Barrieren für Bakterien

Dies geschieht zum Beispiel durch die Aufnahme von mikrobiellen Kontaminationen an Arbeitsflächen oder durch Biofilme in Rohrinnenwänden und anderen schwer zugänglichen Stellen.

Dieser Risikofaktor kann durch die Beschichtung von Oberflächen mit biozid (antibakteriell) wirkenden Polymeren und den Einsatz von Verpackungsmaterialien mit aktiven Inhaltsstoffen ausgeschaltet werden.

Die Entwicklung dieser Materialien und die Kontrolle ihrer Wirksamkeit wird im Rahmen des EU-kofinanzierten Forschungsprojektes BIOSURF erprobt.

Biozide Oberflächen erhöhen Lebensmittelsicherheit

Zuverlässige Desinfektion wird in der Lebensmittelindustrie von mehreren europaweit gültigen Direktiven eingefordert, um die Verbraucher zu schützen und den Qualitätsstandard auf hohem Niveau zu halten. Herkömmliche Desinfektionsmittel wie Chemikalien (z.B. Chlorine) und Biozide wirken durch eine Störung des Zellstoffwechsels zwar zuverlässig gegen Bakterien, sofern diese keine Resistenz gegen sie ausgebildet haben; aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit gelangen sie aber auch schnell in die Luft und können beim Menschen gesundheitliche Beschwerden hervorrufen.

Überdies können sie bei entsprechender Konzentration den Geschmack von Lebensmitteln beeinträchtigen. Eine effektivere und gesundheitlich unbedenkliche Desinfektion verspricht der Einsatz chemisch beständiger Polymere.

Im Rahmen des Projektes BIOSURF („Development and implementation of a con-tact biocide polymer for ist application as antimicrobial and anti-deposit surfaces in the food industry“) werden aminofunktionalisierte Polymere auf Basis eines bicyclischen Kohlenwasserstoffs synthetisiert und in Flächen sowie in Verpackungsmaterialien eingebettet. Auf derart präparierte Oberflächen und Verpackungen können sich Bakterien nur schwerlich ansiedeln und ausbreiten. Biofilme z. B. in Tanks können sich dann schwerer herausbilden.

Besonders auf geschützten Oberflächen in feuchten Milieus, die sowohl Nährstoffe als auch Mikroorganismen beherbergen, entstehen sie andernfalls. „Da sie unter diesen Bedingungen schnell anwachsen, können Produktions- und Reinigungsprozesse spürbar beeinträchtigt werden. Dadurch erhöht sich nicht nur das Hygienerisiko, sondern auch der wirtschaftliche Schaden, z.B. durch Druckverlust, höheren Wartungsbedarf und Abstriche bei der Produktqualität“, erklärt Mirko Hänel, Forschungsdirektor bei dem Projektpartner ttz Bremerhaven. Das Forschungsunternehmen hat bereits in vorangegangenen Projekten Know-how über die Desinfektion bei Cleaning-in-Place-Prozessen in der Lebensmittelbranche sowie Verpackungsmaterialien mit aktiven Komponenten aufgebaut.

Die Partner planen, die funktionalisierten Polymere sowohl auf thermoplastischen Kunststoffflächen und beschichteten Stahlflächen mit und ohne direkten Lebensmittelkontakt einzusetzen. Auch Flächen, die nicht mit Lebensmitteln in Berührung kommen, können zur Vermehrung unerwünschter Mikroorganismen beitragen. Durch die Anreicherung mit funktionalisierten Polymeren werden Säuberungs- und Desinfektionsprozesse optimiert. Auf Verpackungsmaterial erhöhen die Polymere nicht nur die Lebensmittelsicherheit, sondern verlängern auch die Haltbarkeit der Produkte. „Der Effekt basiert auf der Reaktionsfähigkeit der hohen Ladungsdichte der Polykationen des Polymers mit den negativ geladenen Zellmembranen der Mikroorganismen. Auf diese Weise wird die Membran zerstört und ein mikrobielles Wachstum verhindert“, so Prof. Carsten Harms, Leiter der Molekulargenetik am ttz Bremerhaven. Die Synthese von ringförmigen Alkenen mit Reaktionsbeschleunigern, die den Austausch einer Molekülgruppe forcieren, bringt Polymere mit bestimmten Architekturen hervor. Sie unterscheiden sich in ihrem antimikrobiellen Wirkungsgrad und können somit je nach Anwendung „maßgeschneidert“ werden.

Die Grundlage der Entwicklungen bilden patentgeschützte Konzepte der beteiligten mittelständischen Unternehmen. Auch die Weiterentwicklung der Grundversion eines softwarebasierten Kontrollsystems zur Dokumentation der Wirksamkeit antimikrobieller Beschichtungen gehört zu den Projektzielen. Diese Einheit steuert auch ein automatisches Dosierungssystem, das die Biozidkonzentration konstant hält. Außerdem soll ein Sensor zum Einsatz kommen, der die Dicke der Biofilme durch Messung des Wiederstandes bei der Wärmeleitfähigkeit ermittelt. In der Papierindustrie wurde dieser Sensor bereits erprobt, soll nun aber für weitere Anwendungen angepasst werden.

Die Testreihen im Projekt BIOSURF werden in der Fruchtsaft herstellenden Indust-rie sowie bei der Herstellung von Bier unter realen Bedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse sollen durch eine zuverlässige Reinigungsleistung den Qualitätsstandard in der Lebensmittelindustrie verbessern und den Verbrauchern so noch besseren Schutz gewähren.

Das Projektkonsortium steht unter der Leitung der technischen Universität Graz. Das Projekt hat ein Budget von 1,45 Mio. Euro und wird im 7. Forschungsrahmenprogramm von der Europäischen Union gefördert.

Das ttz Bremerhaven versteht sich als innovativer Forschungsdienstleister und betreibt anwendungsbezogene Forschung und Entwicklung. Unter dem Dach des ttz Bremerhaven arbeitet ein internationales Team ausgewiesener Experten in den Bereichen Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik, Analytik sowie Wasser-, Energie- und Landschaftsmanagement, Gesundheitssysteme sowie Verwaltung & Software.

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