Bake.IMPACT Dekontamination von Backwaren-Oberflächen mit Hilfe der Pulsed Light-Technologie – Projekt des BMWi Food-Innovation - Seminar zur Forschungsförderung KErn 21. April 2015, Freising Joachim Wunderlich Das IGF-Vorhaben (IGF-No. 80 EN) der Forschungsvereinigung IVLV ev. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Projekt wurde unter der CornetInitiative durchgeführt. © Fraunhofer IVV Bake.IMPACT Schlüsseldaten Partner Deutschland: Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung IVLV e.V. Fraunhofer IVV, Freising 9 Projekt begleitende Firmen © Fraunhofer IVV http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm Laufzeit: 1.1. 2013 - 31.12. 2014 Partner Belgium (Flanders): Campus Thomas More (former: K.H. Kempen University College) (coordinator) Lab4Food Kempen Univ. Coll. (research performer 1) MeBioS (Depart. of Mechatronics, Biostatistics and Sensors) Univ. Leuven (research performer 2) Ca. 15 Projekt begleitende Firmen Bake.IMPACT Motivation Ca.14% aller Lebensmittelabfälle in Deutschland sind Backwaren Höchster Wert nach Obst und Gemüse 10-12 kg /Einwohner*a fast 1.000.000 to / Wert: 3 Milliarden Euro http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm Vermeidung von Lebensmittelabfällen: „save food“, „sustainability“ natwiss.ph-karlsruhe.de Quelle : Ermittlung der weggeworfenen Lebensmittelmengen und Vorschläge zur Verminderung der Wegwerfrate bei Lebensmitteln in Deutschland http://www.was-wir-essen.de Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) Förderkennzeichen: 2810HS033 © Fraunhofer IVV Bake.IMPACT Inhalt Verhinderung von Rekontamination nach dem Backen durch bauliche Maßnahmen und/oder Prozessoptimierung (Luftführung, Luftreinheit, Transportwege, Hygiene während der Kühlung) Dekontamination der Verpackung (UV, Pulsed-light, evtl Plasma, e-beam, etc.) natwiss.ph-karlsruhe.de Konservierung der Backwaren (Hitze, Chemikalien wie Sorbinsäure, Alkohol etc.) Dekontamination der Backwaren-Oberflächen Optimale Lagerung in der Verpackung http://www.was-wir-essen.de © Fraunhofer IVV http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm Vermeidung von Verderb durch Mikroorganismen: Bake.IMPACT Inhalt natwiss.ph-karlsruhe.de Dekontamination der Backwaren-Oberflächen Optimale Lagerung in der Verpackung http://www.was-wir-essen.de © Fraunhofer IVV Bake.IMPACT Inhalt Effizienz von neuen physikalischen Dekontaminationsmethoden Eignung für welche Art von Backwaren; technisch, mikrobiologisch? Einfluss auf die Produktqualität Einfluss auf die Haltbarkeit Definition praktisch relevanter Prozess-Parameter Optimale Lagerung in der Verpackung MAP-Packaging Messung von Gasverteilung und Gastransport Mikrostruktur, Microstructure, räumliche Kohärenz der Teigporen Anpassung der Verpackungsprozesse und MAP-Gase an die gemessenen Charakteristika Kombination der genannten Technologien © Fraunhofer IVV http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm Dekontamination der Backwaren-Oberflächen Bake.IMPACT Pulsed Light – Technologie (Claranor) DBD-basierte Excimer-Lampe (Xenon) (Osram) Corona-Jet (AFS) http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm Dekontaminationsanalgen ECONOS JAPAN 2005: Particular Features of the Pulse Light Sterilizer (“Pulse Beamer ”) and its Superiority. http://www.econos.co.jp/products/pdf/repo_p-beamer_en.pdf Backwaren Aufback-Semmeln Ciabatta-Brot Kuchen © Fraunhofer IVV Blitzlampe (Pulsed light) Prinzip Lampe Probe Xenon- Blitzlampe (200-1100 nm) Probentisch Kapazitive Entladung in Quarzröhre Elektrischer Puls, 20kV Sehr kurze hoch energetische Lichtblitze (0,3 ms) Kaum Erwärmung des Materials Niedriger Energieverbrauch (vergleichen mit kontinuierlicher UV-Bestrahlung) FDA-approved für Lebensmittel (max. 12 J/cm²) - Code 21CFR179.41 Zugelassen in Frankreich für Backwaren (Quelle: persönliche Information Fa. Claranor) © Fraunhofer Blitzlampe (Pulsed light) Mechanismen der Dekontamination UV-Strahlung IR-Strahlung Sichtbares Licht bewirken Photochemische Effekte (Schäden an DNA; T-Dimere etc.) Photothermische Effekte (e.g. Denaturierung von Proteinen) Photoakustische Effekte (Explosion überhitzter Zellen, Partikel-Einschlag) © Fraunhofer IVV Ergebnisse Inaktivierung von 2,5 bis 3 Dekaden; Ober- und Unter-Seite konnten ähnlich gut dekontaminiert werden Gute Reproduzierbarkeit (s. 1-5) Nur leichte Verbesserung der Inaktivierung durch 3 Blitze verglichen mit 1 Blitz Keine signifikante Verbesserung der Inaktivierung Applikation von 5 oder 10 Blitzen © Fraunhofer IVV http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm Dekontamination von Semmeln durch Pulsed Light, verkeimt mit A. brasiliensis Ergebnisse Dekontamination von Käsekuchen durch Pulsed Light, verkeimt mit unterschiedlichen Mikroorganismen Hyphopichia burtonii überaschenderweise sogar etwas resistenter als A. brasiliensis Muss auf inertem Material bestätigt werden Log reduction um 1 Zehnerpotenz evtl. beeinflusst durch Matrix (Zucker, Fett, Wasser) Ausreichend, nach Aussage des Hersteller 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 © Fraunhofer IVV Aspergillus brasiliensis (SchiPi) (SchiPi) Hyphopichia burtonii (Hefe) Rhizopus stolonifer log reduction Ergebnisse Dekontamination von Ciabatta durch Pulsed Light, verkeimt mit Luftflora Visueller Schimmelbefall Referenz nach 10 Tagen zu 100% verschimmelt Deutliche Wachstumsverzögerung (2-10 Tage) Je nach Behandlungsintensität bis zu 85% weniger Verkeimung Anteil verschimmelter Brote / % 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Lagertage / d Referenz Abstand 1 cm Abstand 5 cm Abstand 1 cm; alle Seiten Behandlung: 3000 V Lagerung: 23°C, Luft, in perforierten Beuteln n=50 © Fraunhofer IVV Ergebnisse Dekontamination von Ciabatta durch Pulsed Light, verkeimt mit Luftflora Keimzahlentwicklung Keimreduktion durch Pulsed Light weniger als 1 Dekade. 1,0E+10 kbE / Objekt 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 Nach Lagerung sehr deutliche Keimzahlreduktion abhängig von der Behandlungsintensität. 1,0E+06 Bis zu 5 Dekaden Unterschied nach 33 Tagen Lagerung 1,0E+03 1,0E+05 1,0E+04 Referenz 5 cm Abstand 1 cm Abstand 1 cm Abstand, alle Seiten 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 0 5 10 15 20 Behandlung: 3000 V Lagerung: 23°C, Luft, in perforierten Beuteln n=5 © Fraunhofer IVV 25 30 35 Lagertage /d Qualitätsuntersuchungen Überblick Backwaren Lagerung Dekontamination Qualitätsuntersuchung © Fraunhofer IVV Ende der Halbarkeit Qualitätsuntersuchungen Farbe (L*a*b) Wassergehalt Wasseraktivität aw-Wert Sorptionsisotherme Oxidationsprozesse/Ranzigkeit head-space-GC Sensorische Merkmale (Geruch) Nur sensorisch konnten signifikante Unterschiede festgestellt werden Abhängig von der Behandlungsintensität Sehr unterschiedlich bei unterschiedlichen Produkten © Fraunhofer IVV http://ds9.ssl.berkeley.edu/LWS_GEMS/2/part.htm untersuchte Parameter Zusammenfassung Vielversprechende Dekontaminationsergebnisse mit verschiedenen Anlagen insbesondere mit flash-light und excimer Nach Meinung und Aussage beteiligter Backwarenhersteller: ausreichende Keimreduktion Kann MAP-Verpackung überflüssig machen Veränderungen des Geruchs je nach Backware und Entkeimungsintensität nicht zwingend signifikant, dies wurde auch durch sensorische Tests bei einer beteiligten Firma bestätigt. Neuartige Entkeimungsmethoden bietet den KmUs neue Möglichkeiten in den Bereichen o o o o o o Produktsicherheit, Haltbarkeit, Distribution Lagerung Einsparung von Ressourcen Beitrag um Lebensmittelabfälle zu vermeiden © Fraunhofer IVV Thank you for your attention ! © Fraunhofer IVV
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