RedumiV: Kältetolerante Clostridium spp. in Fleisch: Datenerhebung und Implementierung von Maßnahmen zur Vermeidung der Lebensmittelverschwendung durch Lebensmittelverderb sowie zur Erhöhung der Qualität und Sicherheit von Fleischprodukten in Österreich.

Jährlich fallen in Österreich ca. 760.000 Tonnen Lebensmittelabfälle entlang der Wertschöpfungskette an. Zwar bilden Obst und Gemüse mit knapp 50 Prozent den höchsten massebezogenen Anteil - auf Fleisch entfällt mit 22 Prozent jedoch der höchste Kostenanteil (Pladerer et al, 2016). Dazu kommen neben ethischen Aspekten negative Effekte auf die Nachhaltigkeitsbilanz durch den speziell in der Fleischproduktion entstehenden hohen Ressourcenverbrauch. Beispielsweise ermittelten Engström und Carlsson-Kanyama (2004), dass Fleisch 20 Prozent der Masse der Lebensmittelabfälle der schwedischen Gastronomie ausmacht. Unter Berücksichtigung aller in der Studie erfassten Lebensmittelabfälle ergab dabei ein Rechenmodell, dass für diese Fleischabfälle 91 Prozent der Ackerfläche benötigt wurden (z. B. aufgrund des für die Fleischproduktion erforderlichen Futtermittelanbaus).

Wie ernst das Thema Lebensmittelverschwendung und -verlust in Österreich inzwischen genommen wird, zeigt sich in der Entstehung zahlreicher Initiativen, wie „Lebensmittel sind kostbar!“, „United Against Waste“, „foodsharing - Lebensmittel teilen statt wegwerfen!“, „Zero Waste Austria“, „Lebensmittelweitergabe an soziale Einrichtungen“ und weitere (www.vienna.at, 2021). Trotz der vielen Initiativen und obgleich das Thema seit Jahren auf der politischen Agenda steht mit der Absicht, Lebensmittelverschwendung signifikant bis zu 50 Prozent zu reduzieren, ist die Datengrundlage nach wie vor unzureichend (Pladerer et al., 2016).

Diverse dringende Maßnahmen werden vorgeschlagen, um Lebensmittelabfälle und Lebensmittelverschwendung zu reduzieren. Dabei sei aufgrund der hohen ökologischen Bedeutung von Fleisch und Fleischprodukten die Landwirtschaft inkl. der Nutztierhaltung in die Datenerhebung mit einzubeziehen. (Pladerer et al., 2016).

Einer der Gründe für die Entstehung von Fleischabfall ist der mikrobielle Verderb während Herstellung, Lagerung, Transport und Vermarktung bis zum Umgang im Haushalt. Vakuumierung wird häufig als Mittel zur Verlängerung der Haltbarkeit von frischem Fleisch eingesetzt, sowohl in der Lebensmittelindustrie als auch im privaten Haushalt. Durch die Abwesenheit von Sauerstoff können jedoch anaerobe Verderbserreger ihren Selektionsvorteil nutzen und besser wachsen, beispielsweise Milchsäurebakterien, Hefen und kältetolerante Clostridien (Dorn-In et al., 2018; Dorn-In et al., 2022a; EFSA 2016; Kabisch et al., 2016; Mang et al., 2021). Zwar wurden quantitative Daten zum Vorkommen von Lebensmittelverderb im Österreichischen Lebensmittelhandel erhoben (Lebersorger und Schneider, 2014), jedoch wurde nicht im Detail untersucht, a.) ob der Verderb mikrobiell oder physikalisch verursacht war, b.) welche Verderbserreger eine Rolle spielen und c.) ob der Verderb vor oder nach Ablauf des Verbrauchsdatums entstanden ist.

In den letzten Jahren wurde das Vorkommen von kältetoleranten Clostridien in vakuumverpacktem Fleisch (insbesondere Rind-, Lamm- und Wildfleisch) in Europa auch in eigenen Studien vermehrt untersucht und thematisiert (Bonke et al., 2016; Dorn-In et al., 2018; EFSA, 2016; Mang et al., 2021; Wambui et al., 2020). Das Hauptmerkmal des Verderbs durch psychrotolerante Clostridien ist eine mehr oder weniger ausgeprägt aufgeblähte Verpackung, namensgebend für die sogenannte „Blown Pack Spoilage (BPS)“. Auch wenn einige Clostridien-Spezies/Stämme Gas (CO2 und H2) nur in geringer Menge produzieren, kann das betroffene Fleisch deutliche Verderbszeichen zeigen, z. B. starken Verlust von Fleischtropfsaft, Entfärbungen, Änderung der Fleischkonsistenz und sensorische Abweichungen wie der an faule Eier erinnernde Sulfidgeruch (EFSA, 2016; Mang et al., 2021). Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) fordert die wissenschaftliche Untersuchung der Wachstumsbedingungen und des Vorkommens von Verderbserregern inklusive der psychrotoleranten Clostridien in Fleisch. Die Untersuchung soll die Lagerbedingungen und die Anforderungen an die Kühlkette während der Lagerung und des Transports einschließen (EFSA, 2016). Trotz zahlreicher Untersuchungen auf psychrotolerante Clostridien in Fleisch fehlen Datenerhebungen im Bereich der Schlacht- und Fleischverarbeitungsbetriebe, wo mutmaßlich die höchste Kontaminationsgefahr besteht. Folglich fehlt die Datengrundlage zur Implementierung spezifischer Maßnahmen zur Eliminierung der Kontaminationsquellen oder zur Reduzierung der Kontaminationsrisiken.

