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Einflussfaktoren auf die Inaktivierung von Mikroorganismen auf Packstoffoberflächen mittels gasförmigem H2O2
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 17721 N
Laufzeit: 01.02.2013
- 31.12.2015
Fördersumme: 249.150 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Gasförmiges H2O2 ist ein vielseitig einsetzbares Oberflächenentkeimungsmittel, welches beispielsweise zur Desinfektion von Isolatoren, Räumen und Abfüllmaschinen verwendet wird. In zunehmendem Maße werden auch Lebensmittel- und Getränkeverpackungen mit gasförmigem H2O2 entkeimt. Dennoch sind chemische Pack-stoffentkeimungsmethoden allgemein in der Dis-kussion, da gegenwärtig über eine Absenkung der MAK-Werte im regulatorischen Umfeld von Abfüllmaschinen europaweit nachgedacht wird. Dies erscheint nach heutigem Stand nicht leistbar ohne Einschränkung der Effektivität der Verfahren. Ein Ersatz für chemische Entkeimungsmethoden ist derzeit nicht sichtbar.
Das Entkeimungsgas ist eine Mischung aus H2O2-Gas, Wasserdampf und Luft als Trägergas und wird auch als H2O2-Dampf bezeichnet. Der Oberflächenentkeimungsprozess wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, welche die Behandlungsbedingungen, aber auch die Eigen-schaften der abzutötenden Mikroorganismen und der behandelten Oberfläche betreffen. Nicht alle Einflussfaktoren wurden bisher ausreichend untersucht, so dass lediglich Vermutungen bzw. kontroverse Meinungen über ihre Wirkung existieren. Die Folge ist, dass nach einem Oberflächenentkeimungsprozess mit H2O2-Dampf eine unerwartete Restkontamination verbleiben kann, die aufgrund altbekannter Prozesseinflussfaktoren, wie der Gastemperatur oder der H2O2-Konzentration, nicht vorhersehbar oder erklärbar ist. Durch die Rekontamination des Füllguts kann dabei ein enormer wirtschaftlicher Schaden entstehen.
Einer der kontrovers diskutierten Einflussfaktoren auf die mikrobizide Wirkung des H2O2-Dampfes ist die Bildung eines aus H2O2 und Wasser bestehenden Kondensats auf der zu entkeimenden Oberfläche. Dieses Kondensat kann gewollt oder ungewollt während des Entkeimungsprozesses auftreten, sobald die Oberflächentemperatur die Taupunkttemperatur des Entkeimungsgases unterschreitet. Die Wirkung des Kondensats wurde sowohl als abtötungsunterstützend als auch als abtötungshemmend beschrieben und muss aufgrund dieses Widerspruchs im direkten Vergleich untersucht werden. Die Kondensatbildung wird von einer Vielzahl von Faktoren, wie der Benetzbarkeit der betroffenen Oberfläche und der H2O2- und Wasserkonzentration des Entkeimungsgases, beeinflusst.
Der Einfluss der Benetzbarkeit der abzutötenden Mikroorganismen auf die mikrobizide Wirkung des H2O2-Dampfes wird vermutet und von der Forschungsstelle für eine kleine Auswahl nahe verwandter Bacillus-Sporen bereits gezeigt. Die Untersuchung legte nahe, dass hydrophobe, schlecht benetzbare Bakteriensporen mit kondensierendem H2O2-Dampf langsamer abgetötet werden als hydrophilere, leichter benetzbare Sporen, während bei einer reinen Gasphasensterilisation kein Einfluss zu erkennen war. Systematische Untersuchungen über die Auswirkung der Benetzbarkeit von Schimmelpilzsporen oder anderer bakterieller Sporenbildner fehlen aber bisher.
Auf Packstoffen werden neben bakteriellen Sporen auch Hefen, Schimmelpilze und vegetative Bakterien gefunden. Häufig verwendete Testkeime, wie die Sporen von B. subtilis und B. atrophaeus, sind sehr hydrophil. Sporen anderer Bakterienarten und einiger Schimmelpilzarten können im Vergleich deutlich hydrophober sein, so dass die Inaktivierungswirkung des H2O2-Dampfes verringert sein könnte. Somit könnte ein Oberflächenentkeimungsprozess, der zuvor mit einem etablierten Testkeim überprüft wurde und eine zufriedenstellende Entkeimungsleistung lieferte, dennoch zu einer unzureichenden Keimzahlreduktion bei einer natürlichen Mikroflora, die auch sehr hydrophobe Vertreter enthält, füh-ren. Es wird spekuliert, dass sogar vegetative hydrophobe Mikroorganismen resistenter als hydrophile Sporen sein können.
Auch die Oberflächeneigenschaften des zu entkeimenden Packstoffs, d.h. seine Benetzbarkeit und Rauigkeit, können die Entkeimungswirkung des H2O2-Dampfes beeinflussen. Ein Wechsel des Verpackungsmaterials könnte unvorhergesehener Maßen zur Verschlechterung der Ent-keimungsleistung des H2O2-Dampfes führen. Eine vergleichende Untersuchung unterschied-licher Packmaterialien wurde bislang noch nicht durchgeführt.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Verständnis der Einflussfaktoren, die das Inaktivierungsergebnis eines Oberflächenentkeimungsprozesses mit H2O2-Dampf bestimmen, zu vertiefen, um auf diese Weise eine unzureichende oder mitunter variable Keimreduktion zu ver-meiden. Zu diesem Zweck sollen Einflussfaktoren, die bisher noch nicht systematisch wissenschaftlich untersucht worden sind oder deren Wirkung kontrovers diskutiert wird, betrachtet werden. Dabei soll im Speziellen auf die Auswirkung der Kondensatbildung aus dem Entkeimungsgas im Vergleich mit einer reinen Gas-behandlung eingegangen werden. Durch die in diesem Projekt zu erzielenden Daten soll es der Industrie ermöglicht werden zu analysieren, wa-rum in einem individuellen Anwendungsfall eine unzureichende Keimreduktion auftritt und wie durch eine Anpassung oder engere Spezifizierung der Prozess- und Materialparameter die Prozesssicherheit und die erzielbare Entkeimungsleistung erhöht werden kann.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelmikrobiologie
