Dekontamination von Mikroorganismen in Lebensmitteln mittels Ultraschallbehandlung und  UVC–LED Technologie

Dekontamination-Systeme zur Reduktion von Mikroorganismen in der Lebensmittelindustrie werden ständig aktualisiert und erforscht. Unerwünschte Mikroorganismen verschlechtern die Qualität von Lebensmitteln hinsichtlich ihrer Haltbarkeit und können als Pathogene die Gesundheit der Verbraucher drastisch beeinträchtigen. Die häufigsten Krankheitserreger in Lebensmitteln sind Salmonella (S.) Typhimurium, Listeria (L.) monocytogenes, Bacillus (B.) cereus und Escherichia (E.) coli. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation im Jahr 2010 wurden 600 Millionen lebensmittelbedingte Krankheiten weltweit registriert, von denen 420.000 tödlich waren.

Hochintensiver Ultraschall wird in der Lebensmittelindustrie für die Dekontamination von Mikroorganismen immer wichtiger und häufiger eingesetzt. Diese Sterilisation-Technik wurde evaluiert, um die Lebensmittelsicherheit zu verbessern und die übliche Verarbeitung durch chemische Zusatzstoffe zu ersetzen. In dieser Studie wurde die Wirksamkeit einer Ultraschallbehandlung (300 W und 600 W, 28 kHz, 10–30 min) an L. monocytogenes, B. cereus, E. coli, S. Typhimurium-Bakteriensuspensionen untersucht.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass die Wirksamkeit von Ultraschall von der Leistung des Ultraschalls, der Art der Mikroorganismen und ihrem vegetativem Zustand abhängt. Die Ergebnisse zeigten weiterhin, dass grampositive und gramnegative Bakterien sich gleichermaßen gegenüber einer Ultraschallbehandlung verhalten. Sporen stellten sich hierbei resistenter gegen Ultraschall als vegetative Bakterien dar. Daher ist ein kombinierter Effekt erforderlich um Mikroorganismen durch Ultraschall zu inaktivieren. Pflanzenextraktzusätze tragen dazu bei, die Anzahl der Mikroorganismen im Medium zu minimieren. Unter Verwendung von Rosmarin und Sellerie -extrakten bei einer 20-minütigen Exposition des Bakteriums mit 600 W fand kein Nachweis von S. Thyphimurium mehr statt.

Die Ergebnisse hatten gezeigt, dass die Verwendung von Ultraschall eine Abnahme der Anzahl pathogener Mikroorganismen bewirkte. Obwohl der Rückgang positiv war und diese Technologie zur Beseitigung von Mikroorganismen in Lebensmitteln verwendet werden könnte, kann die technologische Einarbeitung schwieriger sein. Aus diesem Grund ist ultraviolettes Licht eine andere Technologie, die in der Lebensmittelindustrie als Haupt- oder zusätzlicher Dekontaminierter eingesetzt werden könnte. Ultraviolettes Licht wird seit langem in Laboratorien eingesetzt, aber eine neue Entwicklung in der Lampenindustrie führte zu einem innovativen Produkt - LED-Lampen. LED-Lampen haben eine längere Lebensdauer, sind bruchsicher und reduzieren die Stromaufnahme. Diese Eigenschaften machen ultraviolettes Licht mit LED-Lampen (weiter UVC-LED) zu einer perfekten Technologie für die Integration in die Lebensmittelproduktionslinie.

Die UVC-LED-Technologie wurde verwendet, um verschiedene pathogene Mikroorganismen zu dekontaminieren, die durch Lebensmittel verursachte Krankheiten verursachen können. Die in diesem Projekt verwendeten Mikroorganismen sind: Escherichia coli inkl. ESBL bildende (CTX und TEM), Methicillin–resistente (MRSA) Staphylococcus aureus, Salmonella enterica subsp. enterica serovar Braenderup, Listeria monocytogenes. Die Forschungsobjekte sind die häufigsten Bakterien, die in Lebensmitteln oder Nahrungsmittelproduktionslinien gefunden werden konnte. Zusätzlich zum Mikroorganismus wurde verschiedener Belastungssubstanzen nachgestellt, um die Effizienz der UVC-LED-Technologie zu bewerten. Diese Belastungssubstanzen bietet eine realistischere Umgebung, zum Beispiel in Lebensmittelproduktionslinien, um die Auswirkungen von UVC-LED zu bestimmen.

Die Ergebnisse der UVC-LED-Technologie waren positiv und akzeptabel. Die Ergebnisse zeigten, dass mit der Verwendung von UVC-LED der Dekontamination-wert abnahm. Selbst mit Proteinserum können wir die Wirksamkeit dieser Technologie und ihr Potenzial zur Integration in die Lebensmittelproduktion erkennen. Auch hatte eine Sekunde UVC-LED Nutzung bessere Wirksamkeit gezeigt, als Ultraschalltechnologie, die am Anfang des Projektes verwendet wurde.

Die Ergebnisse ultravioletter Strahlen haben gezeigt, dass ein noch effizienterer und umweltfreundlicherer Weg zur Inaktivierung von Mikroorganismen in der Lebensmittelindustrie möglich ist. Diese Methode ist nicht nur sehr viel schneller, sondern auch kostengünstiger als Ultraschall. Die Verwendung von einer Sekunde reduziert die Menge an Bakterien auf der Edelstahloberfläche, die in der Lebensmittelindustrie verwendet wird. Für diese Methode sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, die die Anwendungen von UVC–LED erweitern könnten.

Die Ergebnisse ultravioletter Strahlen haben gezeigt, dass ein noch effizienterer und umweltfreundlicherer Weg zur Dekontamination von Mikroorganismen in der Lebensmittelindustrie möglich ist. Diese Methode ist nicht nur sehr viel schneller, sondern auch besser in bereits bestehende Prozessketten zu implementieren.

Die Ergebnisse der Belastungssubstanzen des Bovinem Serum Albumin (BSA) hatten keinen deutlichen Einfluss. Die Ergebnisse mit BSA schwankten, aber es wurden keine signifikanten Veränderungen gefunden.

Auch wenn einige pathogene Bakterien gegen die UVC-LED-Technologie scheinbar immuner sind, kann man nicht sagen, dass sie gegen diese Technologie resistent sind. Es sollten gründliche Forschungen durchgeführt werden, die die genetischen Aspekte der Bakterien und ihre Resistenz gegen die UVC-LED-Technologie zu untersuchen.