Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
30.11.2016

Lebensmittelsicherheit und -qualität durch nicht-thermische Verfahren

Die diesjährige Wädenswiler Lebensmitteltagung des Instituts für Lebensmittel- und Getränkeinnovation der ZHAW vom 17. November, drehte sich rund um das Thema nicht-thermische Verfahren zur Haltbarmachung. Nationale und internationale Fachleute gaben vor 200 Teilnehmenden Einblicke in die Chancen, aber auch die Grenzen solcher nicht-thermischer Verfahren zur nachhaltigen Herstellung von sicheren, gesunden und hochwertigen Lebensmitteln.

Bilder: ZHAW

Lebensmittelhersteller stehen vor der Herausforderung, die Effizienz und die Umweltauswirkungen ihrer Prozesse kontinuierlich zu verbessern und gleichzeitig die Lebensmittelsicherheit und die Haltbarkeit ihrer Produkte sowie die Produktqualität zu gewährleisten. Dabei bieten nicht-thermische Verfahren wie Hochdruckbehandlung, gepulste elektrische Felder, gepulstes Licht, kaltes Plasma, E-beam oder der Einsatz von Schutzkulturen und von Bakteriophagen neue Möglichkeiten für die Lebensmittelindustrie. Die Anwendung von nicht-thermischen Verfahren und Technologien in der Produktion ist vielversprechend, aber auch anspruchsvoll, da neben der Robustheit und der Standardisierung häufig auch neue Prozess- und Verpackungsdesigns gefordert sind.

Neue Verfahren zielen verstärkt auf Erhalt von Geschmack und Nährstoffen. Den Einstieg zur Tagung machte Alexander Mathys vom Sustainable Food Processing Laboratory am Institute of Food, Nutrition and Health (IFNH) der ETH Zürich. Der Spezialist in der nicht-thermischen Verfahrenstechnik bot einen Überblick über entsprechende mechanische oder elektromagnetische Verfahren. Im Vordergrund steht klar die Haltbarmachung. Dabei gelten nachhaltige Verarbeitungsmethoden als Haupttreiber für den Markt, weg von der erdölbasierten Wirtschaft, hin zur «Bioeconomy», der biobasierten Wirtschaft. Während sichere Lebensmittel heutzutage als Standard gelten, zielen die neuen Verfahren verstärkt auf den Erhalt von Geschmack und Nährstoffen.


Pulsed Electric Fields (PEF) zur schonenden Inaktivierung von Mikroorganismen. Henry Jäger vom Institut für Lebensmitteltechnologie der Universität für Bodenkultur BOKU in Wien stellte das Verfahrensprinzip von gepulsten elektrischen Feldern (PEF) vor. Dabei handelt es sich um elektrische Felder von hoher Spannung, die in Form von kurzen Impulsen zielgerichtet eingesetzt werden. Im Gegensatz zur thermischen Sterilisation, bei der das ganze Produkt erhitzt wird, obwohl eigentlich nur die Mikroorganismen inaktiviert werden sollen, werden letztere im PEF-Verfahren gezielt angegriffen und zerstört, ohne Beeinträchtigung des Lebensmittels, wie zum Beispiel die Enzyminaktivierung. Zurzeit kommt das PEF-Verfahren in der Industrie hauptsächlich für die verlängerte Haltbarkeit von Frischsäften und Smoothies zur Anwendung.


Hochdruckinduzierte Entkeimung: zum Beispiel «cold pasteurised» oder «cold pressed». Eine weitere nicht-thermische Entkeimung von Lebensmitteln lässt sich durch Hochdruckbehandlung (englisch High Pressure Performance, HPP) erzielen. Darüber berichtete Stefan Töpfl vom Deutschen Institut für Lebensmitteltechnik (DIL) in Quakenbrück. Der induzierte hohe Druck (bis zu 7000 bar) dient dabei nebst der Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen auch der Strukturbildung des Lebensmittels, sodass beispielsweise die Funktionalität von Proteinen oder Stärken erhöht werden kann. Auch Viren lassen sich mittels HPP inaktivieren, da diese druckempfindlich sind.


«Pulsed Light»-Technologie. Lichtblitze zur Desinfektion von Lebensmitteln. Gepulstes Licht (englisch Pulsed Light, PL) stellt eine «Weiterentwicklung» der UV(C)-Verfahren dar, erläuterte Marija Zunabovic-Pichler vom Institut für Lebensmittelwissenschaften der Universität für Bodenkultur BOKU in Wien. Dabei werden Hochspannungsimpulse mittels Xenon-Lampen in Lichtimpulse von hoher Intensität und kurzer Dauer übersetzt und dienen somit als Dekontaminationstool. Die Forscherin betonte jedoch, dass das PL-Verfahren nicht als Haltbarmachungsverfahren, sondern vielmehr als letzter Schritt zur Beseitigung allfälliger prozessbedingter Kontaminationen gesehen werden sollte. Für das Verfahren besteht noch viel Forschungsbedarf.


Mikroorganismen durch Hochdruck-Homogenisierung unschädlich machen. Erika Georget von der Bühler AG in Uzwil stellte in ihrem Referat die Hochdruck-Homogenisierung (englisch Ultra High Pressure Homogenisation, UHPH) vor. Während herkömmliche Homogenisierungsprozesse bei ca. 500 bar ablaufen, reden wir bei UHPH von über 2000 bar. Die Referentin betonte, dass die Homogenisierung an sich kein neues Thema ist, die UHPH jedoch sehr komplex sei und noch immer viel Forschungsbedarf bestehe.
Mikrobizide Wirkung «kalter Plasmen» in der Lebensmittelanwendung noch in der Frühphase. Ein «Plasma» ist in der Physik sozusagen ein reaktiver Cocktail aus Ionen, Radikalen, Elektronen und neutralen Atomen und Molekülen. Dieses Gemisch emittiert elektromagnetische Wellen in Form von Licht und Wärme. Von einem «kalten Plasma» spricht man bei niedriger Energie. Michael Beyrer vom Institut Life Technologies der Fachhochschule HES-SO in Sion zeigte auf, wie sich solche «kalten Plasmen» erzeugen lassen und erläuterte deren keimtötende Wirkung am Beispiel von aktuellen Forschungsergebnissen an Lebensmitteln.


Bakterien unschädlich machen mittels E-beam Behandlung. David Drissner von der Forschungsgruppe Lebensmittelmikrobiologie und -analytik der Agroscope in Wädenswil stellte die E-beam Technologie vor. «Dies ist eine nicht-thermische und chemikalienfreie Technik zur Inaktivierung von Mikroorganismen, die eine effiziente, wirtschaftliche und nachhaltige Alternative zu konventionellen Desinfektionsmethoden darstellt», so David Drissner. Die Technologie wird bereits erfolgreich an Lebensmittel- und Pharmaverpackungen angewendet.


Erfolgreiche Forschung mit Schutzkulturen gegen das «Verderben» von Lebensmitteln. Neben den zahlreichen neuen Techniken, welche die «bösen» Keime bekämpfen, gibt es auch Chancen, die «guten» Mikroorganismen zu nutzen, um diesen Job zu übernehmen. Susanne Miescher Schwenninger von der Fachstelle Mikrobiologie am ZHAW-Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation ILGI ist Expertin im Einsatz von Schutzkulturen, die zur Kontrolle von Verderbsorganismen und pathogenen Keimen in Lebensmitteln eingesetzt werden. Schutzkulturen sind mit den Starterkulturen von fermentierten Lebensmitteln verwandt, jedoch erzeugen sie zusätzlich Stoffwechselprodukte mit antimikrobiellen Eigenschaften.
Bakteriophagen zur Kontrolle pathogener Bakterien in Lebensmitteln. Gerade in der heutigen Zeit zunehmender Antibiotikaresistenzen gegen pathogene Lebensmittelkeime, allen voran die Salmonellen, spielt der Einsatz von alternativen Methoden zur «Bio-Control» eine wichtige Rolle. In diesem Zusammenhang stellte Lars Fieseler, Leiter der ZHAW-Fachstelle Mikrobiologie am ILGI, eine weitere natürliche «Waffe» zur Kontrolle pathogener Bakterien in Lebensmitteln vor: die Bakteriophagen. Phagen sind natürliche Nanopartikel aus Protein und kommen in grosser Zahl überall auf der Erde vor. Bakteriophagen sind «gute» Viren, die ganz spezifisch Bakterien infizieren.


Aktuelle Forschungsarbeiten von jungen Studierenden. Im Beitrag «Young Scientists» gaben Master-Studierende sowie ETH-Doktorandinnen und Doktoranden
die unter Co-Betreuung an der ZHAW ihre Dissertation schreiben, einen Einblick in ihre aktuellen Forschungsarbeiten. Die Themen reichten von einem Aufbereitungsprozess zur Proteingewinnung aus Mikroalgen, über den Einsatz von Hochdruck zur Sporeninaktivierung bis hin zur Vorstellung eines Schweizer Start-up-Unternehmens, das durch den schonenden Einsatz von HPP schon bald Babybreiprodukte mit erhöhter Qualität auf den Markt bringen möchte.



Alexander Mathys vom Sustainable Food Processing Laboratory am IFNH der ETH Zürich bot in seinem Vortrag einen Überblick über mechanische oder elektromagnetische Verfahren.


Stefan Töpfl vom DIL erklärte die Methode der Hochdruckbehandlung (HPP) zur Entkeimung von Lebensmitteln