Log-Reduktion im Challenge-Test und Testkeime erklärt

Wer einen Challenge-Test-Bericht öffnet, findet zwei Dinge: eine Liste von Mikroorganismen mit lateinischen Namen und eine Spalte mit Zahlen, die Log-Reduktionen heißen. Beides entscheidet, ob Ihr Produkt besteht, doch nur wenige Markeninhaber bekommen erklärt, was es bedeutet. Die Log-Reduktion im Challenge-Test ist der Rückgang lebender Mikroorganismen in Zehnerpotenzen: 1 Log bedeutet 90 % weniger, 2 Log 99 % weniger und 3 Log 99,9 % weniger als zu Beginn. Dieser Leitfaden erklärt die Rechnung mit Beispielen, stellt die fünf Testkeime vor und zeigt, wie Sie die Zahlen lesen, ohne sich täuschen zu lassen.

Die kurze Antwort

Im Challenge-Test gibt das Labor eine große, bekannte Zahl von Mikroorganismen in getrennte Teilmengen Ihres Produkts, typischerweise einige hunderttausend bis eine Million pro Gramm. Danach zählt es die Überlebenden nach 7, 14 und 28 Tagen. Jede Zählung wird in einen Logarithmus umgerechnet und vom Ausgangswert abgezogen. Das Ergebnis, die Log-Reduktion, wird mit den Kriterien der Norm verglichen, meist ISO 11930. Bakterien müssen am schnellsten abnehmen, Hefen langsamer und Schimmelpilze am wenigsten, weil sich jede Gruppe anders verhält.

Was „Log-Reduktion“ eigentlich bedeutet

Keimzahlen umfassen riesige Bereiche, von Millionen bis zu einer Handvoll. Als Zehnerpotenzen geschrieben, lassen sie sich leichter vergleichen: 1.000.000 ist 10 hoch 6, also Log 6, und 1.000 ist Log 3. Die Log-Reduktion ist einfach der Ausgangs-Log minus dem Log am Probenahmetag.

• 1 Log Reduktion = 90 % weniger lebende Mikroorganismen
• 2 Log = 99 % weniger
• 3 Log = 99,9 % weniger
• 4 Log = 99,99 % weniger

Prozentangaben verschleiern, wie groß die Unterschiede sind. „99 % abgetötet“ klingt hervorragend, sind aber nur 2 Log, und von einer Million Ausgangszellen leben dann noch 10.000. Deshalb arbeiten Normen mit Logarithmen, nicht mit Prozenten.

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Eine Beispielrechnung

Angenommen, das Labor beimpft eine Lotion mit Pseudomonas aeruginosa und die Ausgangszahl beträgt 500.000 koloniebildende Einheiten (KBE) pro Gramm. Der Log von 500.000 ist 5,7. An Tag 7 liegt die Zahl bei 200 KBE/g, also Log 2,3. Die Log-Reduktion beträgt 5,7 − 2,3 = 3,4. Nach ISO 11930 Kriterium A brauchen Bakterien bis Tag 7 mindestens 3 Log, das Ergebnis erfüllt also die Anforderung für diesen Tag.

Nun der Schimmelpilz. Aspergillus brasiliensis startet mit 200.000 KBE/g (Log 5,3) und liegt an Tag 28 bei 15.000 KBE/g (Log 4,2). Die Reduktion beträgt 1,1 Log. Für Schimmel verlangt Kriterium A keinen Anstieg an Tag 14 und mindestens 1 Log bis Tag 28, also besteht auch dieses Ergebnis, wenn auch knapp.

Die fünf Testkeime und warum sie verwendet werden

ISO 11930, Ph. Eur. 5.1.3 und USP 51 nutzen alle dieselben fünf Organismen. Labore beziehen sie aus anerkannten Stammsammlungen, zum Beispiel ATCC-Stämme, damit Ergebnisse weltweit vergleichbar sind.

• Pseudomonas aeruginosa (oft ATCC 9027): ein gramnegatives Bakterium, das in Wasser gedeiht, viele Konservierungsmittel toleriert und Augeninfektionen verursachen kann. Es ist eine der häufigsten Ursachen für Kontaminationsprobleme.
• Staphylococcus aureus (oft ATCC 6538): ein grampositives Bakterium auf Haut und in der Nase, stellvertretend für Kontamination durch Hände und Anwender.
• Escherichia coli (oft ATCC 8739): ein gramnegatives Bakterium und Indikator für fäkale Verunreinigung und mangelnde Hygiene.
• Candida albicans (oft ATCC 10231): eine Hefe, stellvertretend für Pilzkontamination, die in Flüssigkeiten ähnlich wie Bakterien wächst.
• Aspergillus brasiliensis (oft ATCC 16404, früher A. niger): ein Schimmelpilz, der widerstandsfähige Sporen bildet und am langsamsten auf Konservierungsmittel reagiert.

Warum Bakterien, Hefen und Schimmel unterschiedliche Ziele haben

Bakterien vermehren sich in wasserhaltigen Produkten schnell, daher muss ein Konservierungssystem sie rasch reduzieren; deshalb verlangt ISO 11930 Kriterium A 3 Log bis Tag 7. Hefen sind schwerer abzutöten, daher liegt das Ziel im selben Zeitraum bei 1 Log. Schimmelsporen sind darauf ausgelegt, widrige Bedingungen zu überstehen, daher ist die Anforderung niedriger: kein Anstieg an Tag 14 und mindestens 1 Log bis Tag 28 nach Kriterium A. Kriterium B lockert diese Ziele und wird nur mit dokumentierter Begründung akzeptiert, etwa durch schützende Verpackung.

