Neue Erkenntnisse zur Mikrobiologie von Fleisch und pflanzlichen Alternativen: Interaktionen und Risiken im Fokus

Die erste Studie* analysierte mikrobielle Dynamiken und Interaktionen zwischen Bakterien und Pilzen auf vakuumverpacktem Rindfleisch über einen Zeitraum von 85 Tagen. Mithilfe von Sequenzierungen, Co-Kultur-Experimenten, quantitativen und genomischen Analysen wurde ein detailliertes Bild der mikrobiellen Entwicklung und ihrer gemeinschaftlichen Interaktionen erstellt. Die Ergebnisse deuten auf ein dreiseitiges Interaktionsnetzwerk zwischen Hefen (insbesondere Kurtzmaniella), Milchsäurebakterien (LAB) und Enterobakterien (z. B. Serratia) hin.

Interaktionen zwischen Mikroorganismen und ihre potenziellen Auswirkungen auf die Haltbarkeit

Hefen fördern das Wachstum von LAB, indem sie Metaboliten wie Aminosäuren und Peptide bereitstellen, die durch ihre enzymatischen Aktivitäten freigesetzt werden. LAB hemmen wiederum Enterobakterien durch die Produktion von organischen Säuren und Bakteriozinen - von Bakterien produzierte Stoffe, die andere Bakterien inhibieren oder abtöten können. Enterobakterien zeigen negativen Einfluss auf das Wachstum von Hefen, vermutlich durch die Produktion von Enzymen, die Pilzzellwände abbauen, oder durch sekundäre Metaboliten. „Diese antagonistischen und mutualistischen Beziehungen deuten auf einen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaftsstrukturen hin – mit Konsequenzen für die Haltbarkeit vakuumverpackten Fleisches“, so Erstautor der Studie Franz-Ferdinand Roch vom Zentrum für Lebensmittelwissenschaften und Öffentliches Veterinärwesen an der Vetmeduni.

Die mikrobielle Zusammensetzung veränderte sich deutlich im Zeitverlauf: Anfangs dominierende Spezies wie Pseudomonas und Brochothrix werden ab Tag 15 zahlenmäßig von LAB überholt, die zu diesem Zeitpunkt etwa 75% der bakteriellen Population ausmachten. Parallel dazu bleibt die Pilzgemeinschaft divers, wobei Kurtzmaniella, Barnettozyma, Debaryomyces und Yarrowia als dominante Gattungen identifiziert wurden. Der Anstieg der LAB korrelierte mit einem Rückgang der Alpha-Diversität. In bestimmten Chargen traten Enterobacterales wie Serratia und Kluyvera vermehrt auf, während gleichzeitig die Hefepopulation – insbesondere Kurtzmaniella – zurückging. Diese Beobachtung stützt die Hypothese eines dreiseitigen Interaktionsnetzwerks zwischen Bakterien und Hefen. Die Ko-Kultur-Experimente bestätigten diese Wechselwirkungen: Hefen förderten das Wachstum von LAB, beeinflussten jedoch Enterobakterien kaum. „Umgekehrt zeigten sowohl LAB als auch Enterobakterien hemmende Effekte auf das Hefewachstum, wobei Enterobakterien besonders stark wirkten,“ erklärt Roch.

Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Überwachung mikrobieller Interaktionen anstelle der isolierten Betrachtung einzelner Taxa, um die Mechanismen des Fleischverderbs besser zu verstehen. Dies könnte zu präziseren Qualitätskontrollmaßnahmen in der Fleischindustrie führen. Die Studie hebt die oft übersehene Rolle von Pilz-Bakterien-Interaktionen hervor und schlägt vor, diese Mechanismen in zukünftigen Forschungen unter realen Bedingungen weiter zu untersuchen, um Strategien zur Verbesserung der Fleischsicherheit und Haltbarkeit zu entwickeln.