Clostridien bilden Sporen, deren Inaktivierung aufgrund ihrer extremen Hitze- und Desinfektionsmittelresistenz sehr herausfordernd ist (Atrih und Foster, 2002; Böhm, 2013). Die Sporen können eine milde Hitzebehandlung überleben und auch den Verderb von wärmebehandelten, vakuumverpackten Fleischprodukten verursachen. Eine eigene Voruntersuchung hat gezeigt, dass das Garen von Fleisch bei niedrigerer Erhitzungstemperatur für längere Zeit (d.h. Sous-Vide Fleisch, 52 °C, 2 h) das Vorhandensein bekannter verderbsrelevanter Mikroorganismen reduzieren und deren Vermehrung verlangsamen kann, jedoch nicht die Kontamination mit und die Vermehrung von psychrotoleranten Clostridien (Beindorf et al., 2021) - im Gegenteil: die milde Erhitzung beschleunigt sogar die Auskeimung der Sporen.

Zum Toxinbildungsvermögen von psychrotoleranten Clostridien gibt es derzeit keine Kenntnisse. Eigene Studien konnten belegen, dass einige in Fleisch vorkommende psychrotolerante Clostridium spp. Hämolysin und Lecithinase produzieren (Dorn-In et al., 2022c). Hämolysine gehört zu bakterieller Exotoxine. Lecithinase gehört zur Enzym-Gruppe der Phospholipasen und wird oft mit dem Potential zur Toxinproduktion in Verbindung gebracht. Eine Untersuchung auf die Fähigkeit psychrotoleranter Clostridien zur Toxinbildung ist deshalb unter dem Aspekt der Lebensmittelsicherheit geboten.

Psychrotolerante Clostridien befinden sich im Erdboden; besonders häufig nachgewiesen werden sie in Permafrost-Böden. Sie sind heute in allen Böden des gemäßigten und subtropischen Klimas verbreitet (Pecheritsyna et al., 2007; Spring et al., 2003; Suetin et al., 2009). Das Schmelzen von Permafrost durch den Klimawandel könnte dazu beitragen, die Verbreitung dieser Keime zu beschleunigen. Wenn diese Bakterien in den Schlachthof und in Fleischverarbeitungsbetriebe gelangen, ist es extrem schwierig, sie mit gängigen Reinigungsverfahren zu eliminieren (Böhm, 2013). Daher ist ein Fortbestehen der Kontaminationsgefahr durch Erregerpersistenz, -verschleppung und Rekontaminationen trotz intensiver Maßnahmen sehr wahrscheinlich. Das beantragte Projekt erfordert aufgrund der rudimentären Datenlage umfangreiche Untersuchungen mit folgenden Zielen:

1. Erhebung von Daten zur Kontaminationsgefahr mit psychrotoleranten Clostridien in der Rindfleischindustrie in Österreich
   1. Vorkommen in Schlacht- und Fleischverarbeitungsbetrieben
   2. Identifizierung der kritischen Stellen in Rinderschlacht- und Rindfleischverarbeitungsbetrieben mit der höchsten Kontaminationsgefahr
   3. Vorkommen und Kontaminationsgrad in vakuumverpacktem Rindleisch im Handel
2. Erarbeitung von Maßnahmen zur Reduzierung der Kontamination in Rinderschlacht- und Rindfleischverarbeitungsbetrieben
   1. Isolierung von Clostridien als Teststämme für die folgenden Untersuchungen
   2. Überprüfung der Wirksamkeit von im Lebensmittelbetrieb zugelassenen Reinigungs- und Desinfektionsmitteln - auch in Kombination – unter Berücksichtigung unterschiedlicher Zeit-/Konzentrationsschemata
   3. Entwicklung von Maßnahmeplänen und Reinigungsprotokollen
3. Ermittlung potentieller Gefahren und Risiken für die Verbrauchergesundheit
   1. Überprüfung der biochemischen Aktivitäten von verderbsverursachenden Clostridien
   2. Überprüfung der relevanten Gene zum Toxinbildungspotential mittels Genanalyse und PCR-Verfahren

Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen dazu beitragen, die Lebensmittelverschwendung zu reduzieren, die Ressourcen zur Erzeugung von Lebensmitteln nachhaltiger zu nutzen sowie die Qualitätssicherung von Fleischprodukten und damit die Lebensmittelsicherheit zu verbessern.