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Was „kein Anstieg“ bedeutet

Das Zählen von Kolonien auf Platten ist nie ganz genau. Zwei Platten aus derselben Probe können abweichen, daher erlauben Normen eine gewisse Toleranz. USP 51 definiert „kein Anstieg“ zum Beispiel als höchstens 0,5 Log über dem Vergleichswert. In der Praxis gilt eine Schimmelzahl, die von Log 5,3 auf Log 5,5 steigt, als stabil, ein Sprung auf Log 6,0 dagegen als echter Anstieg und damit als nicht bestanden.

Nachweisgrenzen und „kleiner als“-Ergebnisse

Wirkt ein Konservierungsmittel gut, kann die Zahl unter die Nachweisgrenze der Methode fallen. Der Bericht zeigt dann einen Wert wie „<10 KBE/g“ und eine Log-Reduktion wie „>4,7“. Das heißt nicht, dass das Produkt steril ist, sondern dass die Überlebenden unter der Nachweisgrenze liegen, die von Verdünnung und Neutralisationsmittel abhängt. Ein „größer als“-Ergebnis ist eine gute Nachricht, doch die genaue Zahl lässt sich zwischen Berichten mit unterschiedlichen Nachweisgrenzen nicht vergleichen.

Warum die Ausgangszahl wichtig ist

Jede Log-Reduktion wird gegen einen Bezugswert berechnet. Je nach Methode ist das das berechnete Inokulum oder eine Zählung direkt nach der Beimpfung. Das Labor prüft außerdem, ob sein Neutralisationsmittel das Konservierungsmittel auf der Platte stoppt. Versagt die Neutralisation, tötet das Konservierungsmittel während der Zählung weiter, und das Ergebnis sieht besser aus, als es ist. Fragen Sie nach, ob die Neutralisation verifiziert wurde, besonders bei Produkten mit starken Konservierungsmitteln oder hohem Alkoholgehalt.

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Was die Log-Reduktion Ihres Produkts beeinflusst

• Wahl und Konzentration des Konservierungsmittels: Jedes Konservierungsmittel deckt Bakterien, Hefen und Schimmel unterschiedlich ab.
• pH-Wert: Viele organische Säuren wirken nur bei niedrigem pH. Ein pH-Drift während der Lagerung kann sie schwächen, ein Grund für einen Stabilitätstest.
• Wasseraktivität und Rezeptur: Emulsionen, Verdicker, Pflanzenextrakte und manche Tenside können Konservierungsmittel binden oder inaktivieren.
• Verpackung: Am besten wird die finale Rezeptur in der finalen Verpackung getestet.
• Ausgangsqualität: Eine verunreinigte Charge startet mit einer zusätzlichen Keimlast. Ein mikrobiologischer Spezifikationstest bestätigt, dass die Charge sauber war.

Log-Reduktion ist keine Haltbarkeit

Ein Challenge-Test zeigt, ob das Konservierungssystem zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer Kontamination fertig wird, meist an einer frischen Charge. Er sagt nicht, wie lange das Produkt stabil bleibt oder welche Verwendungsdauer nach dem Öffnen (PAO) Sie angeben sollten. Die Haltbarkeit ergibt sich aus Stabilitätsprüfungen, und manche Bewerter verlangen zusätzlich einen Challenge-Test am Ende der Lagerung, um zu zeigen, dass das Konservierungsmittel nach Monaten im Regal noch wirkt.

Häufige Fehldeutungen

• Prozente als Beweis lesen. „99 % Reduktion“ sind nur 2 Log.
• Nur Tag 28 lesen. Bakterien müssen auch das Ziel an Tag 7 oder Tag 14 erreichen.
• Eine kleine Schimmelreduktion als Fehlschlag werten. Bei Schimmel kann „kein Anstieg“ an Tag 14 voll konform sein.
• Berichte ohne Kontext vergleichen. Unterschiedliche Normen, Nachweisgrenzen und Inokula verändern die Zahlen.

Häufig gestellte Fragen

Ist eine höhere Log-Reduktion immer besser?

In vernünftigem Rahmen ja, weil sie eine Sicherheitsreserve zeigt. Ein sehr aggressives Konservierungssystem kann jedoch Verträglichkeitsfragen aufwerfen, daher ist das Ziel ein robustes Bestehen, nicht die maximal mögliche Abtötung.

Warum ist das Ziel für Schimmel so niedrig?

Schimmelsporen sind von Natur aus widerstandsfähig und reagieren langsam. Die Normen bilden diese Biologie ab und verlangen dennoch, dass Schimmel im Produkt nie wächst.

Wohin kommt das Ergebnis?

Der unterzeichnete Bericht kommt in die Produktinformationsdatei (PIF) und wird vom Sicherheitsbewerter in Teil A des CPSR verwendet.

Das Wichtigste in Kürze

• Jedes Log ist ein Rückgang um den Faktor zehn: 3 Log bedeuten 99,9 % weniger Mikroorganismen.
• Log-Reduktion = Ausgangs-Log minus Log am Probenahmetag.
• Fünf Referenzkeime decken gramnegative und grampositive Bakterien, Hefe und Schimmel ab.
• Die Ziele unterscheiden sich je Keimgruppe, und „<“-Werte spiegeln Nachweisgrenzen wider, keine Sterilität.