Hygiene dank Licht und Strom

Belastungen durch Mikroorganismen zu reduzieren, ist in vielen Bereichen eine Herausforderung. Bislang sind meistens Hitze und künstliche Konservierungsstoffe die Mittel zum Zweck. Doch am MCI forscht Harald Schöbel nach Alternativen, die großes Potenzial auch jenseits der Lebensmittelindustrie versprechen.

Dass viele Produkte irgendwann schlecht werden, wissen wir alle aus leidvoller Erfahrung – spätestens nach einem Blick in den hintersten Winkel des einen oder anderen Kühlschranks. Doch auch wenn wir bei abgelaufenen Erzeugnissen vorrangig an Lebensmittel denken, betrifft das Problem deutlich mehr Industrien. „Zum Beispiel Kosmetik oder auch Lacke können ähnlich schlecht werden wie Nahrungsmittel“, erklärt Harald Schöbel, Senior Lecturer für Bio- und Lebensmitteltechnologie am MCI.

Schuld daran sind Mikroorganismen, die grundsätzlich überall zu finden sind – allerdings in der Regel nur in kleinen Mengen. „Beginnen sich beispielsweise Schimmelpilze oder Bakterien unkontrolliert zu vermehren, wird das Produkt aufgrund ihrer teilweise toxischen Ausscheidungsprodukte schlecht.“

Multiprofessionelle Herausforderung

Um Erzeugnisse haltbarer zu machen, muss also die Belastung mit Mikroorganismen so weit wie möglich reduziert werden – im Idealfall schon bei der Herstellung und Verpackung. Bislang kamen dabei vor allem künstliche Zusatzstoffe und Hitze zum Einsatz. Ideal ist das aber nicht immer: „Künstliche Zusatzstoffe sind nicht nur mit Vorsicht zu genießen, sondern kommen auch bei Konsumenten meistens nicht sonderlich gut an“, weiß der Physiker. „Und bei der Erhitzung droht die Gefahr, die Eigenschaften von Stoffen zu verändern, was insbesondere bei Lebensmitteln problematisch wird. Eine eingekochte Tomate ist einfach etwas anderes als die frische Variante.“ Deswegen forscht Schöbel am MCI gemeinsam mit Mikrobiologen, Lebensmittelchemikern und Mechatronikern nach anderen Methoden, um längere Haltbarkeit zu gewährleisten.

Reines Licht

Eine dieser potenziellen Alternativen ist UV-C-Strahlung: Licht, das sich weit außerhalb des für den Menschen sichtbaren Spektrums befindet. „UV-C ist sehr hochenergetische Strahlung“, erklärt Schöbel. „Noch dazu liegt die Frequenz dieses Lichts in einem Bereich, der von den Molekülen, aus denen das Erbgut von Lebewesen besteht, besonders gut absorbiert wird.“ Bestrahlt man Mikroorganismen damit, wirkt es insbesondere auf die Erbsubstanz. Wird ausreichend Energie transferiert, zerbrechen die Moleküle und der Organismus wird zerstört. Allerdings ist UV-C-Strahlung auf der Erde normalerweise nicht zu finden, da sie von der Atmosphäre absorbiert wird. „Hier hat die LED-Forschung große Fortschritte gemacht“, beschreibt Schöbel. „Spezielle Dioden können die hochenergetische Strahlung mittlerweile ohne großen Aufwand künstlich erzeugen.“

Oberflächlich

Weil UV-C-Bestrahlung nur dort wirkt, wo auch Licht hingelangen kann, eignet sie sich auch nur für die Oberflächenbehandlung – sei es zur Behandlung von Verpackungsmaterialien, bevor sie in den Kontakt mit Waren kommen, sei es für Obst und Gemüse, wo die Mikroorganismen sich vor allem auf der Schale ansiedeln. In diesem Bereich ist die Technologie aber überaus vielversprechend, „nicht zuletzt dank der ständigen Weiterentwicklung von LEDs“, weiß Schöbel. „Wir arbeiten mittlerweile mit mehreren Tiroler Unternehmen zusammen, die sich dafür interessieren, die Technik zu verwenden.“

Tiefenwirkung

Etwas schwieriger wird es bei Stoffen, bei denen sich die Mikroorganismen im Inneren verbergen. Doch auch hier hat Schöbel ein Ass im Ärmel: gepulste elektrische Felder. „Ganz einfach gesagt, sind die Kleinstlebewesen an sich zwar elektrisch neutral – einzelne Moleküle und Verbindungen in ihren Zellwänden haben aber oft negative oder positive Ladung. Sie werden also von elektrischen Kräften angezogen oder abgestoßen“, erklärt der Physiker.

Werden sie einem starken elektrischen Feld ausgesetzt, dessen Pole in rascher Abfolge wechseln, beginnen diese Kräfte an den geladenen Molekülen zu zerren – bis sie brechen oder aus der Zellwand gerissen werden, was den Organismus zerstört. „Gerade bei Flüssigkeiten und Pulvern ist das ein vielversprechender Ansatz. Und auch hier suchen wir noch nach Partnern, um die Technologie auch in der Praxis einzusetzen.“

Zur Person:

Harald Schöbel hat Physik in Innsbruck studiert und sich unter anderem mit LED-Technologie befasst, bevor er 2015 als Dozent für Bio- und Lebensmitteltechnologie am MCI tätig wurde. Dort arbeitet er in einem multidisziplinären Team an neuen Methoden zur Reduktion von mikrobieller Belastung.

Hygiene dank Licht und Strom
Anhand von Kulturen wird überprüft, wie stark die Bestrahlung mit UV-C-Licht mikrobiologische Belastungen reduziert.

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