Mit einem Fleischkonsum von 60,5 kg pro Person und Jahr gehört Österreich zu den Ländern in Europa und weltweit mit dem höchsten pro Kopf Verbrauch von Fleisch (www.statista.com, 2022; www.wwf.at, 2022). Die Herstellung von Fleisch beansprucht sehr viele Ressourcen. Um 1 Kilogramm Fleisch zu erzeugen, werden – je nach Tierart und Haltungsform – etwa 6 - 16 Kilogramm Futtermittel benötigt (www.muttererde.at, 2022). Vor diesem Hintergrund trägt auch ein massebezogen geringer Anteil an Fleischabfall nicht unerheblich zu den negativen Umweltauswirkungen der Fleischproduktion bei (z. B. bzgl. Materialintensität, Energieverbrauch in verschiedenen Abschnitten des Lebenszyklus der Nahrungsproduktion und Nachhaltigkeit der Ressourcen-Nutzung (Pladerer et al., 2016)). Maßnahmen sind daher geboten, um den Verlust von Fleisch durch Herstellungsprozesse, Lagerung, Transport, Vermarktung und Haushalt zu vermeiden.

Vakuumverpackung nebst Kühllagerung von frischem Fleisch ist eine gängige Methode zur Verlängerung der Haltbarkeit, da die aerobe (sauerstoffabhängige) Verderbsmikrobiota im Wachstum gehemmt wird. Unter diesen Bedingungen können jedoch psychrotolerante anaerobe Verderbserreger wie Clostridien aufgrund des hierdurch erzeugten Selektionsvorteils wachsen und ebenfalls Fleischverderb verursachen. Bekannt wurde diese Problematik aufgrund der immensen wirtschaftlichen Verluste vor allem in Ländern mit hohem Fleischverbrauch und/oder hohen Exportraten (insbes. Brasilien, Deutschland, Irland, Kanada, Neuseeland, Schweiz, USA). Da in Österreich bisher noch keine Daten über die Prävalenz von psychrotoleranten Clostridien in vakuumverpacktem Fleisch in Schlacht- und Fleischverarbeitungsbetrieben verfügbar sind, ist zunächst eine Datenerhebung geboten. Die Kenntnis des Status quo ist essentiell, da nur so die potentiellen Kontaminationsquellen erkannt werden können. Wenn Clostridien in vakuumverpacktes Fleisch gelangen, ist es nicht mehr möglich, sie wieder zu entfernen. Auch wenn Fleisch zur Weiterverarbeitung (z. B. für die Brühwurstherstellung) bzw. vor dem Verzehr erhitzt wird, ist die Gartemperatur nicht ausreichend, um die Sporen zuverlässig abzutöten. Daher ist die Vermeidung der Kontamination die alternativlose, unumgängliche Option. Da die Kontamination von Fleisch mit psychrotoleranten Clostridien meist unbemerkt im Schlachthof und/oder im Fleischverarbeitungsbetrieb stattfindet (Böhm, 2013; Mang et al., 2021), müssen die kritischen Stellen ermittelt werden, von denen die Kontaminationsgefahr ausgeht (nicht nur Haut und Kot von Tieren, sondern auch Gerätschaften, Arbeitsflächen, Räume etc. als bakterielle Nischen). Mittels effektiver hygienischer Maßnahmen und Reinigungs- und Desinfektionsverfahren können Kontaminationsgefahr und –grad reduziert werden. Standard-Reinigungsverfahren im Schlacht- und Fleischverarbeitungsbetrieb wirken in der Regel gegen Pathogene und Indikatorkeime (z. B. Gesamtkeimzahl, E. coli und Enterobacteriaceae), jedoch nicht gegen die Sporen von psychrotoleranten Clostridien (Böhm, 2013). Aus diesem Grund ist die Untersuchung und die auf diesen Erkenntnissen basierende Entwicklung von spezifischen Maßnahmen zur Reduzierung/Eliminierung der psychrotoleranten Clostridien an den kritischen Stellen notwendig. Die Wichtigkeit der Thematik aufgrund der hohen Praxisrelevanz wird durch die Teilnahme der Marcher Fleischwerke (Norbert Marcher GmbH) als Kooperationspartner für das geplante Projekt bestätigt. Die Entwicklung, Validierung und Optimierung geeigneter Maßnahmen ermöglicht den an der Herstellung Beteiligten den erfolgreichen Einsatz von Interventionsmaßnahmen zur Vermeidung einer Kontamination von Fleisch mit psychrotoleranten Clostridien. Neben den enormen wirtschaftlichen Verlusten, die ohne diese Maßnahmen entstehen könnten, kann auch eine Gesundheitsgefährdung des Verbrauchers durch ein eventuelles Toxinbildungsvermögen nicht ausgeschlossen werden. Dieses Risiko soll deshalb im beantragten Projekt ebenfalls adressiert werden, das hiermit gleichzeitig zur Verbesserung der Verbrauchersicherheit beiträgt. Im Rahmen des „One-Health-Ansatzs“ können die Ergebnisse des beantragten Projekts dazu beitragen, Lebensmittelverschwendung zu reduzieren, die Nutzung der Ressourcen nachhaltig zu gewährleisten, und schließlich die rechtlich zugesicherte Lebensmittelsicherheit – auch dank der Entwicklung neuer, spezifischer und schneller Methoden - für die Verbraucher zu garantieren.