Internationale Konzepte der Produktsicherung

Prof. Dr. Lothar Leistner, An den Weinbergen 20, D - 95326 Kulmbach


Die Anzahl und das Ausmaß der Lebensmittelvergiftungen nehmen weltweit zu. Die Ursachen sind vielfältig und vor allem die folgenden Faktoren tragen dazu bei: Eine weitere Zunahme der Weltbevölkerung unter oft schwierigen Hygienebedingungen (z.B. Trinkwasser). Verstärkte Massenproduktion der Lebensmittel und weiträumige Verteilung von Produkten des gleichen Herstellers. Mehr betagte Menschen leben in Heimen, mehr Kinder ganztagsbetreut in Horten. Niedrige minimale Infektionsdosis von einigen Lebensmittelvergiftern besonders bei immunkompromittierten sowie bei immunologisch untrainierten Konsumenten. Bekanntwerden von neuartigen Lebens-mittelvergiftern, die selbst unter Kühlung (< 5 °C) oder bei niedrigen pH-Werten (< 5,0) vermehrungsfähig sind. Zusätzliche Lebensmittel werden folglich erkannt, die Infektionen oder Intoxikationen verursachen und somit zu Risikoprodukten werden.

Parallel dazu steigen die Anforderungen der Konsumenten an die sensorische oder die ernährungsphysiologische Qualität von Lebensmitteln. Dabei sind die folgenden Trends auszumachen: Gefragt sind Produkte (z.B. Snack-Artikel) die keiner Kühlung bedürfen (Shelf Stable Products). Die bequemen Lebensmittel (Convenience Foods) stehen hoch im Kurs. Gesunde Lebensmittel (Healthful Foods), die weniger Fett und Salz oder Konservierungsmittel enthalten, werden nachgefragt. Gleiches gilt für die gesundheitsfördernden Lebensmittel (Functional Foods), die sowohl Lebensmittel als auch Arzeneimittel sind (z.B. Probiotika im Joghurt, glutenfreie Produkte). Neue Kombinationsprodukte (z.B. zwischen Fleischerzeugnissen und Backwaren), mit oft ungewissen mikrobiologischen Eckwerten, sind im Angebot. Insgesamt sollen die Lebensmittel "frisch sein" und eine geringe Verarbeitungstiefe aufweisen, sollen also Minimally Processed Foods sein.

Diesen aktuellen, teilweise gegenläufigen Vorgaben (d.h. Verhinderung des Anstiegs von Lebensmittelvergiftungen einerseits, dabei gewünschte, minimale Konservierung der Lebensmittel andererseits) gilt es gerecht zu werden, und daher sind neue oder verbesserte Konzepte für die Herstellung und Kontrolle der Produkte gefragt. Gegenwärtig wird deshalb an der Ausgestaltung von Konzepten intensive gearbeitet, mit denen die Sicherheit und die Qualität der Lebensmittel optimiert werden können, wobei ein enger Bereich (Window) anvisiert wird, in dem sowohl eine angemessene Sicherheit sowie auch die erwünschte sensorische und ernährungsphysiologische Qualität gewährleistet sind. International beachtete Konzepte, die einen derartigen optimalen Kompromiß zur Zielsetzung haben, sind die folgenden:

Dabei wird eine Verknüpfung dieser Konzepte, d.h. deren gleichzeitige Anwendung, angestrebt. Ein Beispiel für die Verknüpfung der Hürden-Technologie, der Voraussagenden Mikrobiologie, des HACCP-Konzeptes oder der quantitativen GMP beim intelligenten Design und zur wirksamen Produktionskontrolle von Lebensmitteln ist ein 10-Punkte-Plan, der sich bereits in der Lebensmittelindustrie bei der Produktentwicklung bewährt hat (Leistner, 1994).

Eine notwendige Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung eines jeden der vier genannten Konzepte sind fundierte Kenntnisse über die quantitativen Grundlagen der Lebensmittelkonservierung, also über den Einfluß von Hygiene, Lagertemperatur, Lagerzeit, F-Wert, pH-Wert, aw-Wert, Eh-Wert, von Konservierungsmitteln sowie der Konkurrenzflora auf die mikrobiologische Sicherheit sowie die sensorische und ernährungsphysiologische Qualität der Lebensmittel (Leistner, 1996a). Wobei diese konservierenden Faktoren (Hürden) in den meisten traditionellen sowie neuartigen Lebensmitteln nicht allein, sondern in Kombination wirksam sind.

