Natürliche Hopfenextrakte zur Haltbarmachung von Wurstwaren und Kochschinken

FORSCHUNGSPROJEKT (IGF-Vorhaben)

Hopfendolden an der Pflanze
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Mikrobielle Kontaminationen von Wurstwaren begrenzen deren Haltbarkeit und stellen eine Gefahr für die Lebensmittelsicherheit dar

Der mikrobielle Verderb von gepökelter, aufgeschnittener Brühwurst, verpackt unter Vakuum oder modifizierter Gasatmosphäre, wird hauptsächlich von psychrotrophen Milchsäurebakterien verursacht (Borch et al. 1996), wobei es zur Bildung von Fehlaromen, Verfärbungen oder Schleimbildung kommen kann. Nitritpökelsalze weisen bekanntermaßen eine ausgeprägte antimikrobielle Wirkung gegenüber anaeroben Clostridien auf, verschiedene Verderbniserreger der Gattungen Lactobacillus, Leuconostoc, Weissella, und Carnobacterium werden hingegen kaum im Wachstum gehemmt (Kroeckel 2008).

Darüber hinaus besteht für den Verbraucher ein Risiko, durch die mögliche Übertragung von Zoonoseerregern wie Listeria monocytogenes. Aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften als psychrotrophe, fakultativ anaerobe Bakterien, ihrer vergleichsweise hohen Toleranz gegenüber äußeren Umgebungseinflüssen sowie der ubiquitären Verbreitung stellen Listerien gerade im Fall von verzehrfertigen Wurstwaren eine potentielle Gefahr dar. Insbesondere auf geschnittenen und verpackten Produkten mit vergleichsweise langer Haltbarkeitsdauer erweisen sich Listerien als durchaus vermehrungsfähig. Rückrufaktionen kontaminierter Produkte aufgrund des Nachweises von Listeria monocytogenes sind die Folge. Um eine ausreichende Haltbarkeit und Produktsicherheit im Fall von verzehrfertigen Wurstwaren zu gewährleisten, sind alternative Ansätze zur Haltbarmachung gefragt.

Betasäuren aus der Hopfenpflanze weisen eine starke antimikrobielle Wirkung auf

Die in der Hopfenpflanze enthaltenen Betasäuren weisen eine antimikrobielle Aktivität gegenüber gram-positiven Bakterien auf, zu denen Milchsäurebakterien, Listerien oder Clostridien zählen. Im Gegensatz zu den für die Bierherstellung verwendeten Alphasäuren, stellen Betasäuren nach wie vor eher ein Nebenprodukt der Hopfenverarbeitung dar. Verglichen mit den Alphasäuren ist die antimikrobielle Wirksamkeit der Betasäuren zudem höher, wobei der bittere Geschmack geringer ausgeprägt ist. In eigenen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass Listerien bereits mit Konzentrationen von weniger als 10 µg/ml eines kommerziell erhältlichen Hopfenextrakts im Wachstum gehemmt werden können. Zudem ist bekannt, dass die antimikrobielle Wirkung der Betasäuren gerade in einem leicht sauren Milieu sowie unter Kühlung verstärkt wird (Kramer et al. 2015), was dem Einsatz in Lebensmitteln wie Wurstwaren entgegenkommt.

Hopfenextrakte können das Wachstum von Listerien auf Wurstwaren hemmen

Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens »Stabilisierung von Wurstwaren und Kochschinken durch Hopfenextrakte« wurden betasäurereiche Extrakte in Brühwurst und Kochschinken eingearbeitet, um eine mikrobiologische und möglicherweise auch chemische Stabilisierung der Produkte zu erreichen. Dabei kamen verschiedene Herstellungsverfahren zum Einsatz (Magerbrät- und Gesamtbrätverfahren). Mikrobiologische Testreihen sowie Lagertests zur Qualitätsbewertung aufgeschnittener, verpackter Produkte unter handelsüblichen Bedingungen lieferten dabei die Wissensbasis für eine spätere industrielle Umsetzung.

