Dekontaminationseffekte bei der Oberflächenbehandlung von Getreide

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1 Peel81NährmittelAGF Max Rubner-Institut Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel - Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide Getreidenährmitteltagung März 2008 in Detmold Dipl.- Ing. Dr. Klaus Münzing: Dekontaminationseffekte bei der Oberflächenbehandlung von Getreide

2 DON-Verteilung und -Dekontamination bei der Haferaufbereitung DON-Gehalt (µg/kg) a) Anlieferung 1167 Haferkerne roter Rohhafer 18% VF Entspelzung = Wert Haferkerne / Wert Rohhafer = 0,31 b) 356 Grundhafer 16% graue Spitzen 9% 25% verfärbter Rohhafer 49% grauer Rohhafer 8% DON-Verteilungen Aufbereitung: a) Schlitzsieb ; 20 (µm), b) Druckluftentspelzung Schwarzbesatz der Anlieferung: 12 % Gew.-Anteil 45% 12% 13% 5%

3 Dekontamination: Besatzreduktion, Oberflächenbearbeitung, Vermahlung, Zubereitung reinigen Rohgetreide: Weizen, Roggen, Dinkel, Durum Separation / Trennung: Schwarzbesatz Netzen / Abstehen 15min / 18h unerwünschte Stoffe Schälkl eieabstöße Reinigungsabstöße SCHLEIFEN (Abrasion) SCHÄLEN (vornehml. Friktion) Oberfläche bearbeiten Separation / Trennung der Schleif- bzw. Schälfraktion unerwünschte Stoffe Netzen auf Vermahlungsfeuchtigkeit vermahlen Passagenvermahlung Mehlherstellung Mahlpassagen : B1, B2, B3, C1, C2, C3, Schrotkleie u SK-Schleudermehl, Grießkleie u. GK-Schleudermehl unerwünschte Stoffe Nachmehle, Kleie zubereiten Speisegetreideerzeugnisse: Mehl, Grieß, Dunst, Keime, Kleie Verzehrsfertiges Getreidenährmittel: Brei, Müsli unerwünschte Stoffe Weich- und Kochwasser

4 Getreideanlieferung (Partie, Charge) / Erfassung / materielle Differenzierung: Einwandfreies Grundgetreide Besatz max. 12 % Bruchkorn max. 5 % Kornbesatz max. 7 % Schwarzbesatz max. 3 % Auswuchs max. 4 % Sensorisch gesund & handelsüblich Lebensmittel: Brau-, Speise- & Brotgetreide Risikomaterial, eingeschränkt verwertbar Futtergetreide, Futtermittel Technische Zwecke Energieerzeugung VO (EG) 824/00 ( ) Verfahren & Bedingungen für die Übernahme von Getreide durch Interventionsstellen

5 Natürliche Risiken: Inkonsistenz und Heterogenität Übliche Anteile Fusarium weißl. Körner rote Körner verdorb. Körner Übliche Toxin-Verteilung 20 % einwandfreies Grundgetreide Schwarzbesatz einwandfreies Grundgetreide 97 % Mutterkorn Schwärzepilze Brandbutten hitzegeschädigt bis zu 80 % Unkrautsamen schädlich nicht schädlich Verunreinigungen Spelzen Schwarzbesatz 3 % Schwarzbesatz = toxikologische Risiken

6 Separation pilzgeschädigter Körner und Körnerbestanteile im Abstoß Anteil pilzgeschädigter Körner, % 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Ausgang Abstoß % - 4,04 2,76 2,56 2,40 2,49 5,79 11,73 Siebweite Lufteinstellung Durchsatz mm Skt ,2 5,25 2,2 5,25 2,2 4,50 2,2 4,00 2,2 3,00 2,5 3,00 2,75 3,00 - halbiert normal

7 Für Kleinproben bis 250 kg/h, reinigt mittels: Luftsichter (nach spez. Gewicht) Sieben (Korngröße) und Trieur (Kornform). Laboreiniger, Typ Labofix Einspeisung Trieur und Sieb Luftsichtung Staub u. Leichtgut Grundgetreide Rundkorn Schmachtkorn Schrollen

8 Scheuer- und Sortiermaschine: Zentrifugal-Aspirateur Planeten-Trommelreiniger Vorteile: Der scheuernde Effekt sichert ein hohes Hygieneniveau. Maschine ist geschlossen, arbeitet Staubfrei. Rotierende Bewegung und die durch Fliehkraft angedrückten Bürsten halten Siebe sauber. Weizen Bakteriengehalt, insg. Enterobacteriaceae Rohware Anzahl Kolonienbildender Keime /g Rohware gereinigt auf herkömml. Sieb/Luft- Reinigungsmaschine Anzahl/g Rohware gereinigt auf SIGMA Anzahl/g Trockene Rohware 12,2 % H 2 O Analyse von: Rohware nach Befeuchtung auf 16,5% und Einlagerungszeit von 10 Stunden x x Schim.- Pilze <100 x

9 Bearbeitung des Weizenkornes von außen nach innen Scourer Scheuern (Scouring) Peeler Schälen (Peeling) Pearler Schleifen (Pearling)

10 Oberflächenbehandlung von Mahlweizen Schleifen (Pearling) vorwiegend Abrasionsprinzip Wirkung von Maschine zu Korn Konditionierungsperiode lang aufgeriebene Schalenteile (Feingut) Schälen (Peeling): vorwiegend Friktionsprinzip Wirkung von Korn zu Korn Konditionierungsperiode kurz abgehobene Schalenteile (Grobgut) Schleifkleie Schälkleie

11 Kontinuierlich arbeitende Vertikal- Schälmaschine

12 Kontinuierlich arbeitende Horizontal- Schälmaschine

13 Keimzahlen von unterschiedlich gewonnenen Kornfraktionen und Kleieabstößen im Vergleich zum Ganzkorn 1e+7 1e+6 1e+5 1e+4 1e+3 1e+2 1e+1 Tiger unbehandelt Trocken-Schleifen Trocken-Schälen Winnetou unbehandelt Trocken-Schleifen Trocken-Schälen 1e+0 1e+7 1e+6 1e ,3 1,7 96,7 3,3 Tiger unbehandelt Nass-Schleifen Nass-Schälen ,3 3,7 97,2 2,8 Winnetou %-Anteile 1e+4 unbehandelt 1e+3 1e+2 1e+1 Nass-Schleifen Nass-Schälen 1e ,5 4,5 95,6 4,4 Gesamtkeimzahl Enterobacteriaceae ,6 3,4 96,6 3,4 Schimmelpilze %-Anteile

14 Mahlfraktionen einer mykotoxinbelasteten Weizen-Mähdruschpartie (MRI-Standard-Mahlversuch) Produkt DON (µg/kg) VF ZEA (µg/kg) VF gereinigter Brotweizen 540,9 6,4 B1 - Mehl 461,0 0,85 0,9 0,14 B2 - Mehl 410,9 0,76 n.n. n.n. B3 - Mehl 430,9 0,80 1,8 0,28 C1 - Mehl 430,9 0,80 1,3 0,20 C2 - Mehl 350,8 0,65 1,3 0,20 C3 - Mehl 548,6 1,01 2,7 0,42 Schrotkleiemehl (B1 B3) 451,0 0,83 7,1 1,10 Grießkleiemehl (C1 C 3) 531,2 0,98 16,8 2,63 Schrotkleie 1056,1 1,95 24,3 3,80 Grießkleie 1202,7 2,22 36,3 5,67 VF = Verarbeitungsfaktor (zur Errechnung des Rückstandsgehalts im Enderzeugnis) Formel: Rückstandsgehalt im verarbeiteten Produkt = Rückstand Rohprodukt x VF

15 Mahlfraktionen einer mykotoxinbelasteten Weizen-Handelspartie (MRI-Standard-Mahlversuch) Produkt DON (µg/kg) VF ZEA (µg/kg) VF gereinigter Brotweizen 414,7 2,2 B1 - Mehl 396,4 0,96 n.n. n.n. B2 - Mehl 409,9 0,99 n.n. n.n. B3 - Mehl 378,4 0,91 n.n. n.n. C1 - Mehl 389,5 0,94 n.n. n.n. C2 - Mehl 446,5 1,08 n.n. n.n. C3 - Mehl 427,5 1,03 n.n. n.n. Schrotkleiemehl (B1 B3) 288,0 0,69 3,7 1,68 Grießkleiemehl (C1 C 3) 465,5 1,12 2,7 1,23 Schrotkleie 446,5 1,08 12,8 5,82 Grießkleie 475,0 1,15 12,8 5,82 VF = Verarbeitungsfaktor (zur Errechnung des Rückstandsgehalts im Enderzeugnis) Formel: Rückstandsgehalt im verarbeiteten Produkt = Rückstand Rohprodukt x VF

16 DON Gehalt der Vermahlungsendprodukte im prozentualem Verhältnis zu den Ausgangsmustern bei geschältem und ungeschältem Durumweizen % PU PU AB AB LA LA Ausgangsmuster 50 0 Grieß + Mehl Grießkleie + Abstoß Grieß + Mehl Grießkleie + Abstoß ungeschält geschält Quelle: Gabriella Aureli und Maria Grazia D Egidio, in: Tecnica Molitoria Luglio 2007, S. 729 ff

17 DON-Belastung vor und nach Oberflächenbearbeitung von Durumweizen (ppb) Empfindlichkeitsgrenze der Methode (18,5 ppb) DON-Gehalt (ppb) Ausgangsmaterial Durum geschält Berechnung VF / 684 0, / 240 0, <18,5 <18,5 / 135 < 0, PU PU AB AB LA LA <18,5 Ausgangsmaterial geschälter Durumweizen 790 Schälkleie 230 Quelle: Gabriella Aureli und Maria Grazia D Egidio, in: Tecnica Molitoria Luglio 2007, S. 729 ff

18 Wirkung der Einzelkorn-Bearbeitung auf die Rückstandsgehalte der Kleien Rückstandsgehalte µg/kg (lufttr.) Einzelkornvorbehandlung Weizen- Standardmahlversuch Cd + + VF Pb + + VF ohne Behandlung Schrotkleie 99,8 41,7 ohne Behandlung Grießkleie 111,7 59,8 netzen, schleifen Schrotkleie 112,6 1,13 30,7 0,74 netzen, schleifen Grießkleie 115,0 1,03 29,9 0,50 netzen, schälen Schrotkleie 116,2 1,16 27,5 0,66 netzen, schälen Grießkleie 130,2 1,17 27,5 0,46 VF = Verarbeitungsfaktor (zur Errechnung des Rückstandsgehalts im Enderzeugnis) Formel: Rückstandsgehalt im verarbeiteten Produkt = Rückstand Rohprodukt x VF

19 Wirkung der Einzelkorn-Bearbeitung auf Rückstandsgehalte der Kleien Einzelkornvorbehandlung und Produkte Rückstandsgehalte µg/kg (lufttr.) Cd + + Pb + + ohne Intaktes Korn 43,7 11,4 netzen, schleifen Schleifkleie 65,7 119,6 netzen, schälen Schälkleie 48,8 275,7

20 Dekontamination Physikalische Methoden der Mykotoxinreduzierung Mechanische Verfahren: Aussortieren: reduziert Mykotoxine bis zu 50% (Schwarzbesatz = Risikomaterial). Oberflächenbearbeiten: reduziert DON und ZEA durch Entfernen des äußeren Teils des Korns bis zu 40 % (abhängig von den Ausgangswerten und Bearbeitungstiefe): Oberflächlichen-Bearbeitung 0,3-0,5 % Abtragung: Weißreinigen, Mitteltiefes Schälen 0,5 5 % Abtragung: Schälen, Schleifen Tiefes Schleifen > 5 % Abtragung Vermahlen, Zerkleinern und Separieren: reduziert durch Dichteunterschiede. Nasswäsche: reduziert DON bis zu 60 % (z.b. vor der Nassvermahlung und äthanolischen Vergärung) Thermische Verfahren Rösten: Dekontaminationseffekte sind von der Röstintensität und Ausgangskonzentrationen abhängig (Orientierungsversuche). Kombinationsverfahren: Dämpfen und Pelletieren, hydrothermischdruckmechanisch (Extruder, Expander) (Orientierungsversuche) Kochen: reduziert DON bis zu 50 % (Orientierungsversuche)

21 DON-Konzentrationen der rohen und gekochten Teigwaren von geschälten und ungeschälten Durumweizen DON-Gehalt (ppb) VF VF Kochstufe Kochstufe = = TW TW gekocht gekocht / / TW TW roh roh VF VF K K = = ca. ca. 0,50 0,50 TW ungeschält roh TW geschält roh TW ungeschält gekocht TW geschält gekocht PU 94 AB 04 LA 04 Quelle: Gabriella Aureli und Maria Grazia D Egidio, in: Tecnica Molitoria Luglio 2007, S. 729 ff

22 Konsequenzen für die Getreide-Nährmittelwirtschaft Technisch-organisatorische Sicherstellung der gesundheitl. Unbedenklichkeit durch vorbeugende Handlungsweisen (QM-System, Qualitätslenkung). Ausbau der Kernkompetenz branchenübergreifend vom Anbau bis zur Verarbeitung. Sicherheitspartnerschaften vertikal fachübergreifend vernetzen, auf Produktqualität: gesund und handelsüblich und Prozessqualität: gute fachliche Praxis bestehen, DON- und ZEA-Aufkommen ist partiespezifisch, deshalb Reduktion durch Reinigung individuell durchführen. Dekontaminationseffekte von ZEA- und DON sind nicht gleich. Unklar: wasserlösliches DON bei Instant-Nährmitteln (abhängig von der Dampf- oder Wasserzufuhr und Verweilzeit). Vorsicht bei Grießkleien, sie enthalten oft höhere DON-Gehalte als Schrotkleien. Verarbeitungsfaktoren sind steuerbar und daher individuell zu behandeln. Forschungs-Initiativen zur Dekontamination: Prozesstechnische Möglichkeiten zur Reduktion unerwünschter Stoffe.unterstützen.

23 Ende

24 Mykotoxin-Höchstmengen für unverarbeitetes Getreide (Rohgetreide) Mykotoxin unverarbeitetes Getreide VO (EG) Nr. 1881/2006* (µg/kg) Deoxynivalenol Zearalenon Ochratoxin A Fumonisine (Summe B 1 + B 2 ) T-2 and HT-2Toxin Getreide, außer Durum, Hafer und Mais Durumweizen und Hafer Mais Getreide außer Mais Mais Getreide Mais Maismehl, -schrot, -grits, -keime und raffiniertes Maisöl Getreide, außer Reis spätestens 1.Juli 2008 Aflatoxin B 1 Getreide 2 * Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 der Kommission vom 19. Dezember 2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln (Höchstwerte Mais ab gültig, Fumonisine ab rechtswirksam). 24

25 Toxin Deoxynivalenol Zearalenon Ochratoxin A Fumonisine (Summe B1 + B2) Aflatoxin B 1 Mutterkorn Mykotoxin-Höchstmengen für Lebensmittel aus Getreide PTDI* je kg Körpergewicht 1 µg 0,2 µg 5 ng 2 µg - - Lebensmittel Speisegetr.-mehl, -kleie, -keime, Teigwaren, Backwaren, Getreidesnacks, Früh.-cerealien Getreidebeikost für Säuglinge u. Kleinkinder Speisegetreidemehl, -kleie, -keime, Speisemaiserzeugnisse und Maisöl Backwaren, Getreidesnacks, Früh.-cerealien Getreidebeikost für Säuglinge u. Kleinkinder unverarbeitete Getreidekörner Getreideerzeugnisse Getreidebeikost für Säuglinge u. Kleinkinder Mais und Maismahlerzeugnisse Getreidebeikost aus Mais. Getreide Baby- und Kleinkindnahrung Getreide, vor allem Roggen Mykotoxin HmVO (µg/kg) (Stellungnahme BfR) * vorläufig tolerierte tägliche Aufnahme je kg Körpergewicht von Erwachsenen. ** Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 der Kommission vom 19. Dezember 2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln (Höchstwerte Mais ab gültig, Fumonisine ab rechtswirksam) VO (EG) Nr. 1881/2006** (µg/kg) , ,10 0,05 % Interventions- Richtlinie

26 Randzonen eines Weizenkornes (Querschnitt) Längszellen Epidermis Hypodermis Querzellen Pericarp 4 % Schlauchzellen Samenschale (Testa) Hyaline Membran Aleuronschicht (Teil des Endosperms) 1 % 8 % Endospermzellen (Mehlkörperzellen) 83 %

27 Keimzahlen der Schrot- und Grießkleien nach Standardmahlversuch im Vergleich zum Ganzkorn 1e+7 1e+6 1e+5 Schrot-/Grießkleie Schrot-/Grießkleie Tiger unbehandelt Schrot-/Grießkleie Ganzkorn: 100 % Ganzkorn: 98,3 % Ganzkorn: 96,7 % Trocken- Schleifen Schrot-/Grießkleie Trocken- Schälen Schrot-/Grießkleie Schrot-/Grießkleie Ganzkorn: 100 % Ganzkorn: 96,3 % Ganzkorn: 97,2 % 1e+4 Trocken- Schälen 1e+3 1e+2 Winnetou unbehandelt Trocken- Schleifen 1e+1 1e+0 1e+7 1e+6 1e ,4 2,8 0 10,7 3,4 0 13,6 2,9 Ganzkorn: 100 % Ganzkorn: 95,5 % Ganzkorn: 95,6 % Tiger unbehandelt Nass- Schleifen Nass- Schälen 0 16,1 2,8 0 12,4 2,9 0 15,5 2,4 Ganzkorn: 100 % Ganzkorn: 96,6 % Ganzkorn: 96,6 % % Abstöße 1e+4 1e+3 Winnetou unbehandelt Nass- Schleifen Nass- Schälen 1e+2 1e+1 1e ,4 2,8 0 12,2 2,7 0 10,9 2,6 0 16,1 2,8 0 13,5 2,4 0 14,3 2,6 % Abstöße Gesamtkeimzahl Enterobacteriaceae Schimmelpilze