Zusätzlich sind für den erfolgreichen Einsatz der vier internationalen Konzepte gute Kenntnisse über die Anwendung von traditionellen sowie auch von futuristischen Konservierungsverfahren nützlich. Also einerseits über die traditionelle Erhitzung, Trocknung, Säuerung, Kühlung, Gefrieren etc. (Wirth, Leistner und Rödel, 1990), bis andererseits zur potentiellen Anwendung von neuartigen Technologien (z.B. High Hydrostatic Pressure, Pulsed Electric Fields, Oscillating Magnetic Fields, Light Pulses) (Barbosa-Cánovas et al., 1998; Knorr, 1998). Dabei werden auch futuristische Konservierungsverfahren meist in Kombination mit traditionellen Verfahren (z.B. der Erhitzung) angewendet und folglich spielt die Hürden-Technologie auch bei den neuartigen Verfahren eine maßgebliche Rolle (Barbosa-Cánovas et al., 1998). Eine Verschiebung des Interesses von traditionellen zu futuristischen Verfahren der Lebensmittelkonservierung wird erwartet. Der sogenannte Technological Hill soll diese möglichen technologischen Entwicklungen veranschaulichen (Knorr, 1998).

Im letzten Jahrzehnt haben sich die vier oben genannten, internationalen Konzepte vielfach bewährt. Gleichzeitig sind jedoch auch Knackpunkte und Eckwerte deutlich geworden, auf die es bei der Anwendung dieser Konzepte ankommt:

HACCP: Dieses Konzept (Hazard Analysis Critical Control Point) wurde ursprünglich bei der Erzeugung von Kernenergie, in der chemischen Industrie und von der NASA angewendet. Seit 1973 wird das HACCP-Konzept in den USA für die Herstellung von Lebensmitteln empfohlen. Erst ab 1990 hat die Europäische Union (EU) das Konzept aufgegriffen, und zwar zunächst im Rahmen eines Forschungsprojektes (Concerted Action No.5 of the FLAIR Programme), aus dem die Richtlinie 93/43/EWG und die nationale Lebensmittelhygiene-Verordnung hervorgegangen sind.

Die Prozeßkontrolle nach dem HACCP-Konzept umfaßt drei Stufen: 1. Einschätzung der hygienischen Gefahren (Hazards), die mit einem bestimmten Produkt verbunden sind. 2. Benennung kritischer Kontrollpunkte (CCPs), an denen Gefahren entstehen oder sich vermeiden lassen. 3. Aufstellung und Monitoring von Richtwerten, mit denen sich die vorhandenen CCPs "entschärfen" lassen.

Das HACCP-Konzept soll nur die Produktsicherheit, aber nicht zugleich die Produktqualität überwachen. Allerdings werden in der Praxis häufig in einem HACCP-Plan die Gefahren für den Konsumenten und die Qualität der Lebensmittel miteinander vermischt. Das ist naheliegend, aber eigentlich unzulässig, denn das "klassische" HACCP-Konzept soll nur die folgenden Gefahren kontrollieren und damit vermeiden: 1. Biologische Gefahren (z.B. Salmonellen); 2. Chemische Gefahren (z.B. Pestizid-Rückstände); 3. Physikalische Gefahren (z.B. Glassplitter).

Über den Sinn bei der Anwendung des HACCP-Konzeptes läßt sich kurzgefaßt folgendes sagen: Die Grundidee des HACCP-Konzeptes wird nach wie vor von allen Anwendern gutgeheißen, daß es nämlich wirksamer ist, den gesamten Herstellungsprozeß eines Lebensmittels zu kontrollieren und nicht nur das fertige Produkt (Endprodukt). Das HACCP-Konzept wirkt sich günstig aus bei: 1. Spezialisierung der Betriebe (große Chargen erhöhen das Risiko, aber erleichtern auch die Anwendung des HACCP-Konzeptes). 2. Höheren Anforderungen des Handels (mit dem HACCP-Konzept läßt sich die Produktsicherheit verbessern). 3. Nachweis der Sorgfaltspflicht (bei der Abwehr von Regreßansprüchen vor Gericht kann auf das HACCP-Konzept verwiesen werden). 4. Zertifizierung der Betriebe (die Anwendung des HACCP-Konzeptes ist keine Voraussetzung für die Zertifizierung, aber dabei nützlich).