Dabei konnte die hohe antimikrobielle Wirkung eines betasäurereichen Hopfenextrakts gegenüber gram-positiven Bakterien wie Listeria monocytogenes, Lactobacillus sakei und Clostridium sporogenes demonstriert werden. Gerade im Hinblick auf die spezifischen Bedingungen bei gepökelten Wurstwaren hat sich gezeigt, dass der verwendete betasäurereiche Extrakt prinzipiell als zusätzliche Komponente des Hürdenkonzepts aufgefasst werden kann. Dies begründet sich in dessen gesteigerter antimikrobieller Wirkung bei Kombination mit etablierten Hürden wie einer reduzierten Wasseraktivität, einem abgesenkten pH-Wert oder dem Einsatz von Schutzgas. Letztlich konnte gezeigt werden, dass unter Bedingungen wie sie im Fall von verpackter Brühwurst üblich sind, bereits eine Konzentration von 0,2 μg/ml für eine vollständige Wachstumshemmung von Listeria monocytogenes ausreichend ist.

Aufbauend auf den Ergebnissen der in-vitro Versuche wurde der Hopfenextrakt BRHE in eine Standardrezeptur einer gepökelten Brühwurst (Lyoner) eingebracht. Dabei zeigte sich, dass bei der Einarbeitung des Hopfenextrakts ins Wurstbrät sowohl das Gesamtbrätverfahren als auch das Magerbrätverfahren gleichermaßen anwendbar ist. Die Art der Lagerung der aufgeschnittenen Brühwurst hatte jedoch entscheidenden Einfluss auf die Wirkung des Hopfenextrakts gegen Listeria monocytogenes. Im Fall einer Lagerung unter Schutzgas (20 % CO2 / 80 % N2) konnte eine vollständige Hemmung von L. monocytogenes mit 0,8 g BRHE/kg Wurst erreicht werden. Demnach führt der Einsatz des Hopfenextrakts in der Brühwurst zusammen mit der Lagerung unter Schutzgas zu einer synergistisch gesteigerten antimikrobiellen Wirkung. Die antimikrobielle Wirkung des Extrakts BRHE konnte auch gegenüber dem weit verbreiteten Verderbniserreger Lactobacillus sakei demonstriert werden, wobei für eine vollständige Wachstumshemmung ebenfalls 0,8 g/kg Wurst notwendig waren.

Hopfenextrakte als Konservierungsstoffe im Sinne des Clean Labelling

Hopfenextrakte stellen einen natürlichen Ansatz zur Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit und Haltbarkeit von Lebensmitteln wie Wurstwaren dar. Als natürlicher Konservierungsstoff können sie verbraucherfreundlich im Sinne des Clean Labelling eingesetzt werden und folgen somit dem aktuellen Trend hinsichtlich einer nachhaltigen Nutzung natürlicher Zutaten anstelle von chemischen Konservierungsstoffen. Ihre hohe Wirksamkeit in vergleichsweise niedrigen Konzentrationsbereichen verspricht zudem eine wirtschaftliche Anwendung. Allerdings ist der Hopfenextrakt aktuell nur als Gewürzzutat im Sinne einer Aromakomponente zugelassen und nicht als Konservierungsstoff.

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Borch, E., Kant-Muermans, M. L., & Blixt, Y. (1996). Bacterial spoilage of meat and cured meat products. International journal of food microbiology, 33(1), 103-120.

Kramer, B., Thielmann, J., Hickisch, A., Muranyi, P., Wunderlich, J., & Hauser, C. (2015). Antimicrobial activity of hop extracts against foodborne pathogens for meat applications. Journal of applied microbiology, 118(3), 648-657.

Lothar Kroeckel (2008). Microbiological quality of prepackaged sliced deli meats - Current studies, Fleischwirtschaft -Frankfurt- 88(11):112-116.

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Im Rahmen des Projektes wurden 2 Publikationen veröffentlicht:

  • Kramer, B., Warschat, D., Muranyi, P. (2021) Einsatz von Hopfenextrakt in Brühwurst zur Hemmung von Listerien, Fleischwirtschaft, 101, 7, 192-195.
  • Kramer et al. (2021) Inhibition of Listeria monocytogenes on bologna by a beta acid rich hop extract, Food Control, 126, Art. 108040.
Logo des BMWi als Hinweis auf die Förderung
AiF Logo
IGF Logo

Projektlaufzeit: 2019 bis 2021
Projektträger/Zuwendungsgeber: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung AiF (über Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e. V. - IVLV) / Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi
IGF Förderkennzeichen: 20795 N