FTIR-Mikrospektroskopie kombiniert FTIR-Spektroskopie mit Mikroskopie und ist eine verhältnismäßig neue Technik zur Identifizierung von Mikroorganismen anhand des Vergleichs mit Referenzspektren einer Datenbank. Das eigentliche Neue der Technik stellt die Messung von Mikrokolonien dar, die von der Agarplatte auf einen IR-transparenten Probenträger überführt werden. Da für die Bildung von Mikrokolonien eine verkürzte Inkubationsdauer ausreichend ist, wird eine schnellere Identifizierung als mit herkömmlichen kultivierungsbedingten Methoden möglich. Zudem kann die bislang für eine Identifizierung notwendige Isolierung von Mikroorganismen übergangen werden, was die schnelle quantitative Analyse gemischter mikrobieller Konsortien gestattet. Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war, die Identifizierung lebensmittelrelevanter Mikroorganismen durch FTIR-Mikrospektroskopie zur Anwendung zu bringen. Dazu wurde zunächst die Methode in Bezug auf die Inkubation der Organismen und den Einfluss verschiedener Parameter auf die Qualität der Spektren standardisiert. Anschließend wurden für die drei Organismengruppen Hefen, coryneforme Bakterien und Milchsäurebakterien Referenzdatenbanken mit 82, 64 bzw. 71 Stämmen erstellt sowie die für eine Identifizierung bedeutenden Wellenzahlbereiche und die geeignete Ableitung bestimmt. Nach Optimierung der Parameter für die Auswertung ergab eine externe Validierung der Datenbanken für Hefen 80%, für coryneforme Bakterien 75% und für Milchsäurebakterien 83% korrekte Identifizierungen auf Speziesebene. Bei der Identifizierung der Hefenarten Saccharomyces cerevisiae und Debaryomyces hansenii auf Stammebene konnten 92% bzw. 91% richtige Zuordnungen erzielt werden. Diese Ergebnisse sind, verglichen mit den herkömmlichen Methoden zur routinemäßigen Identifizierung, sehr gut, zumal eine Differenzierung auf Stammebene mit kommerziell zu erwerbenden Kits in der Regel nicht erreicht wird. Sie zeigen jedoch auch, dass durchaus noch Verbesserungspotential besteht. So ließe sich der Identifizierungserfolg durch eine Erhöhung der Spektrenzahl in der Datenbank oder den Einsatz hoch entwickelter multivariater Verfahren der Datenauswertung – wie künstlicher neuronaler Netze – noch erhöhen. Eine Anwendung der Datenbanken für coryneforme Bakterien und Milchsäurebakterien unter Praxisbedingungen erfolgte bei der Populationsanalyse zweier Reifungskonsortien für Rotschmierekäse und einer undefinierten Starterkultur für Emmentaler Käse, für die insgesamt ca. 3750 Spektren aufgenommen wurden. Eine Überprüfung der Identifizierungsergebnisse der FTIR-Mikrospektroskopie bei der Analyse der Rotschmierekultur über die Identifizierung von Isolaten mittels FTIR-Makrospektroskopie und z.T. auch 16S rDNA-Sequenzierung ergab, dass in der Datenbank gut repräsentierte Arten mit FTIR-Mikrospektroskopie zweifelsfrei identifiziert werden konnten. Die Starterkultur des Emmentalers wurde vor der Analyse des Käses in die Referenzdatenbank übernommen. So konnte eine Differenzierung der im Käse vorhandenen Organismen in Starter- und Hausflora sowie einzelne Stämme vorgenommen und zudem die Verschiebung der Floraverhältnisse während der Säuerung festgestellt werden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass sich FTIR-Mikrospektroskopie erfolgreich auf die Identifizierung von lebensmittelrelevanten Mikroorganismen anwenden lässt. Aufgrund des höheren Arbeitsaufwandes für die Messung von Reinkulturen mit FTIR-Mikrospektroskopie erscheint die universelle Identifizierung, wie sie erfolgreich mit FTIR-Makrospektroskopie gemacht wird, jedoch nicht als optimale Anwendung der Technik. Das größte Potential dieser Methode liegt vielmehr in ihrem hohen Automatisierungsgrad bei der Messung vieler Kolonien der gleichen Probe, was die mikrobielle Populationsanalyse außerordentlich beschleunigt und über die große Datenbasis zudem sehr präzise Ergebnisse ermöglicht. So wird erstmals ein Monitoring von Reifungskonsortien oder auch die Kontaminationsroutenanalyse ohne den Einsatz molekularbiologischer Techniken und mit für Routineuntersuchungen vertretbarem Aufwand durchführbar.     «

