High Pressure Inactivation of Bacteria

The aim of this thesis was to study the effect of temperature-co-solvent or combined pressure-temperature-co-solvent induced inactivation behaviour of bacteria. Therefore, the focus was set on the fermentative organism Lactococcus lactis ssp. cremoris MG 1363, which should be characterised on its physiological behaviour under extreme conditions. In addition, previously measured data sets were used (Molina-Höppner, 2002) to the pressure-temperature-co-solvent dependent inactivation kinetics that were determined in preparation of this work. Data Mining tools as well as differential equation tools have been used for this bacteria to extract as much information as possible out of the generated data and to describe its behaviour mathematically. The second part of the thesis represents a study about the detection of stress induced enzymes and their influence on the inactivation behaviour of contaminating Escherichia coli TMW 2.497. The prolongation of temperature induced inactivation of L. lactis by the use of protective additives was verified by quantifying viable and stress resistant cell counts after the process as well as by the use of FT-IR spectroscopy during the temperature treatment. Therefore, different buffer systems namely milk bufffer, milk buffer 1.5M sucrose or milk buffer 4M NaCl and a temperature range between 40°C and 75°C was used to detect the protective effect of both additives. NaCl protects L. lactis more effective than sucrose. The inactivation kinetics followed the characteristics of sigmoid asymetric shapes with either with or without an initial shoulder effects. Nevertheless, a complete inactivation of the population was reached by the use of 65°C in each buffer. The protective effect was detected and assigned to the reduced aw in case of NaCl as well as the preferential hydration effect of proteins in carbohydrate solutions. These findings as well as the generated data were used to detect correlations between those physiological states as well a
Das Ziel der Arbeit stellte die Untersuchung temperatur- oder druck-temperatur- oder druck-pH-induzierter Inaktivierung von Bakterien in Abhängigkeit von verschiedenen Additiva zum Messsystem „Milchpuffer“ dar. Dabei kam der fermentative Organismus Lactococcus lactis ssp. cremoris MG 1363 sowie der Verderbsorganismus Escherichia coli TMW 2.497 zum Einsatz. Der Fokus der Arbeit lag auf L. lactis sowie der Analyse der druck-temperaturinduzierten Inaktivierung. Zusätzlich zu den in dieser Arbeit generierten Daten wurden Daten aus einer weiteren Doktorarbeit zur Hochdruckinaktivierung von L. lactis verwendet (Molina-Höppner, 2002). Beide Datensätze sollten mit Hilfe geeigneter Data Mining Methoden analysiert werden, um letztendlich weiteres Wissen aus den Daten zu extrahieren um ein Modell generieren zu können, welches die Detektion von thermisch induzierten Prozessungleichförmigkeiten bei der Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln voraussagen kann. Der zweite Teil der Arbeit stellte die Detektion von stressinduzierter Resistenzmechanismen in E. coli und deren Einfluss auf die kombinierte Druck-pH-Inaktivierung dar. Bei der Anlayse zur temperaturinduzierten Inaktivierung von L. lactis konnte durch den Zusatz von Protektiva wie Kochsalz bzw. Saccharose in molarer Konzentration ein Schutzeffekt im Vergleich zu Inaktivierungsdaten generiert in Milchpuffer bestätigt werden. Dabei bot die Zugabe von 4 M Kochsalz einen effektiveren Schutz wie der Zusatz von 1,5M Saccharose. Die dabei erzielten Kinetiken nahmen einen Verlauf an, bei dem entweder keine Inaktivierung und/oder eine Dezimierung der Population stattfanden. Eine komplette Reduktion der Population von L. lactis konnte in jedem Puffersystem ab 65°C beobachtet werden. Der Schutzeffekt lässt sich durch den reduzierten aw-Wert in Gegenwart von Kochsalz sowie der Bildung einer proteinumlagerneden schützenden Hydrathülle in Gegenwart von Saccharose erklären. Dadurch musste in Gegenwart dieser Zusätze mehr Energie in Form vo