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Verbundprojekt: Plasma-basierte Dekontamination von trockenen pflanzlichen Produkten zur Erhöhung der Lebensmittelsicherheit. Teilprojekt: Analysen von plasmabehandelten pflanzlichen Produkten (3Plas)

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: MRI-LBV-08-128-1030 Analysen kaltes Plasma
Laufzeit: 01.03.2018 - 30.09.2018
Forschungszweck: Experimentelle Forschung

Im Rahmen des vom Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. koordinierten Verbundprojektes "Plasma-basierte Dekontamination von trockenen pflanzlichen Produkten zur Erhöhung der Lebensmittelsicherheit (3Plas)„ wird ein Unterauftrag vom Max Rubner-Institut bearbeitet. Dabei sollen Untersuchungen zur gesundheitlichen Unbedenklichkeit von plasmabehandelten pflanzlichen Lebensmittelprodukten wie Getreide durchgeführt werden (Zytotoxizität, Mutagenität, Genotoxizität). Mit den Ergebnissen dieser Untersuchungen soll eine ausreichende Datenbasis geschaffen werden, welche zur Interpretation möglicher Gesundheitsgefährdungen bzw. für eine optimale Prozessführung einer Anlage im Technikumsmaßstab herangezogen werden können. Die am Max Rubner-Institut vorhandene Expertise in der Anwendung von alternativen, nicht-thermischen Verfahren (z.B. UV-Behandlung) stellt die Grundlage der Arbeiten dar. Eine entsprechende wissenschaftliche Begleitung der Experimentalreihen ist eine Grundvoraussetzung. Damit soll die Interpretation von Daten aus den in vitro-Testsystemen bezüglich der gesundheitlichen Unbedenklichkeit sichergestellt werden, was sich auch auf den zu untersuchenden Probenumfang der Untersuchungen auswirkt. Zudem sollen alle Ergebnisse in Form einer wissenschaftlichen Publikation in Kooperation zusammengefasst und veröffentlicht werden.

Eine wichtige Fragestellung in der Anwendung neuer Verfahren liegt in der gesundheitlichen Unbedenklichkeit der plasmabehandelten Produkte. In diesem Projekt wurde die gesundheitliche Unbedenklichkeit von plasmabehandeltem Weizen untersucht. Die Plasmabehandlung von Weizen erfolgte mittels zweistufiger mikrowellenangeregter Plasmatorch am INP Greifswald, wobei eine sogenannte milde Behandlung (Zeit 1: 1 x Prozessgas à 300 s) und eine sogenannte starke Behandlung (Zeit 2: 10 x Prozessgas à 334 s) durchgeführt wurden. Die milde Behandlung stellt die notwendige Behandlungsdauer zur Dekontamination dar. Eine worst-case Betrachtung wird durch die starke Behandlungsdauer erzielt, wobei eine zehnfach erhöhte Dauer gewählt wurde. Durch Untersuchung beider Behandlungsszenarien kann die gesundheitliche Unbedenklichkeit durch die toxikologischen Endpunkte Zytotoxizität, Genotoxizität und Mutagenität mit der notwendigen Sicherheit beurteilt werden. Infolge fehlender Erfahrungswerte zur Probenmatrix (Getreide/Mehl) mussten zunächst Vorversuche durchgeführt werden. Dadurch konnten alle relevanten Parameter für das weitere Vorgehen mit dem plasmabehandelten Probenmaterial festgelegt werden. Der in vitro-Verdau mit simulierter gastrischer und intestinaler Phase erwies sich als bestgeeignete Probenmatrix für die Versuche mit plasmabehandeltem Weizen, welches vorher zu Mehl vermahlen wurde. Alle Versuche wurden daher mittels in vitro-Verdau für weitere Untersuchungen vorbereitet. Die mögliche Bildung zytotoxischer Verbindungen durch die Plasmabehandlung von Weizen wurde mittels WST-1-Test an Caco-2-Zellen untersucht. Sowohl kurz- als auch längerfristige Wirkungen wurden durch die Inkubationszeiten von 1 bis 24 h berücksichtigt. Es konnte keine erhöhte zytotoxische Wirkung der plasmabehandelten Weizenproben im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle festgestellt werden. Zur Bestimmung der Genotoxizität wurden zwei toxikologische Endpunkte herangezogen. Sowohl im Mikrokerntest mit CHO-Zellen als auch im Comet Assay mit Caco-2-Zellen konnte keine Induktion genotoxischer Wirkungen beobachtet werden. Insbesondere konnten im Comet Assay durch Verwendung mehrerer Konzentrationen keine DNA-schädigende Wirkung gemessen werden. Für die Untersuchung der Mutagenität wurde der Ames Test in den Stämmen Salmonella Typhimurium TA98, TA100, TA1535 und TA1537 mit und ohne metabolische Aktivierung durchgeführt. Dabei konnte keine mutagene Wirkung für verschiedene Konzentrationen festgestellt werden. Insgesamt zeigen sich keine Auffälligkeiten des mild und stark plasmabehandelten Weizens nach in vitro-Verdau in den aufgeführten Testsystemen.

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