische Behandlung nicht nur auf die Keime bzw. die Keimzahl auswirkt, sondern auch auf die Textur und den Geschmack der Milchprodukte, variieren die Verarbeiter die Temperatur-Zeit-Prozesse jenseits der Untergrenze. Weil aber margenstarke Milchprodukte wie Vorzugsmilch oder Rohmilchkäse typisch bei niedrigeren Temperaturen verarbeitet werden, kombiniert man die thermische Behandlung mit anderen Verfahren (z.B. Mikrofiltration).

Lebensmittelverarbeiter müssen heute mehr tun, als sich ausschließlich an den Vorschriften zu orientieren. Um kleine und mittelständische Milchverarbeiter, die sich kein eigenes Labor im Betrieb leisten können, zu unterstützen, setzen die EU-Vorschriften auf die Eigenverantwortung der Betriebe. So heißt es zur Analytik (91/180/EWG: §2): „Die Untersuchung muss sich auf die am häufigsten mit Lebensmittelvergiftungen in Verbindung gebrachten Bakterien beziehen." Und wer sich nur auf seine Erfahrung verlässt oder gar darauf, dass „noch nichts Ernstes passiert" ist, den mahnen Forscher (Ehling-Schulz 2010; Hinrichs 2007; Quiberoni 2003) aber auch Juristen (von Jagow/Teufer 2007) zur Vorsicht. Manche Bakteriophagen werden erst bei 90 Grad Celsius abgetötet. Das Problem, sagen Praktiker, ist der Verderb der Prozessmilch, der durch nicht abgetötete Phagen bewirkt wird, und die damit einhergehende Rekontamination der Milchprodukte mit pathogenen Keimen. Neue Gefahren entstehen von Sporen, die man bei den Verarbeitern bislang nicht kannte oder die man für irrelevant hielt. Doch angesichts verbesserter Informationsmöglichkeiten, Warnsysteme und analytischer Tests können sich auch kleinere Milchverarbeiter immer weniger mit dem Verweis auf die gesetzlichen Bestimmungen herausreden. Schon längst verlangen Großabnehmer im Handel von ihren Lieferanten mehr als die Einhaltung der amtlichen Vorschriften.

Eine große Herausforderung ist die Suche nach an der Produktion der aromabildenden Substanzen im Stoffwechsel von Milchsäurebakterien beteiligten Gen-Stämmen, die unter Praxisbedingungen zu den gewünschten Aromaqualitäten führen © Ueli Bütikofer, Nutriscope 12.2010

Janusköpfige Phagen

Phagen sind nicht nur eine Bedrohung, sie sind seit langem wertvolle kleine Helfer für die gentechnische Herstellung von Medikamenten. Molekularbiologen können damit etwa Protein-Protein-, Protein-DNA- oder Protein-Peptid-Interaktionen aufklären. Eine neuere Entwicklungen (Hagens/Lössner 2010) macht sich die Eigenschaft von Bakteriophagen zunutze, zielgenau und mit hoher Spezifität ihren Wirtsorganismus zu finden. In der Ukraine und den USA sind Probiotika auf dem Markt, die sich phagentherapeutische Ansätze zunutze machen. Phagen werden eingesetzt in Schnelltests zur Entdeckung und Differenzierung von Listerienarten. Dies geschieht dadurch, dass die Phagenlysine zelluläre Bestandteile aus dem Wirtsorganismus freisetzen, die dann wiederum mit konventionellen Methoden gemessen werden können. Mehr noch, mittlerweile gibt es maßgeschneiderte Phagen, die gefährliche Zielbakterien (Listerien, Salmonellen, Campylobacter etc.) in situ abtöten und Rohstoffe wie bereits verpackte Lebensmittel entkeimen. Bislang ist jedoch umstritten, inwieweit dies Kontaminationsrisiken minimiert oder gar dazu eingesetzt werden kann, mangelnde Hygiene bei der Verarbeitung zu verschleiern. Bio- und Gentechnologie tragen heute zu einer grösseren Lebensmittelsicherheit bei, frühzeitiger als bisher und überdies zu relativ niedrigen Kosten (von Jagow/Teufer 2007). Entsprechend zugelassene Präparationen gelten für den menschlichen Genuss als „allgemein anerkannt sicher", wie die amerikanische Lebensmittelbehörde FDA in mehreren Fällen bestätigt hat.

Sicherheit durch moderne Biotechnologie

Lebensmittelsicherheit und Prävention von Fermentationsstörungen durch Bakteriophagen sind zwei Seiten derselben Medaille. Die moderne Biotechnologie leistet heute einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der technischen Probleme (Mozzi 2010). Zum Erfolg bedarf es aber der Integration von Einzeltechnologien, ob Biotechnik, Mechatronik oder Lebensmittelchemie. Auch wenn Forschungsinstitute Einsichten, Methoden und Empfehlungen liefern, die praktische Umsetzung erfolgt in der Milchindustrie. Das war auch ein Fazit des BioLAGO Clubs Food for Health, der sich zum Fachgespräch beim Landwirtschaftlichen Zentrum Baden-Württemberg, Milchwirtschaft Wangen im Allgäu traf. Technologieoffenheit ist Trumpf und das Erfolgsgeheimnis renditestarker Milchverarbeiter - ob im Allgäu, in Vorarlberg, der Schweiz, Finnland oder Neuseeland.

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