Zum Unsinn bei der Anwendung des HACCP-Konzeptes kann man sagen: HACCP-Pläne dürfen nicht zu kompliziert sein, d.h. sie sollen nicht zu viele CCPs enthalten. Die Dokumentation der Meßergebnisse (Monitoring) muß möglichst einfach und unbürokratisch erfolgen. Nur wenn man bei der Anwendung das HACCP-Konzeptes unsinnige Maßnahmen vermeidet, hat es Bestand. Wird die Produktqualität mit in das HACCP-Konzept aufgenommen, wird es häufig verwässert. Kontrollpunkte, die von der Qualitätskontrolle abgedeckt werden können, sollten daher keine CCPs sondern nur CPs sein, die durch die quantitative GMP erfaßt werden. Die USA und die EU gehen davon aus, daß auch SMEs (Small and Medium Size Enterprises, also Klein- und Mittelbetriebe) HACCP-Pläne für ihre Produkte aufstellen müssen. Aber das bereitet bei großen Produktpaletten und kleinen Chargen (z.B. für einen Metzger der 100 Artikel von Fleischwaren pro Woche herstellt) große Schwierigkeiten. Daher wurde vorgeschlagen, ähnliche Produkte in Gruppen zusammenzufassen oder erst mit Risikoprodukten zu beginnen. Allerdings sind auch diese Vorschläge noch nicht überzeugend, und bisher ist ein tragbarer Kompromiß für die Anwendung des HACCP-Konzeptes bei den Klein- und Mittelbetrieben noch nicht gefunden worden (Leistner, 1993: 1997).

GMP: Das Konzept der Good Manufacturing Practice (d.h. Gute Herstellungspraxis) ist Bestandteil der Qualitätskontrolle. Daher sollen Punkte oder Verfahrensschritte bei der Lebensmittelherstellung, die nur ein geringes Sicherheitsrisiko aufweisen, nicht mit dem HACCP-Konzept sondern durch eine ergänzende Qualitätskontrolle überwacht werden, also nicht durch CCPs (Critical Control Points) sondern nur durch CPs (Control Points). Allerdings soll auch die Gute Herstellungspraxis nicht vage, sondern in Maß und Zahl, also quantitative ausgedrückt werden. Ein Beispiel dafür sind die Richtwerte der Fleischtechnologie (Wirth et al., 1990), in denen die Schritte bei der Herstellung der wichtigsten Fleischerzeugnisse mit konkreten Zahlen (z.B. für Temperatur, pH-Wert, aw-Wert, relative Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, Beleuchtungsstärke, Schallpegel) ausgedrückt werden. Zur Überwachung dieser Richtwerte werden einfache, transportable und dennoch zuverlässige Meßgeräte empfohlen, die sich im praktischen Einsatz bewährt haben. Diese Richtwerte sind lebensmittelrechtlich nicht vorgeschrieben, sondern stellen nur Empfehlungen dar, die allerdings vom fleischverarbeitenden Gewerbe seit Jahren beachtet werden und für die Sicherheit und Qualität der Produkte nützlich sind. Eine dritte, aktualisierte Auflage dieser Richtwerte der Fleischtechnologie ist in Vorbereitung.

Bei der Kontrolle und Überwachung der Herstellung von Lebensmitteln in Klein- und Mittelbetrieben treten bei Anwendung des HACCP-Konzeptes die angesprochenen Schwierigkeiten auf. Daher erscheint die Frage berechtigt, ob unter diesen Umständen das HACCP-Konzept nicht besser durch quantitative Richtwerte (Guidelines) ersetzt werden sollte, die sowohl die Sicherheit als auch die Qualität der Produkte betreffen. Diese Richtwerte müssen zwar quantitative Werte enthalten, sollen aber dennoch einfach und praktikabel sein. Entsprechende Guidelines haben sich in den Entwicklungsländern bereits vielfach bei der Lebensmittelherstellung bewährt.

