Developments such as the increasing globalisation of the food industry, constant innovations in technologies and products, and changes in the susceptibility of populations to disease have all highlighted the problem of emerging pathogens. Pathogens may be defined as emerging in a number of ways. They can be newly discovered (e.g. through more sensitive analytical methods), linked for the first time to disease in humans, or first associated with a particular food. A pathogen may also be defined as ‘emerging’ when significant new strains emerge from an existing pathogen, or if the incidence of a pathogen increases. Designed for microbiologists and QA staff in the food industry, and food safety scientists working in governments and academia, this collection discusses ways of identifying emerging pathogens and includes chapters on individual pathogens, their epidemiology, methods of detection and means of control.
Pathogens respond dynamically to their environment. Understanding pathogen behaviour is critical both because of evidence of increased pathogen resistance to established sanitation and preservation techniques, and because of the increased use of minimal processing technologies which are potentially more vulnerable to the development of resistance. This collection summarises the wealth of recent research in this area and its implications for microbiologists and QA staff in the food industry.
The foundation of food safety lies in good hygiene practice. This important and wideranging book complements the highly successful Hygiene in food processing by reviewing some of the key recent research on improving hygiene in food processing plants. Part I considers the latest research on contamination risks such as biofilms and how they can be assessed. Part II reviews ways of improving hygienic design of both buildings and equipment, including such key topics as clean room technology. The final part of the book discusses ways of improving hygiene practice and management, with chapters on areas such as cleaning and monitoring techniques.
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Printed by TJ International, Padstow, Cornwall, England
1Quantitative
D.I. Ellis and R. Goodacre, University of Manchester, UK 1.1Introduction........................................................................3
2.9Sources of further information and advice.......................49 2.10References..........................................................................49
3Detection, enumeration and identification methods for spoilage molds ..............................................................................55
14.7Sources of further information and advice.......................413 14.8References..........................................................................413
15.2The morphology of Zygomycetes..................................416
15.3Growth conditions of Zygomycetes...............................419
15.4Zygomycetes in food and industry.................................421
15.5Zygomycetes and spoilage..............................................422
15.6How to prevent spoilage.................................................425
15.7Zygomycetes and mycotoxins........................................427
15.8Zygomycetes and spore formation and germination.....428
15.9Medical aspects of Zygomycetes...................................429
15.10Specific detection, identification and enumeration methods......................................................430
15.11Sources of further information and advice....................431 15.12Future trends....................................................................431
19.2Description of Pseudomonas, Xanthomonas and Shewanella species associated with spoilage of plantand animal-derived foods..................................................508
19.3Detection and enumeration of Pseudomonas, Xanthomonas and Shewanella species.............................516
19.4Factors affecting the survival and growth of Pseudomonas and Shewanella.......................................... 521
19.5Spoilage mechanisms employed by Pseudomonas and Shewanella .........................................................................524
19.6Control of Pseudomonas and Shewanella........................ 526
19.7Conclusions and future trends..........................................529
Dr Clive Blackburn Safety and Environmental Assurance Centre, Unilever Colworth, Sharnbrook, Bedford, MK44 1LQ, UK
Tel: +44 (0) 1234 264858
Fax: +44 (0) 1234 264711
E-mail: clive.blackburn@unilever.com
Chapter 1
David I. Ellis* and Royston Goodacre School of Chemistry, University of Manchester, PO Box 88, Sackville Street, Manchester, M60 1QD, UK
E-mail: r.goodacre@umist.ac.uk
D.Ellis@manchester.ac.uk
Chapter 2
Cletus P. Kurtzman Microbial Genomics and Bioprocessing Research Unit, National Center for Agricultural Utilization Research, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, 1815 N. University St, Peoria, Illinois 61604, USA
E-mail: Kurtzman@ncaur.usda.gov
Chapter 3
Dr Maribeth A. Cousin Purdue University, Department of Food Science, 745 Agriculture Mall Drive, West Lafayette, IN 47907-2009, USA
Tel: +1 765 494 8287
Fax: +1 765 494 7953
E-mail: cousin@purdue.edu
Chapter 4
Dr Peggy Braun*
University of Leipzig, Institute of Food Hygiene, Veterinary Faculty, An den Tierkliniken 1, D-04103 Leipzig, Germany
Tel: +49 341 9738220
Fax: +49 341 9738249
E-mail: pbraun@vetmed.unileipzig.de
Dr Jane P. Sutherland
London Metropolitan University, School of Health and Sports Science, Faculity of Science, Computing and Engineering, 166–220 Holloway Road, London N7 8DB, UK
E-mail: j.sutherland@Londonmet.ac.uk
Chapters 5 and 23
Dr Gail Betts
Campden and Chorleywood Food RA, Chipping Campden, GL55 6LD, UK
Tel: +44(0) 1386 842071
Email: g.betts@campden.co.uk
Chapter 7
Kathryn Boor*
Department of Food Science, Cornell University, 413 Stocking Hall, Ithaca, NY 14853, USA
Tel: +1607 255 3111
Fax:+1607 254 4868
E-mail: kjb4@cornell.edu
Hazel Fromm
International Food Network, 35 Thornwood Drive, Cornell Business & Technology Park, Ithaca, NY 14850, USA
Tel: +1607 257 5129
Fax: +1607 257 4695
E-mail:hif2@cornell.edu
Chapter 8
Naresh Magan* and David Aldred Applied Mycology Group, Biotechnology Centre, Cranfield University, Silsoe, Bedford, MK45 4DT, UK
E-mail: n.magan@Cranfield.ac.uk
Chapter 9
John Samelis
National Agricultural Research Foundation,
Dairy Research Institute, Katsikas, 452 21 Ioannina, Greece
Tel: +302 651 094789
Fax: +302 651 092523
E-mail: jsam@otenet.gr
Chapter 10
Cletus P. Kurtzman*
Microbial Genomics and Bioprocessing Research Unit, National Center for Agricultural Utilization Research, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, 1815 N. University St., Peoria, Illinois 61604
USA
E-mail: Kurtzman@ncaur.usda.gov
Stephen A. James
National Collection of Yeast Cultures, Department of Genetics and Microbiology, Institute of Food Research, Norwich Laboratory, Norwich, NR4 7UA, UK
E-mail: Steve.James@bbsrc.ac.uk
Chapter 11
Graham H. Fleet
Food Science and Technology, School of Chemical Engineering and Industrial Chemistry, The University of New South Wales, Sydney, New South Wales, Australia 2052
Tel: 61 2 9385 5664
Fax: 61 2 9385 5931
E-mail: g.fleet@unsw.edu.au
Chapter 12
T Deák
Corvinus University of Budapest, H-1118 Budapest, Villányi út 29–33, Hungary
E-mail: tibor.deak@uni-corvinus.hu
Chapter 13
V. Loureiro* and M. Malfeito-Ferreira Laboratório de Microbiologia, Departamento de Botânica e Engenharia Biológica, Instituto Superior de Agronomia, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
E-mail: vloureiro@isa.utl.pt mmalfeito@isa.utl.pt
Chapter 14
Professor Maurice O. Moss University of Surrey, Guildford, GU2 7XH UK
Tel: +44 (0) 1483 683341
E-mail: m.moss@surrey.ac.uk.
Chapter 15
Jan Dijksterhuis and Rob A. Samson* Department of Applied Research, Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS), Uppsalalaan 8, 3584 CT, Utrecht, The Netherlands
Food Science Australia, 11 Julius Avenue, North Ryde, NSW 2113, Australia
E-mail: john.pitt@csiro.au
Chapter 17
Ailsa D. Hocking
Food Science Australia, 11 Julius Avenue, North Ryde, NSW 2113, Australia
E-mail: ailsa.hocking@csiro.au
Chapter 18
Anthony P. Williams, Williams and Neaves, The Food Microbiologists, 28 Randalls Road, Leatherhead, KT22 7TQ, UK
E-mail: wilnea@globalnet.co.uk
Chapter 19
Ching-Hsing Liao
Food Safety Intervention Technologies Research Unit, Eastern Regional Research Center, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, 600 East Mermaid Lane, Wyndmoor, PA 19038, USA
E-mail: cliao@arserrc.gov
Chapter 20
U. Schillinger and W. H. Holzapfel* Institute of Hygiene and Toxicology, Federal Research Centre for Nutrition and Food, Haid-und-Neu-Str. 9 76131 Karlsruhe Germany
K. J. Björkroth Department of Food and Environmental Hygiene, University of Helsinki, Finland
E-mail: johanna.bjorkroth@helsinki.fi
Chapter 21
Dr Peter J. McClure Microbiology Department, Unilever Colworth, Sharnbrook, Bedford, MK44 1LQ, UK
E-mail: peter.mcclure@unilever.com
Chapter 22
Dr Christopher L. Baylis Microbiology Department, Campden and Chorleywood Food RA,
Chipping Campden, GL55 6LD, UK
Tel: +44(0) 1386 842073
Fax: +44(0) 1386 842100
E-mail: c.baylis@campden.co.uk
Introduction
C. de W. Blackburn, Unilever Colworth, UK
Food spoilage: a matter of perspective
Microbial metabolism of organic matter is a naturally occurring process in the environment that is essential for the recycling of nutrients. These activities are generally referred to as biodegradation; however, when these organic materials are important for the well-being of humans, such as foods, then microbial metabolism is considered to be spoilage (see Chapters 1 and 14). Indeed, when microbial activities are harnessed for the benefit of humans, they are given constructive epithets such as fermentation and biotransformation. Food spoilage is therefore a social construct and can be defined as the process or change leading to a product becoming undesirable or unacceptable for human consumption. The manifestations of food spoilage are many and varied, and may be visual (e.g. discoloration, slime production, colony formation, breakdown of structure, blowing of container) or apparent by smell (e.g. off-odour) or taste (e.g. off-flavour, increase in acidity). Food spoilage may be caused by microbial, chemical or physical mechanisms. Although this compartmentalisation of the causes of food spoilage is convenient, there is really a continuum of causes and effects. However, by necessity this book is restricted to the microbial spoilage of foods with a focus on the major spoilage microorganisms and how they can be controlled.
Microbial food spoilage and safety
Microbial food safety and spoilage are often separated; indeed, the concept of this book was to treat food spoilage microorganisms in a similar way to that of foodborne pathogens in the book of the same name (Blackburn & McClure, 2002). From the perspective of the microbiologist this separation is sometimes blurred or more complex, as exemplified by the potential for mycotoxin production by contaminating moulds and the shattering of glass containers caused by the build-up of carbon dioxide from contaminating
yeasts. Perhaps more importantly in the eyes of the consumer and also the law, there is often no clear distinction. This has an associated impact on how the food industry perceives and manages food spoilage. Frequently the controls, preservation strategies and management procedures to ensure food safety are similar and overlap with those that control food spoilage. However, whereas safety is given priority, and rightly so, many food microbiologists spend much of their time ‘battling’ food spoilage microorganisms.
An expensive business
Although exact figures of the total economic losses due to food spoilage are unknown it is clear that it constitutes an enormous financial burden. It has been estimated that a quarter of the world’s food supply is lost through microbial activity alone (Huis in’t Veld, 1996). Worldwide losses of grain and legumes have been estimated to be at least 10% of production and for non-grain staples, vegetables and fruits, the loss is believed to be as high as 50% (WHO, 1995). Food losses begin on the farm and continue throughout post-harvest storage, distribution, processing, wholesaling, retailing and use in the home and in catering (Roller, 1999).
The competitive world economy means that no one can exist in isolation, and migration, overseas education and travel have resulted in tremendous demands for competitively priced food from different parts of the world (Merican, 1996). There is a two-way concern regarding safety and quality in importing and exporting countries that requires cooperation between developed and developing countries: the microbiological risks from products and/or ingredients from countries that have varying microbiological standards, and the dumping of substandard products in countries with insufficient monitoring systems (Merican, 1996).
There are a number of trends and drivers from all parts of the food supply chain that present increasing challenges to control microbial spoilage for all those involved in food production and manufacture. From a consumer perspective there are paradoxical drivers for less heavily preserved/processed foods and organic foods, against improved quality, guaranteed safety, longer shelf-lives and competitive pricing. This consumer pressure is passed along the supply chain and it requires those involved in the food industry to reduce operating costs, e.g. by having longer run times between scheduled cleaning and disinfection procedures; global sourcing of ingredients; optimising/reducing thermal processes. This places enormous challenges on controlling microorganisms.
The cost of microbiological mistakes range from having a high level of rework and/or product disposal to having to instigate a (trade or public) product recall. For example, in the USA between 1 October 1991 and 30 September 1992 there were 230 recalls, involving 569 foods and cosmetics, 25% of which were due to microbial contamination (Venugopal et al., 1996).
The usual suspects
The range of spoilage microorganisms is wide. The increasing variety of consumer products together with the need to preserve flavour and texture through minimum processing means that the susceptibility to spoilage has increased, as has the diversity of spoilage species.
Bacteria (Part V) are responsible for some of the most rapid and evident spoilage of proteinaceous foods such as meat, poultry, fish, shellfish, milk and some dairy products (Huis in’t Veld, 1996). Their range is huge and diverse, including the Gram-negative rods (e.g. Pseudomonas, Shewanella, Chapter 19), Gram-positive spore-formers (e.g. Bacillus, Clostridium, Chapter 21), lactic acid bacteria (Chapter 20) and other Gram-positive bacteria (Brochothrix, Micrococcus , Chapter 23) (Huis in’t Veld, 1996). In addition, the Enterobacteriaceae (Chapter 22) is a large group that as well as including spoilage bacteria also contains pathogens. Members of the group are often used as indicators of quality and safety.
The growth of yeasts and moulds (Parts III and IV) is generally slower than that of bacteria, but the wide variety of ecological niches they can exploit, the ability to utilise a variety of substrates, and tolerance of more extreme conditions than (vegetative) bacteria makes them formidable spoilage agents (Huis in’t Veld, 1996). With regard to the yeasts, species of Zygosaccharomyces and related genera are usually the yeasts that colonise and spoil high sugar and high salt products (Chapter 10). Saccharomyces are best known for their positive contributions to food and beverage production, but they also can have deleterious effects including circumstances when the same species spoil the very commodities they produce (Chapter 11). Candida species make up one-quarter of all known yeasts and their heterogeneity means that they are responsible for the spoilage of a wide range of foods (Chapter 12). In contrast the yeasts within the Dekkera/Brettanomyces genera are primarily spoilers of beverages, particularly alcoholic beverages, and they are a major concern to the wine industry (Chapter 13).
Although the yeast and mould forms of the fungi have been considered separately there is really a continuum, with some fungi exhibiting both single celled (yeast) and filamentous (mould) growth. However, the mould form has many specific characteristics that present specific problems with regards to food spoilage (Chapter 14). Although the range of moulds is immense there are a specific and rather limited number of genera and species that are spoilage hazards for each kind of food (Filtenborg et al ., 1996). The Zygomycetes, popularly known as the ‘pin moulds’ are often seen as rapid growers following a ‘hit and run’ strategy for the foods that they spoil (Chapter 15). The Penicillia (Chapter 16) and Aspergilli (Chapter 17) are common spoilage moulds with the latter generally growing more rapidly and at higher temperatures or lower water activities than the former. Other types of moulds are significant in food spoilage (Chapter 18), but many moulds may be present on, or isolated from, foods in which they never or rarely cause spoilage (Chapter 18).
The need to compartmentalise is inherent in microbial classification and taxonomy, but the given name is often of only transient significance. New approaches in taxonomy utilising phylogenetic criteria (e.g. 16S rRNA and DNA sequence comparisons), while not significantly affecting foodborne pathogens, have had an impact on some food spoilage bacteria (Jay, 2003). These methods have been applied to some long-established genera of bacteria of importance in foods including: Bacillus, Clostridium, Flavobacterium, Micrococcus, Pseudomonas, Staphylococcus and Xanthomonas. The use of these molecular genetic methods allows the construction of bacterial taxonomy along phylogenetic rather than phenotypic lines (Jay, 2003). Molecular techniques have also brought greater understanding of the fungal genome and with it subsequent changes to fungal taxonomy (Chapter 17). Many species have a history of being established, dis-established, re-established or transferred to different genera, which has caused much confusion to researchers and industry professionals (Chapter 11).
New processes and food types have created niches for some ‘not-sousual-suspects’, e.g. psychrotrophic clostridia in vacuum-packed and modified atmosphere packed chilled foods (Chapter 21). The reduction of preservatives as a result of consumer pressure has also caused the re-emergence of some spoilage organisms, e.g. certain moulds in bakery products (Chapter 18).
Food for thought
The factors that affect microbial spoilage of foods have been categorised into intrinsic parameters, extrinsic parameters, modes of processing and preservation and implicit parameters (Jay, 1992; referring to Mossel and Ingram, 1955). Intrinsic parameters are the physical, chemical and structural properties of the food itself (e.g. water activity, aW, acidity, redox potential, available nutrients, natural antimicrobial substances). Extrinsic parameters are factors in the environment in which the food is stored (e.g. temperature, humidity and atmosphere composition). Modes of processing and preservation are the physical or chemical treatments that often result in changes in the characteristics of a food product, determining the associated microflora. Implicit parameters are the mutual influences, synergistic or antagonistic, among the primary selection of organisms resulting from the influence of the above-mentioned parameters (Huis in’t Veld, 1996).
Food spoilage is a complex process, and the type of product (intrinsic parameters) and the way it is packaged and stored (extrinsic parameters) select for the types of spoilage microorganism that can grow quickest under those conditions and hence lead to the spoilage of the product. In some cases (products) the interactive behaviour of microorganisms may contribute to their growth and/or spoilage activity. Examples include the competitive advantage of Pseudomonas spp. due to the production of iron-chelating siderophores (Chapter 19); the generation of substrates for spoilage reactions
by one organism from another organism (so-called metabiosis, Chapter 6); and the ‘switching on’ of spoilage metabolism through cell-to-cell communication (Gram et al., 2002). Because of this complexity, in addition to considering microbial spoilage from the perspective of the causative organisms (implicit parameters), there is also benefit from considering the food as the starting point (meat and meat products, Chapter 9; milk and dairy products, Chapter 7; and cereals and bakery products, Chapter 8).
Understanding behaviour and control
An understanding of microbial behaviour and ecology is fundamental in order to make the right decisions with regard to controlling microbial spoilage. It is vital to understand both the organisms associated with foods and those with the potential to spoil it. For example many moulds may be present on and isolated from foods in which they never or rarely cause spoilage. However, the presence of Alternaria might cause concern in a food commodity because of its production of a number of highly toxic mycotoxins, but its presence (without growth) in stored seed and brewing grains can be an indicator of freshness, since by the time it dies out seeds are becoming stale and are less effective at germinating (Chapter 18).
The implementation of the knowledge of specific spoilage organisms (Chapters 10–23) and the foods that they potentially spoil (Chapters 7–9) into control measures requires the use of systems, processes and practices. As with microbial safety, it is proposed that the use of a HACCP-based (hazard analysis critical control point) approach, supported by the necessary prerequisite programmes (e.g. good manufacturing practices) and even risk assessment, provides the best opportunity for controlling spoilage (Chapter 6). In turn, the translation of this knowledge into the necessary management systems often requires the use of tools and techniques. Methods for the detection, identification and quantification of both microbial spoilage and the causative microorganisms are needed (Chapters 1–3 and respective organism-based chapters). Although pathogen testing is beyond the scope of this book (see McMeekin, 2003), methods for indicator organisms are included. Knowing when it is appropriate to test, the appropriate microorganisms to look for and how to correctly interpret results are crucial in order to make the right management decisions. Analytical methods are integral to the procedures (e.g. challenge testing, shelf-life assessment) that are often necessary for the determination of the stability and shelf-life of foods (Chapter 5). These procedures also require knowledge of the relevant spoilage microorganisms and their spoilage capabilities in order to determine the spoilage end-point and understand the links with microbial numbers and metabolic activity. Both in conjunction with challenge testing and in relation to risk assessment and HACCP, the use of predictive microbiological models can be applied. Although these models have mainly focused on the growth, survival and
inactivation of pathogens, models for spoilage microorganisms are increasingly being developed (Chapter 4).
Food technologies play a pivotal role in improving the nutritional quality of food, ensuring its safety and preventing foodborne disease, but they also reduce losses due to spoilage or contamination and are thus vital in the prevention of malnutrition and starvation (WHO, 1995). However, the range and diversity of spoilage microorganisms mean that preservation boundaries often have to be set beyond those necessary to control pathogens. Most traditional food preservation processes have been developed empirically without a full understanding of the mechanisms of action of the antimicrobial agent used. With the move away from using high concentrations of individual food preservatives towards increasing reliance on sub-lethal levels of antimicrobial compounds or processes, there is a need to re-examine the basics (Roller, 1999). From a global perspective, the control of food spoilage is clearly still a huge challenge.
Structure of this book
The rationale behind this book, which is similar to that of the book Foodborne Pathogens (Blackburn and McClure, 2002), is that the control of microbial spoilage requires an understanding of a number of factors including the knowledge of possible hazards, their likely occurrence in different products, their physiological properties, and the availability and effectiveness of different preventative measures. The focus of this book is on the control of microbial spoilage and its aim is to help provide the understanding necessary to do this. It has an applied approach and is intended both for the microbiologist and the non-specialist, particularly those whose role involves microbial quality in food processing operations.
The first part of the book looks at tools, techniques and methods for the detection and analysis of microbial food spoilage with a chapters focusing on analytical methods, predictive modelling and stability and shelf-life assessment. The second part tackles the management of microbial food spoilage with particular reference to some of the major food groups, where the types of spoilage, the causative microorganisms and methods for control are considered by product type. The following three parts are then dedicated to yeasts, moulds and bacteria in turn, and look in more detail at the major organisms of significance for food spoilage. In each chapter the taxonomy, spoilage characteristics, growth, survival and death characteristics, specific methods for detection, and control options are discussed.
Acknowledgements
Clive Blackburn is grateful to the following: Maurice Moss for help with the
structuring and critical appraisal of the mould chapters of the book; Malcolm Stratford and Hazel Steels for guidance with the structuring of the yeast part of the book; and Tony Mayes and Peter McClure for critical appraisal of Chapter 6.
References
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HUIS IN’T VELD J H J (1996), ‘Microbial and biochemical spoilage of foods: an overview’, International Journal of Food Microbiology, 33 , 1–18.
JAY, J M (1992), ‘Intrinsic and extrinsic parameters of foods that affect microbial growth’, in Modern Food Microbiology , Fourth Edition, New York, Chapman and Hall, 38–62.
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VENUGOPAL R, TOLLEFSON L, HYMAN F N, TIMBO B, JOYCE R E and KONTZ K C (1996), ‘Recalls of food and cosmetics by the US Food and Drug Administration’, Journal of Food Protection, 59, 876–880.
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Part I
Detection and analysis of food spoilage
1 Quantitative detection and identification methods for microbial spoilage
D. I. Ellis and R. Goodacre, University of Manchester, UK
1.1Introduction
Microbial metabolism of dead or decaying matter is a naturally occurring process in the environment, and is essential for the recycling of nutrients. Microbial metabolism of foodstuffs, however, that leaves them either unfit or unacceptable for human consumption is commonly termed microbial spoilage. It is to the obvious benefit of producers and processors of food to halt or delay this process for as long as possible. In the modern and highly automated food processing industry the ability to detect the onset or source of microbial spoilage is particularly advantageous as spoilage can lead to large-scale losses in economic terms and outbreaks of foodborne illness.
The microbial spoilage of foods has always been problematic and has been known for centuries, for example in the brewing industry where lactic acid bacteria can spoil beer by causing turbidity, acidity and unfavourable odours (Takahashi et al., 2000; Sakamoto and Konings, 2003; Suzuki et al., 2004). Indeed, as an ideal source of nutrients for bacteria and fungi all foodstuffs can be affected, including dairy products (Bleve et al., 2003; Gunasekera et al., 2003), eggs (Erickson and Jenkins, 1992; Deeming, 1996), fruit (Leverentz et al., 2003), vegetables (Jacxsens et al., 2001; Allende et al., 2004), juices (Casey and Dobson, 2004; Chang and Kang, 2004), fish (Gram and Dalgaard, 2002; Tryfinopoulou et al ., 2002; Skjerdal et al., 2004), meat (Lebert et al ., 2000; Jay et al ., 2003) and poultry (Kalinowski and Tompkin, 1999; Ellis and Goodacre, 2001; Hinton et al., 2004). Therefore, as the potential scope of this particular area of food microbiology could take up a book in itself, this chapter will concentrate on microbial spoilage in meat, and in particular poultry, which is also an area in which the authors have practical experience.
4Food spoilage microorganisms
In terms of food safety and foodborne illness, muscle foods (which include meat and poultry), as well as being a widely consumed and relatively inexpensive protein source, are an important foodstuff with both worldwide economic and public health significance (Altekruse et al., 1999; Mead et al., 1999; Vellinga and Van Loock, 2002). The health risks associated with the consumption of spoiled or contaminated meats, for example, are considerable and include debilitating and potentially lethal microbial diseases such as salmonellosis (Zhang-Barber et al., 1999; Schlundt, 2001; White et al., 2001), campylobacteriosis (Chan et al ., 2001; Frost, 2001; Newell et al., 2001), and haemorrhagic colitis (Tarr et al., 1997; Cassin et al., 1998; Tuttle et al ., 1999). Moreover, the global magnitude of the production, processing and retail industries also makes muscle foods extremely important in economic terms. Therefore, any advancement in the quantitative detection and identification methods for the microbiological contamination/spoilage of meats and poultry would be beneficial, in terms of both the health risks associated with food contamination and any reduction in large-scale losses due to bacterial spoilage. However, it must be stressed that any advancement in detection methods should ideally be concomitant with increased control of the microbial hazards at source if the health risks are to be reduced.
1.2Microbial spoilage of meat and poultry
Meat and poultry are generally described as spoiled when undesirable changes have made them unacceptable to the consumer (Jackson et al., 1997). These organoleptic changes can include purely visible changes (such as discoloured meat), malodours or slime formation. It could be any one or combination of these changes, or indeed any other characteristic that makes the food undesirable for human consumption, that leads to the foodstuff being described as ‘spoiled’ (Jay, 1996; Jackson et al., 1997). It has been established that endogenous post-mortem enzymatic activity within muscle tissue, such as the activity of Ca2+ proteases (calpains), can contribute to some biochemical changes during storage (Koohmaraie, 1992, 1994, 1996; Alomirah et al., 1998; Schreurs, 2000). However, it has also been generally accepted and shown that detectable organoleptic spoilage of muscle foods is a result of the decomposition and the subsequent metabolite formation caused by the growth and catabolic activity of microorganisms (Stutz et al ., 1991; Schmitt and Schmidtlorenz, 1992a,b; Kakouri and Nychas, 1994; Nychas and Tassou, 1997; Braun et al., 1999). These detectable organoleptic changes will vary, for example whether these changes are visible or cause a particular odour, according to the species of colonizing microflora, the general characteristics or type of meat/poultry, processing/production methods and storage conditions (Jackson et al., 1997; García-López et al., 1998).
Several researchers have described meat as the most perishable of all important foods (Jay, 1996; Stanbridge and Davies, 1998), with its nutrient-
rich and moist surface being particularly conducive to the colonization and rapid growth of a wide range of spoilage bacteria. The colonization and growth on the meat surface have been widely researched and documented over several decades in some detail, with the initial (and obvious stage) being the attachment of bacterial cells to the meat surface. This has been described as a loose and reversible sorption (Marshall et al., 1971). The second and irreversible stage of attachment involves the production by the bacterium of a sticky polysaccharide extracellular layer, termed the glycocalyx (Costerson et al ., 1981), which ultimately leads to a biofilm. Other factors may also play a role in bacterial attachment such as the population of microflora already present in the water film on the meat surface, how motile the species involved are, what growth phase they are in, and purely physical factors such as surface morphology and temperature (Jackson et al., 1997).
In storage conditions conducive to bacterial growth, such as a moist atmosphere and a temperature range between –1 and 25 ° C, a wide range of genera are responsible for organoleptic spoilage. Table 1.1 lists the genera most commonly found on meat and poultry and includes both spoilage and pathogenic bacteria. At this particular temperature range and in aerobic storage conditions it is the genus Pseudomonas (including P. fluorescens, P. lundensis, P. putida and P. fragi) which has been observed, in comparison to several other genera responsible for spoilage, to attach more rapidly to meat surfaces (Molin and Ternström, 1982; Jackson et al., 1997; García-López et al., 1998; Stanbridge and Davies, 1998). In aerobic refrigerated storage conditions, the other major spoilage bacteria include the genera Moraxella, Psychrobacter and Acinetobacter. It has also been observed that under these storage conditions, the dominant spoilage microflora are in general Gram-negative aerobic rods (motile and non-motile) and coccobacilli. However, the initial bacterial population of the meat/poultry may also contain Gram-positive genera such as micrococci and lactic acid bacteria, and under anaerobic (vacuum-packaged) storage conditions these can become the dominant spoilage microflora (Holzapfel, 1998; Stanbridge and Davies, 1998; Adams and Moss, 2000).
It has also been observed, following experiments in our own laboratories involving the investigation of bacterial diversity in meats, that the genera of spoilage organisms can vary significantly according to temperature and storage regime. These experiments were undertaken on samples of chicken breast fillets from three distinct temperature/storage treatments. The first of these was named ‘fresh’ and took place immediately following the purchase of the meat. For the second, named ‘spoiled’, samples were left on the bench to spoil at ambient temperature (21 ± 1ºC) for 24h. The final regime, named ‘use by’, were packaged breast fillets stored in the refrigerator at 4 ° C until their use-by date. Bacterial isolates were obtained from each of these three storage regimes and identified using API strips; see Table 1.2 for details (Ellis, 2003).
In general, fresh meats have a pH range between 5.5 and 5.9 and contain sufficient levels of glucose, other simple carbohydrates and low molecular
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Hauptarten zu zerlegen oder sie gar auf ein Urelement (z. B. das Wollen nach der Lehre der Voluntaristen) zurückzuführen.
[16] Auf die speziellen D i f f e r e n z e n zwischen den methodischen Voraussetzungen naturwissenschaftlicher und psychologischer Forschung kann bei dieser summarischen Übersicht über die Haupttatsachen nicht eingegangen werden.
Man vgl zur Methodenlehre der Psychologie Arbeiten von Ebbinghaus, Münsterberg, Stumpf; sowie: Sigwart, Logik Bd. II.
[17] „Die Begriffsbestimmung erfolgt durch (Angabe der) nächsthöheren Gattung und der spezifischen Verschiedenheit.“
[18] „Der bloße Beobachter belauscht die Natur; der Experimentator befragt sie und zwingt sie, sich zu enthüllen.“
[19] Auf die mannigfachen methodologischen Probleme des mathematischen Denkens kann hier naturgemäß nicht eingegangen werden; vgl. dazu die Literaturnachweise am Schluß.
[20] Dem analog ist das Verfahren, durch das wir das Gesamtbild einer Persönlichkeit oder eines Einzeldinges aus seinen speziellen Seiten gewinnen (Gesamtbegriff aus Spezialbegriffen durch e r g ä n z e n d e Induktion).
II. Die Lehre vom wissenschaftlichen Beweisverfahren.
1. Begriff und Arten des Beweises.
Ein wissenschaftliches System ist ein Inbegriff von zureichend begründeten Behauptungen und Problemfragen über einen Teil des Wirklichen, die untereinander in engem logischen Zusammenhange stehen.
Wo wir im Fortgange der wissenschaftlichen Untersuchung auf Erkenntnisse stoßen, deren Gültigkeit als zweifelhaft erscheint, da pflegen wir diese zunächst in Form von F ra g e n zu formulieren, die damit — als w i s s e n s c h a f t l i c h -gerichtete — zu P r o b l e m e n werden.
Auch Problemfragen bedürfen wie Urteile einer zureichenden Begründung. Eine Frage ist logisch zureichend begründet, wenn sie richtig gestellt ist, d. h. wenn ihre Voraussetzungen dem jeweiligen Stande der Forschung entsprechen und sie sich folgerichtig aus der bisherigen Entwicklung der Wissenschaft ergibt. Eine Fragestellung ist demnach als falsch zu bezeichnen, wenn sie sich auf Voraussetzungen gründet, die durch die Geschichte der Forschung widerlegt und damit überwunden sind. Es hat keinen Sinn mehr, gegenwärtig etwa im Sinne der scholastischen Philosophie zu fragen, ob die Universalia anteoder postres seien[21]; keinen Sinn mehr, zu fragen, ob die Welt geschaffen oder von Ewigkeit vorhanden, der Geist ein einfaches oder zusammengesetztes Wesen, ob die Gottesvorstellung der Seele angeboren oder von ihr erworben sei. Diese Fragen sind für unsere Zeit a n a c h r o n i s t i s c h , d. h. in ihren Grundlagen einer überholten Zeitperiode angehörend. Wer sie heute noch ernstlich erörtern wollte, indem er sich über alles hinwegsetzte, was die Jahrhunderte zu ihrer Kritik beigebracht haben, der unternähme von vornherein ein fruchtloses und darum überflüssiges
Tun. Daraus erhellt der Wert historischer Studien auf wissenschaftlichem Gebiete und mit dem Werte zugleich deren N o t w e n d i g k e i t .
Es ist eine oft betonte Forderung, daß man in allen wissenschaftlichen Bestrebungen nicht nur wissen müsse, was man zu urteilen, sondern auch, was man zu f ra g e n habe. Von der Aufstellung begründeter Problemfragen hängt in der Tat der Fortschritt der Forschung ab. Wie jedes neue Problem neue Erkenntnisse, so gebärt jede neue Erkenntnis neue Probleme. Die Geschichte hat gelehrt, daß mit der Fülle des Wissens auch der Abgrund des Nichtwissens ins immer Unermeßlichere wächst. Indem wir dem uns innewohnenden, unwiderstehlich vorwärtsstrebenden Ka u s a l b e d ü r f n i s willig oder nichtwillig folgen, kommen wir überall bis zu letzten Fragen der Wissenschaft, denen gegenüber der Forscher entweder resigniert sein „ignoro, ignorabo“ spricht[22], oder deren Lösung mehr dem Glauben als dem Wissen anheimfällt. Hierhin gehören Fragen wie die nach dem ersten Ursprung des organischen Lebens, nach der Entstehung des Bewußtseins innerhalb der Entwicklung organischer Wesen, nach der Erklärung des Todes oder des Überganges vom Organischen zum Anorganischen, ja auch schließlich die Fragen nach dem Verhältnis des Geistigen zur körperlichen oder räumlich-ausgedehnten Welt, nach der Natur der Gedächtnisgrundlagen, der Natur des Vererbungsvorganges u. a. m.
Wissenschaftliche Urteile bedürfen allemal dann eines Beweises, wenn ihre Gültigkeit nicht unmittelbar gewiß ist. Über die Frage freilich, ob und wann das der Fall ist, herrscht im einzelnen — wie auch unter den Logikern im Prinzipiellen — Streit. Insbesondere in der Auffassung der Grundlagen der Mathematik ist es neuerdings zu heftigen Kontroversen gekommen, und zwar dadurch, daß die einen — so z. B. John Stuart Mill, in Deutschland Herm. v. Helmholtz — lehren, die Axiome der Geometrie und Arithmetik seien E r f a h r u n g s wahrheiten (und zwar als solche durch verallgemeinernde Induktion gewonnen), die anderen, die Axiome der Geometrie und Arithmetik seien zwar an der Hand sinnlicher
Wahrnehmungen entwickelt, in ihrer Gültigkeit aber — davon völlig unabhängig — unmittelbar-, darum notwendig- und allgemeingewiß. Ohne auf das verwickelte Problem der logischen Bedeutung der mathematischen Axiome näher einzugehen, sei doch dazu bemerkt, daß die Millsche Theorie als unhaltbar gelten muß, weil sie die Frage nach dem p s y c h o l o g i s c h e n U r s p r u n g mit der nach dem We s e n der mathematischen Axiome verwechselt. Die Frage nach der E n t s t e h u n g eines Urteils ist eine quaestio facti (Ta t s a c h e n frage); die Frage nach der Art seiner Gültigkeit eine quaestio juris (Re c h t s frage). Wohl sind Axiome wie: „Zwischen zwei Punkten ist die Gerade der kürzeste Weg“ psychologisch-genetisch genommen an der Hand sinnlicher Anschauungen entwickelt; sie sind darum logisch aber nicht Erfahrungserkenntnisse, sondern in ihrer Gültigkeit völlig unabhängig von dieser notwendig- und allgemein-gewiß — entsprechend der vortrefflichen Einsicht Ka n t s, daß zwar alle Erkenntnis mit Eindrücken der Sinne a n f a n g e (exordium), nicht aber auch alle aus den Sinnen e n t s t a m m e (origo). Die mathematischen Axiome sind mithin als Verstandeswahrheiten im Sinne Leibniz’, als synthetische Urteile a priori im Sinne Kants, in ihrer Gültigkeit unmittelbar-gewisse und darum unbeweisbare Wahrheiten, eines Beweises weder fähig noch bedürftig.
Ein wissenschaftlicher Beweis ist logisch dasjenige Verfahren, wodurch ein wissenschaftliches Urteil in seiner Gültigkeit zureichend begründet wird. Die zureichende Begründung erfolgt entweder durch den Hinweis auf die Tatsachen der Wahrnehmung (h i n w e i s e n d e Begründung) oder durch Ableitung des zu beweisenden Urteils als Konklusio aus seinen Gründen als Prämissen (a b l e i t e n d e Begründung). So z. B. geschieht die zureichende Begründung mathematischer Definitionen wie etwa der Begriffe Dreieck, Kreis, Parallelogramm, Pyramide usw. durch den Hinweis auf die Daten der Wahrnehmung bzw. auf die dieser immanenten psychophysiologischen Gesetze der Raumanschauung; die zureichende Begründung mathematischer Lehrsätze sowie der meisten Tatsachenurteile durch Ableitung (Reduktion) aus anderen unmittelbar-gewissen oder bereits zureichend-begründeten Urteilen,
sei es unmittelbar oder mittelbar, auf deduktivem, induktivem oder dem Wege der Ähnlichkeitsschlüsse. Urteile wie: „Die Farbe dieser Blätter ist gelb; die Oberfläche dieser Frucht ist rauh“ sind durch Hinweis zureichend begründet, wenn einem jeden die Möglichkeit, sich von ihrer Wahrheit zu überzeugen, unmittelbar gegeben ist; sie bedürfen aber einer induktiv-ableitenden Begründung, wenn die Möglichkeit einer Nachprüfung durch Wahrnehmung nicht mehr gegeben, der Beweis vielmehr auf die zeitlich weiter zurückliegenden, übereinstimmend-überlieferten Wahrnehmungen anderer Individuen gestützt ist (S1 gibt an, daß Q ← R, S2 gibt an, daß Q ×;R,S3 gibt an, daß Q ← Rusw.; a l s o wird Q ← Rwahr sein; ein sogenannter „I n d i z i e n beweis“). Der Indizienbeweis spielt — abgesehen von seiner praktischen Anwendung in der Rechtswissenschaft — besonders im historischen Denken eine wesentliche Rolle, wo auf Grund der übereinstimmenden Angaben mehrerer Quellen — unter Abstraktion von den davon abweichenden — von zwei oder mehreren möglichen Begebenheiten die eine als den Tatsachen entsprechend mit mehr oder minder großer Wahrscheinlichkeit angenommen wird.
Als Arten des auf Ableitung beruhenden wissenschaftlichen Beweisverfahrens unterscheidet die traditionelle Logik den direkten und indirekten, den progressiven und regressiven Beweis. D i r e k t erfolgt die Ableitung, wenn die Wahrheit des zu Beweisenden (demonstrandum; Thesis) sich in ununterbrochener logischer Folge aus der Wahrheit seiner Gründe (rationes demonstrandi) ergibt (Behauptung: wahr S ← P; Bew.: wahr S ← M, wahr M ← P, also wahr S ← P); i n d i r e k t (oder apagogisch) erfolgt die Ableitung, wenn die Wahrheit des zu Beweisenden sich aus der zureichend begründeten Falschheit seines kontradiktorischen Gegenteils ergibt (deductio ad absurdum; Beh.: wahr S ← P; Bew.: Angenommen S ← P nicht wahr, dann wäre Q ← R wahr; nun ist Q ← R, wie sich beweisen läßt, falsch; also ist es auch falsch, daß S ← P nicht wahr sei; mithin S←Pwahr). — P r o g r e s s i v heißt eine Ableitung, die, wie im direkten Beweis, von der Wahrheit der Gründe auf die Wahrheit der Folge, r e g r e s s i v diejenige, die — wie im indirekten Beweis
sowie einer viel gebrauchten Form wissenschaftlicher Widerlegung — von der Falschheit der Folge auf die Falschheit der Gründe geht (z. B. Widerlegung in regressiver Form: Beh.: S ← P falsch; Bew.: wenn S ← P wahr, dann Q ← R wahr; nun läßt sich beweisen, daß Q ← R nicht wahr, also ist es falsch, daß S ← Pwahr; mithin: S ← Pfalsch).
Die Widerlegung ist demnach die zureichende Begründung der Fa l s c h heit eines Urteils, wie der Beweis die zureichende Begründung der Wahrheit; sie erfolgt p r o gressiv durch die zureichende Begründung der Wahrheit des dem zu widerlegenden kontradiktorisch-entgegengesetzten Urteils.
2. Die Auffindung der Beweisgründe.
Ein anderes ist es, wissenschaftliche Wahrheiten f i n d e n , ein anderes, sie b e w e i s e n . M a x w e l l stellte die elektromagnetische Lichttheorie auf; H e r t z bewies sie, und zwar auf induktivem Wege durch eigens von ihm erdachte Experimente. Wohl können gelegentlich der Weg, auf dem man zu einer Erkenntnis gelangt, und derjenige, auf dem man sie zureichend begründet, der Sache nach miteinander übereinstimmen; in der Regel aber (und das gilt besonders für die großen, weittragenden Entdeckungen der Tatsachenwissenschaften) ist der Gedanke da, ehe auch nur ein Teil seiner Gründe annähernd übersehen werden kann (ähnlich R i e h l , Robert Mayers Entdeckung und Beweis des Energieprinzips, Philos. Abh., Sigwart gew., 1910, S. 162).
In einem vollständigen System der Wissenschaft hängen alle Urteile dergestalt mit- und untereinander zusammen, daß jede neue Einsicht, die sich mit den bereits bestehenden in Übereinstimmung befindet, darin logisch ihre Stütze findet, jede aber, die dem vorhandenen Bestand der Erkenntnis widerspricht, von vornherein den Verdacht der Falschheit erweckt. Die Einheit der Wissenschaft verlangt, daß alle Erkenntnisse — gleich wie — in einem geordneten Zusammenhang stehen, in dem man von dem Allgemeinsten bis zu dem Speziellsten und umgekehrt hinauf und hinab steigen kann,
ohne innerhalb der systematischen Ordnung des Ganzen auf Widersprüche zu stoßen. Ergibt der Fortgang der Forschung an irgendeinem Punkte Erkenntnisse, die entweder an sich selbst oder in ihren Folgen mit den früher gewonnenen nicht in Einklang stehen, so schließen wir daraus, daß entweder diese — die neuen — oder jene alten falsch sind, mithin daß der ganze Weg der Untersuchung einer sorgfältigen Nachprüfung bedarf. Solche Generalrevision der Wissenschaft von ihren letzten Fundamenten aus findet sich, wie die Geschichte der Wissenschaften lehrt, in den meisten Disziplinen (auch hier bis zu einem gewissen Grade mit Ausnahme der m a t h e m a t i s c h e n Forschung) von Zeit zu Zeit immer wieder, und das, wie es scheint, nicht zum Nachteil, sondern zum Segen der Gesamtentwicklung des Wissens. Eine solche Generalrevision von ihren fundamentalen Grundlagen aus macht z. B. gegenwärtig die P h y s i k durch, seit neuere Ergebnisse auf dem Gebiete der Elektrizitätslehre die Aufgabe der alten Hypothese des Äthers nahegelegt haben; eine solche Generalrevision hat gegen Ende des 18. Jahrhunderts die P h i l o s o p h i e durchgemacht, als Kant bewies, daß die Prinzipien der reinen Vernunft nur im i m m a n e n t e n Gebrauch für Erfahrungsobjekte, nicht aber im transzendenten unabhängig von der Erfahrung für die Erkenntnis des Seienden an und für sich Gültigkeit hätten, und damit die Metaphysik von einer kritiklosen Verstandeserkenntnis des objektiven Seins zu einer objektiven Kritik des Verstandes und seiner Anwendung auf die empirische Wirklichkeit umgestaltete[23].
Die Auffindung der wissenschaftlichen Beweisgründe, die eine gleichwie gewonnene Lehrmeinung als gültig erweisen sollen, richtet sich nach dem speziellen Charakter jener Erkenntnis, sowie demjenigen ihres wissenschaftlichen Gebietes überhaupt. Bei mathematischen Einsichten gewährt zumeist schon der Weg ihrer Entdeckung wertvolle Anhaltspunkte für die Aufstellung ihrer zureichenden Begründung. Hier hat jede Bemühung um einen Beweis die Prämissen zu suchen, aus denen sich der zu begründende Lehrsatz notwendig als Konklusio ergibt, und zwar dergestalt, daß die zu beweisende Lehrmeinung mit dem bereits
bewiesenen und darum als gewiß erkannten bisherigen Bestande der Forschung so zusammenhängt, daß sie sich als notwendige Konsequenz aus jenem und zugleich darin unlösbar verankert erweist (deduktiver Beweis). Deduktion als Forschungsmethode und Deduktion als Beweismittel unterscheiden sich mithin nur insofern, als die erstere von den Prämissen aus die Ko n k l u s i o , die zweite von der Konklusio aus die P r ä m i s s e n sucht.
Analoges gilt für die Beweisführung in den Wissenschaften von Tatsachen. Sei es, daß wir ein einzelnes Faktum der Geschichte, eine allgemeine Regel des Naturgeschehens oder den Erklärungsversuch einer empirisch gesicherten Erscheinung des Wirklichen als wahr zu beweisen suchen, immer haben wir diese als die zu beweisenden Lehren in der Form von Schlußurteilen aus gewissen ihnen als Stütze dienenden Einzelerkenntnissen (als Prämissen) durch eine verallgemeinernde oder ergänzende Induktion (oder auch durch einen Schluß aus hinreichender Ähnlichkeit [Analogieschluß]) mit dem höchstmöglichen Grad der Wahrscheinlichkeitsgeltung herzuleiten. Daß Heinrich IV. im Jahre 1077 in der Tat seinen Bittgang nach Canossa getan hat, beweisen wir induktiv aus den im wesentlichen übereinstimmenden Angaben der wichtigsten Quellenschriften jener Zeit. Daß Körper verschiedenen Gewichts im luftleeren Raum mit gleicher Geschwindigkeit fallen, beweisen wir gleichfalls induktiv aus den übereinstimmenden Ergebnissen zahlloser Versuche, die wir angestellt haben und zur Ve r i f i k a t i o n (Gültigkeitsbestätigung) jenes Gesetzes jederzeit wiederholen können. Daß endlich die atomistische Theorie der Materie zur Erklärung der Bewegungserscheinungen der Körperwelt gültig sei, beweisen wir wiederum induktiv daraus, daß sie mit allen den einzelnen Faktoren, die hierhin gehören, in Einklang steht und für sie alle einen befriedigenden Maßstab zur Erklärung darbietet (Induktionsbeweis).
Das schwächste wissenschaftliche Beweismittel, das wir besitzen, ist da gegeben, wo wir die Gültigkeit eines Urteils lediglich auf die Ähnlichkeit seines Subjekts zu einem seinen Merkmalen nach ausreichend bekannten Objekte der Forschung aufbauen
(Analogiebeweis). Beispiele dafür sind bereits bei der Besprechung der Analogieschlüsse gegeben worden. Hier hat die Auffindung der Beweisgründe den Weg zu gehen, daß sie Objekte sucht, die dem Subjekt des zu beweisenden Urteils wesentlich ähnlich und durch dasselbe Prädikat gekennzeichnet sind, das von jenem als gültig behauptet wird (Behptg.: wahr S ← P; Bew.: S ← M ähnlich und M ← P). Daß diese Beweisführung gegenüber den anderen Formen den geringsten Grad der Sicherheit ergibt, lehrt schon die Geschichte der Wissenschaften unzweideutig. Wie hätte sonst seit Rorarius, Descartes und Malebranche bis zur Gegenwart fort ein jahrhundertelanger Streit darüber entbrennen können, ob die Tiere beseelt seien wie wir Menschen oder aber als seelenlose Automaten, gewissermaßen als Reflexmaschinen, aus Gottes Hand ihr Dasein empfangen hätten.
Die Auffindung der Beweisgründe geht also, wenn wir kurz das Gesagte zusammenfassen wollen, dreierlei Wege: sie sucht das Allgemeine, wo sie daraus das Besondere zu begründen vermag (Deduktion); sie sucht das Besondere, wo sie daraus das Allgemeine ableiten kann (Induktion); und sie sucht das einander Ähnliche, wo sie daraus schließen darf, daß dem einen als Prädikat zukommen wird, was in dem anderen mit zureichender Begründung prädikativ enthalten ist (Analogiebeweis).
3. Fehler und Unzulänglichkeiten des Beweises.
Falsche oder unzulängliche Beweise beruhen immer auf falschen oder unzulänglichen Ableitungen. Man nennt sie daher Fa l s c h s c h l ü s s e (fallaciae); und diese wiederum, sofern sie absichtlich erfolgen: S o p h i s m e n (Trugschlüsse); sofern unabsichtlich: Pa ra l o g i s m e n (Fehlschlüsse, Vernunftwidrigkeiten).
Ein Beweis ist u n z u l ä n g l i c h , wenn er nicht die Wahrheit des zu beweisenden Urteils begründet, sondern vielmehr: entweder zu v i e l oder zu w e n i g (Beweisverrückung; Heterozetesis) oder auch: ein
von dem zu beweisenden völlig verschiedenes Urteil (mutatio elenchi: μετάβασις εἰς ἄλλο γένος). Ein Beweis ist f a l s c h , wenn entweder einer der Beweisgründe falsch (m a t e r i a l e r Falschschluß; πρῶτον ψεῦδος), oder aber wenn die Ableitung der Konklusio aus den Prämissen formal ungültig ist (f o r m a l e r Falschschluß).
Ein unzulänglicher Beweis ist genau genommen gar kein Beweis. Der Versuch, ein Urteil als bewiesen auszugeben, während aus den dafür aufgeführten Beweisgründen in Wahrheit ein ganz anderes folgt, wird logisch eine E r s c h l e i c h u n g (subreptio) oder A b i r r u n g des Beweises (aberratio elenchi) genannt. Eine alte Schulregel der Logiker besagt: „Quinimiumprobat,nihilprobat;quiparumprobat, nihilprobat“ (wer zu viel oder zu wenig beweist, beweist gar nichts).
„Zu v i e l beweisen“ heißt dabei: etwas als einer Gattung zugehörig nachweisen, was nur für eine Art oder für ein Individuum gültig bewiesen werden soll (denn das Individuum könnte immerhin eine Ausnahme von jener Gattungsregel bilden); „zu w e n i g beweisen“ heißt: etwas als einer Art zugehörig nachweisen, was für deren Gattung gültig zu beweisen wäre (denn jenes Merkmal könnte ja eine der artbildenden spezifischen Differenzen sein, die der Gattung nicht zukommen).
Daß, wenn eine der Prämissen falsch (bzw. ungewiß), bei formal gültiger Ableitung auch die Konklusio falsch (bzw. ungewiß) ist, bedarf keiner näheren Erläuterung. Ebensowenig daß bei wahren Prämissen kein gültiger Beweis zustande kommt, wo ein formaler Fehler im Schlußverfahren vorliegt. Der geläufigste formale Falschschluß beruht auf dem sog. circulus vitiosus (Zirkelbeweis; petitio principii), der da gegeben ist, wo das zu beweisende Urteil (an sich selbst oder in einer seiner Folgen) irgendwie mit in die Beweisgründe aufgenommen ist, die insgesamt gerade dazu dienen sollen, ebendieses zu erhärten. Ein lehrreiches Beispiel dafür bietet sich in den grundlegenden Deduktionen der Cartesianischen Philosophie: An der Hand seiner Generalregel, daß alles klar und deutlich Erkannte wahr sei, beweist Descartes, daß Gott existiere; und auf die Frage, warum denn alles klar und deutlich Erkannte