Mikrobielle Vielfalt in pflanzlichen Fleischalternativen

Eine weitere Studie** unter Federführung der Vetmeduni untersuchte die mikrobielle Besiedlung von 32 pflanzlichen Fleischalternativen aus österreichischen Supermärkten, die auf Erbsen- oder Sojaprotein basieren und entweder eine faschierte oder faserige Textur aufweisen. Die Produkte zeigten eine hohe mikrobielle Vielfalt, wobei Milchsäurebakterien (LAB) in vielen Proben dominierten. Die identifizierten LAB Spezies weisen ein metabolisches Potenzial zur Produktion organischer Säuren auf, die das Wachstum anderer Bakterien hemmen können. Zudem wurden genetische Hinweise auf Stoffwechselwege für Verbindungen wie Diacetyl, Acetoin und Ethanol gefunden – Substanzen, die mit der Entstehung unerwünschter Gerüche und Geschmäcker assoziiert sind und somit zu sensorischen Veränderungen sowie einer verkürzten Haltbarkeit führen können.  

„Wir fanden auch potenziell pathogene Mikroorganismen, darunter Escherichia coli, Staphylococcus aureus und verschiedene Klebsiella-Arten. Obwohl die Anzahl dieser pathogenen Isolate gering war, verdeutlichen die Ergebnisse, dass die Produkte ein potenzielles Medium für lebensmittelbedingte Pathogene darstellen, insbesondere bei unzureichender Küchenhygiene oder ungenügendem Erhitzen vor dem Verzehr“, sagt Studienleiterin Evelyne Selberherr, ebenfalls vom Zentrum für Lebensmittelwissenschaften und Öffentliches Veterinärwesen an der Vetmeduni. „Dies unterstreicht die Notwendigkeit strengerer Hygienestandards und klarer Zubereitungsempfehlungen, um die Sicherheit dieser Produkte zu gewährleisten.“

Die Ergebnisse betonen auch, dass die mikrobiellen Dynamiken in diesen Produkten besser verstanden werden müssen, um die Haltbarkeit zu verbessern, Hygienestandards zu optimieren und Risiken zu minimieren. Eine detailliertere Untersuchung der dominanten Verderbserreger könnte langfristig auch zur Verbesserung der Produktsicherheit und -qualität beitragen. „Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass diese neuen Produkte eine komplexe mikrobielle Zusammensetzung aufweisen, die sowohl Chancen beispielsweise durch probiotische Eigenschaften als auch Risiken wie durch pathogene Bakterien birgt,“ so Selberherr.

Fazit: Die Studien unterstreichen die Bedeutung einer verbesserten mikrobiologischen Überwachung und gezielter Forschungsanstrengungen. Bioprotektive Kulturen könnten entwickelt werden, die nützliche Mikroorganismen fördern und Verderb reduzieren. Bei pflanzlichen Alternativen sind optimierte Produktionsprozesse und eine klare Zubereitungsempfehlungen essenziell, um die Sicherheit und Qualität zu gewährleisten. Darüber hinaus verdeutlichen die Ergebnisse die Relevanz von Nachhaltigkeitsaspekten. Ein besseres Verständnis der mikrobiellen Dynamiken kann helfen, Lebensmittelverluste zu reduzieren und die Haltbarkeit von Produkten zu verlängern – ein wichtiger Beitrag zur Erreichung der UN-Nachhaltigkeitsziele für verantwortungsvollen Konsum und Produktion.

Die Studien wurden in der Fachzeitschrift npj Science of Food veröffentlicht und sind unter den folgenden Links zugänglich:

*Microbial succession and interaction in vacuum-packed beef: a longitudinal study of bacterial and fungal dynamics

**Microbial community structure of plant-based meat alternatives

 

Video: Micro-Tramper – Das Sparkling-Science Projekt der Vetmeduni

Weitere Informationen:

Mikrobiomforschung im Klassenzimmer


„Sparkling Science 2.0“ – Förderung für Vetmeduni-Forschungsprojekt

Rückfragekontakt:

Assoz.Prof. Evelyne Selberherr PhD
Zentrum für Lebensmittelwissenschaften und Öffentliches Veterinärwesen
Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni)
Evelyne.Selberherr@vetmeduni.ac.at

Vetmeduni: Team Evelyne Selberherr