Trockene Lebensmittel wie Nüsse, Saaten, Gewürze, Pulver oder Trockenmischungen gelten häufig als mikrobiologisch unkritisch. Das ist nachvollziehbar: Wo wenig frei verfügbares Wasser vorhanden ist, können sich viele Mikroorganismen nicht oder nur stark eingeschränkt vermehren. Genau deshalb ist die Wasseraktivität, der aw-Wert, ein zentraler Parameter in der mikrobiologischen Bewertung von Lebensmitteln.
Aus lebensmittelhygienischer Sicht ist die Bewertung trockener Produkte jedoch komplexer. Eine niedrige Wasseraktivität verhindert zwar in vielen Fällen mikrobielles Wachstum, führt aber nicht zwangsläufig zum Absterben vorhandener Mikroorganismen. Einige Keime können in trockenen Lebensmitteln über lange Zeiträume überleben. Besonders relevant ist dies bei pathogenen Mikroorganismen, die bereits in geringen Mengen ein Gesundheitsrisiko darstellen können.
Ein klassisches Beispiel hierfür sind Salmonella spp. in sogenannten Low-Moisture-Foods.
Überleben statt Wachstum
Bei Produkten mit niedriger Wasseraktivität steht häufig nicht die Vermehrung im Vordergrund, sondern das Überleben. Das ist ein entscheidender Unterschied. Während bei leicht verderblichen, feuchten Lebensmitteln oft die Frage lautet, wie schnell sich Mikroorganismen während der Lagerung vermehren können, lautet die zentrale Frage bei Low-Moisture-Foods häufig: Können eingetragene Keime Herstellung, Lagerung und spätere Verwendung überstehen?
Gerade Salmonella spp. zeigen in trockenen Matrizes eine hohe Widerstandsfähigkeit. Durch den Wasserentzug geraten die Zellen in einen Stresszustand. Dieser Zustand kann dazu führen, dass sie gegenüber weiteren Belastungen, etwa Hitze, toleranter werden. Was zunächst widersprüchlich klingt, ist mikrobiologisch gut erklärbar: Die geringe Wasserverfügbarkeit verändert die Zellumgebung, reduziert die Stoffwechselaktivität und beeinflusst die Wirkung thermischer Prozesse. Hitze wirkt in trockenen Systemen häufig weniger effizient als in wasserreichen Lebensmitteln.
Für die Praxis bedeutet das: Ein Verfahren, das bei einem feuchten Produkt zuverlässig eine bestimmte Keimreduktion erzielt, kann bei einem trockenen Produkt deutlich weniger wirksam sein. Temperaturangaben allein reichen daher nicht aus, um die mikrobiologische Sicherheit eines Low-Moisture-Prozesses zu beurteilen.
Wasseraktivität beeinflusst die thermische Inaktivierung
Die Wasseraktivität ist nicht nur ein Stabilitätsparameter für die Lagerung, sondern auch ein wichtiger Einflussfaktor für die Prozesswirksamkeit. In trockenen Lebensmitteln unterliegen Mikroorganismen anderen physikalisch-chemischen Bedingungen als in wasserreichen Produkten. Zellschädigungen durch Hitze laufen anders ab, Wärmeübertragung und Feuchteverteilung spielen eine größere Rolle, und selbst geringe Unterschiede in der Produktbeschaffenheit können die Inaktivierung beeinflussen.
Das erklärt, warum Low-Moisture-Foods bei der Prozessvalidierung besondere Aufmerksamkeit benötigen. Nüsse, Saaten oder Gewürze unterscheiden sich nicht nur in ihrer Zusammensetzung, sondern auch in Oberfläche, Fettgehalt, Porosität, Partikelgröße, Schalen- oder Hautanteil und Feuchteverteilung. Diese Faktoren können entscheiden, ob ein thermisches Verfahren Keime zuverlässig erreicht oder ob einzelne Mikroorganismen in geschützten Mikrobereichen überleben.
