Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 09/2017, 05.09.2017

Elektronen sagen Bakterien den Kampf an

Bakterien, Schimmelpilze und Viren sind in der Lebensmittelindustrie immer wieder für Kontaminationen verantwortlich. Im Kampf gegen unerwünschte Mikroorganismen könnte sich bald ein nichtthermisches und chemikalienfreies Inaktivierungsverfahren durchsetzen.

Autor: Redaktion

Bilder: Forschungsanstalt Agroscope

Mikroorganismen wie Bakterien, Schimmelpilze oder Viren haben in der Vergangenheit immer wieder die Sicherheit und Qualität von Lebensmitteln beeinträchtigt. Teilweise haben sie sogar zu heftigen Erkrankungsfällen unter Konsumenten geführt wie der EHEC Ausbruch in Norddeutschland 2011 zeigte. Auslöser war der Verzehr von rohen Sprossen, die mit einer pathogenen Form des

Escherichia coli

Bakteriums kontaminiert waren. Um solche Ereignisse zu vermeiden, ist die Inaktivierung von Mikroorganismen, neben der Vermeidung von Verunreinigungen mithilfe geeigneter Hygienemassnahmen, eines der wichtigsten Ziele bei der Verarbeitung der Lebensmittel. Zur Inaktivierung von Mikroorganismen stehen verschiedene thermische Methoden, wie Kochen in Wasser oder die Behandlung mit Dampf, zur Verfügung. Alle Methoden haben jedoch ihre Vor- und Nachteile.

Wärme kann sensible Produkte erheblich beeinträchtigen und zum Beispiel die Keimfähigkeit von Samen verhindern. Salmonellen sind auf trockenen Produkten wie Mandeln sogar hitzeresistent und lassen sich durch Rösten nicht ohne weiteres abtöten. Deshalb arbeiten Forscher seit Jahren an neuen, nichtthermischen Verfahren. Eine dieser neuen Methoden ist das Ebeam Verfahren.

Sanfte Oberflächenbehandlung.

Diese neue Behandlungsmethode umfasst eine Oberflächendekontamination mit niederenergetischen Elektronen zur Inaktivierung von Mikroorganismen. Doch auch wenn diese Methode jetzt erst für die Behandlung von Lebensmitteln interessant wird, ist dieses Verfahren nicht neu, wie Danai Etter, wissenschaftliche Projektmitarbeiterin bei Agroscope weiss: «Tetra Pak sterilisiert beispielsweise die innere Oberfläche ihrer Verpackungen mit niederenergetischen Elektronen. Bisher gibt es aber keine Anwendung zur Behandlung von Lebensmitteloberflächen.» Der Vorteil von niederenergetischen Elektronen ergibt sich durch die limitierte Eindringtiefe der Elektronenwolke, womit sich Oberflächen pflanzlicher Materialien sanft behandeln lassen. Sensible Strukturen und Inhaltsstoffe im Inneren bleiben erhalten. «Bei der Dekontaminierung von Samen oder Saatgut, das noch keimen soll, ist so eine Beeinträchtigung nicht akzeptabel. Mit niederenergetischen Elektronen können wir die Dosis und die Eindringtiefe anpassen und genau steuern. Wir kontrollieren die Elektronen in einem Bereich von wenigen Mikrometern bis maximal 100 Mikrometer», erklärt David Drissner, Forschungsgruppenleiter Mikrobiologie pflanzlicher Lebensmittel, bei Agroscope.

Wachsendes Einsatzspektrum.

Auch wenn die Technik noch relativ neu ist, hat sie sich dennoch schon gut in der Desinfektion und Hygienisierung von Oberflächen, Verpackungsmaterial in der Pharmabranche oder auch in der Verpackungstechnik bei Lebensmittelverpackungen etabliert. «Wir arbeiten mit Samen und Saatgut. Auch mit Samen, die zum Beispiel in der Sprossenproduktion zur Anwendung kommen, ist die Technik interessant, denn dort besteht ein grosser Bedarf, um Sprossen möglichst hygienisch und ohne Kontaminationen zu produzieren. Ebeam kann hier deutlich zur Sicherheit von Sprossen beitragen», so Drissner.

Einfach aber wirkungsvoll.

Die Elektronen bringen genügend Energie mit, um DNA, RNA und Proteine von Mikroorganismen zu inaktivieren. Dabei entstehen Radikale, die eine abtötende Wirkung auf Bakterien, Pilze, deren Sporen und Viren haben. Doch die Wissenschaftler geben sich damit nicht zufrieden. «Wir arbeiten derzeit im Haus mit Bakterien und Schimmelpilzen und dabei sowohl mit vegetativen Zellen als auch mit Sporen. Danai Etter hat sich damit in ihrer Abschlussarbeit befasst und vegetative Zellen und Sporen in ihrer Antwort auf die Elektronenbehandlung verglichen. Die Resultate sind sehr spannend und bringen uns auch in der Anwendung einen Schritt weiter», so David Drissner.

Negativ geladenes Elektron führt zu grossen positiven Veränderungen.

Das nichtthermische Verfahren hat einige Vorteile zu bieten. So erwähnt die Wissenschaftlerin die Wirtschaftlichkeit der Methode: «Ebeam ist sehr effizient und zudem ein schnelles Verfahren. Die Behandlung dauert zwischen 0,5 bis maximal 6 Sekunden. Auch wenn das Verfahren bis jetzt nur im kleinen Massstab läuft, ist das eine beachtliche Energieeffizienz. Da die Methode chemikalienfrei funktioniert, bleiben auch keine Rückstände im Produkt.»

Einfach integrierbar.

Unternehmen, die mit Ebeam die Sicherheit ihrer Produkte erhöhen wollen, können das Verfahren zuvor ausprobieren. «Wir bieten unseren Partnern verschiedene Möglichkeiten, die Technologie zu testen. Wir haben bei uns eine Anlage, mit der wir Versuche im kleinen Massstab durchführen können», erklärt Drissner. Gleichzeitig arbeitet der Technologiekonzern Bühler an der Integration dieser Technik in industrielle Prozesslinien als kontinuierliches Verfahren für die Inaktivierung von Mikroorganismen auf pflanzlichen Rohstoffen. Dabei kommen kompakte Ebeam Lampen zur Generierung der niederenergetischen Elektronen zum Zuge.


Weitere Informationen:
Agroscope
www.agroscope.admin.ch
ebeam Technologies, a brand of the COMET Group
www.ebeamtechnologies.com



Danai Etter und David Drissner untersuchen die Effekte von niederenergetischen Elektronenstrahlen zur Inaktivierung von Mikroorganismen auf Oberflächen. Das Forschungsgerät ist derzeit für Versuche im kleinen Massstab im Einsatz und zeigt beachtliche Resultate.