Zygosaccharomyces: die Hefe, die Zucker, Säure und Konservierungsmitteln trotzt

Was ist Zygosaccharomyces und warum beunruhigt es die Industrie?

Zygosaccharomyces ist eine Gattung gärender Hefen mit einem unbequemen Ruf: Sie gedeiht genau in den Produkten, die so formuliert sind, dass darin nichts wachsen soll. Sirupe, Fruchtkonzentrate, Fruchtmark, gesäuerte Getränke, Dressings und Wein teilen drei klassische Barrieren — hoher Zuckergehalt, niedriger pH-Wert und saure Konservierungsmittel —, und diese Gattung kann alle drei überwinden. Innerhalb der Gruppe der Verderbniserreger ist sie wohl das deutlichste Beispiel einer Hefe, die sich nicht allein durch die Rezeptur kontrollieren lässt.

Sie ist kein Krankheitserreger: Sie verursacht keine lebensmittelbedingten Erkrankungen. Ihre Auswirkungen sind wirtschaftlicher Natur und betreffen die physische Sicherheit, denn sie vergärt das bereits abgefüllte Produkt, bildet Gas und kann Flaschen und Verpackungen aufblähen oder platzen lassen.

Die relevanten Arten: Z. bailii, Z. parabailii und Z. rouxii

Z. bailii und Z. parabailii

Z. bailii ist die problematischste Art in gesäuerten Lebensmitteln. 2013 wurde Z. parabailii beschrieben, ein Artenhybrid, dessen eine Genomhälfte praktisch identisch mit der von Z. bailii ist; mehrere Stämme, die historisch als Z. bailii identifiziert worden waren, wurden als Z. parabailii neu eingestuft. Beide gehören zur Klade Z. bailii sensu lato, die in der Literatur als außergewöhnlich resistent gegen osmotischen Stress und niedrigen pH-Wert und als häufigster Verderbniserreger verpackter Lebensmittel beschrieben wird. In der Praxis stellen beide für ein Qualitätslabor dasselbe Problem dar, und es empfiehlt sich, gemeinsam nach ihnen zu suchen.

Z. rouxii

Z. rouxii ist die Spezialistin für Umgebungen mit sehr wenig verfügbarem Wasser. Beschrieben wurde ihr Wachstum in Medien mit 70 % (w/v) Saccharose oder 15 % (w/v) Natriumchlorid, und sie wird mit dem Verderb von Saftkonzentraten, Konfitüren, Sirupen, Zuckerrohrprodukten, Traubenmost und Honig in Verbindung gebracht. Während sich Z. bailii durch Säureresistenz auszeichnet, zeichnet sich Z. rouxii durch Osmotoleranz aus.

Warum sie Zucker, Säure und Konservierungsmitteln widersteht

Osmotoleranz und Vorliebe für Fructose

Diese Hefen vertragen Zuckerkonzentrationen, die die meisten Konkurrenten hemmen, und Z. bailii wächst bevorzugt auf Fructose, einem in Säften und Fruchtkonzentraten reichlich vorhandenen Zucker. Zudem ist Z. bailii ethanoltolerant, was ihr das Überleben in Wein, Cidre und fermentierten Getränken ermöglicht.

Resistenz gegen Sorbat, Benzoat und Essigsäure

Sorbat und Benzoat wirken als schwache Säuren: Ihre undissoziierte Form dringt in die Zelle ein und säuert sie von innen an. Eine im International Journal of Food Microbiology veröffentlichte Studie mit 38 Stämmen von Z. bailii ergab, dass diese Hefe bei pH 4,0 im Durchschnitt etwa dreimal mehr schwache Säure benötigt als Saccharomyces cerevisiae, um gehemmt zu werden: mittlere minimale Hemmkonzentrationen von 7,1 mM Sorbinsäure, 8,75 mM Benzoesäure und etwa 465 mM Essigsäure. Eine Übersichtsarbeit in Frontiers in Microbiology fasst die praktische Folge zusammen: Sie kann in Produkten mit Konservierungsmittelkonzentrationen oberhalb der gesetzlich zulässigen Werte wachsen.

Eine resistente Subpopulation

Der für die Qualität wichtigste Befund ist ein anderer. Die extreme Resistenz ist nicht gleichmäßig verteilt: In einer normalen Z. bailii-Population überlebte nur etwa eine von 8000 Zellen 7 mM Sorbinsäure. Diese Zellen hielten einen niedrigeren intrazellulären pH-Wert, was den Eintritt der Säure verringerte, und zeigten eine nahezu vollständige Kreuzresistenz gegenüber anderen sauren Konservierungsmitteln. Es handelt sich nicht um eine vererbbare Mutation, sondern um eine physiologische Heterogenität: Es genügt, dass einige wenige resistente Zellen in die Verpackung gelangen, damit das Produkt mit der Zeit verdirbt.

Welche Produkte sie verdirbt und wie sich das zeigt

Die Fachliteratur dokumentiert Verderb durch Z. bailii in alkoholfreien Getränken, Getränkekonzentraten zum Verdünnen, Tomatenketchup, Sirupen, Sauerkonserven, Wein, Cidre, Trockenfrüchten, Mayonnaise und Salatdressings und in jüngerer Zeit auch in Senf und kohlensäurehaltigen Getränken mit Fruchtgeschmack. Sie ist ein übergreifendes Risiko in der Getränkeindustrie, wo der Verderb oft schwerer wiegt als Krankheitserreger.

• Bombage: Die Vergärung des Zuckers erzeugt CO₂ in der geschlossenen Verpackung; in Extremfällen wurden platzende Flaschen und körperliche Verletzungen beschrieben.
• Nachgärung: Auftreten von Ethanol, Trübung, Bodensatz und Fremdgerüchen oder -geschmäckern in einem Produkt, das stabil sein sollte.
• Später Verderb: Das Problem tritt im Lager, im Vertrieb oder im Regal auf, wenn die Charge den Betrieb bereits verlassen hat.

Warum eine niedrige Hefezahl nicht ausreicht

Viele Freigabepläne stützen sich auf eine Hefe- und Schimmelpilzzahl in KBE. Das ist ein nützlicher Indikator, hat bei Zygosaccharomyces aber klare Grenzen:

• Sie sagt nicht, welche Hefe es ist. Eine niedrige Zahl einer konservierungsmittelempfindlichen Hefe hat nicht dieselbe Bedeutung wie einige wenige Zellen von Z. bailii, die dort wachsen können, wo andere es nicht können.
• Der gefährliche Anteil ist eine Minderheit. Wenn die extreme Resistenz in einer Subpopulation von weniger als einer Zelle pro tausend steckt, kann die Bedrohung weit unter dem liegen, was eine Gesamtkeimzahl sichtbar macht.
• Mehr Konservierungsmittel stabilisiert das Produkt nicht. Die resistenten Zellen vertragen mehrere schwache Säuren gleichzeitig; ein Wechsel von Sorbat zu Benzoat oder eine Dosiserhöhung bis zum gesetzlichen Grenzwert garantiert daher keine Stabilität.

Deshalb lautet die nützliche Frage bei Risikoprodukten nicht nur, wie viele Hefen vorhanden sind, sondern ob Zygosaccharomyces vorhanden ist, in welchem Rohstoff und an welcher Stelle der Linie.

Kontrolle im Betrieb: wo der Kampf gewonnen wird

Rohstoffe und Rezeptur

Konzentrate, Fruchtmark und Sirupe sind übliche Eintragswege, daher sollten sie in die Lieferantenverifizierung einbezogen werden. Bei der Rezeptur identifizierte ein in Applied and Environmental Microbiology veröffentlichtes Verderbsmodell für kaltabgefüllte Getränke den pH-Wert sowie die Konzentrationen von Natriumbenzoat und Kaliumsorbat als die Faktoren, die die Wachstumswahrscheinlichkeit von Hefen, einschließlich Z. bailii, signifikant steuerten. Kombinierte Barrieren wirken besser als die Abhängigkeit von einer einzigen.

Hygiene und Oberflächen

Diese Hefen können an Edelstahl, Glas oder Kunststoff haften und Biofilme bilden. In einer Studie mit Z. rouxii ließ sich Edelstahl mit allen geprüften Mitteln erfolgreich desinfizieren, während Holz wegen seiner Porosität nahezu nicht zu desinfizieren war. Um zu bestätigen, dass die Reinigung funktioniert, braucht es eine gut geplante Oberflächenprobenahme im Rahmen des Umweltmonitorings, mit Schwerpunkt auf Füllern, Ventilen, Dichtungen, Sirupbehältern und Dosierleitungen.

Ursachenanalyse

Bei einer bombierten Charge weist die Identifizierung der Art den Weg: Z. bailii deutet auf ein Problem der Konservierungsmittelresistenz und der Hygiene in Bereichen mit gesäuertem Produkt hin, während Z. rouxii auf Sirupe, Konzentrate oder die Lagerung zuckerreicher Rohstoffe hinweist.

Wie sie mit molekularen Methoden nachgewiesen wird

Die Real-Time-PCR identifiziert das Erbmaterial der Hefe, ohne auf die Koloniebildung zu warten oder auf morphologische Unterschiede angewiesen zu sein. Ein im International Journal of Food Microbiology veröffentlichter Assay wies Z. bailii in Säften und Wein mit guter Korrelation zur Plattenzählung nach, selbst bei einem großen Überschuss an S. cerevisiae. Wenn mehrere Organismen gleichzeitig gesucht werden, erlaubt ein Multiplex-Format, die Gruppe Zygosaccharomyces in derselben Reaktion von anderen gärenden Hefen zu unterscheiden.

In diesem Sinne weist Specio 1.7 Z. bailii und Z. parabailii in Getränken, Fruchtmark sowie auf belebten und unbelebten Oberflächen mittels Real-Time-PCR mit Schmelzkurve nach, und Ampliora 3.15 weist die Gruppe Zygosaccharomyces, Saccharomyces spp. und Saccharomyces cerevisiae in Wein und auf Oberflächen mittels Real-Time-PCR nach.