Hürden-Technologie: Die mikrobiologische Sicherheit und Stabilität sowie die sensorische und ernährungsphysiologische Qualität fast aller Lebensmittel beruht auf einer Kombination von mehreren konservierenden Faktoren, die man Hürden nennt. Zur Konservierung von Lebensmitteln werden diese Hürden seit langem empirisch eingesetzt, aber erst seit einigen Jahren kombiniert man Hürden bewußt und erreicht damit eine Optimierung der Haltbarkeit und Qualität der Lebensmittel. Den bewußten und intelligenten Einsatz mehrerer Hürden nennt man Hürden-Technologie (Hurdle Technology). Dieses Konzept hat sich weltweit durchgesetzt und wird in Industrie- und auch in Entwicklungsländern bei unterschiedlichen Lebensmitteln eingesetzt. Der Hürden-Effekt ist für das Verständnis der Konservierung von Lebensmitteln wichtig, und die Hürden-Technologie ist für die Produktentwicklung (Food Design) entscheidend, wobei durch bewußte Auswahl der Hürden die Gesamtqualität (Total Quality) eines Lebensmittels optimiert werden kann. Dabei ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit wünschenswert, denn der Mikrobiologe soll die für die Stabilität wichtigen Hürden benennen, die jedoch aus der Sicht des Technologen realisierbar sein müssen (Leistner, 1994, 1999).

Die wichtigsten Hürden zur Konservierung von Lebensmittel sind Temperatur (hoch oder niedrig), Wasseraktivität (aw-Wert), Säuregrad (pH-Wert), Redoxpotential (Eh-Wert), Konservierungsmittel (z.B. Nitrit, Sorbat, Sulfit) und die Konkurrenzflora (z.B. Milchsäurebakterien). Inzwischen sind jedoch bereits mehr als 60 potentielle Hürden für die Lebensmittelkonservierung beschrieben worden und die Liste der möglichen Hürden ist noch keineswegs komplett (Leistner, 1995, 1999).

Auch im Hinblick auf die wissenschaftlichen Grundlagen der Hürden-Technologie sind wesentliche Fortschritte erzielt worden. Denn die Bedeutung von Homeostasis, Metabolic Exhaustion und Stress Reactions der Mikroorganismen für eine wirksame Konservierung von Lebenmitteln wird nunmehr beachtet. Das Ziel einer milden und dennoch wirksamen Lebensmittelkonservierung soll die Anwendung einer Multitarget Preservation sein. Dieses zukunftsweisende Konzept könnte die Konservierung von Lebensmitteln entscheidend verbessern (Gould 1995; Leistner, 1995, 1996a).

Voraussagende Mikrobiologie: Die Predictive Microbiology ist ein vielversprechendes, jedoch noch in der Entwicklung befindliches Konzept (McMeekin et al., 1993), mit dem computergestützt Wachstum, Überleben und Absterben von pathogenen Bakterien sowie künftig auch von Verderbniserregern in Lebensmitteln vorausgesagt werden sollen, und zwar ohne mikrobiologische Untersuchung. Voraussetzung ist, daß die konservierenden Faktoren (Hürden) in dem Lebensmittel ausgemessen, also quantitativ bekannt sind, und dann in den Computer bei einer Voraussage eingegeben werden.

In Lebensmittelbetrieben wird die Voraussagende Mikrobiologie bei der Überprüfung der mikrobiologischen Sicherheit und Stabilität vorhandener Produkte eingesetzt. Weiterhin bei der Entwicklung neuer Produkte. Dabei kann zwar die Voraussagende Mikrobiologie bei einer Produktentwicklung Beimpfungsversuche (Challenge Tests) nicht ersetzen, aber wesentlich einschränken. Auch kann man die CCPs innerhalb eines HACCP-Plans mit der Predictive Microbiology verifizieren.

Allerdings müssen auch die Grenzen der Voraussagenden Mikrobiologie, selbst in einer computergläubigen Zeit, realistisch eingeschätzt werden. Aus mathematischen Gründen können nämlich mit diesem Verfahren nur bis zu vier Hürden gleichzeitig erfaßt werden. Daher berücksichtigen die meisten Modelle nur Temperatur, pH-Wert, aw-Wert sowie wenige Konservierungsmittel. Bisher sind jedoch bereits mehr als 60 Hürden beschrieben worden. Die Predictive Microbiology erfaßt also die in Lebensmitteln wirksamen Hürden nur teilweise, und daher sind die Voraussagen oft zu konservativ (fail-safe). Auch entziehen sich Einflüsse der Konkurrenzflora und der Mikrostruktur der Lebensmittel bisher der Voraussagenden Mikrobiologie. Dieses Verfahren ist also keine Wunderwaffe, sondern ein nützliches Werkzeug. Auf jeden Fall sollten sich die Lebensmittelhersteller über die Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes der Predictive Microbiology informieren (Leistner, 1996b).

