Gewährleisten, dass ‚schlafende‘ Sporen nicht aufwachen
Babynahrung, Gewürze, Vitamin- und Proteinkomplexe sowie auf Insekten oder Algen basierende Lebensmittel sind nur einige der pulverförmigen Produkte, für welche die Beständigkeit, Haltbarkeit und der einfache Transport von Pulver ausgenutzt werden. Inhärente mikrobielle Sporen mit konventioneller Wärmebehandlung wirksam zu inaktivieren, ist jedoch eine Herausforderung. Die nachfolgende Luftkühlung stellt ein zusätzliches Risiko der Rekontamination dar. CAP-SAliPharm, das erste Einzelstipendienprogramm der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen, MSCA-IF, das je an eine Fachhochschule vergeben wurde, verfolgte das Ziel, die Verwendung neuartiger Plasmatechnologie für die sichere Vorbereitung des Pulvers auf den Verpackungsvorgang auszutesten.
Von der Ursuppe auf unseren Teller
Plasma ist der vierte Aggregatzustand, ein Gas, das so heiß ist, dass die heftigen Kollisionen der Atome und Moleküle dazu führen, dass (nahezu) alle Elektronen freigesetzt werden. Dieses heiße ionisierte Gas ist der Stoff, aus dem Sterne bestehen. Im Labor wird kaltes atmosphärisches Plasma, engl. CAP durch freie Elektronen in einem Spannungsfeld statt durch extreme Temperaturen erzeugt. Diese teilweise ionisierten Gase bestehen bei Zimmertemperatur und standardmäßigem Atmosphärendruck aus einer Mischung aus Elektronen, Ionen, angeregten Atomen und Molekülen, reaktiven Spezies, UV-Strahlung und Wärme. Durch die Bestandteile und Umweltbedingungen sind kalte atmosphärische Plasmen besonders für praktische Anwendungen geeignet. CAP-SAliPharm hat sich vorgenommen, die reaktiven Spezies und das UV-Licht zu nutzen, um die Überlebensfähigkeit von Mikroben in Pulver zu verringern. „Die nicht-thermische, energiearme Verarbeitung mit CAP-Technologie soll die gewünschten Lebensmitteleigenschaften besser erhalten als eine konventionelle Verarbeitung mit Trocken- oder Nasswärme. Es werden keine Chemikalien und langlebigen toxischen Bestandteile verwendet oder produziert. Nicht zuletzt werden, wenn das Plasma mit grüner elektrischer Energie gewonnen wird, die durch die Sterilisation ausgelösten Auswirkungen auf die Umwelt minimiert“, erklärt der Koordinator von CAP-SAliPharm Michael Beyrer von der Fachhochschule Westschweiz (HES SO).
Die Herausforderungen von Pulver überwinden
CAP-Technologie wird in der Industrie bereits als antimikrobielle Oberflächenbehandlung eingesetzt, bisher allerdings nicht im Zusammenhang mit Produkten, die für den menschlichen Verzehr gedacht sind. Im Allgemeinen verringert Pulver die Rate und Wirksamkeit der Sporeninaktivierung von kaltem atmosphärischem Plasma im Vergleich zu anderen Matrizen. CAP-SAliPharm hatte zwei Kernziele: die Charakterisierung und Quantifizierung der Faktoren, welche die Wirksamkeit der Inaktivierung beeinflussen, sowie die Einschätzung eventueller Nebenwirkungen. Das Team hat bakterielle Sporen auf verschiedenen organischen und anorganischen Partikeln mit unterschiedlichen Eigenschaften untersucht. Die Stipendiatin Maria Consuelo Pina-Pérez fasst zusammen: „Wir haben festgestellt, dass die Inaktivierungswirkung von kaltem atmosphärischem Plasma auf ruhende Sporen hauptsächlich über die Entladungsenergie und Vorgangsdauer vorhersehbar und kontrollierbar ist. Eine sehr geringe Dichte der Entladungsenergie im Bereich von wenigen mW/cm2 und eine Vorgangsdauer von wenigen Minuten hat eine jahrzehntelange Inaktivierung bewirkt.“ Wichtig ist, dass diese beeindruckenden Ergebnisse mit so wenig zugefügter Energie eventuelle Nebenwirkungen verringern sollen.
Vergangenheit als Grundlage, Zukunft als Ziel
Das Team von CAP-SAliPharm untersucht seit einiger Zeit Referenzstämme pathogener Mikroorganismen in pulverförmigen Lebensmitteln, darunter auch solche, die man in Industrieumgebungen findet, zusätzlich zu denen, die aus den Vorbereitungen hervorgehen. Die derzeitige Zusammenarbeit mit Nestlé hat zunehmend strenge Verordnungen in den Mittelpunkt gerückt. Beyrer fasst zusammen: „Das Projekt bezieht vorläufige und nachbereitende Arbeit mit ein und fördert die europaweite Kommunikation zwischen Wissenschaftsgemeinschaften. Das ist ein ebenso wichtiges Ergebnis und beschleunigt die Kommerzialisierung einer aufkommenden Technologie.“ Die Verbreitungsmaßnahmen sind auf enorme Begeisterung gestoßen und das Team bereitet sich darauf vor, die Technologie zu normieren, Partnerschaften aufzubauen und mit Vorteilen für die Verbrauchenden wie auch die Industrie die Markteinführung vorzubereiten.
Schlüsselbegriffe
CAP-SAliPharm, kaltes atmosphärisches Plasma (CAP), Pulver, Sporen, Inaktivierung, Plasma, Lebensmittel, mikrobiell, Sterilisation
