Physikalische Verfahren zur Entkeimung

Schwerpunkt der am Fraunhofer IGB untersuchten Verfahren sind physikalische oder chemisch-physikalische Verfahren zur Inaktivierung kontaminierender Mikroorganismen, beispielsweise Hochfrequenztechnik (Mikrowellen) oder Druckwechseltechnik.

Ein Fokus unserer Arbeiten liegt darauf, die Inaktivierungsmechanismen der Prozesse sowie die Wechselwirkung der verschiedenen Parameter im System (Temperatur, Druck, Partikelgröße, Viskosität, pH-Wert usw.) zu verstehen und zu beschreiben, um die Prozesse technologisch zu optimieren und in einen Produktionsprozess umsetzen zu können. Erkennen wir prozesstechnische oder energetische Vorteile, so werden die Verfahren von uns weiterentwickelt und für die jeweilige Anwendung optimiert. Dafür arbeiten wir in einem interdisziplinären Team und etablieren neue Verfahren von der Konzeption, über Versuche im Labormaßstab und Anlagen im Technikumsmaßstab bis zur Pilotierung im großtechnischen Maßstab.

Mikrowellen

Die Erhitzung mit Mikrowellen ist ein gängiges Verfahren, Lebensmittel im Haushalt oder in industriellen Produktionsprozessen zuzubereiten. Die meisten Prozesse jedoch sind als Batch-Verfahren ausgelegt. Die Weiterentwicklung der Technologie im Sinne einer kontinuierlichen Prozessführung für die Konservierung flüssiger Produkte ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten am Fraunhofer IGB. Ferner sind neue Anwendungen der Mikrowellentechnologie materialspezifisch. Dafür entwickeln wir Modelle für Applikationen von Mikrowellen in der Lebensmittelproduktion weiter und untersuchen sie wissenschaftlich.

Druckwechseltechnologie

Die Druckwechseltechnologie (pressure change technology, PCT) entwickeln wir am Fraunhofer IGB für die Konservierung von flüssigen Lebensmitteln wie Fruchtsäften oder Wein weiter. Dabei wird das Produkt mit einem inerten Gas wie Stickstoff oder Argon unter Druck vermischt und dann schlagartig entspannt. Die Keimreduzierung in Fruchtsäften und anderen Modellflüssigkeiten wurde erfolgreich von Kooperationspartnern mit Prozessanlagen im Batch- und semi-kontinuierlichen Betrieb nachgewiesen. Die Weiterentwicklung auf einen kontinuierlichen Betrieb und die Anpassung von Prozessparametern für weitere Applikationen sind Gegenstand aktueller und geplanter Projekte und wissenschaftlicher Arbeiten.

Integrierter Prozessansatz

Um reale Alternativen darstellen zu können, müssen die entwickelten Verfahren in ihrer Konzeption auf die Anforderungen eines Lebensmittelproduktionsprozesses angepasst werden. Dafür muss eine Gesamtanalyse von der Produktentwicklung, Verarbeitung und Stabilisierung bis zur Anlagentechnik und Verpackung durchgeführt und validiert werden. Konzepte des Hygienic Design und der CIP-Reinigung (cleaning in place, CIP) spielen dabei eine zentrale Rolle. Diese Systeme betrachten wir ebenfalls im Hinblick auf ihre Energieeffizienz.

Die Entwicklung produktschonender Verarbeitungsprozesse, welche den Verlust wertvoller Inhaltsstoffe wie Vitamine minimiert, wird sowohl für die Nahrungsmittel- als auch für die Kosmetik- und Pharmaproduktion immer gefragter. Die Weiterentwicklung und prozesstechnische Optimierung von alternativen Verfahren und ihre Integration in den Produktionsprozess werden in Übereinstimmung mit gängigen GMP-Standards (good manufacturing practices) und Risikoanalysenverfahren wie HACCP (hazard analysis and critical control points) durchgeführt.