FTIR-Mikrospektroskopie kombiniert FTIR-Spektroskopie mit Mikroskopie und ist eine verhältnismäßig neue Technik zur Identifizierung von Mikroorganismen anhand des Vergleichs mit Referenzspektren einer Datenbank. Das eigentliche Neue der Technik stellt die Messung von Mikrokolonien dar, die von der Agarplatte auf einen IR-transparenten Probenträger überführt werden. Da für die Bildung von Mikrokolonien eine verkürzte Inkubationsdauer ausreichend ist, wird eine schnellere Identifizierung als mit h...     »

FT-IR microspectroscopy combines FT-IR spectroscopy with microscopy and is a relatively novel technique for the identification of microorganisms by comparison to reference spectra in a database. The novelty of the technique is displayed by the measurement of microcolonies that have to be transferred from the agar plate to an IR-transparent sample carrier. As for the formation of microcolonies a reduced incubation time is sufficient, an accelerated identification compared to conventional cultivation-dependent methods is possible. Moreover, the hitherto required isolation of microorganisms prior to the identification may be omitted, which enables rapid quantitative analysis of mixed microbial consortia. The aim of the presented work was to apply FT-IR microspectroscopy to the identification of food-relevant microorganisms. For this purpose, the method was first standardised with respect to the incubation of the microorganisms and the influence of certain parameters on the quality of the spectra. Afterwards, reference databases for yeasts, coryneform bacteria and lactic acid bacteria were established including 82, 64, and 71 strains, respectively, and the spectral ranges important for the identification and the suitable derivation were determined. After optimising the parameters for data analysis an external validation of the databases resulted in 80% correct identification on the species level for yeasts, 75% for coryneform bacteria, and 83% for lactic acid bacteria. For the yeast species Saccharomyces cerevisiae and Debaryomyces hansenii, 92% and 91% of the spectra, respectively, were typed correctly on the strain level. These are very good results compared to conventional techniques for routine identification of microorganisms, particularly as differentiation to the strain level with commercially available identification kits will normally not be achieved. However, the results also show that there is still potential for improvement. The success of identification might be improved by including more spectra in the database or by applying highly sophisticated multivariate statistical techniques of data analysis, for example artificial neural networks. The databases for coryneform bacteria and lactic acid bacteria were also applied to the population analyses of two red smear cheese ripening consortia and one undefined starter culture for Emmentaler cheese. Altogether, 3750 spectra were recorded. The identification results obtained by FT-IR microspectroscopy were verified by identifying isolates by FT-IR macrospectroscopy and partially by 16S rDNA sequencing, which showed that species well covered by the spectral library could be identified unequivocally. The starter culture for the Emmentaler cheese was included in the database for lactic acid bacteria prior to the population analysis, which enabled the differentiation of the organisms present in the cheese into starter culture and house flora as well as into different strains. Furthermore, a shift in the flora composition during the acidification could be observed. The presented work shows that FT-IR microspectroscopy can be applied successfully to the identification of food-relevant microorganisms. Due to the higher work effort for the measurement of pure cultures by FT-IR microspectroscopy, the universal identification of microorganisms – as it is performed successfully applying FT-IR macrospectroscopy – seems not to be the optimal application for this technique. The highest potential of the method lies in the high degree of automation for the measurement of many colonies of the same sample, which significantly accelerates microbial population analyses. The large amount of data, furthermore, permits very precise results to be obtained. This renders, for the first time, a monitoring of ripening consortia as well as contamination route analyses without applying molecular techniques and with reasonable work effort possible for routine analyses.     «

FT-IR microspectroscopy combines FT-IR spectroscopy with microscopy and is a relatively novel technique for the identification of microorganisms by comparison to reference spectra in a database. The novelty of the technique is displayed by the measurement of microcolonies that have to be transferred from the agar plate to an IR-transparent sample carrier. As for the formation of microcolonies a reduced incubation time is sufficient, an accelerated identification compared to conventional cultivat...     »