Besonders bei Oberflächenverfahren, etwa Infrarot-, Heißluft- oder Röstprozessen, ist die Produktoberfläche von zentraler Bedeutung. Die eingestellte Prozesstemperatur beschreibt nicht automatisch die tatsächliche Belastung, die auf jeden einzelnen Produktbereich wirkt. Produktgeometrie, Durchmischung, Verweilzeit, Schütthöhe, Wasserzugabe und Feuchteführung können die erzielte Keimreduktion maßgeblich beeinflussen.
D-Wert, z-Wert und Wasseraktivität: Grundlage für die Validierung
Die besondere Herausforderung bei Low-Moisture-Foods lässt sich gut über die Systematik von D- und z-Werten beschreiben. Der D-Wert gibt an, welche Zeit bei einer definierten Temperatur erforderlich ist, um die Keimzahl um eine Zehnerpotenz, also um 1 log-Stufe, zu reduzieren. Der z-Wert beschreibt, um wie viele Grad Celsius die Temperatur erhöht werden muss, damit sich der D-Wert um den Faktor 10 verringert.
Bei wasserreichen Lebensmitteln lassen sich thermische Prozesse häufig gut über Temperatur und Zeit beschreiben. Bei trockenen Lebensmitteln reicht diese Betrachtung jedoch oft nicht aus, weil die Wasseraktivität einen zusätzlichen Einfluss auf die thermische Resistenz nimmt. Sinkt die Wasseraktivität, können D-Werte deutlich ansteigen. Das bedeutet: Für dieselbe log-Stufen-Reduktion wird bei gleicher Temperatur eine längere Einwirkzeit benötigt, die Prozessparameter müssen entsprechend angepasst werden.
Bedeutung für Challenge-Tests und Validierungen
Untersuchungen an Mandelmatrizes zeigen, dass bereits Unterschiede in der Wasseraktivität zu deutlich veränderten D-Werten führen können. Bei niedrigerer Wasseraktivität steigt die thermische Widerstandsfähigkeit von Salmonella erheblich an; eine vergleichbare log-Stufen-Reduktion benötigt dadurch längere Einwirkzeiten oder angepasste Prozessbedingungen. Vereinfacht gesagt: Je trockener die Matrix, desto besser können Salmonellen eine thermische Belastung überstehen.
Für die Validierung bedeutet das: Ein thermisches Verfahren bei Low-Moisture-Foods kann nicht allein über die eingestellte Temperatur bewertet werden. Entscheidend ist die Kombination aus Temperatur, Verweilzeit, Wasseraktivität, Produktstruktur, Feuchteführung und tatsächlichem Wärmeeintrag.
Ebenso wichtig ist die produktspezifische Betrachtung. Selbst scheinbar ähnliche Produkte können sich mikrobiologisch unterschiedlich verhalten. Unterschiede in Oberfläche, Fettgehalt, Hautanteil, Vorbehandlung oder Feuchteverteilung können die thermische Inaktivierung deutlich beeinflussen. Ein einmal validierter Prozess kann daher eine gute Grundlage bilden, ersetzt aber nicht automatisch die separate Bewertung vergleichbarer Produktgruppen, etwa verschiedener Nussarten, blanchierter und nicht blanchierter Ware, Saaten oder Gewürzfraktionen.
Für eine belastbare Bewertung sollten neben den Prozessparametern auch die Charakterisierung des Produktes, die Wasseraktivität, die mikrobiologische Ausgangssituation und die Frage berücksichtigt werden, ob die geprüften Bedingungen den ungünstigsten realistischen Fall ausreichend abbilden.
Surrogatorganismen als sicherer Validierungsansatz
Für die Validierung solcher Prozesse wird aus Gründen der biologischen Sicherheit in der Regel nicht direkt mit pathogenen Zielorganismen gearbeitet. Stattdessen kommen geeignete nicht-pathogene Surrogatorganismen zum Einsatz. Für trockene, fettreiche Matrizes wird in der Fachliteratur unter anderem Enterococcus faecium als konservatives Surrogat für Salmonella spp. beschrieben.