28 Randzonen eines Weizenkornes (Querschnitt) Epidermis Pericarp Ausblick: Rücknahme der Netzzeit (Epidermis-Netzung) und der Bearbeitungsintensität (Epidermis-Trennung).

29 Peel80Halle Sorte Tiger: mikrobielle Ergebnisse Vor und nach dem Trocken- und Nass-Schleifen der Kornoberfläche 1e+7 1e+6 1e+5 1e+4 Ausgang unbehandelt Trocken-Vermahlung Trocken-Vermahlung Schrotkleie Grießkleie Schimmelpilze Enterobac. Gesamtkeimzahl 1e+3 1e+2 1e+1 1e+7 1e+6 Ausgang unbehandelt Abgang Korn Grießkleie Schrotkleie 1e+0 1e+7 Grießkleie1e+6 Ausgang unbehandelt roh niskroh nigkroh Abgang Korn Schrotkleie 1e+5 1e+5 1e+4 1e+4 1e+3 1e+3 1e+2 1e+2 1e+1 1e+0 Nass-Schleifen Nass-Schleifen roh hsab hkö hsk hgk 1e+1 Standardmethode Standardmethode 1e+0 Trocken-Schleifen Trocken-Schleifen Standardmethode Standardmethode roh nisab nikö nisk nigk

30 1e+7 1e+6 1e+5 Sorte: Tiger Korn: 100 % Korn: 98,3 % Korn: 96,7 % Ausgang unbehandelt mikrobielle Effekte: Keimzahlen Trocken-Schälen Sorte: Winnetou Korn: 100 % Korn: 96,3 % Korn: 97,2 % 1e+4 1e+3 1e+2 Ausgang unbehandelt Trocken-Schleifen Trocken-Schälen 1e+1 1e+0 1e+7 1e+6 1e+5 1e+4 Trocken-Schleifen 14,4 2,8 10,7 3,4 13,6 2,9 % Kleie-Anfall Korn: 100 % Korn: 95,5 % Korn: 95,6 % Ausgang unbehandelt Nass-Schälen 16,1 2,8 12,4 2,9 15,5 2,4 Grießkleie Schrotkleie Grießkleie Schrotkleie Grießkleie Schrotkleie Grießkleie Schrotkleie Grießkleie Schrotkleie Grießkleie Schrotkleie Korn: 100 % Korn: 96,6 % Korn: 96,6 % 1e+3 1e+2 Ausgang unbehandelt Nass-Schälen 1e+1 1e+0 Nass-Schleifen 14,4 2,8 12,2 2,7 10,9 2,6 % Kleie-Anfall Nass-Schleifen 16,1 2,8 13,5 2,4 14,3 2,6

31 Oberflächenbearbeitung von Weizen: Schlussfolgerungen zunehmende Kornoberflächenbearbeitung: sinkende Mehlausbeuten, und höhere Dekontaminationseffekte. Nassbehandlung: höhere Dekontaminationseffekte Trockenbehandlung: geringere Verluste in der Mehlausbeute, bei weicher Sorte keine mikrobielle Dekontaminationen. Abrasionsprinzip: geringere Dekontaminationseffekte und Verluste der Mehlausbeute. Friktionprinzip: höhere Dekontaminationseffekte und Verluste der Mehlausbeute. Einfluss der Kornhärte: höhere mikrobielle Dekontamination beim Nassverfahren. Aspekt Wirtschaftlichkeit: Mehlausbeuteverluste! Aber: Vorteile in Durchsatzleistung, Verkürzung oder Vereinfachung des Mahldiagramms. Ausblick: Rücknahme der Netzzeit (Epidermis-Netzung) und der Bearbeitungsintensität (Epidermis-Trennung).