In einer neuen Studie, die von Forschern der Penn State durchgeführt wurde, eliminierte eine lichtbasierte Lebensmitteldesinfektionstechnik erfolgreich mehrere schädliche Krankheitserreger.
Die Impulslichttechnik ist eine vielversprechende Alternative zu den in der Lebensmittelindustrie üblicherweise verwendeten chemischen, hitze- und wasserbasierten antimikrobiellen Technologien – und könnte laut den Angaben allgemeiner in hygienischen Umgebungen wie Krankenhäusern, Wasseraufbereitungsanlagen und pharmazeutischen Anlagen eingesetzt werden die Forscher.
Die Centers for Disease Control schätzen, dass in den USA jährlich mehr als 9 Millionen Menschen krank werden, 56.000 ins Krankenhaus eingeliefert werden und 1.300 an lebensmittelbedingten Krankheiten sterben. Trotz technologischer Verbesserungen und strengerer Vorschriften bleibt die Lebensmittelkontamination ein globales Problem mit erheblichen Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit, erklärte Ali Demirci, Professor für Agrar- und Bioingenieurwesen an der Penn State University und Mitglied des Forschungsteams.
„Jede Verbesserung, um Krankheiten vorzubeugen oder Leben zu retten, wäre das beste Ergebnis dieser Forschung“, sagte Demirci. „Wir wollen die Zahl der Todesfälle durch lebensmittelbedingte Krankheiten auf null reduzieren.“
Die kürzlich erschienene Studie in der Zeitschrift für Lebensmitteltechnik, zeigten, dass gezielte Lichtimpulse mit breitem Spektrum eine keimtötende Reaktion in E. coli, Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Aspergillus niger-Sporen und Penicillium roqueforti-Sporen hervorriefen. Die Studie definierte auch das Spektrum und die Energieeigenschaften von gepulstem Licht und stellte fest, dass ultraviolette Strahlung eine wichtige Rolle bei dem Prozess spielte.
Die Arbeit wurde in Demircis Labor in Zusammenarbeit mit Ed Mills, außerordentlicher Professor für Fleischwissenschaften, und Josh Cassar, ehemaliger Doktorand in Tierwissenschaften, der inzwischen seinen Abschluss gemacht hat und als Berater für Lebensmittelsicherheit arbeitet, durchgeführt.
„Nachdem ich für einen Geflügelverarbeiter gearbeitet hatte, kehrte ich für die Graduiertenschule an die Penn State zurück, daher war die Forschung für mich sehr anwendungsorientiert; wir wollten diese Technik auf den Markt bringen“, sagte Cassar. „In Bezug auf die Implementierung der Technologie haben wir weiterhin mit Unternehmenspartnern zusammengearbeitet, um diese Technik in ihre Einrichtungen zu integrieren.“
In den letzten zwei Jahrzehnten hat das Labor die Technik auf eine Reihe von Lebensmitteln angewendet, darunter Obst, Samen, Getreide, Käse, Milch, Apfelsaft und mehrere Geflügelprodukte. Das Team simulierte sogar Produktionsbedingungen, um die Technologie an Eiern zu testen, indem es ein Förderband verwendete, das entwickelt wurde, um das Verfahren in einer industriellen Umgebung zu testen, wobei die Xenon-Blitzlampen für den Betrieb im kommerziellen Maßstab ausgelegt waren.
Das Team hofft, dass diese Technologie eher früher als später von der Lebensmittelindustrie übernommen wird, da sie ein starkes Potenzial hat, den Verzehr von Lebensmitteln sicherer zu machen.
Seit den 1960er Jahren verwendet die Lebensmittelindustrie ultraviolettes (UV) Licht geringer Intensität als antimikrobielle Behandlung, erklärte Mills. Fleischproduzenten nutzten UV-Licht in geringen Mengen in Fleischreifungsanlagen, aber die Technik konnte nur mit geringer Intensität über einen langen Zeitraum eingesetzt werden.
„Dies ist ein völlig anderes System“, sagte Mills. „Wir verwenden gepulstes Licht anstelle von kontinuierlichem Licht, das die gespeicherte Energie in einem Impuls nutzt, sodass wir in kürzerer Zeit mehr Leistung liefern können.“
Die Technik des Teams ist für den Einsatz auf einem Lebensmittelförderband ausgelegt, wo Lichtimpulse auf das Produkt angewendet werden, wenn es vorbeifährt. Die Behandlung liefert eine höhere Lichtintensität, da sie gepulst ist, was zu einer stärkeren Reduzierung der Mikroben in kürzerer Zeit als bei einer herkömmlichen UV-Lichtbehandlung führt, erklärte Mills.
„Die Analogie, die ich benutze, ist ein Damm in einem Fluss“, sagte Demirci. „Du öffnest die Schleusen und es gibt einen Energieblitz. Das machen wir mit Licht.“
Gepulstes Licht ist eine aufstrebende Technologie, die als Alternative zu aktuellen antimikrobiellen Interventionen in der Lebensmittelindustrie dienen könnte, aber auch breiter in anderen antimikrobiellen Anwendungen eingesetzt werden könnte, erklärte Cassar.
„Gepulstes Licht ist ein weiteres Werkzeug in der Toolbox“, sagte er. „Wenn es in einer geeigneten Umgebung verwendet wird, kann es ein chemisches Desinfektionsmittel oder ein Desinfektionsmittel auf Wasserbasis ersetzen. Wie jede neuartige Technologie wird es sich weiterentwickeln und uns hoffentlich ein effektives und effizientes Werkzeug für die Hygiene in einer Reihe von Umgebungen bieten und Branchen.“
Joshua R. Cassar et al, Charakterisierung von gepulstem Licht zur mikrobiellen Inaktivierung, Zeitschrift für Lebensmitteltechnik (2022). DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2022.111152