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Lebensmittelsicherheit: Plasma statt Chemikalien

Untersuchung mikrobieller Versuchsaufbau: Verunreinigung von Transportbändern (Foto: Lietze/ATB)

Untersuchung mikrobieller Verunreinigung von Transportbändern (Foto: Lietze/ATB)

Ein neues Verfahren zur Reinigung von Transportbändern in der Lebensmittelproduktion kann die bisher üblichen Desinfektionschemikalien ersetzen: Plasmabehandeltes Wasser ist rückstandsfrei einsetzbar und wirkt bei kürzerer Einwirkzeit effizient gegen mikrobielle Kontamination. Die Ergebnisse wurden vor Kurzem im Fachblatt Innovative Food Science and Emerging Technologies veröffentlicht.

Mikrobielle Verunreinigungen können entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Lebensmitteln auftreten. Um Gesundheitsrisiken für Verbraucher zu minimieren, müssen die Produktionsprozesse entlang der gesamten Verarbeitungskette sicher durchgeführt werden. Üblich ist es daher, Förderbänder beispielsweise in der Gemüse- oder Fleischverarbeitung mit Desinfektionsmitteln zu reinigen. Allerdings sollen die Verfahren nicht nur Lebensmittelsicherheit gewährleisten, sondern auch umweltschonend und nachhaltig sein.

Ein Forscherteam aus Wissenschaft und Industrie hat daher ein neues Verfahren entwickelt, das beim Waschen von Lebensmittelförderbändern plasmabehandeltes Wasser anstelle der in der Industrie üblichen aminbasierten Desinfektionsmittel einsetzt.

Zur Herstellung von plasmabehandeltem Wasser wird plasmabehandelte Luft in destilliertes oder Leitungswasser injiziert. Plasmabehandeltes Wasser beinhaltet damit viele reaktive Stickstoff- und Sauerstoffspezies wie Salpetrige Säure (HNO2), Stickstoffmonoxid (NO*) und Ozon (O3), die auch in der Natur vorkommen und sich ohne umweltgefährdende Spuren abbauen, in ihrer Gesamtheit aber eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit aufweisen.

Die Wissenschaftler*innen haben den Einsatz von plasmabehandeltem Wasser im Vergleich zu gängigen Waschverfahren am Beispiel von Rückständen von Hackfleisch und Braeburn-Äpfeln auf Silikon- und PVC-Förderbändern untersucht. Der Reinigungsprozess beinhaltete i.d.R. eine Vorreinigung mit Wasser (20 bar, Raumtemperatur) und mit mildem, fettlösendem Schaum, das Besprühen mit der Wirksubstanz und eine nachfolgende Reinigung der Bänder mit Leitungswasser. Im Ergebnis reduzierte die Anwendung von plasmabehandeltem Wasser die Keimzahl ebenso effizient wie ein aminbasiertes Desinfektionsmittel (um >3 log10 KBE/cm²), obendrein bei deutlich kürzerer Inaktivierungszeit von nur einer Minute gegenüber 15 Minuten bei konventioneller Reinigung.

Um den Reinigungserfolg zu überwachen wurde zudem ein RGB-Farbsensorsystem zur automatisierten Erkennung von Lebensmittelrückständen auf den Bändern entwickelt. „Eigentlich geht es ja um die mikrobielle Besiedlung auf den Förderbändern, die zur Gefahr für die Gesundheit werden kann. Für die Praxis wäre das Monitoring von Mikroorganismen allerdings zu zeit- und kostenaufwändig, zumal diese sich erst auf Grundlage der organischen Rückstände entwickeln“, erläutert Dr. Julia Durek, Projektmitarbeiterin am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie. „Wir haben daher das Sensorsystem auf das Erkennen von Lebensmittelrückständen getestet. Das optische System arbeitet sehr schnell und erkennt auch geringste Rückstände präzise, ist einfach zu handhaben und kann daher gut zur automatisierten Hygieneüberwachung in der Lebensmittelproduktion eingesetzt werden.“

Dr. Julia Durek hat noch weitere Optimierungsmöglichkeiten im Blick: „Die etwas höheren Keimzahlen auf Bändern aus Silikon, die gegenüber PVC-Bändern eine etwas rauhere Oberfläche aufweisen, zeigen, dass wir künftig stärkeres Augenmerk auf beschädigte beziehungsweise gealterte Förderbänder legen sollten. In den Vertiefungen rauer Stellen können Mikroorganismen möglicherweise eine Anwendung von plasmaprozessiertem Wasser überdauern. Darüber hinaus könnte, insbesondere bei tierischen Produkten, auch die Verwendung von warmem oder heißem Wasser eine bessere fettlösende Wirkung und damit auch zusätzlichen Dekontaminationsvorteil bringen.“

Das bereits abgeschlossene Verbundprojekt „Vernetzung bioeffizienter physikalischer Detektions- und Prozessierungsmodule zur nachhaltigen Reinigung und Desinfektion in der Lebensmittelproduktionskette (PROMONA)" erhielt finanzielle Förderung vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Rahmen der Förderung von Innovationen zur sicheren, ressourcenschonenden und nachhaltigen Lebensmittelherstellung. Partner im Verbund waren das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V., Greifswald und die Firmen Silicann Systems GmbH, Rostock, und Walter Gerätebau GmbH, Sachsenheim. Die Koordination hatte das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB).

Originalpublikation:
Durek, J.; Fröhling, A.; Stüpmann, F.; Neumann, S.; Ehlbeck, J.; Schlüter, O. (2023): Optimized cleaning of conveyor belts using plasma-processed water assisted by optical detection of food residues. Innovative Food Science and Emerging Technologies.  https://doi.org/10.1016/j.ifset.2023.103379

Kontakt:

Dr. Julia Durek - Wissenschaftlerin im Projekt ‚Promona‘
jdurek@spam.atb-potsdam.de

Dr. Oliver Schlüter- Leiter des Projekts ‚Promona‘
oschlueter@spam.atb-potsdam.de

Dr. Ulrike Glaubitz - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 0331 5699-820, presse@spam.atb-potsdam.de  

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In seinem Programmbereich ‚Gesunde Lebensmittel‘ forscht das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) seit Jahren intensiv insbesondere an technischen Lösungen für mehr Lebensmitttelsicherheit. Im Fokus stehen dabei insbesondere nicht-thermische Behandlungsverfahren zur Hygienisierung wie die Anwendung von hydrostatischem Hochdruck, kaltem Atmosphärendruckplasma, Hochspannungsimpulsen und Ultraschall.

Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) ist Pionier und Treiber der Bioökonomieforschung. Wir schaffen wissenschaftliche Grundlagen für die Transformation von Agrar-, Lebensmittel-, Industrie- und Energiesystemen in eine umfassende biobasierte Kreislaufwirtschaft. Wir entwickeln und integrieren Technik, Verfahren und Managementstrategien im Sinne konvergierender Technologien, um hochdiverse bioökonomische Produktionssysteme intelligent zu vernetzen und wissensbasiert, adaptiv und weitgehend automatisiert zu steuern. Wir forschen im Dialog mit der Gesellschaft – erkenntnismotiviert und anwendungsinspiriert. www.atb-potsdam.de