UV-C-Behandlung von Lebensmitteln
Zunehmend kommen bei der Haltbarmachung von Lebensmitteln innovative Verfahren wie Hochdruckbehandlung und Behandlung mit elektromagnetischen Wellen, zum Beispiel UV-C-Strahlung, zum Einsatz.
Bei der Anwendung von UV-C-Strahlung handelt es sich um ein Verfahren, dessen Wirkprinzipien seit langer Zeit bekannt sind. Hier wird der Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit Wellenlängen unterhalb des sichtbaren Lichtes (380-780 nm) zwischen 200-280 nm genutzt. Die Wellenlänge der UV-C Strahlung deckt sich weitgehend mit dem Absorptionsmaximum der DNA, was hier einen photochemischen Prozess auslöst (z. B. „Dimerbindung“ von Thymin-Nukleotidbasen). In der Folge wird die Replikation der Mikroorganismen-DNA beeinträchtigt oder sogar verhindert, was zur Abtötung der Zelle bzw. der Population führen kann. Die Eindringtiefe von UV-C-Strahlung in trüben, flüssigen Medien wie z. B. Säften ist sehr begrenzt. Sie ist abhängig von der Art der Flüssigkeit, ihrem Absorptionsvermögen, gelösten, kolloidalen oder suspendierten Stoffen, so dass die Strahlung in der Regel schon nach wenigen Millimetern vollständig absorbiert wird.
Dieses Problem kann durch die Wahl einer geeigneten Verfahrenstechnik umgangen werden, indem man spezielle Strömungsformen wie Dünnschicht oder turbulente Strömungen verwendet. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung sogenannter Dean-Wirbel-Strömungen.
In einigen Ländern (USA, Kanada) wurde die UV-C-Behandlung von Apfelsaft zugelassen und wird bereits eingesetzt. In Deutschland ist die Verwendung ultravioletter Strahlung zur Haltbarmachung von Lebensmitteln bisher nur erlaubt für die Entkeimung von bestimmten Trinkwässern, Oberflächen von Obst- und Gemüseerzeugnissen und Hartkäse bei der Lagerung, sowie zur Entkeimung von Luft und Oberflächen und der damit verbundenen indirekten Einwirkung auf Lebensmittel. Eine UV-Behandlung flüssiger Lebensmittel wie Säfte, Milch, Wein, etc. kann aber zugelassen bzw. genehmigt werden, wenn entsprechende Analysen zur Einschätzung der Unbedenklichkeit vorliegen.
Ziel der Untersuchungen ist die Erzeugung und Analyse ausreichender, reproduzierbarer Daten zur Bewertung einer UV-C-Behandlung flüssiger Lebensmittel oder Prozessflüssigkeiten, um damit die Chancen und Risiken einer Verfahrensanwendung für den Verbraucher bzw. das Scale-up-Potential für eine industrielle Anwendung zu ermitteln. Diese Informationen sollen Behörden als Entscheidungsbasis für gesetzgeberische Aktivitäten dienen und Vertretern der deutschen Industrie bei der Entscheidung helfen, ob und in welchen Bereichen sich eine Investition zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit lohnt. Am Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik und dem Institut für Qualität und Sicherheit von Obst und Gemüse werden in Kooperation mit anderen Abteilungen und Organisationen entsprechende Untersuchungen durchgeführt.
Von besonderer Bedeutung ist die Ermittlung des Abtötungspotentials von Mikroorganismen durch eine UV-C- sowie alternative Behandlungen. Hierzu werden als Leitkeime E. coli, Hefen (Saccharomyces cerevisiae), Milchsäurebakterien (Lactobacillus brevis) und thermophile Sporenbildner (Alicyclobacillus acidoterrestris) in flüssige Lebensmittel (z. B. Apfelsaft) eingebracht. Anhand der Inaktivierungskinetiken dieser fruchtsaftrelevanten Verderbsorganismen kann die Wirksamkeit bzw. Effizienz einzelner sowie kombinierter Behandlungsmethoden ermittelt und mit anderen Verfahren verglichen werden. Mit Hilfe der Dosimetrie werden die verfahrenstechnischen Parameter zur Verfahrens- und Anlagenauslegung (Scale-Up) ermittelt. Außerdem wird der Einfluß einer UV-C-Behandlung auf Inhaltsstoffe, Mikroflora und die Bildung toxikologisch relevanter Substanzen untersucht.
Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse durchgeführt.