Schlußfolgerungen

Die aktuellen Konzepte der Produktsicherung, also HACCP-Konzept, quantitative GMP, Hürden-Technologie, Voraussagende Mikrobiologie, gehören zum Repertoire erfolgreicher Produktentwickler. Fundierte Kenntnisse über konservierende Faktoren (Hürden) die in Lebensmitteln wirksam sind, sowie der Prinzipien traditioneller und futuristischer Verfahren der Lebensmittelkonservierung erleichtern die Anwendung der aktuellen Konzepte. Zielsetzung ist, die mikrobiologische, sensorische und ernährungsphysiologische Qualität der Lebensmittel gleichermaßen zu gewährleisten. Daher muß auch bei den Healthful Foods (die weniger Fett, Salz oder Konservierungsmittel enthalten) sowie bei den Functional Foods (die gleichzeitig Lebensmittel und Arzeneimittel sind) die mikrobiologische Sicherheit und Stabilität kompromißlos beachtet werden, denn wenn diese "gesunden Lebensmittel" leicht verderben oder sogar Lebensmittelvergiftungen verursachen, dann wird der Konsument von ihrer ernährungsphysiologischen Qualität nicht zu überzeugen sein.

Weiterführende Literatur

Barbosa-Cánovas, G.V., Pothakamury, U.R., Palou, E. and Swanson, B.G. (1998): Nonthermal Preservation of Foods. MARCEL DEKKER, INC., New York. 276 pages.

Gould, G.W. (1995): Homeostatic mechanisms during food preservation by combined methods. In: Food Preservation by Moisture Control - Fundamentals and Applications (eds. G.V. Barbosa-Cánovas and J. Welti-Chanes), TECHNOMIC PUBLISHING COMPANY, INC., Lancaster. pp. 397 - 410.

Knorr, D. (1998): Food technology - progress and trends. In: Food & Science - Wissenschaft im Dienste der Ernährung (ed. R. Stute), BESTFOODS EUROPE, EURO R & D CENTER, Heilbronn. pp. 137 - 152.

Leistner, L. (1993): Stellenwert der Mikrobiologie bei der modernen Qualitätssicherung. FLEISCHWIRTSCHAFT 73 (7): 719 - 722.

Leistner, L. (1994): Food Design by Hurdle Technology and HACCP. Printed and distributed by ADALBERT-RAPS-FOUNDATION, Kulmbach. 62 pages.

Leistner, L. (1995): Principles and applications of hurdle technology. In: New Methods of Food Preservation (ed. G.W. Gould), BLACKIE ACADEMIC & PROFESSIONAL, London. pp. 1 -21.

Leistner, L. (1996a): Konservierungsverfahren und Hürden-Technologie. In: Handbuch Fleisch und Fleischwaren (eds. F. Wirth, J. Barciaga und U.M. Krell), BEHR`S VERLAG, Hamburg. Loseblattwerk, Grundwerk Auflage 1996, A - Kapitel 8.1 - 8.4. 42 Seiten.

Leistner, L. (1996b): Predictive Microbiology - was ist das? RAPS LM DIALOG Nr. 9, Mai 1996, veröffentlicht von RAPS & CO., Kulmbach. 3 Seiten.

Leistner, L. (1997): Ratschläge zur Umsetzung des HACCP-Konzeptes: Sinn und Unsinn von Maßnahmen. Tagungsbericht der Kulmbacher LEMITEC `97, Hrsg.: STAATLICHE FACHSCHULE FÜR LEBENSMITTELTECHNIK, Kulmbach. 6 Seiten.

Leistner, L. (1999): Combined methods for food preservation. In: Handbook of Food Preservation (ed. M. Shafiur Rahman), MARCEL DEKKER, INC., New York. pp. 457 - 485.

McMeekin, T.A., Olley, J.N., Ross, T. and Ratkowsky, D.A. (1993): Predictive Microbiology: Theory and Application, RESEARCH STUDIES PRESS LTD, Taunton, UK. 340 pages.

Wirth, F., Leistner, L. und Rödel, W. (1990). Richtwerte der Fleischtechnologie. 2. Auflage, DEUTSCHER FACHVERLAG, Frankfurt/Main. 180 Seiten.
back