Wichtig ist dabei: Ein Surrogat ist kein beliebiger Ersatzkeim. Seine Auswahl muss fachlich begründet werden. Entscheidend sind Matrix, Prozessart, Zielorganismus und die Frage, ob der Surrogatorganismus unter den geprüften Bedingungen mindestens vergleichbar widerstandsfähig ist. Nur dann lässt sich aus der nachgewiesenen Reduktion eine belastbare Aussage zur Prozesswirksamkeit ableiten.
Von der Prozessannahme zum belastbaren Nachweis
In der Praxis besteht häufig die Annahme, dass hohe Temperaturen, Röstprozesse oder trockene Erhitzungsverfahren automatisch zu einer ausreichenden mikrobiologischen Sicherheit führen. Bei Low-Moisture-Foods sollte diese Annahme überprüft werden. Entscheidend ist nicht nur, ob ein Prozess „heiß“ ist, sondern ob er unter realen Bedingungen eine definierte Keimreduktion erreicht.
Mikrobiologische Validierungsstudien helfen, Prozessparameter fachlich zu bewerten, Schwachstellen zu erkennen und Optimierungspotenziale sichtbar zu machen. Dabei geht es nicht allein um die Bestätigung eines bestehenden Prozesses, sondern auch um ein besseres Verständnis des Zusammenspiels von Produkt, Mikroorganismus und Verfahren.
Für HACCP-Systeme, Audit-Anforderungen, Kundenspezifikationen und interne Prozessfreigaben liefert eine solche Validierung eine wichtige Grundlage. Sie macht Prozesssicherheit messbar und unterstützt Unternehmen dabei, Entscheidungen nicht nur auf Erfahrungswerte, sondern auf belastbare Daten zu stützen.
Wissenschaftlicher Hintergrund
Die besondere Resistenz von Salmonella spp. in Low-Moisture-Foods ist in der Fachliteratur umfassend beschrieben. Arbeiten von Podolak et al. zur thermischen Inaktivierung von Salmonella auf Nüssen sowie Untersuchungen von Villa-Rojas et al. zur thermischen Resistenz in Low-Moisture-Matrizes zeigen, dass Wasseraktivität, Matrixeigenschaften und Prozessführung einen erheblichen Einfluss auf die erreichbare Keimreduktion haben. Internationale mikrobiologische Fachgremien wie die ICMSF ordnen diese Zusammenhänge im Kontext der Lebensmittelsicherheit und Prozessvalidierung ein.
Validierung von Low-Moisture-Prozessen am KIN
Das KIN-Lebensmittelinstitut unterstützt Unternehmen bei der mikrobiologischen Bewertung und Validierung von Prozessen für Low-Moisture-Foods. Dazu gehören die fachliche Planung geeigneter Untersuchungsdesigns, die Auswahl und Begründung geeigneter Surrogatorganismen, die mikrobiologische Analytik, die Bewertung der Ergebnisse im Kontext von Lebensmittelsicherheit, Prozessführung und Produktbeschaffenheit sowie die Durchführung von Challenge-Tests zur Prozessvalidierung vor Ort.
Gerade bei trockenen Lebensmitteln zeigt sich: Lebensmittelsicherheit entsteht nicht allein durch niedrige Wasseraktivität. Sie entsteht durch das Verständnis der Matrix, die Kenntnis relevanter Zielorganismen und die belastbare Validierung der eingesetzten Verfahren.
Trockene Produkte sind stabil, aber nicht automatisch sicher. Wer Low-Moisture-Foods herstellt oder verarbeitet, sollte die besondere Widerstandsfähigkeit pathogener Keime kennen und seine Prozesse entsprechend bewerten.
Sie haben Bedarf an einer Validierung dieser Art oder überhaupt an Validierungen von Prozessen?
Dann setzten Sie sich gerne mit dem Autor dieses Beitrags, Timo Meermann, in Verbindung: