Neuartige IR-Entkeimung von Gärgutträger

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1 Heraeus Noblelight Neuartige IR-Entkeimung von Gärgutträger Kooperations- Projekt mit die Firma HERAEUS Noblelight GmbH I.Minguez; R. Lembke; K.Lösche Technologie-Transfer-Zentrum (ttz) BILB Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik EIBT European Institute of Baking Technology

2 Mikrobiologische Probleme der Gärgutträger

3 Mikrobiologische Probleme der Gärgutträger Nährstoff-, Temperatur- und Feuchtigkeit nach 3-5 Monaten Benutzungsdauer makroskopisch sichtbarer, meist farbiger Schimmelpilzbefall Typisch sind verschiedene Spezies von Aspergillus niger ; Penicillium; Sporothrix cyanescens; Cladosporium herbarum; Rhizopus nigricans; Thrychothecium roseum

4 Einflussfaktoren auf Entkeimungseffekte Hürdenkonzept Mikroorganismus Keimzahl Keimflora Physiolog. Stadium Toxinbildung Allergen-Genese Resistenz Enzymbildung Produkt Wassergehalt rel. Feuchte ph-wert Temperatur Säuremilieu Alkoholgehalt Konservierungsstoffe Zuckergehalt Fettverteilung Verfahren, Anlage Thermisch (Pasteurisation u.a.) Mechanisch (Filter u. a. ) Elektromagnetisch Konstruktion, Gestaltung Kontinuierlich Diskontinuierlich

5 Elektromagnetische Entkeimungsverfahren Verfahren Mikrowellenerhitzung Ohm sches Erhitzen - konduktiv; - induktiv Gammastrahlen Elektronenstrahlen Bedingungen 2,45 GHz 220 V, 50 Hz-150 khz < 5 Mev, < 10 kgy max. 10 Mev Plasmaentkeimung UV-Strahlen IR-Strahlen Pulsierende elektrische Felder (HH-PEF) Hochintensitätslicht Ultraschall nm, UV-C-Bereich: nm kw/m 2 ( C) kv (cm, Impulse a 100µS nm, 0,5-2J/cm 2 (ca fache Sonnenintensität auf Normalhöhe < 2,5 MHz, W / cm 2

6 Mikrobiologische Probleme der Gärgutträger... Wissenschaftliche Untersuchungen der Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gaststätten (BGN) kommen zu dem Ergebnis, dass die Gärgut-Tücher dann die hygienischen Anforderungen erfüllen, wenn sie: - so gelagert werden, dass sie schnell austrocknen können und zusätzlich - mindestens einmal im Monat bei 60 C oder höher in der Waschmaschine gewaschen werden. Quelle: Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gaststätten ( )

7 Aspekte zur Aseptik und Sterilprozesstechnik Grundmaßnahmen Hygiene Gefahrenanalyse und Kontrolle Risikoabschätzung Risikomanagement Risikokommunikation Zielwertvorgaben - GMP, Grundverfahrensanweisungen - HACCP (Hazard Analysis von Critical Control Points) - FAO / Codex Alimentarius-Konzept zur Risikoanalyse - abgeleitet aus Risikoabschätzung und -management Neues Lebensmittelhygienerecht ab 1. Januar 2006!

8 Ausgangssituation und Zielvorgaben Entkeimung durch IR-Bestrahlung Typische Feuchtigkeit in Gärgutträgern in Bäckereien: 10 und 15% absolut (Xo) Maximale Einwirkungszeit = 30 s

9 Modellorganismus A. niger Aspergillus niger: meist verbreiteter Mikroorganismus auf Gärgutträger Stamm ATCC 6275 (DSMZ, Lyophilisat) DIN Norm für die Prüfung von Textilien: Bestimmung der Widerstandsfähigkeit von Textilien gegen Schimmelpilze.

10 Versuchsaufbau und Materialien Pyrometer Strahler Steuerung Gärgutträger

11 Versuchsaufbau und Materialien Carbon-Infrarotstrahler CRS Strahler: Durchmesser beheizte Länge Filamenttemperatur Wellenlänge Leistungsdichte Flächenleistung max. Besonderheit Reaktionszeit Quarzglas 19 mm 1500 mm 1200 C 2 µm 40 W/cm 60 kw /m2 Goldreflektor 1-2 s

12 Versuchsaufbau und Materialien Pyrometer Imprägnierte Baumwolle

13 Versuchsdurchführung schematische Darstellung A. niger Gärgutträger: Aufheiz-/Abkühlkurve (Pyrometer) Abtötungseffekt: lg (No/N) Temp. 150 C 100 C 20 Zeit (Sec) KbE (Kolonie bildende Einheiten) Beimpfen und Ausstreichen auf Textil der Gärgutträger Infrarotbestrahlung (Pilotanlage HERAEUS) Aufarbeitung und Keimzahlbestimmung

14 Einfluss der Feuchte Versuche bei: T=140 C; L=70% Xo=5% T( C) (T=140 C, w=12%, L=50%) Zeit (s) Xo=20% Xo=30% Abb. Einfluss der Anfangsfeuchte (Xo) auf die Abtötung von A. niger durch IR- Bestrahlung

15 Einfluss der Leistung einer IR-Bestrahlung T ( C) (X=0,05) Leistung 30% 50% 70% Zeit (s) Abb. Einfluss der Leistung einer IR-Bestrahlung auf Temperatur-Zeit Profile

16 Einfluss der Leistung einer IR-Bestrahlung T= 120 C; X=0,05 log (KbE) L=50% L=60% L=70% Haltezeit (s) Abb. Einfluss der Leistung einer IR-Bestrahlung auf die Abtötung von A. niger

17 Einfluss der Temperatur (w=20%,l=50%) log CFU/Tuch Zeit (s) T=120 C T=130 C T=140 C Abb. Einfluss der Temperatur auf die Abtötung von A. niger durch IR-Bestrahlung

18 Einfluss- Faktoren Anfangsfeuchte des Tuches (liegt bei %): Je größer desto schneller werden die Schimmel reduziert Leistung der IR-Bestrahlung: Je höher desto schneller erfolgt ein Temperatur-Anstieg. Aber: Mehr Intensität bedeutet geringere Einwirkungszeit Temperatur: Je höher desto schneller wird Schimmel reduziert Zeit: Je länger desto mehr Wirkung, aber Zeit ist mit < 30 s limitiert

19 Modellierung log (KbE) = = ß 0 + ß 1 L + ß 11 L 2 +ß 2 T + ß 22 T 2 +ß 3 X + ß 33 X 2 +ß 12 L T + ß 13 L X+ß 23 T X KbE: Koloniebildende Einheiten L: Leistung der IR-Bestrahlung (%) T: Temperatur X: Anfangsfeuchte des Tuches

20 Modellierung r 2 =0,81 Abb. Regression: Prognose und beobachtete Werte einer IR-Entkeimung

21 Modellierung Ergebnisse Farbkodierung log(kbe) Abb. Einfluss der Leistung einer IR-Bestrahlung und der Temperatur auf die Abtötung von A. niger (Anfangsfeuchte Xo=12%)

22 Modellierung Ergebnisse Farbkodierung log(kbe) Abb. Einfluss einer IR-Bestrahlung und der Feuchte auf die Abtötung von A. niger (Temperatur =140 C)

23 Optimierung der Prozessparametern Farbkodierung Effizienz Optimum=1 Minimum=0 Abb. Effizienz der Interaktion einer IR-Bestrahlung, der Temperatur und der Feuchte auf die Abtötung von A.niger.

24 Versuchsaufbau und Materialien Polyamid PA (6,6 30% GF) Aluminium zweilagig Aluminium einlagig Abb. Gärgutträger auf verschiedenen Materialien (v.o.n.u. Polyamid mit Baumwollbezug; Aluminium mit zwei Lagen Textil; Aluminium mit einer Lage Baumwollbezug)

25 Einfluss des Materials der Gärgutträger T=140 C; Xo=12%; L=60% 25 Zeit log KbE 8,0000 Zeit (s) ,0000 4,0000 2,0000 log KbE 0 PA Aluminium einlagig Aluminium zweilagig 0,0000 Hohe Temperaturleitfähigkeit des Trägermaterials verzögert Oberflächenerwärmung Abb. Einfluss verschiedener Gärgutträgermaterialien auf die Oberflächenerwärmungszeit und auf die Abtötung von A. niger durch IR-Bestrahlung

26 Schimmelreduktion durch IR-Strahlung Strahler A. Niger (Schimmel) Elektromagnetische Wellen Gärgutträger kontaminiert Zeit dekontaminiert Abb. Einfluss einer IR-Bestrahlung auf die Dekontamination von Gärgutträger (Schema)

27 Zusammenfassung und Schlussfolgerung(1/2) -Eine IR-Bestrahlung kann als hochwirksames thermisches Entkeimungsverfahren für textile Gärgutträger im Backbetrieb als neuartige Prozesstechnik eingesetzt werden. -IR-Bestrahlung erreicht je nach Leistungsdichte kurzzeitig Temperaturen von über 160 C auf den Textilien, wobei praxistaugliche Temperaturen (ausreichender Entkeimungseffekt in weniger als 30 Sekunden) im Bereich von C liegen Die Letalitätsraten von A. niger sind eng korreliert mit der Oberflächentemperatur auf den Textilien, ihrer Anfangsfeuchte und den jeweiligen Temperatur- Einwirkzeiten. -Keimzahlen (KbE) von z.b. 10^5 / Textil können bei ca. 140 C innerhalb von max. 30 Sec abgetötet werden. -Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Anfangskeimzahl, IR- Einwirkung und dem Endkeimgehalt. Staubpartikel können Mikroorganismen nicht gegen IR-Strahlung abschirmen. -Infrarotstrahlung erweist sich als ein wirksames, integrierbares und daher praxisgerechtes Verfahren zur Entkeimung von Gärgutträgern.

28 Zusammenfassung und Schlussfolgerung(2/2) -Die Einführung dieser neuartigen IR- Erwärmungstechnik z.b. außerhalb des Gärraumes ermöglicht es dem Backbetrieb eine spezifische Dekontamination und Entkeimung von Gärgutträgern (Textil) durchzuführen. -Mit der Beherrschung der kritischen Größe Stockflecke etc. auf Gärgutträgern realisiert der Backbetrieb Anforderungen des Hygienic Design und er setzt Maßgaben des Verbraucherschutzes spezifisch um. -Eine IR-Entkeimung auch von Bakterien und Hefen kann aufgrund ihrer Resistenzen erwartet werden. -Die Untersuchungen lassen den Schluss zu, dass IR bei entsprechenden Temperaturen auch Mycotoxine zerstören kann. -Die IR-Bestrahlung kann im Gegensatz zur UV-Entkeimung, die immer nur die oberste Keimlage trifft, auch mehrere Keimlagen übereinander abtöten. -Hohe Temperaturleitfähigkeit des Trägermaterials verzögert Oberflächenerwärmung -IR-Module lassen sich bei den meisten Anlagen einfach nachrüsten. -Die IR-Bestrahlung ist energiesparend, da sie nur für die Zeit eines Umlaufes 1 bis 2-mal pro 24 Stunden eingeschaltet sein muss.

29 Danksagung -Thomas Park (Dipl. Ing.) -Iris Auffarth (Laborantin) -Paul Zimmermann (cand. Ing.)

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Heraeus Noblelight